專利名稱：基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型是可適用于鐵路邊坡危巖落石的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，屬光纖傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成技術(shù)、信號檢測技術(shù)及鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]我國是鐵路大國，近幾年鐵路技術(shù)發(fā)展迅速，客專的里程越來越長，列車的運(yùn)行速度越來越快，對行車的安全性要求越來越高，鐵路沿線地質(zhì)災(zāi)害的自動監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)越來越受到廣泛重視。鐵路建設(shè)關(guān)于《新建時(shí)速300-350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中明確規(guī)定客運(yùn)專線鐵路需設(shè)置防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)需要對自然災(zāi)害和異物侵限等進(jìn)行監(jiān)測，并提供有關(guān)防災(zāi)數(shù)據(jù)(預(yù)警、限速、停運(yùn)等決策信息)，為列車運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整、行車控制提供依據(jù)，保證列車的正常運(yùn)行。危巖落石實(shí)時(shí)防災(zāi)安全監(jiān)測是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。[0003]常規(guī)的鐵路安全防護(hù)技術(shù)是安裝主動、被動網(wǎng)阻擋邊坡坍塌、危巖落石侵入鐵路線路，是一種單一被動防護(hù)方式，沒有報(bào)警功能，一旦災(zāi)害發(fā)生，防護(hù)網(wǎng)被沖壞，就會危及行車安全。邊坡危巖落石預(yù)警與報(bào)警監(jiān)測技術(shù)，國內(nèi)外已開展了部分研究與應(yīng)用，但由于鐵路沿線地質(zhì)情況復(fù)雜、電磁干擾嚴(yán)重、取電困難、信號傳輸遠(yuǎn)等惡劣條件，加上其對系統(tǒng)漏報(bào)和誤報(bào)的嚴(yán)格要求，目前針對鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測預(yù)警報(bào)警的技術(shù)還很少見。[0004]當(dāng)前的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警技術(shù)研究主要分為主動預(yù)警監(jiān)測和被動報(bào)警監(jiān)測兩種。主動預(yù)警監(jiān)測是在巖體松動災(zāi)害發(fā)生前給與預(yù)警信息提示。目前針對危巖早期松動監(jiān)測采用GPS (全球定位系統(tǒng))位移監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文，用戶用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收3顆以上GPS衛(wèi)星信號，測量出測站點(diǎn)至3顆衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻的GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)， 據(jù)此利用距離交會法解算出測點(diǎn)的位置。使用該技術(shù)，現(xiàn)場需要電源和經(jīng)常性維護(hù)，特殊地域無法取得信號；特別是無法測得巖石內(nèi)部的應(yīng)力變化，所以無法對塌方落石進(jìn)行預(yù)報(bào)。如需進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測，則該系統(tǒng)造價(jià)昂貴，而且容易被盜。[0005]被動監(jiān)測是在有巖層脫落災(zāi)害發(fā)生以后給與報(bào)警信息提示。主要技術(shù)有電網(wǎng)監(jiān)測、視頻監(jiān)測等技術(shù)手段。電網(wǎng)監(jiān)測是預(yù)先設(shè)置防護(hù)網(wǎng)并在網(wǎng)上安裝電網(wǎng)傳感器，一旦異物撞壞防護(hù)網(wǎng)，通過電網(wǎng)感應(yīng)的方式即可向調(diào)度中心報(bào)警。視頻監(jiān)測是采用圖像觀測法監(jiān)測落石情況，雖然直觀，但雨、霧和雪等惡劣天氣下圖像清晰度難以保證，難以識別，且現(xiàn)場需要電源，設(shè)備容易被破壞。[0006]上述主動預(yù)警監(jiān)測和被動報(bào)警監(jiān)測等電類監(jiān)測技術(shù)的共同特點(diǎn)是對使用環(huán)境要求較高，易受各種干擾因素的影響，使用壽命短，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大范圍的使用等。[0007]現(xiàn)有技術(shù)還包括人工巡檢法，該方法只能對巖體前期的狀態(tài)進(jìn)行檢測，不能實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，而且存在人為主觀性，檢測僅能定性難以精確定量。綜上，目前暫無可適用于鐵路邊坡危巖監(jiān)測的可靠測試手段，也還暫無針對該項(xiàng)監(jiān)測需求的基于光纖光柵傳感技術(shù)的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)。