CN107421622A - 一种铁路落石的监测与定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁路落石的监测与定位方法,所述方法在铁路沿线的边坡处设置本地服务器和沿铁路布置的多个微震定位子***,每个微震定位子***包括通过同步触发线和数据传输线与本地服务器相连的多通道数据采集模块和与多通道数据采集模块的输入端相连的四个微震传感器;所述本地服务器通过同步触发线向各微震定位子***发送同步信号,通过数据传输线接收各微震定位子***采集的微震信息,然后根据微震信息计算出震源参数并通过以太网将震源参数上传至监控中心。本发明根据多个微震传感器采集到的落石撞击地面所产生的震动波计算震源点的坐标,具有监测装置结构简单、成本低廉、安装维护方便、抗干扰能力强等优点,可帮助有关人员及时发现和排除安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种可对铁路沿线边坡的落石进行实时监测和定位的方法,属于监测技术领域。
背景技术
边坡危岩落石一直是威胁铁路运输的一大安全隐患,坠入铁路上的较大落石或其它物体若不及时处理,就会对机车及相关人员造成伤害,因此对铁路沿线的危岩落石进行实时监测和定位具有重要意义。
国内外很多学者针对这一问题进行了大量研究,到目前为止,对铁路两侧落石的监测方法主要有以下几种:
(1)GPS定位法:采用卫星定位***进行监测,其缺点是设备维护工作量大,特殊地域无法取得信号,高精度定位***价格高昂,因此无法大规模推广应用;
(2)视频成像法:采用室外摄像的方法进行监测,所述方法虽然比较直观,但易于受雾和雨雪天气的影响,抗干扰能力较差,难以适应复杂的地质环境;
(3)光纤光栅法:基于光纤光栅传感技术的监测装置虽然已经量产,但是其***成本及维护成本较高。
综上所述,现有的落石监测方法和监测装置均存在诸多不足之处,有必要加以改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种设备操作简捷、易于维护而且抗干扰能力强的落石监测与定位方法,以及时发现和排除铁路运输的安全隐患。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的:
一种铁路落石的监测与定位方法,所述方法在铁路沿线的边坡处设置本地服务器和沿铁路布置的多个微震定位子***,每个微震定位子***包括通过同步触发线和数据传输线与本地服务器相连的多通道数据采集模块和与多通道数据采集模块的输入端相连的四个微震传感器;所述本地服务器通过同步触发线向各微震定位子***发送同步信号,通过数据传输线接收各微震定位子***采集的微震信息,然后根据微震信息计算出震源参数并通过以太网将震源参数上传至监控中心。
上述铁路落石的监测与定位方法,微震信息的采集及震源参数的计算步骤如下:
a.本地服务器通过以太网接收到监控中心发出的采集命令后,通过同步触发线向各个微震定位子***的多通道数据采集模块发送同步信号,多通道数据采集模块接收到同步信号后同步采集各微震传感器输出的微震信息并通过数据传输线将采集的数据上传给本地服务器;
b.本地服务器遍历各微震定位子***传回的所有微震传感器采集的数据,从中选出震动响应幅值最大的四组数据;
c.在微震传感器布置的平面内建立直角坐标系,设震动响应幅值最大的四组数据所对应的四个微震传感器分别为S1、S2、S3和S4,它们的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)和(x4,y4),本地服务器采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x0,y0)所发出的震动信号传播到四个微震传感器的波达时刻,记震动信号传播到S1、S2、S3和S4的波达时刻为t1、t2、t3、t4;
d.建立方程组:
其中,vp为监控区域内微震波的传播速度,t0为落石的落地时刻,解上述方程组即可得到震源点的坐标A(x0,y0)。
上述铁路落石的监测与定位方法,采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x0,y0)所发出的震动信号传播到四个微震传感器的波达时刻的具体方法是:
首先对各微震传感器的震动信号进行分帧,然后分别求得每一帧信号的短时能量的时频方差和,当时频方差和超过某一阈值时,即判定该点对应时刻为微震传感器的波达时刻。
上述铁路落石的监测与定位方法,每个微震定位子***的四个微震传感器分别安装在矩形区域的四个顶点上并对称分布于铁路的两侧。
上述铁路落石的监测与定位方法,任意两个相邻的微震定位子***之间的间距不超过30m。
本发明根据多个微震传感器采集到的落石撞击地面所产生的震动波计算震源点的坐标,具有监测装置结构简单、成本低廉、安装维护方便、抗干扰能力强等优点,可帮助有关人员及时发现和排除安全隐患,保证铁路运输的安全。
附图说明
图1是本发明的***原理示意图;
图2是微震定位子***的安装示意图;
图3是实施例中微震定位子***的安装示意图;
图4是四个微震传感器的选择示意图。
图中各标号为:1、多通道数据采集模块与本地服务器(安装在一起),2、边坡,3、落石,4、电缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参看图2和图3,本发明所用的落石监测定位装置包括本地服务器、同步触发线、数据传输线和微震定位子***。其中,微震定位子***包括多通道数据采集模块与构成微震检波器阵列的四个微震检波器s1、s2、s3、s4。四个微震传感器固定在铁路的两侧并分别位于矩形区域的四个顶点上。微震传感器s1、s2、s3、s4与多通道数据采集模块通过数据传输电缆连接。多通道数据采集模块与本地服务器通过数据传输线和同步触发线连接。多通道数据采集模块与本地服务器布设在铁路一侧安全位置。
