專利名稱：用于探測鐵路異物侵限的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種鐵路異物的探測裝置，尤其涉及的是一種用于探測鐵路異物 侵限的裝置。
背景技術：
目前還沒有一種有效的手段實現(xiàn)對公跨鐵橋以及公鐵并行(含低于鐵路1. 5以 內)區(qū)域的異物侵限監(jiān)測，有些監(jiān)測點處應用雙電網監(jiān)測技術。該技術是在防護網的上面 敷設兩根絕緣導線，只要有橫截面大于雙電網的網格，質量大于電網導線的承受能力的異 物落在防護網上，就會切斷導線產生報警信息。但是，雙電網監(jiān)測技術主要存在以下幾個問題第一，對網格橫截面和電網導線的 承受能力有一定要求，當異物重量小于電網導線的承受能力時，電網不會被壓斷，因此不會 產生報警信息。另外，對于落物在防護網上的積累情況無法通過監(jiān)測信息上傳。電網被壓 斷后，需要重新更換維護，會增加工程量；第二，無法上報侵限過程中的一些實時參量，對侵 限異物進行實時的定位跟蹤，也無法判斷異物的體積大?。坏谌?，由于需要在橋梁、路基上 安裝現(xiàn)場設備，因此還需要在設計過程中做好與橋梁和路基等相關專業(yè)的協(xié)調配合工作， 做好基礎設施預留；第四，金屬電網自身存在一定的安全隱患，有一定的使用壽命，因此，一 旦損壞可能會對鐵路行車安全造成危害。另外還有少量監(jiān)測點應用智能圖像識別技術，該技術的防異物監(jiān)測現(xiàn)場系統(tǒng)由視 頻服務器、攝像機、視頻傳輸設備等構成，能夠實時采集被監(jiān)控現(xiàn)場發(fā)生的異物侵限等圖像 信息，并在現(xiàn)場進行智能圖像分析，一旦產生報警信息則將現(xiàn)場的圖像信息及處理結果上 傳至臨近的防災安全監(jiān)控單元。但是視頻監(jiān)測容易受環(huán)境氣候等因素影響，無法做到全天 侯。視頻監(jiān)測往往需要借助圖像識別技術分析處理現(xiàn)場采集到的數據，成本較高。雷達裝置安裝靈活，不受地形等限制，監(jiān)測距離遠，雷達波束覆蓋范圍廣；精度高， 直徑0. Im以上的物體都可以監(jiān)測到；雷達監(jiān)測不受白天、黑夜以及霧、云和雨的影響，并有 一定的穿透能力，可全天候使用。將雷達技術使用在鐵路異物侵權探測上還沒有見諸報導。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種用于探測鐵路異 物侵限的裝置，采用雷達測距測速技術，實現(xiàn)對監(jiān)測范圍內移動目標的位置與速度的實時 監(jiān)測，結合監(jiān)測現(xiàn)場實際情況，分析判斷侵限形成的地點、時間，發(fā)布侵限預警信息并上傳 至上一級監(jiān)控單元，以對監(jiān)測范圍內移動物體的監(jiān)視為主，其它參數為輔，盡量避免復雜的 推理運算，將侵限預測報警功能前移到現(xiàn)場或遠程監(jiān)控單元。技術方案本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括主雷達裝置、備雷達裝 置、現(xiàn)場控制器和監(jiān)控單元，其中主雷達裝置和備雷達裝置相對設于被測鐵路的兩側，現(xiàn) 場控制器分別與主雷達裝置和備雷達裝置相連，現(xiàn)場控制器設于主雷達裝置的內部，監(jiān)控 單元和現(xiàn)場控制器通過通訊電纜相連，主雷達裝置和備雷達裝置和監(jiān)控單元相連以傳輸數據信號。