專利名稱：一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，屬于電子監控技術領域。
背景技術：
隨著科學技術的進步以及交通運輸的需求，橋梁的實時健康監測問題受到更多的研究和關注。鐵路線上的橋梁健康狀況，關系著列車的行車安全，通過連續監測橋梁的變形情況，能實現橋梁危險預警及報警，有助于防范列車因橋梁不安全而造成的列車事故。近年來，隨著高精度定位技術的發展,定位設備已發展為無人值守，長年連續運行，定位精度可達毫米級。此技術已廣泛應用于大壩、橋梁、山體滑坡、路面沉降、尾礦庫、冰川移動的監測。當前對于橋梁形變監測的實例已有很多，用常規方法進行大型橋梁的形變監測，存在諸多限制和不便。尤其是目前眾多的鐵路橋梁建設已有多年，鐵路橋梁的安全性嚴重影響鐵路的安全運營，鐵路橋梁的監測勢在必行。否則將嚴重影響鐵路運營、建設和沿線人民群眾生命財
產安全。隨著高精度定位技術的發展，使得對滑坡、橋梁的微小變形監測成為可能。國內目前關于鐵路橋梁位移實時監測的相關設備和產品不多，應用于交通安全的橋梁位移監測多是基于橋梁的應力應變監測，繞度、溫度、支座位移，橋墩傾斜等監測，但是由于普通橋梁與鐵路橋梁的應用需求與背景差異較大，其監測的數據不能滿足鐵路橋梁安全監測的需求，因而基于普通橋梁的變形監測的技術和產品并不適用于鐵路橋梁的安全監測。當前對于橋梁形變監測的實例已有很多，用常規方法進行大型橋梁的形變監測，存在諸多限制和不便。如全站儀存在各測點不同步，大變形難測量，實時性差等缺點；而位移傳感器同時也存在著難以接近的點無法測量，橫向位移測量困難等缺點；也有采用全球衛星系統(GPS)技術進行橋梁形變監測的。但目前很多的橋梁安全監測系統所針對的都是公路橋梁，而目前對于具有自身特點的鐵路橋梁還沒有有效的橋梁安全監測系統，假若單純采用監測公路的橋梁安全系統，并不能很好地觀測橋梁的微小變化，當前國內眾多橋梁均已建設多年，鐵路橋梁的安全性嚴重影響鐵路的安全運營，建立專門的鐵路橋梁安全監測系統勢在必行。
發明內容
針對現有的鐵路橋梁安全監測系統不能有效地監測橋梁微小變化，本發明提供的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，可以在橋梁坍塌前，監測到橋梁形變超出預設危險等級時，能夠通過3G網絡發到車站監控中心，車站監控中心通過分析監測點歷史數據，得出監測點形變趨勢，能預測危險發生時間，使得監控中心及時掌握道路的危險情況；通過對橋梁的長期監測，進行數據分析，估算橋梁的健康情況，實現不安全預警；能夠全年24小時不間斷連續監測。
本發明采用的技術方案:監測系統由CRNSS變形監測系統、數據處理主機、道邊報警電臺、3G模塊、車站監控中心六部分組成，CRNSS變形監測系統由室外傳感器、天線、天線控制器、CRNSS接收機、監測點、基準站組成，監測點發布在被監測區域，室外傳感器固定在被檢測部位，監測點設有基準站，監測點與基準站之間采用無線網橋或電纜通訊方式；基準站主要由監測點天線、天線控制器和CRNSS接收機組成，監測點天線的輸出端經過天線控制器與連接CRNSS接收機，CRNSS接收機的輸出端通過無線網橋或電纜通訊方式連接數據處理主機，數據處理主機通過電臺與道邊預警電臺連接，道邊預警電臺與火車之間也采用電臺通訊，數據處理主機通過3G模塊與到車站監控中心連接。道邊報警電臺安裝于監測區域前方兩公里處；大范圍監測區域接收機主機采用高速處理器時，可同時處理多路天線數據，形成一機多天線主機；中小范圍監測區域選用一機一天線主機；所有監測點其主機包括防直擊雷、防感應雷處理，所有監測點其主機均安裝保護箱內并設置防直擊雷避雷針，所有監測點主機電源采用在線式UPS與外部供電線路進行隔離，并連接電源防雷保護器，所有監測點主機信號線路設置信號防雷保護器，所有視頻監控攝像機除采用避雷針、電源防雷保護器外，其視頻信號線路同樣設置信號防雷保護器，所有設備及其保護箱都嚴格接地，接地電阻小于4Ω，同一橫斷面上多個防雷接地點在距離較近時可考慮連接成防雷網，室外傳感器和CRNSS接收機采用太陽能風能供電或者直接用220伏交流電供電。