CN114543967A - 基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法及*** - Google Patents
基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法及***,该方法包括:在轨道结构上布置光纤光栅阵列光缆对轨道状态监测数据进行实时采集,并经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;沿轨道全线间隔安装若干视频摄像头,视频摄像头将拍摄的视频监测数据经视频数据接收设备发送至后台服务器;后台服务器判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。本发明实现了对铁路轨道结构病害情况的实时监测和类型识别,通过视频直观反映病害类型。
Description
技术领域
本发明属于轨道监测技术领域,具体涉及一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法及***。
背景技术
在高速铁路、城际铁路、市域铁路、城市轨道交通等铁路***中,轨道是保障高速列车运行安全、稳定和平顺的核心技术之一。铁路轨道因层间耦合关系复杂,外部环境荷载多样,力学行为复杂,状态演变具有经时性和突发性,钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、道床板(轨道板)离缝、隔振元件失效等突发事件一旦发生若难于及时处置,将会直接影响列车安全运营。
当前,我国铁路主要采用移动车载、人工巡检等手段来检测轨道结构状态,同时,相关部门针对局部薄弱地段采用了传统监测方法。传统监测方法虽然较好地掌握了监测点的相关技术指标参数,但传统监测手段,一方面大多为点式监测,铁路线路具有带状特点,绵延可达上百公里,传统的监测手段无法实现全线全时域不间断的监测;另一方面,传统监测手段通过现场数据可判断轨道结构是否出现病害,但无法直观反映病害类型。因此,非常有必要提供一种基于光栅阵列与视频监测结合的监测方法,实现对铁路轨道结构病害情况的实时监测和类型识别。
发明内容
本发明涉及一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法及***,至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的:本发明公开了一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,包括如下步骤:
在轨道结构上布置集成有多个光纤光栅传感器的光纤光栅阵列光缆,所述光纤光栅阵列光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列光缆对轨道状态监测数据进行实时采集,并将采集到的轨道状态监测数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
沿轨道全线间隔安装若干视频摄像头;所述视频摄像头对轨道结构进行拍摄,并将拍摄的视频监测数据传递给视频数据接收设备,所述视频数据接收设备接收、存储视频监测数据,并发送至后台服务器;
后台服务器判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,在轨道结构上布置集成有多个光纤光栅振动传感器的光纤光栅阵列振动光缆,所述光纤光栅阵列振动光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列振动光缆对轨道全线每次列车经过时刻的振动数据进行实时采集,并将采集到的振动数据经光纤光栅振动解调仪传递给后台服务器;
后台服务器判断各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,若某个振动测点采集的振动数据出现异常,则表明该振动测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,根据每次列车经过时刻的振动数据,后台服务器判断各个振动测点是否出现异常,具体包括:针对某一个振动测点,后台服务器将该振动测点采集的当前时间的振动数据与历史时间的振动数据进行对比分析,若差值超出预设范围,则判断该振动测点出现异常。
作为实施方式之一,历史时间的振动数据为当前时间往前一次的振动数据或当天当前时间往前一次或多次振动数据的均值或往前多日全部振动数据的均值。
作为实施方式之一,在轨道结构内每一个设定的垂向温度测点布置垂向测温线缆,所述垂向测温缆线为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆,通过所述垂向测温缆线获取当前垂向温度测点处的轨道板温度、砂浆层温度和底座板温度,从而计算得到当前垂向温度测点的垂向温度梯度数据,并将采集的垂向温度梯度数据经光纤光栅振动解调仪传递给后台服务器;
所述后台服务器接收轨道结构的各个设定的垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据,对每一垂向温度测点,建立垂向温度梯度-时间关系数据集,根据当前时间的垂向温度梯度与历史时间的垂向温度梯度进行比较,判断各个垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据是否出现异常,若某个垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据出现异常,则表明该垂向温度测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,光纤光栅阵列振动光缆设置在道床或轨道板或桥梁上表面,并通过在道床或轨道板表面或桥梁上表面开槽浅埋的方式进行固定;每相邻两个扣件节点之间设有一个振动测点。
作为实施方式之一,每个车站设置1台光纤光栅解调仪,该光纤光栅振动解调仪负责解调该车站左、右两设定区间的振动监测数据,并发送会后台服务器进行实时处理和显示。
作为实施方式之一,每个车站设置1台视频数据接收设备,该视频数据接收设备负责接收、存储该车站左、右两设定区间的视频监测数据,并发送至后台服务器进行实时处理和显示。
本发明公开了一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***,包括后台服务器、在轨道结构上布置的集成有多个光纤光栅传感器的光纤光栅阵列光缆以及沿轨道全线间隔安装的若干视频摄像头;
所述光纤光栅阵列光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列光缆用于对轨道状态监测数据进行实时采集,并将采集到的轨道状态监测数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
所述视频摄像头用于对轨道结构进行拍摄,并将拍摄的视频监测数据传递给视频数据接收设备,所述视频数据接收设备接收、存储视频监测数据,并发送至后台服务器;
