[发明专利]一种基于相位敏感光时域反射计的列车行驶轨迹检测方法

说明书

本发明提出了一种基于相位敏感光时域反射计的列车行驶轨迹检测方法，该方法采用Φ‑OTDR采集列车行驶中的振动信息，对紧邻的两个不同时刻的信号进行差值计算，并采用阈值和基于小波变换的低通滤波处理，对处理后的差值信号进行幅值特征提取，根据幅值特征来区分有用信号和外界干扰信号，最后根据识别出的有用信号来确定列车当前位置、速度和行驶方向等信息。该方法仅使用现有的轨旁光缆，无需额外的施工工作量，具有安装简单、使用寿命长、维护成本低、抗干扰能力强，可实现大范围分布式检测等诸多优点，能为当前列车行驶提供一种可靠的辅助判断手段，对于列车安全行驶具有重要的潜在应用价值。

技术领域

本发明为一种基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)技术的列车行驶轨迹检测方法，具体涉及光时域光纤传感技术和列车行驶轨迹检测领域，尤其是一种对列车行驶轨迹的在线实时检测的方法。

背景技术

实时准确掌握列车当前的行驶位置，对铁路运行安全至关重要。铁路轨道交通系统中的列车运行自动控制系统(ATC)，或高铁列车运行控制系统(CTCS)，其轨道电路在遭遇恶劣气象条件、雷电高压冲击或泥石流等地质灾害时，易造成电路系统故障，给行车安全带来隐患。而目前列车车载控制设备仅能依靠轨道电路、地面应答器或地面无线通信基站等地面设施提供的信号获取当前线路的信息，存在施工量大、维护成本高、抗电磁干扰能力差等缺点。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题，提出一种基于相位敏感光时域反射计的列车行驶轨迹检测方法。

相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)是近年来发展很快的一种检测技术，与常规OTDR一样，光脉冲从光纤的一端注入，用光探测器探测后向瑞利散射光。不同的是注入光纤中的光是强相干的，因此该传感系统的输出就是后向瑞利散射光相干干涉的结果。

Φ-OTDR通过测量注入脉冲与接收到的信号之间的时间延迟来得到扰动的位置s＝v*t/2，其中t为系统从发射探测脉冲到接收所经历的时间；v为激光在光纤中传输的速度v＝c/n，式中c代表的是光在真空中传输时的速度，约为3.0×10⁸m/s，n为光纤的固有折射率，其折射率在1.50左右，实际测量中根据采用的光纤来决定。

铺设在铁轨旁的光纤，由于列车行驶而发生扰动时，相应位置光纤的折射率及长度等参数将会发生变化，这将导致该位置光相位的改变。因为入侵位置的散射光传输到探测器经历的是周期性的相位变化，因此，最终相位的变化由于干涉作用将导致光强发生变化，并与入侵的位置相对应。

本发明以Φ-OTDR为基础，首先对采集到的原始信号进行小波去噪处理，然后对紧邻的两个时刻记录的信号进行差值运算，并采用动态阈值和基于小波变换的低通滤波处理，最后根据识别出的有效信号确定列车行驶轨迹，具体包括以下步骤：

(1)通过相位敏感光时域反射计系统获得铁轨沿线后向散射光原始信号；

(2)对每条采集的原始信号进行去噪处理；

(3)计算两个紧邻时刻原始信号的差值；

(4)计算差值信号的动态阈值，并对差值信号进行阈值处理；

(5)对经过阈值处理后的差值信号进行滤波；

(6)对滤波处理后的信号进行幅值特征判断，大于等于阈值则判定为有效信号，并计算有效信号的持续长度；

(7)重复上述(1)-(6)步骤，通过发射探测脉冲光到接收到散射光所经过的时间来确定列车当前位置；通过列车两个时刻位置的不同，判断出列车的行驶方向；通过计算列车前后两个时刻位置和时间的差值计算出列车当前速度。

有益效果：