所述的主雷達裝置包括主雷達、主電源和主旋轉支架，其中主電源和主雷達相 連，主雷達設于主旋轉支架上，主雷達分別與現(xiàn)場控制器和監(jiān)控單元相連；備雷達裝置包括備雷達、備電源和備旋轉支架，其中備電源和備雷達相連，備雷 達設于備旋轉支架上，備雷達分別與現(xiàn)場控制器和監(jiān)控單元相連，兩個雷達達到冗余備份 的目的，兩個雷達均具備測速和測距功能，信息匯總至現(xiàn)場控制器進行數據處理，也可以實 現(xiàn)對落物落點的位置定位，進一步提高異物侵限報警的準確性。所述的旋轉支架包括手動云臺及底座支架，可以調整雷達波束照射方向與公路橋 以及鐵軌之間的角度關系。所述的主雷達和備雷達的中心頻率相同。所述的現(xiàn)場控制器和主雷達通過通信電纜連接實現(xiàn)控制及數據傳輸，所述的現(xiàn)場 控制器和備雷達通過信號電纜連接。所述的現(xiàn)場控制器包括切換模塊、采集模塊、發(fā)送模塊和控制模塊，其中采集模 塊分別與主雷達和備雷達相連以接受環(huán)境背景信息和實時信息，控制模塊分別與切換模 塊、采集模塊和發(fā)送模塊相連以傳輸控制信號，切換模塊分別與主雷達和備雷達相連以傳 輸切換信號，發(fā)送模塊和監(jiān)控單元相連以輸出位移報警信息和最終匯總信息。本發(fā)明工作時，在公跨鐵橋一側對稱架設兩個雷達裝置(一主一備)，增加了冗余 備份功能，主備雷達都具有發(fā)射和接收功能，主雷達內部有一個現(xiàn)場控制器，用來控制備雷 達射頻發(fā)射和接收功能以及數據信息的傳送。正常情況下，主雷達既發(fā)射雷達波，又接收雷 達波，備用雷達只作接收使用。在主雷達發(fā)射出現(xiàn)異常時，啟用備雷達的發(fā)射功能。兩個雷 達采集到的數據匯總至現(xiàn)場控制器，控制器通過數據分析，可以判斷出運動物體的方向，特 別是在水平運動和垂直運動方向的區(qū)分，可以實現(xiàn)對落物落點的位置定位，有助于進一步 提高異物侵限報警的準確性，提高了系統(tǒng)可靠性。在監(jiān)測異物侵限過程中需要測量異物的速度和落點距道床的距離(即異物位置 信息)。定位則需要通過公跨鐵橋同側架設的兩個雷達裝置的測距來共同完成。測距就是 要精確測定回波相對于發(fā)射信號的延遲。首先主、備雷達要保證中心頻率相同，主雷達發(fā)射 一定頻率的雷達波(毫米波)，備雷達接收主雷達發(fā)射的雷達波，進行分析處理，得出距離 信息發(fā)送至主雷達內部的現(xiàn)場控制器；由于發(fā)射強度較大，主雷達也同時接收反射回來的 雷達波，得出距離信息。兩路距離信息匯總后，現(xiàn)場控制器利用高速數據處理單元完成對異 物位置信息的確定。根據雷達發(fā)射信號的不同，測定延遲時間通?？梢圆捎妹}沖法、頻率 法、相位法。異物侵限監(jiān)測雷達采用調頻法測距。由于目標回波的多普勒頻移與其徑向速 度成正比，運動目標速度的測量可以通過多普勒頻移來確定。另外，監(jiān)測裝置還可以對落入監(jiān)測范圍內異物的反射強度等信息進行分析，得出 其體積大小的估計值。通過體積的估算，可以為進一步確定侵限等級提供更精確的信息。有益效果第一，監(jiān)測可靠性提高，滿足鐵路的高可靠性要求，本發(fā)明主要應用于 公路跨鐵路橋監(jiān)測點處，利用鐵軌兩側對稱架設的兩個雷達裝置，不僅可以實現(xiàn)監(jiān)測設備 的冗余備份，降低設備故障對監(jiān)測造成的影響，提高監(jiān)測的安全可靠性，而且可以實現(xiàn)對異 物落點的位置定位；第二，提高了遠程監(jiān)測精度，監(jiān)測更加靈活，雷達裝置安裝靈活，不受地形等限制，