后台服务器用于判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,在轨道结构上布置有集成有多个光纤光栅振动传感器的光纤光栅阵列振动光缆;所述光纤光栅阵列振动光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列振动光缆用于对轨道全线每次列车经过时刻的振动数据进行实时采集,并将采集到的振动数据经光纤光栅振动解调仪传递给后台服务器;
后台服务器用于判断各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,若某个振动测点采集的振动数据出现异常,则表明该振动测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,每个车站设置1台光纤光栅解调仪,该光纤光栅振动解调仪负责解调该车站左、右两设定区间的振动监测数据,并发送会后台服务器进行实时处理和显示。
作为实施方式之一,每个车站设置1台视频数据接收设备,该视频数据接收设备用于负责接收、存储该车站左、右两设定区间的视频监测数据,并发送至后台服务器进行实时处理和显示。
本发明至少具有如下有益效果:
本发明主要是实现了对全线轨道结构钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、道床板(轨道板)离缝、隔振元件失效等病害的实时监测和类型识别,本发明可以实现对全线轨道结构病害的实时监测,并借助视频监测,可实现对轨道结构病害类型的及时识别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的板式无砟轨道上的光缆布置示意图;
图2为本发明实施例提供的光纤光栅阵列测温光缆的布置示意图;
图3为本发明实施例提供的光纤光栅阵列应力光缆的布置示意图;
图4为本发明实施例提供的光纤光栅阵列振动光缆的布置示意图;
图5为本发明实施例提供的光纤光栅温度解调仪的布置示意图;
图6为本发明实施例提供的视频监测高清摄像头安装横断面示意图;
图7为本发明实施例提供的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
实施例一
参见图1至图7,本发明实施例提供一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,包括如下步骤:
在轨道结构上布置集成有多个光纤光栅传感器的光纤光栅阵列光缆,所述光纤光栅阵列光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列光缆对轨道状态监测数据进行实时采集,并将采集到的轨道状态监测数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
沿轨道或桥梁全线间隔安装若干视频摄像头;所述视频摄像头对轨道结构进行拍摄,并将拍摄的视频监测数据传递给视频数据接收设备,所述视频数据接收设备接收、存储视频监测数据,并发送至后台服务器;
后台服务器判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
本实施例在轨道结构或桥梁上布置集成有多个光纤光栅振动传感器的光纤光栅阵列振动光缆4,所述光纤光栅阵列振动光缆4沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列振动光缆4对轨道全线每次列车经过时刻的振动数据进行实时采集,并将采集到的振动数据经光纤光栅解调仪5传递给后台服务器;
根据每次列车经过时各个振动测点采集的振动数据,后台服务器判断各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,若某个振动测点采集的振动数据出现异常,则表明该振动测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能如可间接反映轨道结构钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、道床板(轨道板)离缝、隔振元件失效等病害情况,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
给各个振动测点匹配对应的视频摄像头6,使各个振动测点处于与其匹配的视频摄像头的监控范围内。
作为实施方式之一,本发明的后台服务器可以实时监测各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,当某个振动测点出现异常时,则查找与该振动测点匹配的视频摄像头,然后自动调取该视频摄像头拍摄的视频监测数据进行显示,并进行报警提示。
作为实施方式之一,后台服务器内装载有轨道建造BIM模型***,BIM模型的模型监测点与现场监测点一一对应;所述后台服务器接收光纤光栅解调仪的振动数据等以及视频摄像头拍摄的视频监测数据并传输至BIM模型***,在BIM模型***上实现三维仿真、可视化的数据整合分析和展示。
作为实施方式之一,根据每次列车经过时刻的振动数据,后台服务器判断各个振动测点是否出现异常,具体包括:针对某一个振动测点,后台服务器将该振动测点采集的当前时间的振动数据与历史时间的振动数据进行对比分析,若差值超出预设范围(设定范围根据实际情况或实验得到),则判断该振动测点出现异常。
作为实施方式之一,历史时间的振动数据为当前时间往前一次的振动数据或当天当前时间往前一次或多次振动数据的均值或往前多日全部振动数据的均值。当然,本发明的历史时间的振动数据不仅仅限于上述实施例,还可以根据实际情况进行选择。
作为实施方式之一,针对同一块道床(或轨道板)测点、该道床板前后一定范围内的桥梁上表面测点,对其振动幅值、频率等进行综合分析,并将每一次列车列车通过时刻振动数据综合分析的结果,与该时刻往前多次列车或往前多日全部列车通过时刻振动数据做均值、标准差等统计对比分析,可间接反映轨道结构钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、道床板(轨道板)离缝、隔振元件失效等病害情况。
作为实施方式之一,通过所述光纤光栅阵列振动光缆4获取轨道板11上的各振动测点处的振动加速度;对每一振动测点,建立振动加速度-时间关系数据集,根据当前时间的振动加速度与历史时间的振动加速度进行比较,判断轨道结构的砂浆层12是否出现离缝状况。
作为实施方式之一,对同一块轨道板11上的各振动测点的振动加速度进行分析,获得该轨道板11的基频模态,并建立轨道板11的基频模态-时间关系数据集,根据当前时间的基频模态与历史时间的基频模态进行对比,判断轨道结构是否出现砂浆层12脱空状况。
作为实施方式之一,光纤光栅阵列振动光缆4设置在道床或轨道板或桥梁上表面,并通过在道床或轨道板表面或桥梁上表面开槽浅埋的方式进行固定;每相邻两个扣件节点之间设有一个振动测点。
作为实施方式之一,光纤光栅阵列振动光缆4每间隔0.6~0.65m设置一个振动测点。
作为实施方式之一,沿线路纵向根据摄像头像素、焦距等参数每间隔适当距离安装视频摄像头,视频摄像头间距20~50m为宜。
作为实施方式之一,视频摄像头可牢固安装在桥上弓网立柱或其他利于视频监测且不影响行车安全的位置。
