CN110081854A - 一种对有砟轨道道砟的沉降监测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对有砟轨道道砟的沉降监测***和方法，该***包括：固定在轨道支撑构件端部上的传感器，部署于轨道两侧的汇集参考点上的发射单元，与发射单元相互通讯的数据收集器，与数据收集器相互通讯的云平台；其中，发射单元向传感器发送测试指令并接收自传感器所反馈的空间位置数据，并与原始状态下由传感器所反馈的空间位置数据进行比较，通过计算位移量，当位移量超过位移阈值时，对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位。通过本发明，能够对轨道交通所产生的道砟不均匀沉降实现连续、在线且高效监测的方法，实现对道砟不均匀沉降进行在线式监测与报警，在提高监测精度的同时有效降低监测***的成本与操作难度。

Description

一种对有砟轨道道砟的沉降监测***及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通安全监测技术领域，尤其涉及对城市轨道交通、高速铁路等轨道交通***或者设备中发生的道砟不均匀沉降进行监测的对有砟轨道道砟的沉降监测***及基于所述监测***的一种监测方法。

背景技术

在已建成的地铁、轻轨、高速铁路或者有轨电车等有砟轨道交通装置中，均存在由于道砟破碎、脏污侵入而造成道砟不均匀沉降现象，因此对轨道交通装置的行车安全造成了巨大的安全隐患。故有必要对已经建成使用的轨道交通装置或者正在建设中的轨道交通装置所使用的轨道所产生的道砟不均匀沉降进行监测，防止发生行车安全事故。在轨道交通装置中，轨道通常安装在枕木上，并按照路基类型分为有砟轨道与无砟轨道，相对于无砟轨道，有砟轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，故应用更加普遍。本发明适用于有砟轨道的道砟不均匀沉降检测。

在现有技术中可采用基于摄像或者卫星定位或者惯性导航等测量方法进行道砟不均匀沉降的测量。但是上述技术方案存在价格昂贵，对卫星测绘精度要求苛刻的问题要求。目前现有的卫星测绘精度很难达到毫米级，甚至连厘米级的测绘精度都无法实现。同时，上述技术方案也存在***价格昂贵，无法实现大范围推广应用的限制。另外，现有技术中的***或者方法也无法实现对城市地铁等轨道交通***所发生的道砟不均匀沉降现象及具体的沉降量进行连续、在线地监控与显示的缺陷。

同时，在现有技术中还可由人工手动进行测量，并具体为，由人工在现场使用经纬仪与水准仪等土木工程测绘仪器对轨道或者枕木进行测量。然后将沿线上所有测量点的数据汇集后对某条轨道是否发生道砟不均匀沉降进行测量。人工手动测量时需要在暂停运行在轨道上的车辆才能保证测量人员的安全，这在城市地铁所穿梭的隧道中尤其明显，如果停运车辆必然导致巨大经济损失与居民出行不便，不停运车辆则对测量人员的人身安全带来巨大风险。同时，该现有技术也存在操作繁琐，人工使用量巨大的缺陷。这对于轨道交通发达的城市而言，采用人工现场测量的方式显得极其不合适。此外，经纬仪与水准仪等土木工程测绘仪器在测量时对测绘人员的技术要求极高，测绘人员需要对上述测绘仪器进行校准与调试，且测量精度存在因人异议的缺陷，不同熟练程度的测绘人员所测量的结果存在较大的误差。

最后，目前对轨道交通所发生的道砟不均匀沉降无法实现连续、在线及实时监测，从而导致智能化水平较低。

有鉴于此，有必要对现有技术中的对轨道交通道砟不均匀沉降进行监控的技术予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于公开一种轨道交通道砟不均匀沉降监测***及其基于该监测***的一种对轨道交通所产生的道砟不均匀沉降实现连续、在线且高效监测的方法，实现对道砟不均匀沉降进行在线式监测与报警，在提高监测精度的同时有效降低监测***的成本与操作难度。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种对有砟轨道道砟的沉降监测***，其包括；

固定在轨道支撑构件端部上的传感器，部署于轨道两侧的汇集参考点上的发射单元，与发射单元相互通讯的数据收集器，与数据收集器相互通讯的云平台；其中，所述发射单元向传感器发送测试指令并接收自传感器所反馈的空间位置数据，并与原始状态下由传感器所反馈的空间位置数据进行比较，通过计算传感器的位移量，当传感器反映出的位移量超过设定的位移阈值时，至少对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位，所述计算由发射单元或者云平台执行。

