[发明专利]一种光纤分布式列车监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及列车监测技术领域，尤其涉及一种光纤分布式列车监测系统。

背景技术

目前，铁路系统中，单线铁路主要是通过继电半自动闭塞的列车控制系统来控制列车的运行并保证列车的安全运行。而继电半自动闭塞列控系统只能通过人工控制列车在运行区间的进入或驶出，无法实时获取列车在运行区间内的具体位置和运行状态信息。因此，列车一旦进入运行区间，其具体位置和运行状态等重要信息都无法掌握，这对单线铁路来讲，存在着巨大的安全隐患，容易引发由于人为调度失误而导致列车追尾、碰撞等重大安全事故。因此，在单线铁路中，实时获取区间运行列车的位置、速度、车型等信息，并对站内轨道占用信息进行有效监测具有重要意义。本发明针对上述应用需求，实现了以下三点创新：1)利用继电半自动闭塞单线铁路中布设的既有通信光缆资源，通过终端接入光纤分布式振动监测主机，实现列车运行状态的实时检测，单套系统的监测距离可大于20km；2)通过对光缆接收到的光信号进行分析处理，能够实时获取区间运行列车的位置、速度和车型等综合信息；3)同一系统还可以通过串接在站区内布设的探测光缆实现对站内轨道占用信息的实时监测。

本发明提出的光纤分布式列车监测系统具备长距离分布式测量、信噪比高、实时性好、定位精度高、探测前端无需供电、抗电磁干扰等特性，对实现列车定位、测速、车型判断和站内轨道占用监测并对突发事件预警具有较好的可行性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种光纤分布式列车监测系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种光纤分布式列车监测系统，包括铁轨路基以及设置于铁轨路基顶部的铁路主轨道，所述铁路主轨道两侧分别连接有第一铁路支轨道和第二铁路支轨道，所述铁路主轨道位于站台外设有区间探测光缆，所述第一铁路支轨道和第二铁路支轨道间设有一端连接区间探测光缆的站区探测光缆，所述站区探测光缆上位于铁路主轨道、第一铁路支轨道和第二铁路支轨道处设有站区环形探测光缆，所述铁路主轨道上行驶有区间运行列车，所述铁路主轨道上位于第一铁路支轨道和第二铁路支轨道间行驶有站内停靠列车。

优选的，监测系统的监控步骤包括如下：

S1：光纤振动探测主机发射光信号进入构成传感装置的区间探测光缆、站区探测光缆和站区环形探测光缆的单模光缆中；

S2：接收经传感装置反射回来的光信号，所述光信号是光纤芯在受到外界声波信号扰动的某个位置反射回来的后向瑞利散射光，波形发生器同步触发数据采集卡进行数据采集，采集后的数据进入信号处理装置进行进一步的信号处理；

S3：在处理采集信号装置中，进行信号处理以获取到光纤上不同位置受到轮轨作用的振动和声波信号中所包含的时频域信息。

优选的，所述步骤S1中，从光源经高消光比的声光调制器发射光信号，所述脉冲光信号经过脉冲放大器放大以及滤波器抑制噪声后进入构成传感装置的光缆中。

优选的，所述步骤S2中，从传感装置反射回来的光信号经脉冲放大器放大以及滤波器消除后向散射噪声后进入探测器，所述反射光信号是光纤芯在受到外界声波信号扰动的某个位置反射回来的后向瑞利散射光。

优选的，所述步骤S3中，采用信号处理器首先通过滑窗积累器对采集信号进行预处理，再经过三阶累积量运算器进一步提高检测性能，通过处理采集信号以获取到光纤上不同位置受到轮轨作用的振动和声波信号中所包含的时频域信息。

优选的，该系统用于从包含列车轮轨振动和声波信号中获取轮轨振动相关时频域信息。

优选的，当携带列车轮轨振动相关时频域信息的振动和声波信号传播至光缆某位置时，会引起此位置对应光纤段的瑞利散射光的相位变化，通过干涉作用就会表现出瑞利散射光的光强变化，在探测器接收光纤反射回来的瑞利散射光信号，使用信号处理器首先通过滑窗积累器对采集信号进行预处理，再采用三阶累积量运算器进一步提高检测性能，通过以上一系列的信号处理方法大大提高了系统信噪比和轮轨振动关系检测中的灵敏度，以获取更多轮轨振动的相关信息。

优选的，在通过去噪并获得信噪比较高的振动信号后，利用光纤分布式振动传感能够实现实时高速动态振动测量的特性，实现对高速列车的定位，在得到实时的列车运动曲线后，进一步通过求导获得列车实时速度，通过对得到的实时列车振动信号幅值大小和波形长短的判断，获得高速列车的车型种类，在得到车站内实时的列车振动信号曲线后，通过对出现振动信号段区间的判断可以获得对应的列车占用站内轨道。