作为实施方式之一,每个车站设置1台光纤光栅解调仪,该光纤光栅解调仪负责解调该车站左、右两设定区间的振动监测数据,并发送会后台服务器进行实时处理和显示。
作为实施方式之一,每个车站设置1台视频数据接收设备,该视频数据接收设备负责接收、存储该车站左、右两设定区间的视频监测数据,并发送至后台服务器进行实时处理和显示。
实施例二
本实施例对上述实施例一所提供的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法进行进一步优化。
所述方法还包括:
通过所述光纤光栅阵列测温光缆采集轨道结构的温度信息,所述轨道结构的温度信息至少包括轨道板的温度信息;所述光纤光栅温度解调仪接收所述光纤光栅阵列测温光缆发送的温度信息,并解调成解调信号发送给后台处理器;所述后台处理器分析获得轨道结构的温度荷载并判断该温度荷载是否在正常范围内,若否,则调取对应区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,在轨道结构内每一个设定的垂向温度测点布置垂向测温线缆,所述垂向测温缆线为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆,通过所述垂向测温缆线获取当前垂向温度测点处的轨道板温度、砂浆层温度和底座板温度,从而计算得到当前垂向温度测点的垂向温度梯度数据,并将采集的垂向温度梯度数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
所述后台服务器接收轨道结构的各个设定的垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据,对每一垂向温度测点,建立垂向温度梯度-时间关系数据集,根据当前时间的垂向温度梯度与历史时间的垂向温度梯度进行比较,判断各个垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据是否出现异常,若某个垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据出现异常即某个垂向温度测点当前时间的垂向温度梯度与历史时间的垂向温度梯度的差值超出设定范围(设定范围根据实际情况或实验得到),则表明该垂向温度测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
作为实施方式之一,对轨道结构的垂向温度梯度进行监测;对每一垂向温度测点21,建立垂向温度梯度-时间关系数据集,根据当前时间的垂向温度梯度与历史时间的垂向温度梯度进行比较,判断轨道板11与砂浆层12之间是否出现离缝状况,以及分析轨道板11的垂向上拱变形趋势。
作为实施方式之一,在上述基于光纤光栅阵列振动光缆2的无砟轨道结构层间病害监测手段的基础上,结合上述对轨道结构的垂向温度梯度进行监测手段,能进一步提高对轨道结构的层间病害的判断准确性;以及,可以建立轨道结构温度梯度-层间病害关系数据集,并在持续的监测过程中完善和修正该数据集,为后续的后台处理器判断操作提供参照和分析基础。
具体地,当轨道板11与砂浆层12之间出现离缝时,离缝中空气的存在可能造成轨道结构的垂向温度梯度发生变化。或者,当轨道结构的垂向温度梯度发生突变或徐变时,可间接判断轨道板11的垂向上拱变形趋势。
优选地,在每一垂向温度测点21布置垂向测温线缆,所述垂向测温缆线211为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆,通过所述垂向测温缆线211获取当前垂向温度测点21处的轨道板温度、砂浆层温度和底座板温度,从而计算得到当前垂向温度测点21的垂向温度梯度数据。如图3,上述垂向测温缆线211埋设于无砟轨道结构中并且其在轨道板11内、砂浆层12内以及底座板13内分别分布有至少一个光纤光栅测温传感器。通过上述垂向测温缆线211获取对应测点处的轨道结构的垂向温度梯度,并根据该垂向温度梯度判断轨道结构的垂向温度荷载是否在正常范围内,以便于工务部门等判断轨道结构的健康状况并能及时地对无砟轨道进行进一步检测维护。
优选地,可基于轨道结构的有限元分析模型,将垂向温度荷载施加至该有限元分析模型中,以计算出理论上的轨道结构受力情况。
进一步优选地,垂向测温缆线211有多根,相应地在无砟轨道结构中形成多个垂向温度测点21,便于对不同位置处的轨道结构健康状况进行准确地监测。在其中一个实施例中,至少部分垂向温度测点21沿轨道纵向呈直线排列,通过在无砟轨道上按合适的纵向间距设置垂向温度测点21,根据各垂向温度测点21反馈的温度数据,还可获得轨道结构的纵向温度梯度,可根据该纵向温度梯度判断轨道结构的纵向温度荷载是否在正常范围内,能进一步提高对轨道结构的层间病害的判断准确性。
进一步地,各垂向测温缆线211通过水平连接缆线连接构成为连续式光纤光栅阵列测温光缆。当上述垂向温度测点21数量足够时,上述水平连接缆线内可不设置光纤光栅测温传感器,而仅用于信号的传输;显然,优选为上述水平连接缆线内也设置光纤光栅测温传感器,则轨道结构的温度数据更为丰富,对于轨道结构的纵向温度荷载等情况的判断就更为准确可靠,尤其是轨道板11的纵向温度信息更为全面,利于轨道板11的健康监测,包括对轨道板11的垂向上拱变形等病害(一般伴随了轨道结构的层间病害)的监测,可减少出现漏检、误判等情况的出现。
基于上述结构,如图3,垂向测温缆线211为顶端位于轨道板11内、底端位于底座板13内的U形缆线,其位于轨道板11内的两个端部分别连接一水平连接缆线,便于在轨道结构内形成连续式光纤光栅阵列测温光缆。进一步优选地,如图3,垂向测温缆线211的每根垂向线段在轨道板11内、砂浆层12内以及底座板13内分别有至少一个光纤光栅测温传感器,则每根垂向线段能够实现轨道结构的垂向温度监测,两根垂向线段所获得的温度信息相互佐证,能提高监测结果的准确性,例如:在每个垂向温度测点21,可获取轨道板11内各光纤光栅温度传感器在同一时刻的监测数据并取平均值,砂浆层12和底座板13内的监测数据同样处理,监测结果准确性和可靠性显然更高;若同一结构板内的不同光纤光栅温度传感器的监测数据差异较大,还可标记该垂向测温缆线211,便于工务部门及时检测该垂向测温缆线211是否存在故障,即实现了垂向测温缆线211的故障自检,工作可靠性高。本实施例中,每根垂向线段在轨道板11内、砂浆层12内以及底座板13内分别有一个光纤光栅测温传感器。
在其中一个实施例中,上述垂向温度测点21有多个,相邻两个垂向温度测点21之间的间距在5~10m范围内,进一步优选为每隔6~7m设置一个垂向温度测点21。