[0008]總之，現(xiàn)有邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，主要存在的缺點(diǎn)是系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)無法滿足鐵路運(yùn)行低漏報(bào)和誤報(bào)的要求；電類技術(shù)抗干擾、取電、信號傳輸、維護(hù)困難。發(fā)明內(nèi)容[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，針對現(xiàn)有鐵路邊坡落石監(jiān)測技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型能解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題解決了現(xiàn)有鐵路邊坡落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)只能被動進(jìn)行報(bào)警監(jiān)測而不能主動預(yù)警監(jiān)測問題；解決了現(xiàn)有鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測電類傳感器在現(xiàn)場惡劣天氣不能連續(xù)正常工作的問題；解決了現(xiàn)有鐵路邊坡監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測信號抗電磁干擾和遠(yuǎn)距離傳輸問題；解決了鐵路邊坡監(jiān)測系統(tǒng)單一監(jiān)測手段下，容易漏報(bào)和誤報(bào)率高的問題。[0010]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，包括現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備包括設(shè)置在鐵路沿線邊坡的主動網(wǎng)防護(hù)區(qū)巖體變形松動監(jiān)測和以柔性被動網(wǎng)為監(jiān)測載體的危巖落石監(jiān)測，其還包括監(jiān)控控制設(shè)備， 監(jiān)控控制設(shè)備與現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備相連；現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備包括巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)、落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)和落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)均與監(jiān)控控制設(shè)備相連；監(jiān)控控制設(shè)備包括依次相連的光纖終端盒、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。[0011]所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)與光纖終端盒相連，其采用光纖光柵智能錨桿，并將其穿透打入邊坡主動網(wǎng)防護(hù)區(qū)坡面風(fēng)化巖層。[0012]所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，光纖光柵智能錨桿包括螺紋鋼錨桿、光纖光柵應(yīng)變傳感器、 光纖光柵溫度傳感器和光信號輸出保護(hù)裝置，光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器均設(shè)置在螺紋鋼錨桿上，光信號輸出保護(hù)裝置設(shè)置在螺紋鋼錨桿的一個(gè)端頭，光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器均通過光信號輸出保護(hù)裝置、信號傳輸光纜與光纖終端盒相連。[0013]所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)與光纖終端盒相連，其包括被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器和光纖光柵破網(wǎng)監(jiān)測傳感網(wǎng)，二者均設(shè)置在柔性被動防護(hù)網(wǎng)上。[0014]所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器接有寬帶光源和解調(diào)器，解調(diào)器包括相連的光纖法布里-珀羅腔和運(yùn)算設(shè)備，被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器與寬帶光源、解調(diào)器之間還依次接有隔離器和3dB耦合器。[0015]所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)包括光纖光柵張力傳感器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)；光纖光柵張力傳感器夾持于柔性被動防護(hù)網(wǎng)的拉錨繩上，并與光纖終端盒相連；視頻監(jiān)控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連。