CN101024400A - 高速铁路轨道安全自动测量监控技术 - Google Patents

Abstract

本发明高速铁路轨道安全自动测量监控技术，是一种铁路交通安全技术。铁路轨道发生静态、动态沉降、倾斜是引发列车出轨事故的主要原因。本发明通过在铁路路基上安装测量基准桩，在测量基准桩上安装位移传感器，用位移传感器来测量铁路轨道与测量基准桩之间相对位移的方法得到铁路轨道静态、动态位移信息数据，位移信息数据通过位移信息模块传输到终端接收显示器里，由终端接收显示器显示出铁路轨道的静态、动态沉降、倾斜变化数据。达到预防由于铁路轨道发生静态、动态沉降、倾斜引发的列车出轨事故的目的。位移信息数据又是铁路运输的设计、施工、运营、养护的科学依据。本发明的实施，是铁路运输安全的基本技术保障。

Description

高速铁路轨道安全自动测量监控技术

一.技术领域

本发明涉及一种铁路交通安全技术，是一种高速铁路轨道安全自动测量监控技术。

二.背景技术

世界上的铁路交通，已经进入了高速铁路时代。列车的最高时速已经达到515km/h，运营速度一般也达到了300km/h。随着列车的提速，高速列车对铁路轨道和铁路路基的巨大冲击力，很可能造成对铁路轨道、铁路路基的损坏，极易引发交通事故的。因此，随着列车速度的提高，对铁路轨道、铁路路基的技术要求也相应提高了。对铁路轨道动态位移和静态位移的自动测量监控技术，已成为确保铁路列车高速安全运行的关键技术之一。

1.已有的铁路轨道、铁路路基测量技术

1.1.最原始、最简单的方法

用“轨距水平测量仪”测量二根钢轨之间的距离和水平度，用“激光水平测量仪”测量整个轨道的水平度。

1.2.最新的专利技术

1.2.1.专利号01246092.3，专利名称为“铁路路基检测车”的专利技术，该技术是一种可在铁路轨道上快速运行的铁路路基检测车，它主要由地质雷达和静力触探仪组成，地质雷达和静力触探仪装备在铁路路基检测车上，地质雷达包括地质雷达控制装置、计算机和地质雷达天线，静力触探仪包括量测装置和探头。该专利技术不但可以快速、连续、高效、无损地检测道碴脏污程度、湿度，而且可以检测基床、路基病害和评估路基状态，为工务维修和养护提供准确、可靠和实用的依据。

1.2.2.专利号：200420016443.1，专利名称为“铁路路基面真位移测试桩”的专利技术，该技术是一种铁路路基面真位移测试桩，它由固定基准桩、外护管、电阻应变式位移计组成，固定基准桩为一钢管，固定基准桩置入路基的竖直孔中，在固定基准桩的下部周围浇注有混凝土，固定基准桩的上端露出路基面；外护管套在固定基准桩外，其下端与混凝土留有间隙，其上端与路基面平齐，外护管与路基竖直孔密贴在一起；电阻应变式位移计通过角钢牛腿固定在固定基准桩顶端，电阻应变式位移计的触头与路基面垂直接触，在接触面设有光滑平板。该专利技术的有益效果是它能够连续、准确地测试路基面的真实位移，精度可达0.01mm，为研究铁路路基面的刚度、弹性模量、填筑质量提供重要参数，确保铁路路基的稳定性和耐久性，从而保证铁路运输的安全。

2.现有技术的缺陷

2.1.缺乏有效的24小时动态监测手段

现有技术，对铁路轨道、铁路路基的测量都是临时的、局部的、静态的。现有技术，不能真实的反映列车通过时，列车对铁路轨道和铁路路基的动态影响，尤其是重载列车高速进入弯道的时候，它的惯性冲击力对铁路轨道、铁路路基的影响力极为巨大的，很可能造成对铁路轨道、铁路路基的损坏，极易引发交通事故。而现有技术，根本无法在列车高速运行状态下，对铁路轨道全线进行24小时动态跟踪测量。因此，现有技术，显然不能满足高速列车安全行驶的技术要求。