在其中一个实施例中,垂向温度测点21的纵向长度(也即上述两根垂向线段之间的间距)在700~800mm范围内。垂向测温缆线211中,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在220~350mm范围,砂浆层12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在190~220mm范围,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在80~150mm范围,当然,并不限于上述布设位置,可根据具体的轨道结构进行设计和调节。在可选的具体实施例中:(1)CRTSII型板式无砟轨道路基地段,垂向测温的纵向长度为800mm,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm,砂浆层12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为300mm;(2)CRTSII型板式无砟轨道桥梁地段,垂向温度测点21的纵向长度为700mm,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm,砂浆层12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为250mm;(3)CRTSII型板式无砟轨道隧道地段,垂向温度测点21的纵向长度为700mm,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm,砂浆层12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为250mm。
对于上述垂向测温缆线211的设置,优选地,如图3,对应于每个垂向测温缆线211所在位置,于轨道板11上开设灌浆孔212并且该灌浆孔212延伸至底座板13内,垂向测温缆线211埋设于对应的灌浆孔212内并且该灌浆孔212进行灌浆封填。该灌浆孔212内灌注的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土,保证垂向测温缆线211在该灌浆孔212内的位置精度,同时能较好地保护垂向测温缆线211。
一般地,底座板13、砂浆层12和轨道板11为分层结构,例如各层依次浇筑而成,各层之间的结合性、一体性等将影响轨道结构的健康状况,本实施例中,通过在轨道结构中设置多个灌浆孔212,在满足上述垂向测温缆线211的布设需求外,灌浆孔212内成型的一体式混凝土柱能有效地提高轨道结构各层之间的结构一体性和协同受力性能,从而能相应地减少轨道结构的层间病害发生率,提高轨道结构的健康状态和服役寿命。
对于上述水平连接缆线的布置,优选地,于轨道板11上开设走线槽111以埋设水平连接缆线,并且走线槽111采用混凝土封填。同样地,该走线槽111内浇筑的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土。
上述走线槽111显然与相邻的灌浆孔212连通,进一步地,走线槽111与灌浆孔212内同期浇筑混凝土,至少是每个灌浆孔212与其相邻的两道走线槽111内同期浇筑混凝土,则在轨道结构中形成T型混凝土结构,其在提高轨道结构各层之间的结构一体性和协同受力性能的同时,还能较好地对轨道板11起到多向约束的效果,进一步提高轨道结构的运行可靠性。
一般地,可在车站或轨道附近配置光纤光栅温度解调仪,上述垂向测温缆线211/光纤光栅阵列测温光缆与附近的光纤光栅温度解调仪连接,光纤光栅温度解调仪接收垂向测温缆线211/光纤光栅阵列测温光缆发送的温度信息,并解调成解调信号发送给后台处理器。该光纤光栅温度解调仪为现有设备;其与后台处理器之间可以为电连接或通讯连接关系,此为常规技术。
实施例三
本发明实施例公开了一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***,包括后台服务器、在轨道结构上布置的集成有多个光纤光栅传感器的光纤光栅阵列光缆以及沿轨道全线间隔安装的若干视频摄像头;
所述光纤光栅阵列光缆沿轨道或桥梁全线连续布置;所述光纤光栅阵列光缆用于对轨道状态监测数据进行实时采集,并将采集到的轨道状态监测数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
所述视频摄像头用于对轨道结构进行拍摄,并将拍摄的视频监测数据传递给视频数据接收设备,所述视频数据接收设备接收、存储视频监测数据,并发送至后台服务器;
后台服务器用于判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
本实施例在轨道结构或桥梁上布置的集成有多个光纤光栅振动传感器的光纤光栅阵列振动光缆;所述光纤光栅阵列振动光缆沿轨道或桥梁全线连续布置;所述光纤光栅阵列振动光缆用于对轨道全线每次列车经过时刻的振动数据进行实时采集,并将采集到的振动数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
根据每次列车经过时各个振动测点采集的振动数据,后台服务器用于判断各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,若某个振动测点采集的振动数据出现异常,则表明该振动测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
通过所述光纤光栅阵列振动光缆2获取轨道板11上的各振动测点处的振动加速度;对每一振动测点,建立振动加速度-时间关系数据集,根据当前时间的振动加速度与历史时间的振动加速度进行比较,判断轨道结构的砂浆层12是否出现离缝状况。
对同一块轨道板11上的各振动测点的振动加速度进行分析,获得该轨道板11的基频模态,并建立轨道板11的基频模态-时间关系数据集,根据当前时间的基频模态与历史时间的基频模态进行对比,判断轨道结构是否出现砂浆层12脱空状况。
显然地,需相应地配置光纤光栅振动解调仪5,光纤光栅阵列振动光缆2用于采集轨道板11的振动信息并发送给光纤光栅振动解调仪5,光纤光栅振动解调仪5用于接收光纤光栅阵列振动光缆2发送的振动信息,并解调成解调信号发送给后台处理器。上述光纤光栅阵列振动光缆2为单根光缆内集成有多个光纤光栅振动传感器的缆线,其为现有产品,具有监测覆盖范围广(根据需要可覆盖10km以上)、测量精度高、传感单元间距小(最小间距可为1cm)等特点,具体结构此处不作赘述。光纤光栅振动解调仪5也为现有设备;其与后台处理器之间可以为电连接或通讯连接关系,此为常规技术。如图4,考虑到无砟轨道全线长度较长,该光纤光栅振动解调仪5优选为设置多个,以保证振动数据的准确性和可靠性。其中,优选地,每台光纤光栅振动解调仪5用于获取其前后两侧的两段振动缆线的监测信息;在其中一个实施例中,上述光纤光栅阵列振动光缆2沿无砟轨道全线连续布设,也即相邻两台光纤光栅振动解调仪5之间由单根缆线串接,则在该单根串接缆线中,以某点为分界点,该分界点前侧的光纤光栅振动传感器向前侧的光纤光栅振动解调仪5发送监测信息,该分界点后侧的光纤光栅振动传感器向后侧的光纤光栅振动解调仪5发送监测信息,这可通过光缆内光纤光栅振动传感器的光发射方向的设置来实现;在另外的实施例中,上述光纤光栅阵列振动光缆2采用分体式布置方式,包括多个振动监测缆段,相邻两个振动监测缆段端部相抵或者相邻两个振动监测缆段有部分重叠,同样能实现上述无砟轨道全长覆盖布置的效果,能够实现无砟轨道全线振动监测即可,在该方案中,相邻两台光纤光栅振动解调仪5之间可设置两条振动监测缆段,该两条振动监测缆段分别与该两台光纤光栅振动解调仪5连接。优选地,每个车站布置有一台光纤光栅振动解调仪5。