[0016]所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)擴(kuò)展有與監(jiān)控控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連的擴(kuò)展設(shè)備；擴(kuò)展設(shè)備包括工務(wù)段管理計(jì)算機(jī)、路局管理計(jì)算機(jī)和報(bào)警/行車連鎖輸出設(shè)備。[0017]本實(shí)用新型針對邊坡加固防護(hù)措施，采取了主動和被動兩種監(jiān)測措施。主動監(jiān)測針對風(fēng)化層可能出現(xiàn)的松動脫落，采用智能錨桿對巖體內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測；被動監(jiān)測針對危巖落石，對被動防護(hù)網(wǎng)網(wǎng)面振動、網(wǎng)面破損、拉錨繩張力進(jìn)行監(jiān)測。[0018]基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)，相比既有的監(jiān)測系統(tǒng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)[0019](1)主要監(jiān)測項(xiàng)目都采用了光纖光柵傳感技術(shù)，具有耐腐蝕，抗電磁干擾，使用安全可靠、集傳感與傳輸于一體等優(yōu)點(diǎn)，檢測、傳輸信號屬波長調(diào)制，使用波分復(fù)用技術(shù)，容量大，易于構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步傳感測量。[0020](2)與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無電檢測，成本低、免維護(hù)，信號可遠(yuǎn)距離傳輸，特別適用于工程長期在線安全監(jiān)測，尤其是鐵路無人區(qū)、無電區(qū)等惡劣的環(huán)境。[0021](3)監(jiān)測系統(tǒng)采用了防護(hù)網(wǎng)落石振動和落石破網(wǎng)兩種不同原理的監(jiān)測技術(shù)，同時(shí)對被動網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，避免單一技術(shù)出現(xiàn)的誤報(bào)，極大限度降低了系統(tǒng)誤報(bào)率，且監(jiān)測光纖傳感器和被動防護(hù)網(wǎng)形成一體，有效減少漏報(bào)。[0022](4)系統(tǒng)自檢功能、多級組合報(bào)警策略和視頻聯(lián)動功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，為納入行車聯(lián)鎖提供可靠依據(jù)。[0023]本實(shí)用新型不僅克服了現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)諸多缺點(diǎn)，更為鐵路邊坡落石監(jiān)測系統(tǒng)研究提供了一個(gè)全新的思路和方向，提升了鐵路危巖落石報(bào)警監(jiān)測技術(shù)的準(zhǔn)確性，使列車運(yùn)營安全得到更有力的保障。[0024]本實(shí)用新型的有益效果是[0025]本系統(tǒng)通過光柵光纖傳感器和視頻聯(lián)動監(jiān)測對鐵路邊坡危巖落石的監(jiān)測、預(yù)警、 報(bào)警及實(shí)時(shí)圖像傳輸，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置鐵路邊坡危巖落石災(zāi)害事件，并通過網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)多級聯(lián)控。本系統(tǒng)的研制解決了多年來在鐵路邊坡危巖落石安全防護(hù)工作中存在的漏報(bào)、誤報(bào)、傳輸和電源等難題，對保障鐵路行車安全特別是山區(qū)鐵路行車安全起到了較可靠的保障作用。同時(shí)本系統(tǒng)能夠建立鐵路邊坡信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，可為邊坡整治提供合理的決策信息。本系統(tǒng)布設(shè)簡單，使用簡便，穩(wěn)定可靠，運(yùn)用維護(hù)成本低，能有效的預(yù)防和減少鐵路列車撞碰落石災(zāi)害事故發(fā)生，對保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全和國家財(cái)產(chǎn)損失有著重大的意義。


[0026]圖1是鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。[0027]圖2是光纖光柵智能錨桿結(jié)構(gòu)圖。[0028]圖3是光纖光柵落石監(jiān)測傳感技術(shù)原理。[0029]圖4是光纖光柵落石監(jiān)測傳感器布點(diǎn)示意圖。[0030]圖5(a)、(b)分別是落石破網(wǎng)監(jiān)測光纖光柵破網(wǎng)監(jiān)測傳感網(wǎng)布置示意圖及其A向放大圖。[0031]圖6是基于光纖光柵張力傳感器的防護(hù)網(wǎng)落石狀態(tài)判別原理。[0032]圖中有主動網(wǎng)防護(hù)區(qū)1 ；光纖光柵智能錨桿2 ；螺紋鋼錨桿2-1 ；光纖光柵應(yīng)變傳感器2-2 ；光纖光柵溫度傳感器2-3 ；光信號輸出保護(hù)裝置2-4 ；被動防護(hù)網(wǎng)3 ；被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器4 ；光纖光柵破網(wǎng)監(jiān)測傳感器5 ；光纖光柵張力傳感器6 ；信號傳輸光纜7 ；視頻監(jiān)控系統(tǒng)8 ；光纖終端盒9 ；光纖光柵信號解調(diào)器10 ；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)11 ；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12 ；工務(wù)段管理計(jì)算機(jī)13 ；路局管理計(jì)算機(jī)14 ；報(bào)警/行車連鎖輸出15 ；光纖光柵傳感器16 ；金屬扎帶17 ；光纖法布里-珀羅腔18 ；寬帶光源19 ；隔離器和3dB耦合器20。圖3中，S1In為 1-n號光纖光柵傳感器，λ「λ n為對應(yīng)的波長，運(yùn)算設(shè)備有加法器、乘法器和減法器。圖6 中，(a)-(d)分別是狀態(tài)1-狀態(tài)4。