2.2.缺乏有效的24小时静态监测手段

现有技术，对铁路轨道、铁路路基的测量是临时的、局部的、静态的。在地震、洪水、泥石流等突发自然灾害造成的铁路路基受损的时候，在铁路路基由于病害造成的铁路轨道发生的沉降、倾斜的时候。现有技术，根本不能24小时对铁路轨道全线的工作状态进行有效的监控，对事故隐患不能及时发现、及时报警，及时预防。尤其对于那些穿越荒山野岭、无人区的铁路轨道的运营状态更是心中无数。因此，现有技术，显然不能满足列车正常行驶的技术要求。

三.发明内容

1.本发明的目的

1.1.提供一种铁路轨道动态位移自动测量监控技术，24小时自动测量列车通过路段的铁路轨道的动态位移数据。为高速铁路的设计、施工、运营、养护提供科学的依据。

1.2.提供一种铁路轨道静态位移自动测量监控技术，24小时自动测量所有路段铁路轨道的静态位移数据。从而达到，有效预防由于铁路轨道沉降、倾斜引起的列车出轨事故发生的目的。为铁路轨道和铁路路基的养护提供科学的依据。

2.本发明实现的方法

铁路路基是铁路轨道的依托，铁路路基的好坏，最后是体现在铁路轨道的位移变化上的，因此，本发明是采用测量铁路轨道动态位移、静态位移的方法，来实现监控铁路轨道、铁路路基的工作状态的。本发明是由测量基准桩、位移信息模块、终端接收显示器组成的。

3.自动测量铁路轨道位移的具体技术方案

3.1.要对铁路轨道的沉降、倾斜位移进行技术测量。首先必须有一个相对稳定、可靠的测量基准。最简单、最可靠的测量基准是：在铁路路基上打测量基准桩，由此，铁路轨道位移的测量基准是测量基准桩。用测量基准桩这个测量基准，来测量铁路轨道与测量基准桩之间的相对位移。

3.2.铁路轨道的位移信息数据是依靠安装在测量基准桩上的位移传感器A(6)、位移传感器B(7)、位移传感器C(8)、位移传感器D(9)测量得到的，是依靠位移传感器来测量铁路轨道与测量基准桩之间相对位移数据，来分析判断铁路轨道的沉降、倾斜程度的。

3.3.铁路轨道的位移信息数据是依靠位移信息模块传输的。通过位移信息模块把位移信息数据传输到下一个测量点的位移信息模块，一个个测量点的位移信息模块串联连接起来，位移信息数据一直传输到列车调度室的终端接收显示器里。

3.4.位移信息数据传输的终端是列车调度室的终端接收显示器，终端接收显示器接收、存储、显示铁路轨道的动态位移信息和静态位移信息。在终端接收显示器的显示屏上，显示铁路轨道的动态位移、静态位移发生的程度数据和显示发生铁路轨道位移的时间、地点。用以达到监控列车运行的目的。位移信息数据存储在终端接收显示器里，作为铁路的设计、施工、运营、养护的科学依据。

四.附图说明

附图1：是本发明的位移信息模块工作原理方框图

图中：1.稳压电源；2.随机存储器；3.中央处理器；4.时钟电路；5.只读存储器；6.位移传感器A；7.位移传感器B；8.位移传感器C；9.位移传感器D。

五.具体实施方式

下面通过以下实施例，来进一步描述本发明的具体实施方式。

1.建立测量基准

对任何物体的位移测量，都需要一个测量基准，才能测量到这个物体与测量基准之间的相对位移信息数据。在铁路上测量铁路轨道的沉降、倾斜位移，同样需要一个相对稳定、可靠的测量基准。最简单的办法是：在铁路路基上，垂直打下测量基准桩。这样，铁路轨道位移的测量基准是测量基准桩。测量基准桩可以采用钢材、水泥等多种材质制造，测量基准桩的结构和打入深度，根据不同的环境和地质条件决定。测量基准桩的基本技术要求是：在铁路路基受到列车动力剧烈冲击、振动和洪水、泥石流等水文、气温变化的时候，测量基准桩相对位置应该没有变化或者变化甚微，可以忽略不计。

