CN110979397B - 一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***与方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***与方法。其中，运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，包括监测***和预警***；所述监测***包括信息收集***、信息传输***和信息处理***；信息收集***用于采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据并经信息传输***传送至信息处理***；信息处理***用于将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来判断隧道内仰拱变形的大小程度；预警***用于根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制。
Description
技术领域
本公开属于隧道监测领域，尤其涉及一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***与方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前大部分隧道在运营期内都出现了不同程度的渗水、围岩变形过大、隧道仰拱上浮等问题，严重威胁隧道结构稳定以及行车安全。其中，隧道仰拱作为隧道结构的一部分，在抑制围岩变形、保证隧道整体结构稳定方面发挥着巨大作用，而隧道仰拱上浮导致轨道***的问题严重威胁工程安全，且在软弱围岩环境中尤其突出，修复过程耗费人力物力，造成巨大的社会经济损失。
目前对于隧道的安全的检测与预警大多都在隧道的建设期，而高速铁路隧道长度大、埋深大、穿越地层复杂、列车运行速度快，对线路平顺度提出了更高的标准和要求，因而我们的监测与预警更针对运营期。监测与预警对于运营期内高铁穿越隧道具有重要的意义，在隧道运营期内进行监控量测，可以为分析围岩变形规律，核查围岩变形收敛，预测隧道可能存在的安全隐患提供科学的依据，防患于未然。
但是，发明人发现，目前国内对于运营期隧道监控量测主要依靠人力加水准仪、全站仪等设备测量的方式实现，受外界因素影响大，效率低，无法实时地掌握围岩的变形情况；另外，单纯地进行变形监测具有滞后性，无法进一步揭示隧道仰拱结构破坏的过程和形式，做到对仰拱结构上浮破坏的前兆预警和实时感知。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提供一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***与方法，其在隧道内通过信息搜集***，获得仰拱结构的状态，通过信息传输***将仰拱信息传至信息处理***进行分析，识别仰拱结构的异常***与变形，并通过预警***进行处理，从而保证列车的正常行驶，防患于未然，实现高铁穿越仰拱上浮区监测与预警***。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开的第一方面提供一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其包括：
监测***和预警***；所述监测***包括信息收集***、信息传输***和信息处理***；所述信息收集***用于采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据并经信息传输***传送至信息处理***；所述信息处理***用于将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；所述预警***用于根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制。
本公开的第二方面提供一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警方法，其包括：
采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据；
将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；
根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制。
本公开的有益效果是：
(1)分布式光纤传感技术将在建设期就安装在隧道轨道内，在运营期对隧道进行全方位，全时段的监测；另一重保障，在列车上安装激光扫描的设备，在列车行驶过程中，一边行驶，一边收集扫描信息。两者的信息会同列车自身的行驶平稳度等状态信息，一起汇入到信息处理分析***。
(2)本公开将分布式光纤传感技术，激光扫描技术，多方的信息传输收集分析导出技术，三种先进技术较好的融合，运用到对运营期内对轨道隧道的灾害进行监测和预警中。
(3)本公开根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制，将信息反映给高铁列车，创造高效、高速、安全的全国高铁网。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***结构示意图；
图2为本公开实施例的预警***结构示意图；
图3为本公开实施例的列车信息收集***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图1所示，本实施例的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，包括：
监测***1和预警***2；所述监测***1包括信息收集***3、信息传输***4和信息处理***5；所述信息收集***3用于采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据并经信息传输***4传送至信息处理***5；所述信息处理***5用于将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；所述预警***2用于根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制。
在具体实施中，所述信息收集***3包括隧道内仰拱变形信息收集***6和列车信息收集***7，对隧道仰拱异常变形进行双重监测；
隧道内仰拱变形信息收集***6用于采集隧道内仰拱实时数据；
列车信息收集***7用于列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据。
具体地，所述隧道内仰拱变形信息收集***包括分布式光纤传感器，其布置于隧道仰拱上方以及隧道内轨道下方的填充层中，用于检测隧道内仰拱实时数据。
具体地，如图3所示，所述列车信息收集***包括激光扫描设备，所述激光扫描设备设置在列车前部。
在本实施例中，所述信号传输***为无线通信装置。
需要说明的是，在其他实施例中，信号传输***也可为其他形式传输装置，比如电缆光纤有线传输结构。
