CN111504213B - 一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统及方法，包括仰拱变形监测系统和预警系统，所述仰拱变形监测系统包括用于对隧道仰拱的变形进行扫描监测的三维扫描仪，所述预警系统包括监测数据分析与处理系统和铁路预警系统，三维扫描仪经由信号传输组件将仰拱变形监测数据传输给监测数据分析与处理系统，监测数据分析与处理系统得出预警等级传输给铁路预警系统，铁路预警系统根据预警等级对相应列车发出减速或制动命令。
Description
技术领域
本发明属于隧道仰拱变形监测技术领域，具体涉及一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统及方法。
背景技术
在隧道施工建设以及投入运营的前期，威胁隧道安全的主要是塌方、突水涌泥、岩爆、衬砌开裂及失稳等灾害，但是在隧道漫长的运营期限内，仰拱的强度、刚度以及稳定性是隧道的正常运营以及车辆的安全运行的重要保障。尤其是在高速铁路全面、快速建设的今天，高速运行的列车对轨道线路的平顺性和稳定性提出了更高的要求，这对隧道的安全建设以及长期的正常的运营提出了更多新的挑战。隧道的仰拱一旦变形破坏将严重威胁列车的运行安全。
然而目前，很少在运营期监测隧道变形的情况，尤其是在高速铁路隧道，这是由于隧道在运营期时，每天都在忙碌的运转中，很难对全线隧道的变形进行有效地的监测。但是，发明人发现，一旦隧道仰拱发生破坏而没有及时预警，对高速运行中的高铁造成的后果不堪设想。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统及方法，该装置可以解决高铁隧道在运营期中无法有效监测隧道仰拱变形的问题，可以在隧道运营期时，实现实时监测隧道仰拱变形情况并且对经过隧道的列车和铁路线上相关的列车进行预警。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，包括仰拱变形监测系统和预警系统，所述仰拱变形监测系统包括用于对隧道仰拱的变形进行扫描监测的三维扫描仪，所述预警系统包括监测数据分析与处理系统和铁路预警系统，三维扫描仪经由信号传输组件将仰拱变形监测数据传输给监测数据分析与处理系统，监测数据分析与处理系统得出预警等级传输给铁路预警系统，铁路预警系统根据预警等级对相应列车发出减速或制动命令。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述三维扫描仪设置于滑动轨道，且三维扫描仪可沿滑动轨道移动。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述滑动轨道固定于隧道拱顶处，其沿隧道长度方向布设。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述信号传输组件包括信号发射器和信号接收器，信号发射器与三维扫描仪连接，信号发射器与信号接收器连接，信号接收器将仰拱变形监测数据传输给监测数据分析与处理系统。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述信号发射器包括数据收集盒子和信号发射天线，数据收集盒子用于将三维扫描仪收集的数据储存，数据收集盒子与信号发射天线连接，信号发射天线用于将数据传输到信号接收器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述信号发射器与滑动轨道固定连接，且信号发射器安装于隧道洞口处。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述监测数据分析与处理系统处理仰拱变形监测数据，并对不同的仰拱变形大小计算得出相应的预警等级。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述预警等级包括六个等级：当仰拱变形量在0-5mm时为等级一；当仰拱变形量在5-10mm时为等级二；当仰拱变形量在10-20mm时为等级三；当仰拱变形量在20-40mm时为等级四；当仰拱变形量在40-80mm时为等级五；当仰拱变形量大于80mm时为等级六。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，当处于等级一时，铁路预警系统控制列车减速至200-300km/h；当处于等级二时，铁路预警系统控制列车减速至160-200km/h；当处于等级三时，铁路预警系统控制列车减速至120-160km/h；当处于等级四时，铁路预警系统控制列车减速至80-120km/h；当处于等级五时，铁路预警系统控制列车减速至45-80km/h；当处于等级六时，铁路预警系统控制列车紧急制动。