为了对铁路全线的轨道进行监控，需要在铁路全线安装测量基准桩。这些测量基准桩作为这些测量点的测量基准。每个测量点之间的间隔距离，视铁路的不同情况决定，当然，间隔距离愈小，得到的位移信息愈多，愈详细。但也需要考虑施工成本和施工复杂程度，一般间隔距离为数米——数十米比较妥当，对铁路路基地质、水文条件比较复杂的路段、弯道的测量点之间的间隔距离应当适当小一些。

2.位移传感器

2.1.安装位移传感器

铁路轨道的位移信息数据是依靠安装在测量基准桩上的位移传感器A(6)、位移传感器B(7)、位移传感器C(8)、位移传感器D(9)测量得到的。是依靠位移传感器来测量铁路轨道与测量基准桩之间相对位移，来分析判断铁路轨道的沉降、倾斜程度的。

位移传感器A(6)安装固定在测量基准桩上，位移传感器A(6)测量左铁轨上下位移信息，得到位移信息数据A。

位移传感器B(7)安装固定在测量基准桩上，位移传感器B(7)测量左铁轨横向位移信息，得到位移信息数据B。

位移传感器C(8)安装固定在测量基准桩上，位移传感器C(8)测量右铁轨上下位移信息，得到位移信息数据C。

位移传感器D(9)安装固定在测量基准桩上，位移传感器D(9)测量右铁轨横向位移信息，得到位移信息数据D。

2.2.位移传感器的选择

现在市场上，现成的高精度、高可靠的位移传感器的品种很多，工作原理和使用方法也是多种多样，在本发明中，既可以选择现成的位移传感器，也可以单独设计制造专用的位移传感器。在本发明中，对位移传感器的基本技术要求是：

2.2.1.要能够适应复杂、恶劣的自然环境。位移传感器安装在铁路上，要能够确保高温酷暑、天寒地冻、风、雨、雪、冰雹、沙尘暴的环境条件下正常工作。

2.2.2.要具备防盗、防破坏功能。位移传感器安装在铁路上，是小偷盗窃的目标。因此，应该有必要的防盗、防破坏措施。

2.2.3.应该选择质量可靠、安装使用方便的免维护或者少维护的位移传感器。

2.2.4.应该选择性价比高的位移传感器。位移传感器每隔数米或者数十米就要安装四个，如果所有铁路都进行安装，使用的数量相当大，所以制造成本也是必须考虑的问题。

3.位移信息模块

下面结合附图1来进一步描述本发明中位移信息模块的作用。

附图1是本发明的位移信息模块工作原理方框图。

在附图1中；

3.1.稳压电源(1)的作用

稳压电源(1)负责向整个位移信息模块提供工作电源。

3.2.随机存储器(2)的作用

随机存储器(2)的作用是：接收、存储前方位移信息模块传输过来的位移信息数据。然后.向后方位移信息模块传输刚刚接收、存储的位移信息数据。位移信息数据按照先进先出的原则，以串行接收、存储，串行读出的模式工作的。在这里，我们称这种工作方式为位移信息模块的单向直通传输模式的工作方式。

位移信息模块的另一种工作方式叫位移信息模块的中途***传输模式的工作方式。中途***传输模式就是让位移信息模块暂时停止单向直通传输模式的工作状态，暂时停止传输前方位移信息模块传输过来的位移信息数据，改为传输本位移信息模块产生的位移信息数据。

单向直通传输模式与中途***传输模式在同一位移信息模块里是交替工作的，是受中央处理器(3)控制的。当位移信息模块进入中途***传输模式工作状态的时候，随机存储器(2)则进入暂时停止读出位移信息数据状态。但是，这个时候的随机存储器(2)仍然继续随机接收、存储前方位移信息模块传输过来的位移信息数据，这样做的目的是：为了防止前方位移信息数据的丢失。当位移信息模块恢复单向直通传输模式工作状态的时候，随机存储器(2)里接收、存储的位移信息数据继续向后方位移信息模块传输。

3.3.时钟电路(4)的作用

时钟电路(4)的作用是产生时钟信息数据。时钟信息数据的用途是：在终端接收显示器里确定铁路轨道发生位移的时间。

3.4.只读存储器(5)的作用

只读存储器(5)的作用是：存储这个位移信息模块安装位置的地理位置信息数据，读出这个位移信息模块存储的安装位置的地理位置信息数据。地理位置信息数据的用途是：在终端接收显示器里确定铁路轨道发生位移的地理位置。