4監(jiān)測距離遠，雷達波束覆蓋范圍廣；精度高，直徑0. Im以上的物體都可以監(jiān)測到；雷達監(jiān)測 不受白天、黑夜以及霧、云和雨的影響，并有一定的穿透能力，可全天候使用；第三，報警響應速度更快、上報更及時。一旦發(fā)現(xiàn)有異物侵限會及時告警，報警反 應時間達到毫秒級；第四，具備對現(xiàn)場雷達裝置進行查詢設置的功能，無需人工對監(jiān)控界面進行不間 斷值守，有異物侵限發(fā)生時，裝置會自動上報告警信息至監(jiān)控單元，并發(fā)出聲光報警提示。 可以啟動圖像監(jiān)控裝置，對現(xiàn)場進行實時圖像輔助監(jiān)控，保證報警信息可靠。另外，可以通 過遠程查詢和控制功能，實現(xiàn)對現(xiàn)場雷達裝置的信息查詢和參數設置；第五，具有動目標實時監(jiān)測及提前報警功能，本發(fā)明借助控制器強大的處理功能， 對落入鐵軌周圍一定范圍內異物的運動方向、運動速度進行實時監(jiān)測。根據監(jiān)測的實時信 息，分析發(fā)生侵限的可能性，可以提前報警，將可能造成的災害降低到最小。另外，可以做到 對異物落點的位置定位。還可以根據反射強度估計異物的大小，判斷是否對列車構成危害， 為鐵路安全運行提供更加精確的報警信思。


圖1是本發(fā)明的結構框圖；圖2是本發(fā)明的工作示意圖；圖3是本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1所示，本實施例包括主雷達裝置1、備雷達裝置2、現(xiàn)場控制器3和監(jiān)控單元 4，其中主雷達裝置1和備雷達裝置2相對設于被測鐵軌13的兩側，現(xiàn)場控制器3分別與 主雷達裝置1和備雷達裝置2相連，現(xiàn)場控制器3設于主雷達裝置1的內部，監(jiān)控單元4和 現(xiàn)場控制器3通過通訊電纜11相連，主雷達裝置1和備雷達裝置2和監(jiān)控單元4相連以傳 輸數據信號。所述的主雷達裝置1包括主雷達5、主電源6和主旋轉支架7，其中主電源6和主 雷達5相連，主雷達5設于主旋轉支架7上，主雷達5分別與現(xiàn)場控制器3和監(jiān)控單元4相 連；備雷達裝置2包括備雷達8、備電源9和備旋轉支架10，其中備電源9和備雷達 8相連，備雷達8設于備旋轉支架10上，備雷達8分別與現(xiàn)場控制器3和監(jiān)控單元4相連， 兩個雷達達到冗余備份的目的，兩個雷達均具備測速和測距功能，信息匯總至現(xiàn)場控制器3 進行數據處理，也可以實現(xiàn)對落物落點的位置定位，進一步提高異物侵限報警的準確性。所述的旋轉支架包括手動云臺及底座支架，可以調整雷達波束照射方向與公路橋 以及鐵軌13之間的角度關系。所述的主雷達5和備雷達8的中心頻率相同。所述的現(xiàn)場控制器3和主雷達5通過RS485連接實現(xiàn)控制及數據傳輸，所述的現(xiàn)場控制器3和備雷達8通過信號電纜12連接。所述的主電源6和備電源9上設有五路不同的電壓輸出，電源通過十芯航空插頭 接口和雷達相連，以調高供電的安全可靠。所述的現(xiàn)場控制器3包括切換模塊、采集模塊、發(fā)送模塊和控制模塊，其中采集 模塊分別與主雷達5和備雷達8相連以接受環(huán)境背景信息和實時信息，控制模塊分別與切 換模塊、采集模塊和發(fā)送模塊相連以傳輸控制信號，切換模塊分別與主雷達5和備雷達8相 連以傳輸切換信號，發(fā)送模塊和監(jiān)控單元4相連以輸出位移報警信息和最終匯總信息。