具體實(shí)施方式
[0033]本實(shí)用新型研制了基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效降低了系統(tǒng)漏報(bào)和誤報(bào)，具有穩(wěn)定可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、信號傳輸距離遠(yuǎn)、無電檢測免維護(hù)等特點(diǎn)，為鐵路安全行車提供了安全保障，是對既有鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。[0034]本方案主要監(jiān)測邊坡巖體風(fēng)化層的緩慢受力變化，并對危巖落石沖擊和網(wǎng)面破損情況進(jìn)行報(bào)警，并具有視頻監(jiān)測聯(lián)動。監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，通過專用軟件處理輸出聲光預(yù)警、報(bào)警信號和視頻聯(lián)動觀測。監(jiān)測信號可通過局域網(wǎng)遠(yuǎn)傳至工務(wù)段和鐵路局等監(jiān)控中心， 并具有短信、電話等報(bào)警功能，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。[0035]監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成[0036](1)基于光纖光柵智能錨桿的巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)；[0037](2)基于光纖光柵傳感技術(shù)的落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)；[0038](3)基于光纖光柵張力傳感器和視頻監(jiān)控的落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)；[0039](4)基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)。[0040]基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)，是一個(gè)遠(yuǎn)程、長期、實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測系統(tǒng)。邊坡現(xiàn)場無需供電，控制室的寬帶光源發(fā)出的光信號通過傳輸光纜(最遠(yuǎn) 20KM)遠(yuǎn)傳到各類光纖光柵傳感器，經(jīng)反射后再傳回控制室，經(jīng)光纖光柵解調(diào)器進(jìn)行信號解調(diào)后由計(jì)算機(jī)采集，采集數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器進(jìn)行處理和分析，通過專用軟件處理輸出監(jiān)測結(jié)果和報(bào)警信號，并可觸發(fā)視頻監(jiān)控信號進(jìn)行聯(lián)動觀測。監(jiān)測和報(bào)警信息可通過局域網(wǎng)遠(yuǎn)傳至工務(wù)段、鐵路局等監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和管理。[0041]實(shí)施例[0042]1.基于光纖光柵智能錨桿的巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)[0043]風(fēng)化層巖體的變形及松動會嚴(yán)重危及鐵路的行車安全，為了監(jiān)測加固后巖體的變形及松動狀態(tài)。本子系統(tǒng)基于光纖傳感原理研制了光纖光柵智能錨桿，將其穿透打入邊坡主動網(wǎng)護(hù)坡面風(fēng)化巖層區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)通過監(jiān)測沿錨桿軸向受力的分布及發(fā)展?fàn)顩r來開展各塊區(qū)域風(fēng)化巖層的受力情況監(jiān)測。圖2是光纖光柵智能錨桿結(jié)構(gòu)圖。錨桿的長度根據(jù)監(jiān)測現(xiàn)場地質(zhì)勘測情況確定，可采用鋼筋或鋼纜。[0044]單根錨桿依據(jù)測力點(diǎn)的埋深及超越閾值的測力點(diǎn)個(gè)數(shù)來進(jìn)行預(yù)警重要性劃分。預(yù)警值設(shè)置時(shí)，首先需采集并統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間區(qū)間內(nèi)錨桿各測點(diǎn)的極值，用累積統(tǒng)計(jì)量的一定置信區(qū)間的上下限作為預(yù)警限值。為降低局部測點(diǎn)異常引起的誤報(bào)事件，錨桿可劃分為不同區(qū)域帶，分區(qū)域進(jìn)行預(yù)警。當(dāng)區(qū)域帶內(nèi)發(fā)生預(yù)警信息的錨桿超過預(yù)設(shè)門檻的要求時(shí)，才對該監(jiān)測區(qū)域提示預(yù)警，并聯(lián)動視頻信號觀察監(jiān)視。