在上述方法中,后台处理器用于获取光纤光栅振动解调仪5发送的解调信号,对获取的信息进行解析、处理和存储,对每一振动测点建立振动加速度-时间关系数据集,根据振动加速度-时间关系数据集判断轨道结构的砂浆层12是否出现离缝状况;和/或,后台处理器用于获取光纤光栅振动解调仪5发送的解调信号,对同一块轨道板11上的各振动测点的振动加速度进行分析,获得该轨道板11的基频模态,并建立轨道板11的基频模态-时间关系数据集,根据基频模态-时间关系数据集判断轨道结构是否出现砂浆层12脱空状况。
进一步地,对同一块轨道板11的测点的振动幅值、频率等进行综合分析,并将每一次列车通过时刻的振动数据综合分析结果,与该时刻往前的多次列车或与该时刻往前的多日全部列车通过时的历史振动数据做均值、标准差等统计对比分析,可间接反映轨道结构钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、轨道板离缝、隔振元件失效等病害情况;当某测点振动数据出现异常,表明该区域存在轨道结构出现病害的可能性,此时可通过同步调取视频监测资料或现场检查等方式对病害的具体类型进行甄别。
上述振动测点的数量及分布可根据具体的情况进行设定。在其中一个实施例中,每相邻两个扣件节点之间设有一个振动测点。可选地,纵向相邻的两个振动测点之间的间距为0.5~0.8m,例如与相邻扣件节点之间的间距相同。容易理解地,每个振动测点处对应设置一个光纤光栅振动传感器即可。
如图2,对于上述光纤光栅阵列振动光缆2的布置,优选地,其埋设于轨道板11内,例如在轨道板表面开设纵向布线槽以埋设光纤光栅阵列振动光缆2,并且所述纵向布线槽采用混凝土封填。该纵向布线槽内浇筑的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土。在另外的方案中,该光纤光栅阵列振动光缆2也可在轨道板11浇筑时同期布设。
光纤光栅振动解调仪为现有设备;其与后台处理器之间可以为电连接或通讯连接关系,此为常规技术。考虑到无砟轨道全线长度较长,该光纤光栅振动解调仪优选为设置多个,以保证振动数据的准确性和可靠性。其中,优选地,每台光纤光栅振动解调仪用于获取其前后两侧的两段振动缆线的监测信息;在其中一个实施例中,上述光纤光栅阵列振动光缆4沿无砟轨道全线连续布设,也即相邻两台光纤光栅振动解调仪之间由单根缆线串接,则在该单根串接缆线中,以某点为分界点,该分界点前侧的光纤光栅振动传感器向前侧的光纤光栅振动解调仪发送监测信息,该分界点后侧的光纤光栅振动传感器向后侧的光纤光栅振动解调仪发送监测信息,这可通过光缆内光纤光栅振动传感器的光发射方向的设置来实现;在另外的实施例中,上述光纤光栅阵列振动光缆4采用分体式布置方式,包括多个振动监测缆段,相邻两个振动监测缆段端部相抵或者相邻两个振动监测缆段有部分重叠,同样能实现上述无砟轨道全长覆盖布置的效果,能够实现无砟轨道全线振动监测即可,在该方案中,相邻两台光纤光栅振动解调仪之间可设置两条振动监测缆段,该两条振动监测缆段分别与该两台光纤光栅振动解调仪连接。
作为实施方式之一,每个车站设置1台光纤光栅解调仪,该光纤光栅解调仪负责解调该车站左、右两设定区间的振动监测数据,并发送会后台服务器进行实时处理和显示。
作为实施方式之一,每个车站设置1台视频数据接收设备,该视频数据接收设备用于负责接收、存储该车站左、右两设定区间的视频监测数据,并发送至后台服务器进行实时处理和显示。
基于上述光纤光栅阵列振动光缆4,通过该光纤光栅阵列振动光缆4获取轨道板11上的各振动测点处的振动加速度;
对每一振动测点,建立振动加速度-时间关系数据集,当前时间的振动加速度与历史时间的振动加速度进行比较,判断轨道结构的砂浆层是否出现离缝状况。
对同一块轨道板11上的各振动测点的振动加速度进行分析,获得该轨道板11的基频模态,并建立轨道板11的基频模态-时间关系数据集,根据当前时间的基频模态与历史时间的基频模态进行对比,判断轨道结构是否出现砂浆层脱空状况。
也即是说,后台处理器用于获取光纤光栅振动解调仪发送的解调信号,对每一振动测点建立振动加速度-时间关系数据集,根据振动加速度-时间关系数据集判断轨道结构的砂浆层是否出现离缝状况;和/或,后台处理器用于获取光纤光栅振动解调仪发送的解调信号,对同一块轨道板11上的各振动测点的振动加速度进行分析,获得该轨道板11的基频模态,并建立轨道板11的基频模态-时间关系数据集,根据基频模态-时间关系数据集判断轨道结构是否出现砂浆层脱空状况。进一步地,对同一块轨道板11的测点的振动幅值、频率等进行综合分析,并将每一次列车通过时刻的振动数据综合分析结果,与该时刻往前的多次列车或与该时刻往前的多日全部列车通过时的历史振动数据做均值、标准差等统计对比分析,可间接反映轨道结构钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、道床板(轨道板11)离缝、隔振元件失效等病害情况;当某测点振动数据出现异常,表明该区域存在轨道结构出现病害的可能性,此时可通过同步调取视频监测资料或现场检查等方式对病害的具体类型进行甄别。
尤其地,结合上述通过光纤光栅阵列测温光缆2监测轨道结构的垂向温度梯度和纵向温度梯度的方式,能进一步提高对轨道结构的层间病害的判断准确性;以及,可以建立轨道结构温度梯度-层间病害关系数据集,并在持续的监测过程中完善和修正该数据集,为后续的后台处理器判断操作提供参照和分析基础。
上述振动测点的数量及分布可根据具体的情况进行设定。在其中一个实施例中,每相邻两个扣件节点之间设有一个振动测点。可选地,纵向相邻的两个振动测点之间的间距为0.5~0.8m,例如与相邻扣件节点之间的间距相同。容易理解地,每个振动测点处对应设置一个光纤光栅振动传感器即可。
如图4,对于上述光纤光栅阵列振动光缆4的布置,优选地,其埋设于轨道板11内,例如在轨道板表面开设纵向布线槽以埋设光纤光栅阵列振动光缆4,并且所述纵向布线槽采用混凝土封填。该纵向布线槽内浇筑的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土。在另外的方案中,该光纤光栅阵列振动光缆4也可在轨道板11浇筑时同期布设。
本发明采用光纤光栅阵列位移及振动光缆和高清摄像头。其中,所用光栅阵列传感光缆具有监测覆盖范围广(≥10km)、测量精度高(0.1℃)、传感单元间距小(最小可以做到1cm)的特点,通过在铁路全线轨道结构或桥梁上布设,振动传感元件间隔1个扣件节点间距,可间实现对全线轨道结构钢轨断裂、扣件失效、轨枕空吊、道床板(轨道板)离缝、隔振元件失效等病害的实时监测,而通过视频监测则可对病害类型进行识别,进而更好地指导工务部门有针对性地开展养护维修和检查。
实施例四
本实施例对上述实施例三所提供的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***进行进一步优化。
所述***还包括集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列测温光缆2以及与所述光纤光栅阵列测温光缆2连接的光纤光栅温度解调仪5,其中,所述光纤光栅阵列测温光缆2沿无砟轨道全长覆盖布置,用于至少采集轨道板11的温度信息并发送给所述光纤光栅温度解调仪5;所述光纤光栅温度解调仪5用于接收所述光纤光栅阵列测温光缆2发送的温度信息,并解调成解调信号发送给后台处理器。
