[發(fā)明專利]一種基于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的鐵路健康監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610688251.2
• 申請日: 2016-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN106323442B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張益昕;張旭蘋;劉品一;孫振鉷;董家赟;李建華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京發(fā)艾博光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00;G01M17/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本發(fā)明公開了一種基于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的高速鐵路健康監(jiān)測方法，利用鐵路沿線鋪設(shè)的既有通信光纖進(jìn)行傳感，捕獲鐵路沿線在列車經(jīng)過后的振動(dòng)信息。將數(shù)據(jù)按時(shí)間軸組織為一灰度表示強(qiáng)度的瀑布圖，進(jìn)行小波分解濾波后，采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的邊緣提取算法提取出列車行駛產(chǎn)生的軌跡，劃分出軌跡前和軌跡后兩個(gè)區(qū)域。分別對軌跡區(qū)域和軌跡前后區(qū)域進(jìn)行時(shí)頻分析，提取出輪軌振動(dòng)特征頻譜和鋼軌諧振特征頻譜，再經(jīng)過特征頻譜提取算法，得到輪軌振動(dòng)特征頻率和鋼軌諧振特征頻率。不斷的重復(fù)此監(jiān)測過程，得到鋼軌振動(dòng)特性隨時(shí)間的變化，建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。新采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比并更新數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對列車和鋼軌的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的鐵路健康監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

鐵路運(yùn)營安全性一直是關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人身安全的重大問題。為了保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩c暢通，提高運(yùn)營效率，對鐵路健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測十分必要。然而目前采用的電類傳感元件防潮防濕能力和抗電磁干擾能力較差，在惡劣的監(jiān)測條件下表現(xiàn)不穩(wěn)定，當(dāng)長時(shí)間用在復(fù)雜監(jiān)測環(huán)境下時(shí)，容易發(fā)生零點(diǎn)漂移等故障，極大的影響了監(jiān)測結(jié)果的可靠性；另一方面，電信號(hào)在信道中的傳輸距離很短，很難組建成大規(guī)模的傳感網(wǎng)絡(luò)，難以實(shí)現(xiàn)長距離實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。

分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)作為一種新型的安防監(jiān)測系統(tǒng)，不僅具有抗電磁干擾、抗腐蝕、靈敏度高等特點(diǎn)，而且具有隱蔽性好、報(bào)警定位精確、數(shù)據(jù)處理相對簡單等優(yōu)點(diǎn)，適合用于大范圍、長距離實(shí)時(shí)監(jiān)測。

將相位敏感光時(shí)域反射儀(Φ-OTDR)作為光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，具有響應(yīng)速度快和能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測等明顯的優(yōu)點(diǎn)。相比于布里淵散射光和拉曼散射光測量振動(dòng)，Φ-OTDR無需多次的累加平均，因而響應(yīng)速度快；與偏振光時(shí)域反射計(jì)(POTDR)相比，采用Φ-OTDR在列車后方不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)噪聲底，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

從2000年以來在全國鐵路干線中，伴隨著鋼軌的鋪設(shè)，沿線鋪設(shè)了大量通信光纖，到今天已經(jīng)基本形成依靠光纖為傳輸媒介的通信網(wǎng)絡(luò)。利用鐵路沿線鋪設(shè)的既有通信光纖，而不依托于專門鋪設(shè)傳感光纖，能夠節(jié)約大量購置傳感光纖的成本，便于施工，可以組建成大規(guī)模的傳感網(wǎng)絡(luò)。但通信光纖往往放置在與鋼軌有一定距離的線纜槽內(nèi)，并不直接接觸鋼軌和路基，與鋼軌保持一定距離，振動(dòng)耦合到光纖上的效率較低，這導(dǎo)致對靈敏度的要求更加苛刻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的鐵路健康監(jiān)測方法，本發(fā)明使用分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)對鐵路沿線鋪設(shè)的通信光纖進(jìn)行檢測，得到大量的光纖振動(dòng)曲線數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；把新測量的處理數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析可以實(shí)現(xiàn)對鐵路健康安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的鐵路健康監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一、利用鐵路沿線鋪設(shè)的既有通信光纖進(jìn)行傳感，捕獲鐵路沿線各處在列車經(jīng)過后的振動(dòng)信息沿時(shí)間和空間的二維分布情況；將所測量得到的光纖振動(dòng)曲線數(shù)據(jù)按時(shí)間軸組織為一灰度表示強(qiáng)度的瀑布圖，該瀑布圖的橫坐標(biāo)為光纖長度信息、縱坐標(biāo)為時(shí)間長度信息；

步驟二、對有列車駛過的時(shí)間段所對應(yīng)的瀑布圖進(jìn)行濾波，采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的邊緣提取算法提取列車駛過被測鋼軌的軌跡圖，軌跡圖內(nèi)包含輪軌振動(dòng)關(guān)系數(shù)據(jù)；在軌跡圖中劃分出軌跡前后兩個(gè)范圍，這兩個(gè)范圍內(nèi)包含鋼軌振動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟三、對輪軌振動(dòng)關(guān)系數(shù)據(jù)和鋼軌振動(dòng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)頻分析處理，提取出輪軌振動(dòng)特征頻譜和鋼軌諧振特征頻譜，將輪軌振動(dòng)特征頻譜和鋼軌諧振特征頻譜再分別經(jīng)過特征頻譜提取算法，得到輪軌振動(dòng)特征頻率和鋼軌諧振特征頻率；