[發(fā)明專(zhuān)利]基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110406903.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102514594A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡遼林;華燈鑫;汪麗;王誠(chéng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B61L23/00
• 分類(lèi)號(hào): B61L23/00
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 張瑞琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速鐵路安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖的高速鐵路公跨鐵異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國(guó)的高速鐵路建設(shè)始于1999年興建的秦沈客運(yùn)專(zhuān)線。經(jīng)過(guò)10多年的高速鐵路建設(shè)和對(duì)既有鐵路的高速化改造，我國(guó)目前已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模和最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，京津城際、武廣高鐵、鄭西高鐵、滬寧城際、滬杭城際、京滬高鐵等先后建成通車(chē)。2011年7月23日發(fā)生的溫州動(dòng)車(chē)追尾事故告訴我們，任何時(shí)候高鐵安全總是第一位的。

我國(guó)是山地大國(guó)，崩塌、滾石等自然災(zāi)害較多，給鐵路運(yùn)輸帶來(lái)的損失居高不下。當(dāng)滾石或重物侵入鐵路限界后，由于列車(chē)司機(jī)目視距離有限，特別是夜晚，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，加之車(chē)速快，容易發(fā)生嚴(yán)重的列車(chē)脫軌事故，造成巨大災(zāi)難。因此，鐵路沿線滾石自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)愈發(fā)受到重視。異物侵限報(bào)警技術(shù)作為鐵路安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要保障，國(guó)內(nèi)外的研究人員進(jìn)行了大量的探索性的研究工作。目前來(lái)說(shuō)，較為成熟的技術(shù)主要有兩種：非接觸式和接觸式檢測(cè)方法。

1、非接觸式檢測(cè)方法

非接觸式檢測(cè)技術(shù)是新興的異物侵限檢測(cè)技術(shù)，各國(guó)都在大力發(fā)展，包括紅外線光幕法、GPS方法、圖像法。

(1)紅外線光幕法。為保證行車(chē)安全，西班牙的高速鐵路在隧道口等容易發(fā)生異物侵限(如落石)的路段，安裝了基于紅外線光幕的落物檢測(cè)系統(tǒng)，其中紅外檢測(cè)系統(tǒng)是隧道落物檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，分為紅外光幕發(fā)生器和紅外光幕接收器，一旦落石落入隧道的安全限界以內(nèi)就會(huì)阻擋紅外光幕接收器接收紅外線，從而激發(fā)報(bào)警程序，這種方法可以檢測(cè)尺寸超過(guò)0.5m×0.5m×0.5m的異物。該方法存在雨、霧和雪天難以識(shí)別，不能預(yù)報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)需要電源，設(shè)備容易被破壞等缺點(diǎn)。

(2)GPS方法。采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)需要電源，特殊地域無(wú)法取得信號(hào)，無(wú)法測(cè)得地質(zhì)內(nèi)部的應(yīng)力變化，無(wú)法對(duì)塌方進(jìn)行預(yù)報(bào)，如進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并且該系統(tǒng)造價(jià)昂貴。

(3)圖像法。采用室外攝像法，通過(guò)監(jiān)控裝置將現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)剿緳C(jī)室的監(jiān)視器上，司機(jī)在不離開(kāi)駕駛位的情況下能隨時(shí)觀察機(jī)車(chē)前面路況，比較直觀。但雨、霧和雪天難以識(shí)別，不能預(yù)報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)也需要電源，設(shè)備容易被破壞。

2、接觸式方法

防護(hù)網(wǎng)等接觸式異物侵限檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)有著較多的應(yīng)用。防護(hù)網(wǎng)式異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)主要由支架、電網(wǎng)傳感器、現(xiàn)場(chǎng)控制器和傳輸線纜等組成。正常工作時(shí)，電網(wǎng)完好無(wú)損；當(dāng)橋上有墜物(如石塊等)侵入鐵路限界時(shí)，電網(wǎng)斷線開(kāi)始報(bào)警。電網(wǎng)傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)并阻攔落物，當(dāng)有物體落到監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)斷線，安裝于現(xiàn)場(chǎng)的控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)報(bào)警信息經(jīng)過(guò)繼電組合后進(jìn)入列控中心，若該區(qū)域下方的軌道電路表示為占用或故障狀態(tài)，監(jiān)控單元主機(jī)將紅色信號(hào)傳送至調(diào)度中心，調(diào)度人員采取應(yīng)對(duì)措施。

接觸式防護(hù)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要是在檢測(cè)異物侵限的同時(shí)還能起到攔阻落物掉到鐵軌上的功能，其缺點(diǎn)是需要大量安裝，需要在沿橋梁兩側(cè)加裝立柱，從而增加橋梁建設(shè)工程施工難度；由于探測(cè)電網(wǎng)三角分布間隔較大，只能檢測(cè)尺寸大的落物，對(duì)于鋼筋等小物體則不容易檢測(cè)到。對(duì)于京滬高速鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，由于在橋梁施工過(guò)程中落物出現(xiàn)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橋梁本身，所以1.5m×1.5m的探測(cè)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足京滬高鐵施工過(guò)程中并行與跨越既有線異物侵限檢測(cè)的需求。同時(shí)在鐵路暫停運(yùn)輸?shù)目沾捌冢窃试S侵限施工作業(yè)的，而防護(hù)網(wǎng)這時(shí)將會(huì)妨礙施工作業(yè)。所以防護(hù)網(wǎng)技術(shù)適用于鐵路運(yùn)營(yíng)期，并不適用于建設(shè)施工時(shí)期的鐵路限界安全檢測(cè)。

此外，光纖光柵傳感器是近幾年興起的檢測(cè)技術(shù)，將光纖光柵應(yīng)力傳感器鋪設(shè)在隧道口或容易發(fā)生山體滑坡的鐵路路段，通過(guò)對(duì)反射光的檢測(cè)來(lái)判斷是否有落石落入安全限界以內(nèi)對(duì)行車(chē)安全產(chǎn)生威脅。光纖光柵傳感器雖然具有體積小，與光纖兼容、精度高、壽命長(zhǎng)、高可靠性優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等因素影響，極易埋入到待測(cè)物體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的高精度、無(wú)干擾的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。也可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳感，尤其是在鐵路無(wú)人區(qū)、無(wú)電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。但是這種應(yīng)力傳感網(wǎng)式檢測(cè)裝置不能檢測(cè)到懸空在鐵路安全限界以內(nèi)的異物，比如施工吊車(chē)懸臂，新建橋梁保護(hù)架等，所以只適用于檢測(cè)地面落物積石等。而且由于光纖光柵價(jià)應(yīng)變的靈敏度過(guò)高，除了應(yīng)力以外，溫度對(duì)光柵的波長(zhǎng)漂移也影響很大，容易引起誤報(bào)，故很難在工程領(lǐng)域上進(jìn)行運(yùn)用。

隨著公跨鐵(公路跨過(guò)鐵路)的增多，如果公路上行駛的車(chē)輛因失控或者大型貨物越過(guò)欄桿(防撞墻)和防護(hù)網(wǎng)(防拋網(wǎng))而侵入高速鐵路限界，就會(huì)導(dǎo)致事故。