作为本发明的进一步改进，汇集参考点规划在轨道的两侧或任意一侧，原始状态时，所述规划在轨道的两侧的若干汇集参考点所部署的发射单元与传感器处于同一平面。

作为本发明的进一步改进，部署于汇集参考点上的发射单元主控位于轨道一侧的至少一个传感器，所述传感器为光敏传感器或者机械波传感器。

作为本发明的进一步改进，机械波传感器为声呐传感器、超声波传感器或者蓝牙传感器。

作为本发明的进一步改进，位移阈值设定为±50mm。

作为本发明的进一步改进，云平台包括通过***总线藕合连接的节点管理服务器和主服务器，与节点管理服务器和或主服务器连接的显示装置及报警装置；

所述节点管理服务器通过***总线分段连接数据收集器，以接收自发射单元所反馈的表征传感器实时形变量的数据，并由节点管理服务器或者主服务器执行计算，所述节点管理服务器中保存所有传感器的属性信息当其中一个传感器所产生的位移量超过位移阈值时，由报警装置和或显示装置输出报警提示。

作为本发明的进一步改进，显示装置与节点管理服务器或者主服务器以有线方式或者无线方式相互通讯，并以可视化的表格或者曲线图的形式对报警提示进行实时展示。

作为本发明的进一步改进，节点管理服务器中嵌入并运行分布式发布订阅消息***。

作为本发明的进一步改进，云平台中还包括与节点管理服务器和、或主服务器相互通讯的统计模块，所述统计模块用于统计触发报警的传感器的报警次数，并将触发报警的传感器在显示装置所形成的可视化界面上进行标记。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种对有砟轨道道砟的沉降监测方法，利用如前述技术方案所述的对有砟轨道道砟的沉降监测***进行沉降监测，包括：

步骤a：安装于轨道两侧汇集参考点上的发射单元和安装在轨枕两端的传感器；

步骤b：计算发射单元与固定在轨道支撑构件上的传感器之间的位移，发射单元向传感器发送测试指令并接收传感器所反馈的位置数据，并与原始状态下传感器所发送的位置数据进行比较，通过计算传感器的竖向位移量，实时监测道砟沉降；

步骤c：当道砟沉降量超过设定的沉降阈值时，对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位。

区别于现有技术，本发明提供了一种对有砟轨道道砟的沉降监测***和方法，该***包括：固定在轨道支撑构件端部上的传感器，部署于轨道两侧的汇集参考点上的发射单元，与发射单元相互通讯的数据收集器，与数据收集器相互通讯的云平台；其中，所述发射单元向传感器发送测试指令并接收自传感器所反馈的空间位置数据，并与原始状态下由传感器所反馈的空间位置数据进行比较，通过计算传感器的位移量，当传感器反映出的位移量超过设定的位移阈值时，至少对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位，所述计算由发射单元或者云平台执行。通过本发明，能够对轨道交通所产生的道砟不均匀沉降实现连续、在线且高效监测的方法，实现对道砟不均匀沉降进行在线式监测与报警，在提高监测精度的同时有效降低监测***的成本与操作难度。

附图说明

图1为一种对轨道交通道砟不均匀沉降进行监测的监测***中对发生道砟不均匀沉降的传感器计算道砟不均匀沉降量的原理及安装示意图；

图2为对道砟单侧不均匀沉降进行监测的示意图；

图3为对弧形轨道汇集参考点规划示意图；

图4为对道砟不均匀沉降进行监测的示意图；

图5为对铁路中支撑轨道的枕木上所连续设置的若干传感器所发生不均匀沉降以可视化的曲线图进行实时展示的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施实例；

本实例公开了一种对有砟轨道交通***的道砟沉降监测***的一种具体实施方式。本申请各实施例所涉及的有砟轨道交通***包括但不限于城市地铁***、城市轻轨***、普通、高速或者超高速铁路***。

上述这些有砟轨道交通***中，均设置承载轨道的轨道支撑构件，例如轨枕、道砟、钢梁等，并能够对上述轨道支撑构件所发生局部沉降即不均匀沉降现象进行高效、方便、快捷地监测、报警并向维修人员准确地标记出现沉降的地点，从而便于维修人员对发生沉降的支撑构件进行加固与维修，从而提高上述装置运行的安全性。在实施例一中，我们选用普通铁路***作为典型范例，作示范性阐述与解释。