在具体实施中，如图1所示，所述信息处理***5包括信息接收单元8、信息分析单元9以及信息输出单元10；
信息接收单元8用于接收隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据；
信息分析单元9用于将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；
信息输出单元10用于输出隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度至预警***。
如图2所示，所述预警***包括隧道维护中心，所述隧道维护中心与列车控制器相连；所述隧道维护中心内预存的列车行驶速度数据库，列车行驶速度数据库内预存有列车行驶速度与隧道内仰拱变形大小程度的匹配关系；所述隧道维护中心用于在列车行驶速度数据库内查找与当前隧道内仰拱变形大小程度相匹配的列车行驶速度，进而再结合隧道内仰拱发生变形的位置形成列车行驶控制方案并下发至相应列车控制器，以实现对列车速度的控制。
列车行驶速度数据库如表1所示：
表1列车行驶速度数据库
| 内仰拱变形大小 | 列车行驶速度 |
| Δy1 | v1 |
| Δy2 | v2 |
| Δy3 | v3 |
| ……. | ……. |
本实施例在列车行驶速度数据库内查找与当前隧道内仰拱变形大小程度相匹配的列车行驶速度，进而再结合隧道内仰拱发生变形的位置形成列车行驶控制方案并下发至相应列车控制器中，以实现对列车速度的控制，这样列车会得到一个最佳速度，最高限速。在全国高铁***的协调辅助下，列车得以安全高效的行驶。
本实施例的一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警方法，其包括：
步骤1：采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据；
具体地，利用布置于隧道仰拱上方以及隧道内轨道下方的填充层的分布式光纤传感器于检测隧道内仰拱实时数据。
步骤2：将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；
步骤3：根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制。
在步骤3中，预先构建列车行驶速度数据库，列车行驶速度数据库内预存有列车行驶速度与隧道内仰拱变形大小程度的匹配关系；
在列车行驶速度数据库内查找与当前隧道内仰拱变形大小程度相匹配的列车行驶速度，进而再结合隧道内仰拱发生变形的位置形成列车行驶控制方案并下发至相应列车控制器中，以实现对列车速度的控制。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其特征在于，包括：
监测***和预警***；所述监测***包括信息收集***、信息传输***和信息处理***；所述信息收集***用于采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据并经信息传输***传送至信息处理***；所述信息处理***用于将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；所述预警***用于根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制；
其中，所述预警***包括隧道维护中心，所述隧道维护中心与列车控制器相连；所述隧道维护中心内预存的列车行驶速度数据库，列车行驶速度数据库内预存有列车行驶速度与隧道内仰拱变形大小程度的匹配关系；所述隧道维护中心用于在列车行驶速度数据库内查找与当前隧道内仰拱变形大小程度相匹配的列车行驶速度，进而再结合隧道内仰拱发生变形的位置形成列车行驶控制方案并下发至相应列车控制器，以实现对列车速度的控制。
2.如权利要求1所述的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其特征在于，所述信息收集***包括隧道内仰拱变形信息收集***和列车信息收集***，对隧道仰拱异常变形进行双重监测；
隧道内仰拱变形信息收集***用于采集隧道内仰拱实时数据；
列车信息收集***用于列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据。
3.如权利要求2所述的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其特征在于，所述隧道内仰拱变形信息收集***包括分布式光纤传感器，其布置于隧道仰拱上方以及隧道内轨道下方的填充层中，用于检测隧道内仰拱实时数据。
4.如权利要求2所述的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其特征在于，所述列车信息收集***包括激光扫描设备，所述激光扫描设备设置在列车前部。
5.如权利要求1所述的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其特征在于，所述信息传输***为无线通信装置。
6.如权利要求1所述的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警***，其特征在于，所述信息处理***包括信息接收单元、信息分析单元以及信息输出单元；
信息接收单元用于接收隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据；
信息分析单元用于将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；
信息输出单元用于输出隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度至预警***。
7.一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警方法，其特征在于，包括：
采集隧道内仰拱实时数据和列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据；
将隧道内仰拱实时数据与原始隧道内仰拱数据进行比对来识别隧道内仰拱发生变形的位置，同时利用相应位置处的列车行驶过程中隧道仰拱的三维状态数据与原始隧道仰拱的三维状态数据进行比对来进一步判断隧道内仰拱变形的大小程度；
根据隧道内仰拱发生变形的位置及变形大小程度来对列车的速度进行控制；
其中，所述方法还包括：
预先构建列车行驶速度数据库，列车行驶速度数据库内预存有列车行驶速度与隧道内仰拱变形大小程度的匹配关系；
在列车行驶速度数据库内查找与当前隧道内仰拱变形大小程度相匹配的列车行驶速度，进而再结合隧道内仰拱发生变形的位置形成列车行驶控制方案并下发至相应列车控制器中，以实现对列车速度的控制。
8.如权利要求7所述的运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警方法，其特征在于，利用布置于隧道仰拱上方以及隧道内轨道下方的填充层的分布式光纤传感器于检测隧道内仰拱实时数据。
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