通过所述光纤光栅阵列测温光缆2采集轨道结构的温度信息,所述轨道结构的温度信息至少包括轨道板11的温度信息;所述光纤光栅温度解调仪5接收所述光纤光栅阵列测温光缆2发送的温度信息,并解调成解调信号发送给后台处理器;所述后台处理器分析获得轨道结构的温度荷载并判断该温度荷载是否在正常范围内,若否,后台处理器调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。轨道板11采用现浇施工方式,所述光纤光栅阵列测温光缆2在轨道板11现浇时同期布设,并通过所述光纤光栅阵列测温光缆2监测轨道板成型过程中的温度状态,以指导施工人员对轨道板混凝土进行相应的养护操作,提高轨道板11的施工质量。其中,可根据轨道板11的施工进度,在相应的位置配置光纤光栅温度解调仪5与光纤光栅阵列测温光缆2连接,用以实现实时监测和数据处理。
上述光纤光栅阵列测温光缆2为单根光缆内集成有多个光纤光栅测温传感器的缆线,其为现有产品,具有监测覆盖范围广(根据需要可覆盖10km以上)、测量精度高、传感单元间距小(最小间距可为1cm)等特点,具体结构此处不作赘述。
光纤光栅温度解调仪5也为现有设备;其与后台处理器之间可以为电连接或通讯连接关系,此为常规技术。如图5,考虑到无砟轨道全线长度较长,该光纤光栅温度解调仪5优选为设置多个,以保证测温数据的准确性和可靠性。其中,优选地,每台光纤光栅温度解调仪5用于获取其前后两侧的两段测温缆线的监测信息;在其中一个实施例中,上述光纤光栅阵列测温光缆2沿无砟轨道全线连续布设,也即相邻两台光纤光栅温度解调仪5之间由单根缆线串接,则在该单根串接缆线中,以某点为分界点,该分界点前侧的光纤光栅测温传感器向前侧的光纤光栅温度解调仪5发送监测信息,该分界点后侧的光纤光栅测温传感器向后侧的光纤光栅温度解调仪5发送监测信息,这可通过光缆内光纤光栅测温传感器的光发射方向的设置来实现;在另外的实施例中,上述光纤光栅阵列测温光缆2采用分体式布置方式,包括多个测温缆段,相邻两个测温缆段端部相抵或者相邻两个测温缆段有部分重叠,同样能实现上述无砟轨道全长覆盖布置的效果,能够实现无砟轨道全线温度监测即可,在该方案中,相邻两台光纤光栅温度解调仪5之间可设置两条测温缆段,该两条测温缆段分别与该两台光纤光栅测温解调仪5连接。优选地,每个车站布置有一台光纤光栅温度解调仪5。
进一步优化上述温度场监测***,如图1和图2,所述光纤光栅阵列测温光缆2包括至少一段垂向测温缆线211和多段纵向测温缆线,所述垂向测温缆线211为顶端位于轨道板11内、底端位于底座板13内的U形缆线,各所述纵向测温缆线均埋设于轨道板11内并且与相邻的垂向测温缆线211顶端连接,所述垂向测温缆线211在轨道板11内、砂浆层板12内以及底座板13内分别有至少一个光纤光栅测温传感器。一般地,上述垂向测温缆线211包括两根垂向线段和一根水平线段,该水平线段的两端分别与两根垂向线段的底端连接,显然地,该垂向测温缆线211为一体连续的缆线;本实施例中,该垂向测温缆线211用于监测轨道结构的垂向温度,其水平线段内优选为不设置光纤光栅测温传感器,该水平线段可设置为较小的长度,也即两根垂向线段之间采用较小的间距。
上述垂向测温缆线211能够获取对应测点处的轨道板11、砂浆层板12和底座板13的温度,从而获得轨道结构的垂向温度梯度,并根据该垂向温度梯度判断轨道结构的垂向温度荷载是否在正常范围内,以便于工务部门等及时地对无砟轨道进行进一步检测维护。优选地,可基于轨道结构的有限元分析模型,将垂向温度荷载施加至该有限元分析模型中,以计算出理论上的轨道结构受力情况。
进一步优选地,如图2,所述垂向测温缆线211的每根垂向线段在轨道板11内、砂浆层板12内以及底座板13内分别有至少一个光纤光栅测温传感器,则每根垂向线段能够实现轨道结构的垂向温度监测,两根垂向线段所获得的温度信息相互佐证,能提高监测结果的准确性,例如:在每个垂向测温点21,可获取轨道板11内各光纤光栅温度传感器在同一时刻的监测数据并取平均值,砂浆层板12和底座板13内的监测数据同样处理,监测结果准确性和可靠性显然更高;若同一结构板内的不同光纤光栅温度传感器的监测数据差异较大,还可标记该垂向测温缆线211,便于工务部门及时检测该垂向测温缆线211是否存在故障,即实现了垂向测温缆线211的故障自检,工作可靠性高。本实施例中,每根垂向线段在轨道板11内、砂浆层板12内以及底座板13内分别有一个光纤光栅测温传感器。
在其中一个实施例中,所述垂向测温缆线211有多个,相邻两个垂向测温缆线211之间的间距在5~10m范围内,进一步优选为每隔6~7m设置一个垂向测温点21。
在其中一个实施例中,垂向测温点21的纵向长度(也即上述两根垂向线段之间的间距)在700~800mm范围内。垂向测温缆线211中,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在220~350mm范围,砂浆层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在190~220mm范围,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在80~150mm范围,当然,并不限于上述布设位置,可根据具体的轨道结构进行设计和调节。在可选的具体实施例中:(1)CRTSII型板式无砟轨道路基地段,垂向测温点21的纵向长度为800mm,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm,砂浆层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为300mm;(2)CRTSII型板式无砟轨道桥梁地段,垂向测温点21的纵向长度为700mm,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm,砂浆层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为250mm;(3)CRTSII型板式无砟轨道隧道地段,垂向测温点21的纵向长度为700mm,轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm,砂浆层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm,底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为250mm。
对于上述垂向测温缆线211的设置,优选地,对应于每个垂向测温缆线211所在位置,于轨道板11上开设灌浆孔212并且该灌浆孔212延伸至底座板13内,所述垂向测温缆线211埋设于对应的灌浆孔212内并且该灌浆孔212进行灌浆封填。该灌浆孔212内灌注的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土,保证垂向测温缆线211在该灌浆孔212内的位置精度,同时能较好地保护垂向测温缆线211。