参图1所示，在本实施例中，轨道支撑构件选用的轨枕T为木质或者混凝土均可，轨枕上铺设两条轨道H。轨枕与地基A之间为道砟M。发射单元F1、F2通过嵌入在地基平面的支座Z1、Z2固定。传感器C1、C2固定在轨枕T上。

需要说明的是，在本说明书示出的各个实施例中，汇聚参考点的空间位置以地基平面为参考，且在垂直方向上的高度高于地基平面，支座Z1、Z2配备有宽大面板以更好地保证其与地基平面无相对竖向位移，这样才能保证测绘及后续监测精度。

具体的，在本实施例中，在轨道的两侧连续设置多个汇集参考点。规划在轨道的两侧的若干汇集参考点所部署的发射单元位于同一平面。轨道与该平面呈垂直布置，且该平面与水平基准面也呈垂直设置。汇集参考点处所设置的发射单元主控两个传感器。在本实施例中传感器均固定设置在轨枕的两端端部。传感器固定在轨道支撑构件的两端端部或者一端端部。

具体的，配合参考图3所示，汇集参考点处所部署的发射单元位于支座上方，传感器位于轨枕端部，传感器数量为6个。在图3中，轨道呈弧线形，并在轨道的两侧分别部署错位布置的汇集参考点处发射单元与传感器。汇集参考点由地基平面确定。

在本实施例中，所采用的传感器均具有与发射单元进行数据报文接收发送的功能。发射单元可以以有线方式或者无线方式与多个传感器时目互通讯，并向传感器发送测试指令并接收自传感器所反馈的空间位置数据，并与原始状态下由传感器所反馈的空间位置数据进行比较，然后通过计算传感器的位移量。例如图2及图4中所处的传感器在道砟发生不均匀沉降后，轨枕T’处所形成的沉降路径，即直线CC’的长度。

在本实施例中，该发射单元具体为具有数据报文接收与发送功能的传感器或者激光发生器。需要说明的是，在本说明书的各个实施例中，所谓“传感器的位移量”具体指代传感器在安装后的第一次所标定的空间位置参数与后续状态下传感器向发射单元所反馈的空间位置数据所产生的差异。这种位移量是在垂直方向的发生的空间位移即沉降或者拱起，这种传感器的位移量可用来表征轨枕在竖直方向上的位移。具体的，配合图2所示，道砟不均匀沉降引起的轨枕单侧沉降，沉降量即CC’的长度，NC的长度为传感器位移量。配合图4所示，道砟不均匀沉降引起的轨枕双侧沉降，沉降量即CC’的长度，NC的长度为传感器位移量。

参图2与图4所示，本实施例具体阐述一根枕木的发生沉降时如何检测传感器所产生的形变量的具体过程。轨枕左侧的传感器在初始状态未发生形变时的状态标记为C，传感器产生形变量后的状态标记为C’。轨枕在初始状态未发生沉降的状态标记为T，轨枕发生沉降后的状态标记为T’。

在本说明书中，通过计算传感器的位移量，以一端端部或者两端端部固定有传感器的轨道支撑装置例如轨枕是否在发生了位置变化进行表征，从而对轨道支撑装置所发生的不均匀沉降等形变进行监控、显示并报警。

在图中2，传感器C受控于汇集参考点处所部署的发射单元F，并能够向发射单元反馈空间位置数据。具体的，上述计算传感器是否发生沉降或者拱起过程包括下面四个步骤。

步骤一、发射单元F发送测试指令，传感器C以初始接收数据点为原点向发射单元F反馈原始位置数据并生成初始位置坐标（0，0），其中FC为F点到C点的距离即线段FC的长度。

步骤二、发射单元F间隔发送第n次（n＞0，且为整数）测试指令，间隔时间最短可设置为0.5s，传感器C以初始接收数据点为原点向发射单元F反馈位置数据并生成新的位置坐标（Xn，Yn），其中m为新的坐标位置到初始坐标位置的水平距离，n为新的坐标位置到初始坐标位置的垂直距离。