第二方面，本发明实施例还提供了基于如上所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统的预警方法，包括以下步骤：
在隧道没有列车运行时，三维扫描仪沿滑动轨道完成一次来回扫描，记录每次扫描时仰拱的位置数据；
三维扫描仪进行多次扫描，将前后两次扫描的数据传输至监测数据分析和处理系统，监测数据分析和处理系统对两次的数据进行求差值，将监测数据的差值作为仰拱变形量的大小，并且根据仰拱变形量的大小数据确定预警等级，铁路预警系统根据预警等级发出减速或者制动命令给相应列车。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
本发明的系统，将监测装置放置于隧道的拱顶处，利用监测装置对此隧道的所有断面的仰拱进行扫描，得到所有断面仰拱的实时变形数据，并且将变形数据发送到预警系统进行分析与预警。当仰拱变形较大时，对后续通过这个隧道的列车发出减速或者紧急制动的预警。
本发明的系统，可以在隧道运营期时，实现实时监测隧道仰拱变形情况并且对经过隧道的列车和铁路线上相关的列车进行预警，避免隧道仰拱变形所导致的列车脱轨的重大安全事故。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的监测与预警系统示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的仰拱变形监测系统示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的三维扫描仪与滑动轨道配合示意图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的信号发射器示意图；
图中：1仰拱变形监测系统；2预警系统；3三维扫描仪；4滑动轨道；5信号发射器；6数据收集盒子；7信号发射天线；8信号接收器；9监测数据分析与处理系统；10铁路预警系统。
为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统及方法。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，包括仰拱变形监测系统1和预警系统2。
其中，仰拱变形监测系统1，包括三维扫描仪3，滑动轨道4和信号发射器5。预警系统2包括信号接收器8、监测数据分析与处理系统9和铁路预警系统10。
如图2所示，仰拱变形监测系统1安装在隧道的拱顶处，这样可以避免对高铁列车行驶的影响。
如图3所示，三维扫描仪3采用激光扫描仪，安装在滑动轨道4上。三维扫描仪3在滑动轨道4上滑动，当隧道内没有列车经过时，对隧道仰拱的变形进行扫描监测。
滑动轨道4固定安装在隧道拱顶处，其沿隧道长度方向布设。
如图4所示，信号发射器5包括数据收集盒子6和信号发射天线7。三维扫描仪3通过数据传输线与信号发射器5连接，数据传输线可以沿滑动轨道4外周设置，也可以设置于滑动轨道内侧，进而连接数据收集盒子6，数据收集盒子6用于将三维扫描仪3收集的数据储存，数据收集盒子6与信号发射天线7连接，所述的信号发射天线7用于将数据传输到所述的预警系统2。
信号发射器5与所述的滑动轨道4固定连接，并且安装在靠近隧道洞口处，这样可以避免信号受隧道本体的阻挡。
信号接收器8用于接收所述的信号发射器5发来的仰拱变形监测数据，并将仰拱变形监测数据传输给监测数据分析与处理系统9。
监测数据分析与处理系统9用于处理仰拱变形监测数据，对不同的仰拱变形大小计算得出后续高铁列出所需要做出的减速或者制动要求，将相应结果传输给铁路预警系统。
铁路预警系统10用于对后续经过隧道的列车发出减速或者制动的命令，并且调整整条铁路线上的相关列车。
本实施例中，预警系统将仰拱变形预警分为六个等级，具体为，等级一：当仰拱变形量在0-5mm时，列车的行驶速度控制在200-300km/h，等级二：当仰拱变形量在5-10mm时，列车的行驶速度控制在160-200km/h，等级三：当仰拱变形量在10-20mm时，列车的行驶速度控制在120-160km/h，等级四：当仰拱变形量在20-40mm时，列车的行驶速度控制在80-120km/h，等级五：当仰拱变形量在40-80mm时，列车的行驶速度控制在45-80km/h，等级六：当仰拱变形量大于80mm时，列车需要紧急制动。