通过在无砟轨道上按合适的间距设置垂向测温点21,根据各垂向测温点21反馈的温度数据,还可获得轨道结构的纵向温度梯度,可根据该纵向温度梯度判断轨道结构的纵向温度荷载是否在正常范围内,以便于工务部门等及时地对无砟轨道进行进一步检测维护。当上述垂向测温点21数量足够时,上述纵向测温缆线内可不设置光纤光栅测温传感器,而仅用于信号的传输;显然,优选为上述纵向测温缆线内也设置光纤光栅测温传感器,则轨道结构的纵向温度梯度数据更为丰富,对于轨道结构纵向温度荷载情况的判断就更为准确可靠,尤其是轨道板11的纵向温度信息更为全面,利于轨道板11的健康监测,包括对轨道板11的垂向上拱变形等病害的监测,可减少出现漏检、误判等情况的出现。
对于上述纵向测温缆线的布置,优选地,于轨道板11上开设纵向监测槽以埋设所述纵向测温缆线,并且所述纵向监测槽采用混凝土封填。同样地,该纵向监测槽内浇筑的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土。
一般地,底座板13、砂浆层板12和轨道板11为分层结构,例如各层依次浇筑而成,各层之间的结合性、一体性等将影响轨道结构的健康状况,层间病害也是轨道结构的主要病害之一,本实施例中,通过在轨道结构中设置多个灌浆孔212,在满足上述垂向测温缆线211的布设需求外,灌浆孔212内成型的一体式混凝土柱能有效地提高轨道结构各层之间的结构一体性和协同受力性能,从而能相应地提高轨道结构的健康状态和服役寿命。
上述纵向监测槽显然与相邻的灌浆孔212连通,进一步地,纵向监测槽与灌浆孔212内同期浇筑混凝土,至少是每个灌浆孔212与其相邻的两道纵向监测槽内同期浇筑混凝土,则在轨道结构中形成T型混凝土结构,其在提高轨道结构各层之间的结构一体性和协同受力性能的同时,还能较好地对轨道板11起到多向约束的效果,进一步提高轨道结构的运行可靠性。
必要时,可使底座板13、砂浆层板12内预留凸出至灌浆孔212内的固结钢筋,使轨道板11内预留凸出至灌浆孔212和纵向监测槽内的固结钢筋,可进一步提高后浇混凝土(即灌浆孔212和纵向监测槽内的混凝土)与先期轨道结构之间的结合性。
在其他的优选方案中,对于现浇轨道板11,上述光纤光栅阵列测温光缆2在轨道板11现浇时同期布设,其中,用于采集轨道板温度信息的缆线(包括上述纵向测温缆线)通过轨道板混凝土固结。预先在先期浇筑的底座板13和砂浆层板12上开设垂向布线孔以布设垂向测温缆线211,在轨道板11浇筑时,混凝土同时进入这些垂向布线孔,完成对光纤光栅测温光缆2的固定;在该方案中,轨道板11与底座板13、砂浆层板12之间的结构一体性和协同受力性更好。进一步优选地,在轨道板11现浇施工时,所述光纤光栅阵列测温光缆2还用于采集轨道板成型过程中的温度状态,根据该光纤光栅阵列测温光缆2的反馈信息,可便于施工人员对轨道板混凝土采取合适的养护措施,提高轨道板11的施工质量。
优选地,上述光纤光栅阵列测温光缆2布设在轨道中部,即位于两列轨线之间。
实施例五
本实施例对上述实施例四所提供的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***进行进一步优化。
本发明的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***还包括轨道板翘曲变形监测模块,该轨道板翘曲变形监测模块包括布置于轨道板11上的至少一组监测单元和光纤光栅应力解调仪,所述监测单元包括两条集成有多个光纤光栅应力传感器的光纤光栅阵列应力光缆31,同组的两条应力光缆31沿轨道纵向布设并且在每个翘曲变形监测点呈高低布置,在纵向相邻的两个翘曲变形监测点之间,两条应力光缆31呈X型交叉布置;光纤光栅应力解调仪用于接收所述应力光缆31发送的应力信息,并解调成解调信号发送给后台处理器。
上述光纤光栅阵列应力光缆31为单根光缆内集成有多个光纤光栅应力传感器的缆线,其为现有产品,具有监测覆盖范围广(根据需要可覆盖10km以上)、测量精度高、传感单元间距小(最小间距可为1cm)等特点,具体结构此处不作赘述。光纤光栅应力解调仪也为现有设备;其与后台处理器之间可以为电连接或通讯连接关系,此为常规技术。考虑到无砟轨道全线长度较长,该光纤光栅应力解调仪优选为设置多个,以保证应力数据的准确性和可靠性。
优选地,各所述应力光缆31均沿轨道板11全长连续布置,实现无砟轨道轨道板翘曲变形的全线监测,监测结果更为准确可靠。监测单元的数量可根据实际情况进行设定,一般采用一组监测单元即能较好地完成对轨道板翘曲变形的可靠监测,采用两组或两组以上的监测单元则能进一步提高监测结果的准确性。在其中一个实施例中,如图1,监测单元布置在钢轨外侧。
如图3,可以理解地,每个翘曲变形监测点有两个光纤光栅应力传感器,该两个光纤光栅应力传感器分属两条光纤光栅阵列应力光缆31,并且其中一个光纤光栅应力传感器位于另一光纤光栅应力传感器的上方,也即满足上述“同组的两条应力光缆31在每个翘曲变形监测点呈高低布置”的要求。
定义其中一条光纤光栅阵列应力光缆31为第一应力光缆311,另一条光纤光栅阵列应力光缆31则为第二应力光缆312。如图3,每条应力光缆31在纵向相邻的两个翘曲变形监测点分别有一个光纤光栅应力传感器,其中一个光纤光栅应力传感器在其中一个翘曲变形监测点处位于高点,另一个光纤光栅应力传感器在另一个翘曲变形监测点处位于低点,因此该应力光缆31在纵向相邻的两个翘曲变形监测点之间是倾斜布设的;从而,在纵向相邻的两个翘曲变形监测点中,在第一翘曲变形监测点处,第一应力光缆311的应力传感器位于第二应力光缆312的应力传感器的正上方,在第二翘曲变形监测点处,第二应力光缆312的应力传感器位于第一应力光缆311的应力传感器的正上方,第一应力光缆311与第二应力光缆312在该纵向相邻的两个翘曲变形监测点之间呈X型交叉布置。
本实施例中,通过采用两条光纤光栅阵列应力光缆31交叉布置,当翘曲变形监测点发生垂向翘曲变形时,两条应力光缆31产生差分效应,能够迅速、直观地响应翘曲变形情况,做到迅速、准确地监测轨道板垂向翘曲变形。上述光缆布置方式能够剔除温度等外界荷载作用引起的轨道板纵向位移变化,提高对轨道板垂向翘曲变形监测的准确性和可靠性。
在其中一个实施例中,如图3,各所述应力光缆31均设于轨道板表面上,能快速、准确地反应轨道板11的翘曲变形,而且应力光缆31的布设、更换和维护较为方便。进一步优选地,所述监测单元还包括防护罩32,所述防护罩32罩设于轨道板表面上并且将对应的两条应力光缆31罩设于内,从而能较好地保护应力光缆31;在其中一个实施例中,应力光缆31固定在防护罩32内,防护罩32固定在轨道板表面(可通过膨胀螺丝等固定件固定)。进一步优选地,所述应力光缆31的顶端不超出钢轨轨面高度,避免与列车运行产生干涉。
上述翘曲变形监测点的数量及分布可根据具体的情况进行设定。在其中一个实施例中,轨道板11包括沿轨道纵向依次设置的多块节段板,可在每块节段板的前后两端分别设置一个翘曲变形监测点,或者相邻两个翘曲变形监测点之间的间距为一块节段板的长度;可选地,相邻两个翘曲变形监测点之间的间距为5~7m。
基于上述的轨道板翘曲变形监测模块,具体采用如下的轨道板翘曲变形监测方法:
当翘曲变形监测点发生翘曲变形时,同组的两条应力光缆31产生差分效应,并基于该差分效应获得监测变形量;
在所述监测变形量的基础上剔除误差变形量,以判断轨道板11的垂向翘曲变形状况,其中,所述误差变形量包括轨道板11因温度影响产生的误差变形量和其他方向变形产生的误差变形量。