步骤三、发射单元实时更新空间位置数据并传送到云平台。由云平台执行计算得到道砟的实时沉降量。所述计算具体为：

总沉降量记为K，第n次测试到第n-1次测试之间的沉降量记为Kn原始坐标为（0，0），第n次更新的坐标为（Xn，Yn），

Kn=Yn-Yn-1

K=K1+K2+K3+K4+...+Kn=Yn。

步骤四、云平台输出实时沉降量曲线，如参图5所示，当曲线K呈正值时，

实时沉降量曲线高于轨道参考线即此时发生了拱起现象，当K呈负值时，实时沉降量曲线低于轨道参考线即此时发生了沉降现象。当实时沉降量曲线位于划定两条参考线范围内时，***认为轨道的沉降或者拱起的程度尚在合理范围内。位移阈值在曲线图中可被两条参考线所划定。实时沉降量曲线的某个采样点的数据低于下参考线或者高于上参考线时，可由报警装置和或显示装置示出报警提示。

在本实例实施中双轨轨道上具有多个枕木，并在轨枕的两端端部固定设置传感器，在地基平面固定多个发射单元的支座。本说明书仅仅是简化表示，实际情况下，传感器以及发射单元安装的数量多于图示。

区别于现有技术，本发明提供了一种对有砟轨道道砟的沉降监测***和方法，该***包括：固定在轨道支撑构件端部上的传感器，部署于轨道两侧的汇集参考点上的发射单元，与发射单元相互通讯的数据收集器，与数据收集器相互通讯的云平台；其中，所述发射单元向传感器发送测试指令并接收自传感器所反馈的空间位置数据，并与原始状态下由传感器所反馈的空间位置数据进行比较，通过计算传感器的位移量，当传感器反映出的位移量超过设定的位移阈值时，至少对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位，所述计算由发射单元或者云平台执行。通过本发明，能够对轨道交通所产生的道砟不均匀沉降实现连续、在线且高效监测的方法，实现对道砟不均匀沉降进行在线式监测与报警，在提高监测精度的同时有效降低监测***的成本与操作难度。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种对有砟轨道道砟的沉降监测***，其特征在于，包括：

固定在轨道支撑构件端部上的传感器，部署于轨道两侧的汇集参考点上的发射单元，与发射单元相互通讯的数据收集器，与数据收集器相互通讯的云平台；其中，所述发射单元向传感器发送测试指令并接收自传感器所反馈的空间位置数据，并与原始状态下由传感器所反馈的空间位置数据进行比较，通过计算传感器的位移量，当传感器反映出的位移量超过设定的位移阈值时，至少对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位，所述计算由发射单元或者云平台执行。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，汇集参考点规划在轨道的两侧或任意一侧，原始状态时，所述规划在轨道的两侧的若干汇集参考点所部署的发射单元与传感器处于同一平面。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，部署于汇集参考点上的发射单元主控位于轨道一侧的至少一个传感器，所述传感器为光敏传感器、三轴陀螺仪传感器或者机械波传感器。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述机械波传感器为声呐传感器、超声波传感器或者蓝牙传感器。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，位移阈值设定为±50mm。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，云平台包括通过***总线藕合连接的节点管理服务器和主服务器，与节点管理服务器和或主服务器连接的显示装置及报警装置；

所述节点管理服务器通过***总线分段连接数据收集器，以接收自发射单元所反馈的表征传感器实时形变量的数据，并由节点管理服务器或者主服务器执行计算，所述节点管理服务器中保存所有传感器的属性信息当其中一个传感器所产生的位移量超过位移阈值时，由报警装置和或显示装置输出报警提示。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述显示装置与节点管理服务器或者主服务器以有线方式或者无线方式相互通讯，并以可视化的表格或者曲线图的形式对报警提示进行实时展示。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，节点管理服务器中嵌入并运行分布式发布订阅消息***。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，云平台中还包括与节点管理服务器和、或主服务器相互通讯的统计模块，所述统计模块用于统计触发报警的传感器的报警次数，并将触发报警的传感器在显示装置所形成的可视化界面上进行标记。

10.一种对有砟轨道道砟的沉降监测方法，利用如权利要求1-9任意一项所述的对有砟轨道道砟的沉降监测***进行沉降监测，其特征在于，包括：

步骤a：安装于轨道两侧汇集参考点上的发射单元和安装在轨枕两端的传感器；

步骤b：计算发射单元与固定在轨道支撑构件上的传感器之间的位移，发射单元向传感器发送测试指令并接收传感器所反馈的位置数据，并与原始状态下传感器所发送的位置数据进行比较，通过计算传感器的竖向位移量，实时监测道砟沉降；

步骤c：当道砟沉降量超过设定的沉降阈值时，对位移量超过设定的位移阈值的传感器进行定位。