本發明的工作方法:本發明采用差分CRNSS定位技術，監測點接收機通過跟蹤CRNSS衛星連續不斷地傳送到全球的電磁波，來獲取自身的天線位置。同時接收基準站發來的差分數據，然后利用RTK (實時動態測量)技術，經計算后得到高精確的三維坐標(經度、緯度、高程)。監測點坐標和地圖對應后得到監測點位置，與之前保存的原始位置做比較，可得到監測點的相對位移，一定時間段內監測點的相對位移大于一定值時，觸發預警或報警，預警或報警信息發出后，起動預警及報警處理機制。本發明的有益效果:本發明可以在橋梁坍塌前，監測到橋梁形變超出預設危險等級時，能夠通過3G網絡發到車站監控中心，車站監控中心通過分析監測點歷史數據，得出監測點形變趨勢，能預測危險發生時間，使得監控中心及時掌握道路的危險情況；通過對橋梁的長期監測，進行數據分析，估算橋梁的健康情況，實現不安全預警；能夠全年24小時不間斷連續監測。
圖1為本發明的系統框 圖2為本發明的CRNSS系統構成示意 圖3為本發明的一機多天線系統示意 圖4為本發明的數據處理中心功能示意 圖5為本發明的系統工作流程。
具體實施例方式如圖1、2、3、4所示:監測系統由CRNSS變形監測系統、數據處理主機、道邊報警電臺、3G模塊、車站監控中心六部分組成，CRNSS變形監測系統由室外傳感器、天線、天線控制器、CRNSS接收機、監測點、基準站組成，監測點發布在被監測區域，室外傳感器固定在被檢測部位，監測點設有基準站，監測點與基準站之間采用無線網橋或電纜通訊方式；基準站主要由監測點天線、天線控制器和CRNSS接收機組成，監測點天線的輸出端經過天線控制器與連接CRNSS接收機，CRNSS接收機的輸出端通過無線網橋或電纜通訊方式連接數據處理主機，數據處理主機通過電臺與道邊預警電臺連接，道邊預警電臺與火車之間也采用電臺通訊，數據處理主機通過3G模塊與到車站監控中心連接。道邊報警電臺安裝于監測區域前方兩公里處；大范圍監測區域接收機主機采用高速處理器時，可同時處理多路天線數據，形成一機多天線主機；中小范圍監測區域選用一機一天線主機；所有監測點其主機包括防直擊雷、防感應雷處理，所有監測點其主機均安裝保護箱內并設置防直擊雷避雷針，所有監測點主機電源采用在線式UPS與外部供電線路進行隔離，并連接電源防雷保護器，所有監測點主機信號線路設置信號防雷保護器，所有視頻監控攝像機除采用避雷針、電源防雷保護器外，其視頻信號線路同樣設置信號防雷保護器，所有設備及其保護箱都嚴格接地，接地電阻小于4Ω，同一橫斷面上多個防雷接地點在距離較近時可考慮連接成防雷網，室外傳感器和CRNSS接收機采用太陽能風能供電或者直接用220伏交流電供電。
監測點分部在被監測區域，主要由天線及CRNSS接收機等組成。在已知坐標點上安置一臺CRNSS接收機，稱為基準站，利用已知坐標和衛星星歷計算出觀測值的校正值，并通過無線電設備(稱數據鏈)將校正值發送給多個CRNSS接收機，CRNSS接收機根據收到的校正值對自己的CRNSS觀測值進行改正，以消除衛星鐘差、接收機鐘差、大氣電離層和對流層折射誤差的影響。監測點主機接收到天線獲取的衛星信息和基準站差分數據后，經過一定的運算，得到自身三維坐標，通過電纜或無線通信方式把坐標信息發送給現場主機，主機處理、保存接收到的監測點坐標信息，并將當前位置數據同之前保存的位置數據進行比較，當變化值大于限定值時，觸發預警或報警。道邊報警電臺安裝于監測區域前方兩公里處，當報警電臺收到數據處理中心的報警信息或預警信息時，通過電臺把此信息發送給過往的列車，列車在收到預警或報警信息后，可在危險距離區域兩公里的范圍內采取剎車、停止、慢行等措施。