現(xiàn)場控制器3可以實現(xiàn)第一，現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境背景的先期生成以及周期性的更新， 確保監(jiān)測數據與環(huán)境背景在時間上的一致性；第二，自動對比當前雷達監(jiān)測到的數據信息 和前期狀態(tài)的差別，分析得出移動變化曲線圖。第三，結合監(jiān)測到的距離、速度及異物大小 等數據信息，分析預測侵限發(fā)生將要影響的地域范圍和時間段、侵限等級，以供上一級監(jiān)控 單元4參考。如圖2所示，在公跨鐵橋一側對稱架設兩個雷達裝置(一主一備)，增加了冗余備 份功能。主備雷達8都具有發(fā)射和接收功能，主雷達5內部有一個現(xiàn)場控制器3，用來控制 備雷達8射頻發(fā)射和接收功能以及數據信息的傳送。正常情況下，主雷達5既發(fā)射雷達波， 又接收雷達波，備用雷達只作接收使用。在主雷達5發(fā)射出現(xiàn)異常時，啟用備雷達8的發(fā)射 功能。兩個雷達采集到的數據匯總至現(xiàn)場控制器3，控制器通過數據分析，可以判斷出運動 物體的方向，特別是在水平運動和垂直運動方向的區(qū)分，可以實現(xiàn)對落物落點的位置定位， 有助于進一步提高異物侵限報警的準確性，提高了系統(tǒng)可靠性。如圖3所示，在監(jiān)測異物侵限過程中需要測量異物的速度和落點距道床的距離 (即異物位置信息)。定位則需要通過公跨鐵橋同側架設的兩個雷達裝置的測距來共同完 成。測距就是要精確測定回波相對于發(fā)射信號的延遲。首先主、備雷達8要保證中心頻率 相同，主雷達5發(fā)射一定頻率的雷達波(毫米波)，備雷達8接收主雷達5發(fā)射的雷達波，進 行分析處理，得出距離信息發(fā)送至主雷達5內部的現(xiàn)場控制器3 ；由于發(fā)射強度較大，主雷 達5也同時接收反射回來的雷達波，得出距離信息。兩路距離信息匯總后，現(xiàn)場控制器3利 用高速數據處理單元完成對異物位置信息的確定。根據雷達發(fā)射信號的不同，測定延遲時 間通常可以采用脈沖法、頻率法、相位法。異物侵限監(jiān)測雷達采用調頻法測距。由于目標回 波的多普勒頻移與其徑向速度成正比，運動目標速度的測量可以通過多普勒頻移來確定。另外，監(jiān)測裝置還可以對落入監(jiān)測范圍內異物的反射強度等信息進行分析，得出 其體積大小的估計值。通過體積的估算，可以為進一步確定侵限等級提供更精確的信息。本實施例設計突出的優(yōu)點是監(jiān)測精度及可靠性方面的提高。利用監(jiān)測設備的冗余 備份，相當于降低了設備故障率，滿足鐵路的高可靠性要求。另外，可以確定監(jiān)測范圍內異 物的運動方向、運動速度，對異物落點進行位置定位，估計異物的大小，使監(jiān)測更加精確。具 有探測范圍廣、反應速度快等特點，可以保證鐵路行車安全。雷達監(jiān)測不受白天、黑夜以及 霧、云和雨的影響，并有一定的穿透能力，監(jiān)測具有全天候、全天時的特點。監(jiān)測方式屬于非接觸式監(jiān)測，因此有別于接觸式監(jiān)測中報警受落物重量影響的監(jiān) 測方法。發(fā)生異物侵限后，雷達探測裝置不易損壞，可以降低維護成本。工藝設計合理、內部為模塊化結構、外觀結構簡潔美觀，生產制造標準化，操作使 用方便。一般安裝在易發(fā)生異物侵限的鐵路沿線路段，連接線纜鋪設簡單，工程安裝維護方