長期積累的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)光纖光柵智能錨桿受力監(jiān)測數(shù)據(jù)，可用于構(gòu)建邊坡風(fēng)化巖層不同點(diǎn)位不同深度處力統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，基于該數(shù)據(jù)庫建立的預(yù)警分析方法可為后期判別風(fēng)化層脫落變形監(jiān)測預(yù)報(bào)提供服務(wù)。[0045]2.基于光纖光柵傳感技術(shù)的落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)[0046](1)技術(shù)原理[0047]落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和核心內(nèi)容。以柔性被動網(wǎng)為監(jiān)測對象， 分別開展落石、破網(wǎng)、落石破網(wǎng)報(bào)警方面的研究。為了提高系統(tǒng)報(bào)警的可靠性，將光纖傳感網(wǎng)和防護(hù)網(wǎng)連為一體，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)破纖斷，有效地避免了系統(tǒng)漏報(bào)。為極大地降低誤報(bào)率，設(shè)計(jì)了光纖光柵落石振動傳感器和光纖光柵破網(wǎng)傳感網(wǎng)，將兩類傳感器同時(shí)布設(shè)于被動網(wǎng)上，僅當(dāng)落石振動和破網(wǎng)同時(shí)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)出報(bào)警，這種組合報(bào)警方式極大地降低了系統(tǒng)誤報(bào)，優(yōu)于傳統(tǒng)的監(jiān)測方式。[0048]邊坡落石侵入防護(hù)網(wǎng)會時(shí)，會引起柔性被動防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)特定模式的工作模態(tài)。通過在防護(hù)網(wǎng)上布置光纖振動傳感器來捕捉落石引起的防護(hù)網(wǎng)模態(tài)變化。如圖3，寬帶光源發(fā)出的寬帶光信號經(jīng)過隔離器和3dB耦合器傳輸?shù)酱拥膫鞲泄鈻派?，?jīng)過這些光纖光柵的波長選擇后，一組不同波長的窄帶光被反射，反射光再次經(jīng)過3dB耦合器由信號處理器接收。當(dāng)有落石發(fā)生時(shí)，光纖光柵落石監(jiān)測傳感器隨著護(hù)網(wǎng)的一起運(yùn)動，光纖光柵的諧振波長發(fā)生漂移，其漂移量由波長解調(diào)裝置測出，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，并經(jīng)過系統(tǒng)軟件智能對比分析后，發(fā)出聲光等預(yù)警、報(bào)警信號，同時(shí)輸出報(bào)警聯(lián)動信號驅(qū)動相關(guān)的設(shè)備動作，如聯(lián)動攝像頭、行車等。[0049]為了進(jìn)一步降低誤報(bào)率，本子系統(tǒng)使用了光纖光柵破網(wǎng)監(jiān)測傳感網(wǎng)，將其均勻編織于被動網(wǎng)形成監(jiān)測光網(wǎng)，由于監(jiān)測光纜強(qiáng)度遠(yuǎn)低于被動網(wǎng)，當(dāng)邊坡落石入侵破網(wǎng)時(shí)，編織網(wǎng)上的光纖監(jiān)測網(wǎng)也將破網(wǎng)，通過儀表監(jiān)測不同網(wǎng)片光網(wǎng)信號的通斷即可初步定位落石破網(wǎng)是否發(fā)生及發(fā)生區(qū)域。兩類監(jiān)測目的的光纖光柵傳感器安置于同一片網(wǎng)，優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測布置方式，該組合報(bào)警方式可靠性高、誤報(bào)率低。[0050](2)監(jiān)測布點(diǎn)[0051]以長10米、高4米防護(hù)網(wǎng)為例，落石監(jiān)測傳感器的布點(diǎn)安裝如圖4所示，傳感器的安裝高度為2. 5米，每片網(wǎng)布設(shè)光纖光柵傳感器4個(gè)，其布置間距為2米。光纖光柵傳感器之間用光纜相連，根據(jù)信號解調(diào)器的波長帶寬、傳感器的波長間距確定傳感器的串聯(lián)數(shù)量， 例如解調(diào)器帶寬40nm，傳感器的波長間距2nm，理論串聯(lián)數(shù)量的最大數(shù)量為20個(gè)。傳感器組串完成后，一端與信號傳輸光纜連接，通過傳輸光纜，監(jiān)測信號傳回監(jiān)控室。[0052]破網(wǎng)監(jiān)測傳感光網(wǎng)的監(jiān)測方案如圖5所示。光網(wǎng)光纜沿被動網(wǎng)網(wǎng)格鋼纜布置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)用金屬扎帶進(jìn)行固定，保證光網(wǎng)與被動網(wǎng)之間不會產(chǎn)生相對滑動，光網(wǎng)兩端各串聯(lián)一個(gè)光纖光柵傳感器。網(wǎng)片組串原理和信號傳輸與上段說明相同。[0053]3.基于光纖光柵張力傳感器和視頻監(jiān)控的落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)[0054](1)技術(shù)原理[0055]為了監(jiān)測有落石未破網(wǎng)的工作狀態(tài)，采用了光纖光柵張力傳感器和視頻聯(lián)動的監(jiān)測方式。