本发明的分析服务器接收到轨道状态监测数据如振动、温度或应力等数据后,分析各个监测点的轨道状态监测数据是否存在异常,若某个监测点的监测数据存在异常,则调取该异常监测点对应的摄像头拍摄的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别等,通过视频直观反映病害类型。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于,包括如下步骤:
在轨道结构上布置集成有多个光纤光栅传感器的光纤光栅阵列光缆,所述光纤光栅阵列光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列光缆对轨道状态监测数据进行实时采集,并将采集到的轨道状态监测数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
沿轨道全线间隔安装若干视频摄像头;所述视频摄像头对轨道结构进行拍摄,并将拍摄的视频监测数据传递给视频数据接收设备,所述视频数据接收设备接收、存储视频监测数据,并发送至后台服务器;
后台服务器判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
2.如权利要求1所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于:
在轨道结构上布置集成有多个光纤光栅振动传感器的光纤光栅阵列振动光缆,所述光纤光栅阵列振动光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列振动光缆对轨道全线每次列车经过时刻的振动数据进行实时采集,并将采集到的振动数据经光纤光栅振动解调仪传递给后台服务器;
后台服务器判断各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,若某个振动测点采集的振动数据出现异常,则表明该振动测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
3.如权利要求2所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于:根据每次列车经过时刻的振动数据,后台服务器判断各个振动测点是否出现异常,具体包括:针对某一个振动测点,后台服务器将该振动测点采集的当前时间的振动数据与历史时间的振动数据进行对比分析,若差值超出预设范围,则判断该振动测点出现异常。
4.如权利要求3所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于:历史时间的振动数据为当前时间往前一次的振动数据或当天当前时间往前一次或多次振动数据的均值或往前多日全部振动数据的均值。
5.如权利要求1所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于:在轨道结构内每一个设定的垂向温度测点布置垂向测温线缆,所述垂向测温缆线为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆,通过所述垂向测温缆线获取当前垂向温度测点处的轨道板温度、砂浆层温度和底座板温度,从而计算得到当前垂向温度测点的垂向温度梯度数据,并将采集的垂向温度梯度数据经光纤光栅振动解调仪传递给后台服务器;
所述后台服务器接收轨道结构的各个设定的垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据,对每一垂向温度测点,建立垂向温度梯度-时间关系数据集,根据当前时间的垂向温度梯度与历史时间的垂向温度梯度进行比较,判断各个垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据是否出现异常,若某个垂向温度测点采集的垂向温度梯度数据出现异常,则表明该垂向温度测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
6.如权利要求1所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于:光纤光栅阵列振动光缆设置在道床或轨道板或桥梁上表面,并通过在道床或轨道板表面或桥梁上表面开槽浅埋的方式进行固定;每相邻两个扣件节点之间设有一个振动测点。
7.如权利要求1所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测方法,其特征在于:每个车站设置1台光纤光栅解调仪,该光纤光栅振动解调仪负责解调该车站左、右两设定区间的振动监测数据,并发送会后台服务器进行实时处理和显示;
每个车站设置1台视频数据接收设备,该视频数据接收设备负责接收、存储该车站左、右两设定区间的视频监测数据,并发送至后台服务器进行实时处理和显示。
8.一种基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***,其特征在于:包括后台服务器、在轨道结构上布置的集成有多个光纤光栅传感器的光纤光栅阵列光缆以及沿轨道全线间隔安装的若干视频摄像头;
所述光纤光栅阵列光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列光缆用于对轨道状态监测数据进行实时采集,并将采集到的轨道状态监测数据经光纤光栅解调仪传递给后台服务器;
所述视频摄像头用于对轨道结构进行拍摄,并将拍摄的视频监测数据传递给视频数据接收设备,所述视频数据接收设备接收、存储视频监测数据,并发送至后台服务器;
后台服务器用于判断各个测点采集的轨道状态监测数据是否出现异常,若某个测点采集的轨道状态监测数据出现异常,则表明该测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
9.如权利要求8所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***,其特征在于:在轨道结构上布置有集成有多个光纤光栅振动传感器的光纤光栅阵列振动光缆;所述光纤光栅阵列振动光缆沿轨道全线连续布置;所述光纤光栅阵列振动光缆用于对轨道全线每次列车经过时刻的振动数据进行实时采集,并将采集到的振动数据经光纤光栅振动解调仪传递给后台服务器;
后台服务器用于判断各个振动测点采集的振动数据是否出现异常,若某个振动测点采集的振动数据出现异常,则表明该振动测点对应的区域存在轨道结构已出现病害的可能,然后调取该区域的视频监测数据进行显示,辅助监管人员对病害的具体类型进行识别。
10.如权利要求8所述的基于光栅阵列结合视频监测的铁路桥梁地段轨道病害监测***,其特征在于:每个车站设置1台光纤光栅解调仪,该光纤光栅振动解调仪负责解调该车站左、右两设定区间的振动监测数据,并发送会后台服务器进行实时处理和显示;
每个车站设置1台视频数据接收设备,该视频数据接收设备用于负责接收、存储该车站左、右两设定区间的视频监测数据,并发送至后台服务器进行实时处理和显示。
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