3.5.中央处理器(3)的作用

3.5.1.控制和转换位移信息模块的工作状态。控制和转换位移信息模块从单向直通传输模式状态转换为中途***传输模式状态。或反之。

3.5.2.给时钟电路(4)产生的时钟信息数据前面增加一个地址码，给只读存储器(5)的地理位置信息数据前面增加一个地址码，给四个位移传感器产生的位移信息数据前面各增加一个地址码。

中央处理器(3)给时钟电路(4)产生的时钟信息数据前面增加一个地址码1，成为(地址码1+时钟信息数据)。每个位移信息模块里的地址码1是相同的。

中央处理器(3)给只读存储器(5)的地理位置信息数据前面增加一个地址码2，成为(地址码2+地理位置信息数据)。每个位移信息模块里的地址码2是相同的。

中央处理器(3)给位移信息数据A前面增加一个地址码3，成为(地址码3+位移信息数据A)，每个位移信息模块里的地址码3是相同的。

中央处理器(3)给位移信息数据B前面增加一个地址码4，成为(地址码4+位移信息数据B)，每个位移信息模块里的地址码4是相同的。

中央处理器(3)给位移信息数据C前面增加一个地址码5，成为(地址码5+位移数据信息C)，每个位移信息模块里的地址码5是相同的。

中央处理器(3)给位移信息数据D前面增加一个地址码6，成为(地址码6+位移数据信息D)，每个位移信息模块里的地址码6是相同的。

在本发明中，(地址码1+时钟信息数据)+(地址码2+地理位置信息数据)+(地址码3+位移信息数据A)+(地址码4+位移数据信息B)+(地址码5+位移信息数据C)+(地址码6+位移信息数据D)统称为位移信息数据。其中的时钟信息数据和地理位置信息数据是体现位移信息发生的时间和地点。

在本发明中，(地址码1+时钟信息数据)、(地址码2+地理位置信息数据)、(地址码3+位移信息数据A)、(地址码4+位移数据信息B)、(地址码5+位移信息数据C)、(地址码6+位移信息数据D)是并行排列在中央处理器(3)里的。

单只位移信息模块里的地址码1、地址码2、地址码3、地址码4、地址码5、地址码6是不相同的。地址码的作用：仅仅起到防止时钟信息数据、地理位置信息数据、位移信息数据A、位移信息数据B、位移信息数据C、位移信息数据D互相之间发生混淆的作用，便于信息数据的比较和应用。

3.5.3.本位移信息模块产生的位移信息数据的输出

本位移信息模块产生的位移信息数据，需要传输到列车调度室的终端接收显示器里，必须使本位移信息模块进入中途***传输模式的工作状态。

使本位移信息模块进入中途***传输模式工作状态的技术条件和方法是：

中央处理器(3)不断的对位移传感器产生的位移信息数据A、位移信息数据B、位移信息数据C、位移信息数据D的数据进行监测比较，只要任何一个位移信息数据发生变化，中央处理器(3)立即改变本位移信息模块的工作状态，使本位移信息模块进入中途***传输模式状态。中央处理器(3)开始读出位移信息数据。中央处理器(3)串行读出位移信息数据的顺序是(地址码1+时钟信息数据)+(地址码2+地理位置信息数据)+(地址码3+位移信息数据A)+(地址码4+位移信息数据B)+(地址码5+位移信息数据C)+(地址码6+位移信息数据D)。中央处理器(3)把位移信息数据传输给后面的位移信息模块。位移信息数据读出完毕后，本位移信息模块立即恢复到单向直通传输模式状态。当本位移信息模块里任何一个位移信息数据发生新的变化的时候，位移信息模块又重新进入中途***传输模式状态。如此重复循环。

3.6.位移信息模块的连接方式

每个铁路轨道位移信息测量点，安装一个位移信息模块，每个测量点的位移信息模块是串联连接起来的，这种串联连接一直连接到列车调度室的终端接收显示器里。

3.7.位移信息模块的实际构成

在附图1中，仅仅是为了详细描述本发明的工作原理，这才把随机存储器(2)、中央处理器(3)、只读存储器(5)分开绘制成附图1所示的模样。而现在一般的单片机里都包含有随机存储器(2)、中央处理器(3)、只读存储器(5)功能，因此，位移信息模块的实际构成中的随机存储器(2)、中央处理器(3)、只读存储器(5)只需要一片单片机芯片就可以满足本发明的技术要求。