將光纖光柵張力傳感器夾持于被動網(wǎng)拉錨繩上，可實(shí)現(xiàn)對該類結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的監(jiān)測。當(dāng)有落石未破網(wǎng)時(shí)，防護(hù)網(wǎng)工作模態(tài)的改變會引起拉錨繩結(jié)構(gòu)受力的相應(yīng)改變，因此， 如圖6拉錨繩不同的受力監(jiān)測曲線均與落石是否入侵，是否破網(wǎng)間有相應(yīng)的映射關(guān)系(狀態(tài)1表示狀態(tài)正常，狀態(tài)2表示承接有落石，狀態(tài)3表示落石彈回或落石破網(wǎng)，狀態(tài)4表示承接落石負(fù)荷下降)。本系統(tǒng)的視頻監(jiān)控，采用基于傳感監(jiān)測信號的觸發(fā)方式聯(lián)動，因而具有智能主觀性。當(dāng)有落石發(fā)生時(shí)，視頻監(jiān)測功能被激活，對落石狀態(tài)進(jìn)行視頻圖像復(fù)核。[0056](2)監(jiān)測布點(diǎn)[0057]根據(jù)被動網(wǎng)加固拉錨繩的數(shù)量，每根加固拉錨繩上安裝光纖光柵張力傳感器一個(gè)，傳感器的固定根據(jù)拉錨繩的規(guī)格，采用相應(yīng)規(guī)格的卡件進(jìn)行固定，并可以輔以其它方式進(jìn)行加固，保證傳感器與拉錨繩之間不產(chǎn)生相對位移。張力傳感器之間用光纜進(jìn)行連接，組串原理和信號傳輸方式與上節(jié)介紹相同。張力增減超過設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)輸出報(bào)警信號。[0058]視頻監(jiān)測系統(tǒng)安裝在邊坡附近，硬件配置和安裝位置以能滿足視頻圖像復(fù)核為且。[0059]4.基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)[0060]該系統(tǒng)由現(xiàn)場傳感測試儀器、控制室設(shè)備、監(jiān)控管理中心監(jiān)測終端組成。[0061](1)現(xiàn)場傳感測試儀器[0062]現(xiàn)場傳感測試儀器主要由光纖光柵智能錨桿、光纖光柵落石監(jiān)測傳感器、光纖光柵張力傳感器、光纖光柵破網(wǎng)監(jiān)測傳感網(wǎng)、光纜及光纖接續(xù)盒組成。每個(gè)區(qū)域的傳感器通過光纜串聯(lián)后接至光纖接續(xù)盒，再經(jīng)光纜與控制室采集站相連接。[0063](2)控制室設(shè)備[0064]控制室設(shè)備由硬件和軟件組成。硬件系統(tǒng)由采集計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、光纖光柵解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖接續(xù)終端等組成；軟件系統(tǒng)由各種硬件設(shè)備的驅(qū)動軟件、通信軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、監(jiān)測預(yù)警報(bào)警、評估等軟件組成。[0065](3)終端設(shè)備[0066]在鐵路局、工務(wù)段分別設(shè)置監(jiān)測報(bào)警終端?？山邮請?bào)警信號，并查看監(jiān)測信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。[0067]本技術(shù)通過對既有監(jiān)測技術(shù)手段存在問題的深入分析，結(jié)合柔性防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及光纖傳感技術(shù)可遠(yuǎn)距離、無中繼、適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、抗電磁干擾等技術(shù)優(yōu)勢，研制了基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)，并提出了基于各子系統(tǒng)的傳感網(wǎng)布設(shè)原則、監(jiān)測方案及實(shí)施步驟。其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下[0068](1)首次提出了基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測網(wǎng)傳感器布設(shè)原則及監(jiān)測實(shí)施方案；[0069](2)首次提出了低誤報(bào)率的基于光纖光柵的鐵路邊坡落石、破網(wǎng)雙信號組合的監(jiān)測危巖落石報(bào)警方法；[0070](3)首次研發(fā)了適用于鐵路邊坡，能感知巖體緩慢力學(xué)性能變化的光纖光柵智能錨桿。8
權(quán)利要求1.