監控中心一般位于車站，由專人進行管理，它對收到的監控點數據進行長期保存，分析、匯總，得出被監測點的長期變化趨勢圖，為判定預警信息提供依據。當發現有必要給過往車輛發布預警、報警或減速通過命令時，可通過網絡給數據處理中心發布預警、報警或減速通過指令，數據處理中心收到命令后，再通過電臺把指令發送給前方兩公里外的道邊報警電臺。監控中心擁有工程管理與監測服務軟件，是針對多工程、多用戶環境下的工程管理與監測預警工作的服務器軟件，主要分為用戶界面與后臺服務兩個部分。用戶界面提供監測工程的建立、查看、設置、連接與管理等多種操作，后臺服務則負責監視和分析解算與采集后的成果數據，并按照之前定義的條件進行預報與示警。數據處理中心是整個系統的核心，其主要的任務是采集監測點數據并進行處理，然后進行預警判斷并生成各種分析圖形和報告，當發現監測點的形變達到預警或報警等級時，把預警信息或報警信息通過電臺發送到道邊預警電臺，同時通過3G模塊發送到車站監控中心。數據處理系統能進行基線解算、已知點符合歸算、坐標計算、精度估算等，其解算精度直接影響到監測成果的可靠性與穩定性，是數據處理的重要環節。預警判斷部分能根據變形分析模型得出變形分析結果，生成分析報告，結合預設警界等級進行自動斷別，并適時多渠道多形式發布預警信息。監控中心對收到的監測點數據進行長期保存、分析、匯總，得出被監測點的長期變化趨勢圖，為判定預警信息提供依據。當監控中心發現有必要給過往車輛發布預警、報警或減速通過命令時，可通過3G網絡給數據處理中心發布預警、報警或減速通過指令，數據處理中心收到命令后，再通過電臺把指令發送給前方兩公里外的道邊報警電臺。監控中心擁有工程管理與監測服務軟件，是針對多工程、多用戶環境下的工程管理與監測預警工作的服務器軟件，主要分為用戶界面與后臺服務兩個部分。用戶界面提供監測工程的建立、查看、設置、連接與管理等多種操作，后臺服務則負責監視和分析解算與采集后的成果數據，并按照之前定義的條件進行預報與示警。監控中心還有網絡發布系統，它允許用戶在已經接入互聯網的計算機的瀏覽器中登錄到監測服務器上，查看監測現場平面示意圖、監測站坐標位移變化趨勢圖以及其它監測數據變化趨勢圖，設置報警閾值與報警方式，瀏覽報警日志與操作日志以及生成WORD報表等。在緊急狀態下監控中心能適時多渠道多形式進行預警信息播報:如發布渠道包括運行技術人員、單位領導、上級管理部門信息中心等，形式包括短信、指示燈、警報聲音、大屏幕顯示等。 室外傳感器和CRNSS接收機可以采用太陽能風能供電或者直接用220伏交流電供電。使用交流電方法簡單，直接使用電源線與設備連接即可，但是野外布電有時受環境及地理位置的限制導致成本高，施工困難等缺點。太陽能風能加蓄電池能夠解決這一問題。本系統采用的蓄電池為鉛酸電池，設計容量為120Ah，可以滿足陰雨天10天左右工作時間。如圖5所示:本發明的工作方法:本發明采用差分CRNSS定位技術，監測點接收機通過跟蹤CRNSS衛星連續不斷地傳送到全球的電磁波，來獲取自身的天線位置，同時接收基準站發來的差分數據，然后利用RTK (實時動態測量)技術，經計算后得到高精確的三維坐標(經度、緯度、高程)。監測點坐標和地圖對應后得到監測點位置，與之前保存的原始位置做比較，可得到監測點的相對位移，一定時間段內監測點的相對位移大于一定值時，觸發預警或報警，預警或報警信息發出后，起動預警及報警處理機制。本發明可以在橋梁坍塌前，監測到橋梁形變超出預設危險等級時，能夠通過3G網絡發到車站監控中心，車站監控中心通過分析監測點歷史數據，得出監測點形變趨勢，能預測危險發生時間，使得監控中心及時掌握道路的危險情況；通過對橋梁的長期監測，進行數據分析，估算橋梁的健康情況，實現不安全預警；能夠全年24小時不間斷連續監測。本發明通過附圖進行說明的，在不脫離本發明范圍的情況下，還可以對本發明專利進行各種變換及等同代替，因此，本發明專利不局限于所公開的具體實施過程，而應當包括落入本發明專利權利要求范圍內的全部實施方案。