铁路预警系统10根据相应的预警等级，传输相应的减速或制动命令给相应列车。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
如图1-图2所示，在隧道没有列车运行时，三维扫描仪3在滑动轨道4中完成一次来回扫描，记录每次扫描时仰拱的位置数据，三维扫描仪进行多次扫描，将前后两次的扫描数据储存在信号发射器5中的数据收集盒子6中，利用信号发射天线7传输到预警系统2中的信号接收器8，利用监测数据分析和处理系统9对两次的数据进行求差值，将监测数据的差值作为仰拱变形量的大小，并且根据仰拱变形量的大小数据预警等级，利用铁路预警系统10发出对后续需要进行隧道的列车和铁路线上相关的运行列车做出减速或者制动命令。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，其特征是，包括仰拱变形监测系统和预警系统，所述仰拱变形监测系统包括用于对隧道仰拱的变形进行扫描监测的三维扫描仪，所述预警系统包括监测数据分析与处理系统和铁路预警系统，三维扫描仪经由信号传输组件将仰拱变形监测数据传输给监测数据分析与处理系统，所述监测数据分析与处理系统处理仰拱变形监测数据，并对不同的仰拱变形大小计算得出相应的预警等级，监测数据分析与处理系统得出预警等级传输给铁路预警系统，铁路预警系统根据预警等级对相应列车发出减速或制动命令；
所述三维扫描仪设置于滑动轨道，且三维扫描仪可沿滑动轨道移动，所述滑动轨道固定于隧道拱顶处，其沿隧道长度方向布设；所述三维扫描仪对隧道的所有断面的仰拱进行扫描，得到所有断面仰拱的实时变形数据，并且将变形数据发送到预警系统进行分析与预警。
2.如权利要求1所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，其特征是，所述信号传输组件包括信号发射器和信号接收器，信号发射器与三维扫描仪连接，信号发射器与信号接收器连接，信号接收器将仰拱变形监测数据传输给监测数据分析与处理系统。
3.如权利要求2所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，其特征是，所述信号发射器包括数据收集盒子和信号发射天线，数据收集盒子用于将三维扫描仪收集的数据储存，数据收集盒子与信号发射天线连接，信号发射天线用于将数据传输到信号接收器。
4.如权利要求2所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，其特征是，所述信号发射器与滑动轨道固定连接，且信号发射器安装于隧道洞口处。
5.如权利要求1所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，其特征是，所述预警等级包括六个等级：当仰拱变形量在0-5mm时为等级一；当仰拱变形量在5-10mm时为等级二；当仰拱变形量在10-20mm时为等级三；当仰拱变形量在20-40mm时为等级四；当仰拱变形量在40-80mm时为等级五；当仰拱变形量大于80mm时为等级六。
6.如权利要求5所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统，其特征是，当处于等级一时，铁路预警系统控制列车减速至200-300km/h；当处于等级二时，铁路预警系统控制列车减速至160-200km/h；当处于等级三时，铁路预警系统控制列车减速至120-160km/h；当处于等级四时，铁路预警系统控制列车减速至80-120km/h；当处于等级五时，铁路预警系统控制列车减速至45-80km/h；当处于等级六时，铁路预警系统控制列车紧急制动。
7.基于权利要求1-6任一项所述的用于高铁隧道运营期仰拱变形监测与预警系统的预警方法，其特征是，包括以下步骤：
在隧道没有列车运行时，三维扫描仪沿滑动轨道完成一次来回扫描，记录每次扫描时仰拱的位置数据；
三维扫描仪进行多次扫描，将前后两次扫描的数据传输至监测数据分析和处理系统，监测数据分析和处理系统对两次的数据进行求差值，将监测数据的差值作为仰拱变形量的大小，并且根据仰拱变形量的大小数据确定预警等级，铁路预警系统根据预警等级发出减速或者制动命令给相应列车。
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