4.终端接收显示器

位移信息数据传输到列车调度室的终端接收显示器里。经过终端接收显示器的中央处理器运算处理，达到以下用途：

4.1.存储全部位移信息数据，作为铁路设计、施工、运营、养护、事故处理的科学依据。

4.2.显示或者打印铁路轨道动态位移、静态位移的大小程度数据和发生铁路轨道位移的时间和地点。作为监控铁路运营的手段。

4.3.铁路轨道动态位移、静态位移的数值超过正常允许范围时，自动发出报警信号。

4.4.地理位置信息数据的用途

4.4.1.根据地理位置信息数据的变化来判断位移信息的性质

4.4.1.1.地理位置信息数据不断改变的情况下，得到的位移信息是：有列车通过的情况下铁路轨道的动态位移信息。

4.4.1.2.地理位置信息数据不发生改变的情况下，得到的位移信息是铁路轨道发生沉降、倾斜，或者是列车到站、列车临时停车造成的。

4.4.2.根据不同的地理位置信息数据出现的时间，计算和记录下列车行驶的速度。作为列车违章驾驶的处理依据。

4.4.3.根据地理位置信息数据，确定列车行驶的精确位置，有效减小同方向列车之间的间隔距离，提高铁路运营效率。

4.4.4.根据地理位置信息数据，确定铁路发生轨道沉降、倾斜的精确位置。便于及时组织人员抢修。

4.4.5.根据地理位置信息数据，确定铁路发生事故的精确位置。便于及时组织人员抢险。

4.5.位移信息数据相互之间的比较

通过同一地理位置信息的(地址码3+位移信息数据A)与(地址码5+位移信息数据C)的计算比较，得到铁路轨道该路段的倾斜方向，倾斜度数据。

4.6.位移数据与历史记录数据之间的比较

4.6.1.通过同一地理位置信息的(地址码3+位移数码信息A)和(地址码5+位移信息数据C)与列车调度室的终端接收显示器保存的该路段的历史数据比较，得到该路段铁路轨道沉降数据。

4.6.2.通过同一地理位置信息的(地址码4+位移信息数据B)和(地址码6+位移信息数据D)与列车调度室的终端接收显示器保存的该路段的历史记录数据比较，得到该路段铁路轨道横向位移数据。

5.本发明的实用意义

5.1.解决了高速列车对铁路轨道冲击影响的动态测量难题，本发明尤其对高速铁路的设计、施工、运营、养护有着重大意义。

5.2.解决了铁路轨道和铁路路基的静态监控难题，本发明尤其是对穿越荒山野岭、无人区的铁路静态监控有着重大意义。

Claims (4)

1.一种高速铁路轨道安全自动测量监控技术；它是由测量基准桩、位移信息模块、终端接收显示器组成；其特征在于：铁路轨道位移的测量基准是测量基准桩。

2.根据权利要求1所述的高速铁路轨道安全自动测量监控技术；其位移信息模块由稳压电源(1)、随机存储器(2)、中央处理器(3)、时钟电路(4)、只读存储器(5)、位移传感器A(6)、位移传感器B(7)、位移传感器C(8)、位移传感器D(9)组成的；其特征在于：铁路轨道的位移信息数据是依靠安装在测量基准桩上的位移传感器A(6)、位移传感器B(7)、位移传感器C(8)、位移传感器D(9)测量得到的，是依靠位移传感器来测量铁路轨道与测量基准桩之间相对位移数据，来分析判断铁路轨道的沉降、倾斜程度的。

3.根据权利要求1所述的高速铁路轨道安全自动测量监控技术；其特征在于：铁路轨道的位移信息数据是依靠位移信息模块传输的。

4.根据权利要求1所述的高速铁路轨道安全自动测量监控技术；其特征在于：位移信息数据传输的终端是列车调度室的终端接收显示器，终端接收显示器接收、存储、显示铁路轨道的动态位移信息和静态位移信息。

Images