6便。尤其減少了在公路橋梁上安裝電網的工程量，減輕了橋梁設計初期相關設施的預留工 作量。綠色環(huán)保、對環(huán)境等不會造成任何影響。
權利要求
1.一種用于探測鐵路異物侵限的裝置，其特征在于包括主雷達裝置(1)、備雷達裝置(2)、現(xiàn)場控制器(3)和監(jiān)控單元(4)，其中主雷達裝置(1)和備雷達裝置(2)相對設于被 測鐵路的兩側，現(xiàn)場控制器⑶分別與主雷達裝置⑴和備雷達裝置⑵相連，現(xiàn)場控制器(3)設于主雷達裝置(1)的內部，監(jiān)控單元(4)和現(xiàn)場控制器(3)通過通訊電纜(11)相連， 主雷達裝置(1)和備雷達裝置(2)和監(jiān)控單元(4)相連以傳輸數據信號。
2.根據權利要求1所述的用于探測鐵路異物侵限的裝置，其特征在于所述的主雷達 裝置(1)包括主雷達(5)、主電源(6)和主旋轉支架(7)，其中主電源(6)和主雷達(5)相 連，主雷達(5)設于主旋轉支架(7)上，主雷達(5)分別與現(xiàn)場控制器(3)和監(jiān)控單元(4) 相連；備雷達裝置(2)包括備雷達(8)、備電源(9)和備旋轉支架(10)，其中備電源(9)和 備雷達(8)相連，備雷達(8)設于備旋轉支架(10)上，備雷達(8)分別與現(xiàn)場控制器(3) 和監(jiān)控單元(4)相連。
3.根據權利要求1所述的用于探測鐵路異物侵限的裝置，其特征在于所述的主雷達 (5)和備雷達(8)的中心頻率相同。
4.根據權利要求2所述的用于探測鐵路異物侵限的裝置，其特征在于所述的現(xiàn)場控 制器(3)和主雷達(5)通過通信電纜連接。
5.根據權利要求2所述的用于探測鐵路異物侵限的裝置，其特征在于所述的現(xiàn)場控 制器⑶和備雷達⑶通過信號電纜(12)連接。
6.根據權利要求2所述的用于探測鐵路異物侵限的裝置，其特征在于所述的現(xiàn)場控 制器⑶包括切換模塊、采集模塊、發(fā)送模塊和控制模塊，其中采集模塊分別與主雷達(5) 和備雷達(8)相連以接受環(huán)境背景信息和實時信息，控制模塊分別與切換模塊、采集模塊 和發(fā)送模塊相連以傳輸控制信號，切換模塊分別與主雷達(5)和備雷達(8)相連以傳輸切 換信號，發(fā)送模塊和監(jiān)控單元(4)相連以輸出位移報警信息和最終匯總信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于探測鐵路異物侵限的裝置，包括主雷達裝置、備雷達裝置、現(xiàn)場控制器和監(jiān)控單元，其中主雷達裝置和備雷達裝置相對設于被測鐵路的兩側，現(xiàn)場控制器分別與主雷達裝置和備雷達裝置相連，現(xiàn)場控制器設于主雷達裝置的內部，監(jiān)控單元和現(xiàn)場控制器通過通信電纜相連，主雷達裝置和備雷達裝置和監(jiān)控單元相連以傳輸數據信號。本發(fā)明可使監(jiān)測可靠性提高，滿足鐵路的高可靠性要求；提高了遠程監(jiān)測精度，監(jiān)測更加靈活，雷達裝置安裝靈活，不受地形等限制，監(jiān)測距離遠；報警響應速度更快、上報更及時；具備對現(xiàn)場雷達裝置進行查詢設置的功能，無需人工對監(jiān)控界面進行不間斷值守；具有動目標實時監(jiān)測及提前報警功能。
文檔編號G01S13/62GK102001346SQ20101050466
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權日2010年10月13日
發(fā)明者馮曉莉, 吉榮新, 陳建平 申請人:南京泰通科技有限公司