權利要求
1.一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:監測系統由CRNSS變形監測系統、數據處理主機、道邊報警電臺、3G模塊、車站監控中心六部分組成，CRNSS變形監測系統由室外傳感器、天線、天線控制器、CRNSS接收機、監測點、基準站組成，監測點發布在被監測區域，室外傳感器固定在被檢測部位，監測點設有基準站，監測點與基準站之間采用無線網橋或電纜通訊方式；基準站主要由監測點天線、天線控制器和CRNSS接收機組成，監測點天線的輸出端經過天線控制器與連接CRNSS接收機，CRNSS接收機的輸出端通過無線網橋或電纜通訊方式連接數據處理主機，數據處理主機通過電臺與道邊預警電臺連接，道邊預警電臺與火車之間也采用電臺通訊，數據處理主機通過3G模塊與到車站監控中心連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:道邊報警電臺安裝于監測區域前方兩公里處。
3.根據權利要求1所述的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:大范圍監測區域接收機主機采用高速處理器時，可同時處理多路天線數據，形成一機多天線主機。
4.根據權利要求1所述的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:中小范圍監測區域選用一機一天線主機。
5.根據權利要求1所述的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:所有監測點其主機包括防直擊雷、防感應雷處理。
6.根據權利要求1所述的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:室外傳感器和CRNSS接收機采用太陽能風能供電或者直接用220伏交流電供電。
7.根據權利要求1所述的一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，其特征在于:鐵路橋梁狀態監測系統的檢測方法，本系統采用差分CRNSS定位技術，監測點接收機通過跟蹤CRNSS衛星連續不斷地傳送到全球的電磁波，來獲取自身的天線位置，同時接收基準站發來的差分數據，然后利用RTK (實時動態測量)技術，經計算后得到高精確的三維坐標(經度、緯度、高程)。
8.測點坐標和地圖對應后得到監測點位置，與之前保存的原始位置做比較，可得到監測點的相對位移，一定時間段內監測點的相對位移大于一定值時，觸發預警或報警，預警或報警信息發出后，起動預警及報警處理機制。
全文摘要
本發明涉及一種基于北斗兼容型的鐵路橋梁狀態監測系統，屬于電子監控技術領域；監測點天線的輸出端經過天線控制器與連接CRNSS接收機，CRNSS接收機的輸出端通過無線網橋或電纜通訊方式連接數據處理主機，數據處理主機通過電臺與道邊預警電臺連接，道邊預警電臺與火車之間也采用電臺通訊，數據處理主機通過3G模塊與到車站監控中心連接。本發明可以在橋梁坍塌前，監測到橋梁形變超出預設危險等級時，能夠通過3G網絡發到車站監控中心，車站監控中心通過分析監測點歷史數據，得出監測點形變趨勢，能預測危險發生時間，使得監控中心及時掌握道路的危險情況；通過對橋梁的長期監測，進行數據分析，估算橋梁的健康情況，實現不安全預警；能夠全年24小時不間斷連續監測。
文檔編號G01B15/06GK103090825SQ201210525070
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者陳立, 胡敏惠, 陳敏, 李全軍, 張國虎, 幸源東 申請人:陜西西北鐵道電子有限公司