[发明专利]基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统

说明书

技术领域

本发明属于高速铁路安全监测技术领域，具体涉及一种基于光纤的高速铁路公跨铁异物侵限监测系统。

背景技术

我国的高速铁路建设始于1999年兴建的秦沈客运专线。经过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，我国目前已经拥有全世界最大规模和最高运营速度的高速铁路网，京津城际、武广高铁、郑西高铁、沪宁城际、沪杭城际、京沪高铁等先后建成通车。2011年7月23日发生的温州动车追尾事故告诉我们，任何时候高铁安全总是第一位的。

我国是山地大国，崩塌、滚石等自然灾害较多，给铁路运输带来的损失居高不下。当滚石或重物侵入铁路限界后，由于列车司机目视距离有限，特别是夜晚，不能及时发现险情，加之车速快，容易发生严重的列车脱轨事故，造成巨大灾难。因此，铁路沿线滚石自动监测与预警技术愈发受到重视。异物侵限报警技术作为铁路安全运行的一项重要保障，国内外的研究人员进行了大量的探索性的研究工作。目前来说，较为成熟的技术主要有两种：非接触式和接触式检测方法。

1、非接触式检测方法

非接触式检测技术是新兴的异物侵限检测技术，各国都在大力发展，包括红外线光幕法、GPS方法、图像法。

(1)红外线光幕法。为保证行车安全，西班牙的高速铁路在隧道口等容易发生异物侵限(如落石)的路段，安装了基于红外线光幕的落物检测系统，其中红外检测系统是隧道落物检测报警系统的重要组成部分，分为红外光幕发生器和红外光幕接收器，一旦落石落入隧道的安全限界以内就会阻挡红外光幕接收器接收红外线，从而激发报警程序，这种方法可以检测尺寸超过0.5m×0.5m×0.5m的异物。该方法存在雨、雾和雪天难以识别，不能预报，现场需要电源，设备容易被破坏等缺点。

(2)GPS方法。采用卫星定位系统，其现场设备需维护，现场需要电源，特殊地域无法取得信号，无法测得地质内部的应力变化，无法对塌方进行预报，如进行多点监测，并且该系统造价昂贵。

(3)图像法。采用室外摄像法，通过监控装置将现场图像实时传输到司机室的监视器上，司机在不离开驾驶位的情况下能随时观察机车前面路况，比较直观。但雨、雾和雪天难以识别，不能预报，现场也需要电源，设备容易被破坏。

2、接触式方法

防护网等接触式异物侵限检测技术在我国有着较多的应用。防护网式异物侵限监控系统主要由支架、电网传感器、现场控制器和传输线缆等组成。正常工作时，电网完好无损；当桥上有坠物(如石块等)侵入铁路限界时，电网断线开始报警。电网传感器用来监测并阻拦落物，当有物体落到监测电网上时会引起电网断线，安装于现场的控制器发出报警信号，同时报警信息经过继电组合后进入列控中心，若该区域下方的轨道电路表示为占用或故障状态，监控单元主机将红色信号传送至调度中心，调度人员采取应对措施。

接触式防护网技术的优点主要是在检测异物侵限的同时还能起到拦阻落物掉到铁轨上的功能，其缺点是需要大量安装，需要在沿桥梁两侧加装立柱，从而增加桥梁建设工程施工难度；由于探测电网三角分布间隔较大，只能检测尺寸大的落物，对于钢筋等小物体则不容易检测到。对于京沪高速铁路施工现场来说，由于在桥梁施工过程中落物出现的范围远远大于桥梁本身，所以1.5m×1.5m的探测距离远远不能满足京沪高铁施工过程中并行与跨越既有线异物侵限检测的需求。同时在铁路暂停运输的空窗期，是允许侵限施工作业的，而防护网这时将会妨碍施工作业。所以防护网技术适用于铁路运营期，并不适用于建设施工时期的铁路限界安全检测。

此外，光纤光栅传感器是近几年兴起的检测技术，将光纤光栅应力传感器铺设在隧道口或容易发生山体滑坡的铁路路段，通过对反射光的检测来判断是否有落石落入安全限界以内对行车安全产生威胁。光纤光栅传感器虽然具有体积小，与光纤兼容、精度高、寿命长、高可靠性优点，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素影响，极易埋入到待测物体内部，实现对物体的高精度、无干扰的实时监测。也可实现数字化传感，尤其是在铁路无人区、无电区以及恶劣的环境下可长期稳定工作。但是这种应力传感网式检测装置不能检测到悬空在铁路安全限界以内的异物，比如施工吊车悬臂，新建桥梁保护架等，所以只适用于检测地面落物积石等。而且由于光纤光栅价应变的灵敏度过高，除了应力以外，温度对光栅的波长漂移也影响很大，容易引起误报，故很难在工程领域上进行运用。

随着公跨铁(公路跨过铁路)的增多，如果公路上行驶的车辆因失控或者大型货物越过栏杆(防撞墙)和防护网(防抛网)而侵入高速铁路限界，就会导致事故。