基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，包括現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備包括設(shè)置在鐵路沿線邊坡的主動網(wǎng)防護(hù)區(qū)巖體變形松動監(jiān)測和以柔性被動網(wǎng)為監(jiān)測載體的危巖落石監(jiān)測，其特征在于其還包括監(jiān)控控制設(shè)備，監(jiān)控控制設(shè)備與現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備相連；現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備包括巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)、落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)和落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)均與監(jiān)控控制設(shè)備相連；監(jiān)控控制設(shè)備包括依次相連的光纖終端盒(9)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(11)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)與光纖終端盒相連，其采用光纖光柵智能錨桿O)，并將其穿透打入邊坡主動網(wǎng)防護(hù)區(qū)(1)坡面風(fēng)化巖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于光纖光柵智能錨桿包括螺紋鋼錨桿0-1)、光纖光柵應(yīng)變傳感器0-2)、光纖光柵溫度傳感器(2- 和光信號輸出保護(hù)裝置0-4)，光纖光柵應(yīng)變傳感器(2- 和光纖光柵溫度傳感器(2- 均設(shè)置在螺紋鋼錨桿 (2-1)上，光信號輸出保護(hù)裝置(2-4)設(shè)置在螺紋鋼錨桿的一個(gè)端頭，光纖光柵應(yīng)變傳感器(2- 和光纖光柵溫度傳感器(2- 均通過光信號輸出保護(hù)裝置(2-4)、信號傳輸光纜(7)與光纖終端盒(9)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)與光纖終端盒(9)相連，其包括被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器(4)和光纖光柵破網(wǎng)監(jiān)測傳感網(wǎng)(5)，二者均設(shè)置在柔性被動防護(hù)網(wǎng)( 上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器(4)接有寬帶光源和解調(diào)器，解調(diào)器包括相連的光纖法布里-珀羅腔(18)和運(yùn)算設(shè)備，被動網(wǎng)振動監(jiān)測傳感器(4)與寬帶光源(19)、解調(diào)器之間還依次接有隔離器和3dB耦合器00)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)包括光纖光柵張力傳感器(6)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)(8)；光纖光柵張力傳感器(6)夾持于柔性被動防護(hù)網(wǎng)(3)的拉錨繩上，并與光纖終端盒(9)相連；視頻監(jiān)控系統(tǒng)(8)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(11)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于光纖終端盒(9)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) (11)之間還接有光纖光柵信號解調(diào)器(10)；所述監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)擴(kuò)展有與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(11) 相連的擴(kuò)展設(shè)備，擴(kuò)展設(shè)備包括工務(wù)段管理計(jì)算機(jī)(13)、路局管理計(jì)算機(jī)(14)和報(bào)警/行車連鎖輸出設(shè)備(15)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡危巖落石監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，包括現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備包括設(shè)置在鐵路沿線邊坡的主動網(wǎng)防護(hù)區(qū)巖體變形松動監(jiān)測和以柔性被動網(wǎng)為監(jiān)測載體的危巖落石監(jiān)測，其還包括監(jiān)控控制設(shè)備，監(jiān)控控制設(shè)備與現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備相連；現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備包括巖體變形和松動監(jiān)測子系統(tǒng)、落石破網(wǎng)監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)和落石狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)均與監(jiān)控控制設(shè)備相連；監(jiān)控控制設(shè)備包括依次相連的光纖終端盒(9)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(11)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)。本實(shí)用新型提升了鐵路危巖落石報(bào)警監(jiān)測技術(shù)的準(zhǔn)確性，使列車運(yùn)營安全得到更有力的保障。
文檔編號G08B21/10GK202257858SQ20112039006
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者劉簡, 印新達(dá), 尹達(dá), 胡軍, 袁良峰, 黃辛 申請人:武漢理工光科股份有限公司