[发明专利]铁路防灾立体监测报警系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感、信号处理、工业信息化、危岩落石防护及监测等技术领域，具体地，通过融合防护网监测技术及崩塌落石监测技术，对危岩落石进行立体监测报警，适用于铁路沿线危岩落石的安全监测。

背景技术

崩塌落石是我国山区三大自然灾害（滑坡，泥石流，崩塌）之一，在岩体裸露、褶曲断裂和风化较严重的陡坡地区经常发生崩塌落石灾害。在山区，崩塌落石现象时有发生，轻则使铁路和车辆遭到轻微毁坏，重则使道路中断，给铁路运输带来重大损失。崩塌落石灾害已严重威胁着铁路运输安全和旅客生命安全，对铁路运输生产、安全管理、运营效率，以及经济效益、社会效益产生巨大影响，已成为我国西部开发和交通建设大发展的重要制约因素。为此，积极采取措施对崩塌灾害尽可能进行有效防护及监测预警，对于铁路运营以及乘客的生命财产安全有着重大深远的意义和影响。由于形成崩塌落石灾害的危岩体多分布于高陡边坡上，从源头完全治理将耗费巨大的人力物力，目前更多的是采取灾前的落石防护措施。在灾前边坡防护措施中，柔性被动防护网以其固有的施工简单、维修方便、技术先进、安全可靠、环保经济、设计选型标准化等优点，得到了迅速的发展与普及，应用在许多边坡防护工程中。随着柔性被动防护网的发展，避免防护网单一被动的防护模式，对防护网的工作情况实施全方位智能监测也势在必行。

山区铁路主要在多雾多雨少人地区, 设备维护困难, 一般外置设备存在损坏和盗窃的隐患，铁路沿线的高压线路会形成一个强高压的电磁场，同时钢轨上弱电信号易产生电磁干扰，因此铁路防灾监测报警面临很多困难。光纤传感技术采用光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号。光纤容易接受被测量的荷载，是一种优良的敏感元件，同时光纤具备安全（光纤本身不导电）、耐温（高温、低温）、抗电磁干扰、抗辐射、不产生电磁干扰和辐射等特点，可实现对物体的高精度、无干扰的实时监测，适合在铁路无人区、无电区以及恶劣的环境下长期稳定工作。

在铁路沿线崩塌落石监测技术方面，国内外已开展了部分的研究与应用，普遍存在以下问题：

（1）被动防治技术可以全面有效保护落石灾害威胁对象, 但限于被动防护系统的拦截能力, 通常用来拦截小型落石。被动防护系统的有效设置依赖于落石运动行为预测的可靠程度, 如运动路径、弹跳高度、运动速度、动能等参数的获取。目前，主动和被动防治技术都存在不足，一旦落石跳过或冲破被动防护网进入铁路界限内将对线路正常运营产生重大的危害；

（2）监测位置不全面、监测方案手段存在缺陷等，造成系统漏报和误报现象严重；

（3）预报模型与报警触发条件的确定比较困难；

（4）单独的对防护网进行监测报警或单独对崩塌落石进行报警监测，部分监测设备费用昂贵，无法大量应用。

针对上述问题，本发明提出了一种克服现有技术的不足并且符合经济高效需求的用于崩塌落石的铁路防灾立体监测报警系统（又称“虚拟棚洞”）。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种用于监测铁路沿线危岩落石的铁路防灾立体监测系统，包括：光纤光栅传感器个体或者由其构成的分布式阵列，以及光纤光栅解调仪；其中，所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅传感器或由其构成的阵列通过信号传输光纤相连接；所述光纤光栅传感器包括光纤光栅拉力传感器和光纤光栅振动传感器，所述光纤光栅拉力传感器预先安装在柔性被动防护网的设定位置，所述光纤光栅振动传感器设置在铁轨的预定位置。

优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，所述光纤光栅拉力传感器通过监测防护网下支撑绳的拉力，实时地监测防护网落石以及破网等相关联的信号；所述光纤光栅振动传感器用于实时地监测与铁轨上落石相关联的信号；以及，通过信号传输光纤将所有信号返回给所述光纤光栅解调仪。其中，所述光纤光栅传感器中的光纤光栅可以是反射型的，也可以是透射型的。

优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统中的光纤光栅拉力传感器，用于监测：当柔性被动防护网落有落石时光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的力值变化量，并将光纤光栅的波长变化量返回给所述光纤光栅解调仪。

优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统中的光纤光栅振动传感器，用于监测：当铁路界限内落有落石时光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的振动量信号，并将光纤光栅的波长变化量返回给所述光纤光栅解调仪。

优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅传感器的波长信号实时传递给所述光纤光栅解调仪。