在图2中,第一微震传感器s1与第二微震传感器s2相距15米,第一微震传感器s1与第四微震传感器s3相距30米(具体应用时可在允许范围内做适当调整),安装时数据传输电缆从铁轨下方穿过后连接到多通道数据采集模块的输入端。多通道数据采集模块与本地服务器通过螺栓固定在铁路附近的安全位置,本地服务器的主要作用是对数据进行分析计算与发送。
在图1中,落石监测定位装置工作时,监控中心发送的信号通过以太网传送给本地服务器,本地服务器产生的同步信号通过同步触发线使各个多通道数据采集模块同时产生触发信号,各个微震检波器阵列同步开始采集数据。
当较大危岩落石3或其它物体从边坡2坠落到某一微震检波器阵列覆盖的矩形区域内或某两个微震检波器阵列覆盖的矩形区域之间时,就会引起路面震动,各个微震传感器采集到震动信号后通过数据传输电缆4将数据传送给多通道数据采集模块,各个多通道数据采集模块将数据汇总传送给本地服务器,本地服务器先遍历各组数据,选择出震动响应峰值最大的四组数据,然后通过微震定位方法计算出震源位置,并将震源位置数据远程发送到监控中心。
本发明能够对铁路周围的危岩落石进行实时、精确定位。所采用的微震传感器灵敏度高,反应速度快。微震定位子***的设计能够依据监测范围大小对传感器数量进行增减,具有良好的经济性与适应性。
以下通过实施例对本发明进行验证。
本发明已在朔黄铁路上实现实际应用,***现场布置如图3所示(限于图幅图中只包含2套落石监测子***)。整个落石监测区域由6套落石监测子***、多通道数据采集模块协调完成整个监测区域的落石定位监控。铁路一侧传感器编号为奇数,另一侧传感器编号为偶数,以沿铁路线布置的多个微震定位子***中编号为S1的微震传感器所在位置为坐标原点,以过原点平行于铁轨指向传感器S4的方向为X轴,以过原点传感器S1指向传感器S2为Y轴建立平面直角坐标系。如图3所示。其中第一微震传感器s1与第二微震传感器s2相距15米,第一微震传感器s1与第三微震传感器s3相距30米,第三微震传感器s3与第五微震传感器s5相距30米,依此类推布置。
如图3所示,多通道数据采集模块接收到铁路现场本地服务器发出的同步采集信号后开始同步采集各微震传感器输出的微震信息,并通过数据传输线将采集的数据上传给本地服务器。本地服务器遍历各微震定位子***传回的所有微震传感器采集的数据,从中选出震动响应幅值最大的四组数据s1、s2、s3、s4,如图4所示。它们的坐标分别为(0m,0m),(0m,15m),(30m,0m)和(30m,15m),本地服务器采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x0,y0)(现场人工实测坐标为(3.75m,3.75m))所发出的震动信号传播到四个微震传感器s3、s4、s5、s6的波达时刻为t3=4.9380s、t4=4.9700s、t5=5.0645s、t6=5.0550s。
通过以下算法:
其中,vp为监控区域内微震波的传播速度,t0为落石的落地时刻,解上述方程组得到震源点的坐标A(3.90m,4.07m)。计算x方向定位误差为4.02%,y方向定位误差为8.62%。该试验***测量表明,本发明方法计算精度满足要求。
Claims (5)
1.一种铁路落石的监测与定位方法,其特征是,所述方法在铁路沿线的边坡处设置本地服务器和沿铁路布置的多个微震定位子***,每个微震定位子***包括通过同步触发线和数据传输线与本地服务器相连的多通道数据采集模块和与多通道数据采集模块的输入端相连的四个微震传感器;所述本地服务器通过同步触发线向各微震定位子***发送同步信号,通过数据传输线接收各微震定位子***采集的微震信息,然后根据微震信息计算出震源参数并通过以太网将震源参数上传至监控中心。
2.根据权利要求1所述的一种铁路落石的监测与定位方法,其特征是,微震信息的采集及震源参数的计算步骤如下:
a.本地服务器通过以太网接收到监控中心发出的采集命令后,通过同步触发线向各个微震定位子***的多通道数据采集模块发送同步信号,多通道数据采集模块接收到同步信号后同步采集各微震传感器输出的微震信息并通过数据传输线将采集的数据上传给本地服务器;
b.本地服务器遍历各微震定位子***传回的所有微震传感器采集的数据,从中选出震动响应幅值最大的四组数据;
c.在微震传感器布置平面内建立直角坐标系,设震动响应幅值最大的四组数据所对应的四个微震传感器分别为S1、S2、S3和S4,它们的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)和(x4,y4),本地服务器采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x0,y0)所发出的震动信号传播到四个微震传感器的波达时刻,记震动信号传播到S1、S2、S3、S4的波达时刻为t1、t2、t3、t4;
d.建立方程组:
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其中,vp为监控区域内微震波的传播速度,t0为落石的落地时刻,解上述方程组即可得到震源点的坐标A(x0,y0)。
3.根据权利要求2所述的一种铁路落石的监测与定位方法,其特征是,采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x0,y0)所发出的震动信号传播到四个微震传感器的波达时刻的具体方法是:
首先对各微震传感器的震动信号进行分帧,然后分别求得每一帧信号的短时能量的时频方差和,当时频方差和超过某一阈值时,即判定该点对应时刻为微震传感器的波达时刻。
4.根据权利要求3所述的一种铁路落石的监测与定位方法,其特征是,每个微震定位子***的四个微震传感器分别安装在矩形区域的四个顶点上并对称分布于铁路的两侧。
5.根据权利要求4所述的一种铁路落石的监测与定位方法,其特征是,任意两个相邻的微震定位子***之间的间距不超过30m。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171201 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |