专利名称：一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，属于电子监控技术领域。
背景技术：
随着科学技术的进步以及交通运输的需求，桥梁的实时健康监测问题受到更多的研究和关注。铁路线上的桥梁健康状况，关系着列车的行车安全，通过连续监测桥梁的变形情况，能实现桥梁危险预警及报警，有助于防范列车因桥梁不安全而造成的列车事故。近年来，随着高精度定位技术的发展,定位设备已发展为无人值守，长年连续运行，定位精度可达毫米级。此技术已广泛应用于大坝、桥梁、山体滑坡、路面沉降、尾矿库、冰川移动的监测。当前对于桥梁形变监测的实例已有很多，用常规方法进行大型桥梁的形变监测，存在诸多限制和不便。尤其是目前众多的铁路桥梁建设已有多年，铁路桥梁的安全性严重影响铁路的安全运营，铁路桥梁的监测势在必行。否则将严重影响铁路运营、建设和沿线人民群众生命财
产安全。随着高精度定位技术的发展，使得对滑坡、桥梁的微小变形监测成为可能。国内目前关于铁路桥梁位移实时监测的相关设备和产品不多，应用于交通安全的桥梁位移监测多是基于桥梁的应力应变监测，绕度、温度、支座位移，桥墩倾斜等监测，但是由于普通桥梁与铁路桥梁的应用需求与背景差异较大，其监测的数据不能满足铁路桥梁安全监测的需求，因而基于普通桥梁的变形监测的技术和产品并不适用于铁路桥梁的安全监测。当前对于桥梁形变监测的实例已有很多，用常规方法进行大型桥梁的形变监测，存在诸多限制和不便。如全站仪存在各测点不同步，大变形难测量，实时性差等缺点；而位移传感器同时也存在着难以接近的点无法测量，横向位移测量困难等缺点；也有采用全球卫星系统(GPS)技术进行桥梁形变监测的。但目前很多的桥梁安全监测系统所针对的都是公路桥梁，而目前对于具有自身特点的铁路桥梁还没有有效的桥梁安全监测系统，假若单纯采用监测公路的桥梁安全系统，并不能很好地观测桥梁的微小变化，当前国内众多桥梁均已建设多年，铁路桥梁的安全性严重影响铁路的安全运营，建立专门的铁路桥梁安全监测系统势在必行。
发明内容
针对现有的铁路桥梁安全监测系统不能有效地监测桥梁微小变化，本发明提供的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，可以在桥梁坍塌前，监测到桥梁形变超出预设危险等级时，能够通过3G网络发到车站监控中心，车站监控中心通过分析监测点历史数据，得出监测点形变趋势，能预测危险发生时间，使得监控中心及时掌握道路的危险情况；通过对桥梁的长期监测，进行数据分析，估算桥梁的健康情况，实现不安全预警；能够全年24小时不间断连续监测。
本发明采用的技术方案:监测系统由CRNSS变形监测系统、数据处理主机、道边报警电台、3G模块、车站监控中心六部分组成，CRNSS变形监测系统由室外传感器、天线、天线控制器、CRNSS接收机、监测点、基准站组成，监测点发布在被监测区域，室外传感器固定在被检测部位，监测点设有基准站，监测点与基准站之间采用无线网桥或电缆通讯方式；基准站主要由监测点天线、天线控制器和CRNSS接收机组成，监测点天线的输出端经过天线控制器与连接CRNSS接收机，CRNSS接收机的输出端通过无线网桥或电缆通讯方式连接数据处理主机，数据处理主机通过电台与道边预警电台连接，道边预警电台与火车之间也采用电台通讯，数据处理主机通过3G模块与到车站监控中心连接。道边报警电台安装于监测区域前方两公里处；大范围监测区域接收机主机采用高速处理器时，可同时处理多路天线数据，形成一机多天线主机；中小范围监测区域选用一机一天线主机；所有监测点其主机包括防直击雷、防感应雷处理，所有监测点其主机均安装保护箱内并设置防直击雷避雷针，所有监测点主机电源采用在线式UPS与外部供电线路进行隔离，并连接电源防雷保护器，所有监测点主机信号线路设置信号防雷保护器，所有视频监控摄像机除采用避雷针、电源防雷保护器外，其视频信号线路同样设置信号防雷保护器，所有设备及其保护箱都严格接地，接地电阻小于4Ω，同一横断面上多个防雷接地点在距离较近时可考虑连接成防雷网，室外传感器和CRNSS接收机采用太阳能风能供电或者直接用220伏交流电供电。本发明的工作方法:本发明采用差分CRNSS定位技术，监测点接收机通过跟踪CRNSS卫星连续不断地传送到全球的电磁波，来获取自身的天线位置。同时接收基准站发来的差分数据，然后利用RTK (实时动态测量)技术，经计算后得到高精确的三维坐标(经度、纬度、高程)。监测点坐标和地图对应后得到监测点位置，与之前保存的原始位置做比较，可得到监测点的相对位移，一定时间段内监测点的相对位移大于一定值时，触发预警或报警，预警或报警信息发出后，起动预警及报警处理机制。本发明的有益效果:本发明可以在桥梁坍塌前，监测到桥梁形变超出预设危险等级时，能够通过3G网络发到车站监控中心，车站监控中心通过分析监测点历史数据，得出监测点形变趋势，能预测危险发生时间，使得监控中心及时掌握道路的危险情况；通过对桥梁的长期监测，进行数据分析，估算桥梁的健康情况，实现不安全预警；能够全年24小时不间断连续监测。
图1为本发明的系统框 图2为本发明的CRNSS系统构成示意 图3为本发明的一机多天线系统示意 图4为本发明的数据处理中心功能示意 图5为本发明的系统工作流程。
具体实施例方式如图1、2、3、4所示:监测系统由CRNSS变形监测系统、数据处理主机、道边报警电台、3G模块、车站监控中心六部分组成，CRNSS变形监测系统由室外传感器、天线、天线控制器、CRNSS接收机、监测点、基准站组成，监测点发布在被监测区域，室外传感器固定在被检测部位，监测点设有基准站，监测点与基准站之间采用无线网桥或电缆通讯方式；基准站主要由监测点天线、天线控制器和CRNSS接收机组成，监测点天线的输出端经过天线控制器与连接CRNSS接收机，CRNSS接收机的输出端通过无线网桥或电缆通讯方式连接数据处理主机，数据处理主机通过电台与道边预警电台连接，道边预警电台与火车之间也采用电台通讯，数据处理主机通过3G模块与到车站监控中心连接。道边报警电台安装于监测区域前方两公里处；大范围监测区域接收机主机采用高速处理器时，可同时处理多路天线数据，形成一机多天线主机；中小范围监测区域选用一机一天线主机；所有监测点其主机包括防直击雷、防感应雷处理，所有监测点其主机均安装保护箱内并设置防直击雷避雷针，所有监测点主机电源采用在线式UPS与外部供电线路进行隔离，并连接电源防雷保护器，所有监测点主机信号线路设置信号防雷保护器，所有视频监控摄像机除采用避雷针、电源防雷保护器外，其视频信号线路同样设置信号防雷保护器，所有设备及其保护箱都严格接地，接地电阻小于4Ω，同一横断面上多个防雷接地点在距离较近时可考虑连接成防雷网，室外传感器和CRNSS接收机采用太阳能风能供电或者直接用220伏交流电供电。
监测点分部在被监测区域，主要由天线及CRNSS接收机等组成。在已知坐标点上安置一台CRNSS接收机，称为基准站，利用已知坐标和卫星星历计算出观测值的校正值，并通过无线电设备(称数据链)将校正值发送给多个CRNSS接收机，CRNSS接收机根据收到的校正值对自己的CRNSS观测值进行改正，以消除卫星钟差、接收机钟差、大气电离层和对流层折射误差的影响。监测点主机接收到天线获取的卫星信息和基准站差分数据后，经过一定的运算，得到自身三维坐标，通过电缆或无线通信方式把坐标信息发送给现场主机，主机处理、保存接收到的监测点坐标信息，并将当前位置数据同之前保存的位置数据进行比较，当变化值大于限定值时，触发预警或报警。道边报警电台安装于监测区域前方两公里处，当报警电台收到数据处理中心的报警信息或预警信息时，通过电台把此信息发送给过往的列车，列车在收到预警或报警信息后，可在危险距离区域两公里的范围内采取刹车、停止、慢行等措施。监控中心一般位于车站，由专人进行管理，它对收到的监控点数据进行长期保存，分析、汇总，得出被监测点的长期变化趋势图，为判定预警信息提供依据。当发现有必要给过往车辆发布预警、报警或减速通过命令时，可通过网络给数据处理中心发布预警、报警或减速通过指令，数据处理中心收到命令后，再通过电台把指令发送给前方两公里外的道边报警电台。监控中心拥有工程管理与监测服务软件，是针对多工程、多用户环境下的工程管理与监测预警工作的服务器软件，主要分为用户界面与后台服务两个部分。用户界面提供监测工程的建立、查看、设置、连接与管理等多种操作，后台服务则负责监视和分析解算与采集后的成果数据，并按照之前定义的条件进行预报与示警。数据处理中心是整个系统的核心，其主要的任务是采集监测点数据并进行处理，然后进行预警判断并生成各种分析图形和报告，当发现监测点的形变达到预警或报警等级时，把预警信息或报警信息通过电台发送到道边预警电台，同时通过3G模块发送到车站监控中心。数据处理系统能进行基线解算、已知点符合归算、坐标计算、精度估算等，其解算精度直接影响到监测成果的可靠性与稳定性，是数据处理的重要环节。预警判断部分能根据变形分析模型得出变形分析结果，生成分析报告，结合预设警界等级进行自动断别，并适时多渠道多形式发布预警信息。监控中心对收到的监测点数据进行长期保存、分析、汇总，得出被监测点的长期变化趋势图，为判定预警信息提供依据。当监控中心发现有必要给过往车辆发布预警、报警或减速通过命令时，可通过3G网络给数据处理中心发布预警、报警或减速通过指令，数据处理中心收到命令后，再通过电台把指令发送给前方两公里外的道边报警电台。监控中心拥有工程管理与监测服务软件，是针对多工程、多用户环境下的工程管理与监测预警工作的服务器软件，主要分为用户界面与后台服务两个部分。用户界面提供监测工程的建立、查看、设置、连接与管理等多种操作，后台服务则负责监视和分析解算与采集后的成果数据，并按照之前定义的条件进行预报与示警。监控中心还有网络发布系统，它允许用户在已经接入互联网的计算机的浏览器中登录到监测服务器上，查看监测现场平面示意图、监测站坐标位移变化趋势图以及其它监测数据变化趋势图，设置报警阈值与报警方式，浏览报警日志与操作日志以及生成WORD报表等。在紧急状态下监控中心能适时多渠道多形式进行预警信息播报:如发布渠道包括运行技术人员、单位领导、上级管理部门信息中心等，形式包括短信、指示灯、警报声音、大屏幕显示等。 室外传感器和CRNSS接收机可以采用太阳能风能供电或者直接用220伏交流电供电。使用交流电方法简单，直接使用电源线与设备连接即可，但是野外布电有时受环境及地理位置的限制导致成本高，施工困难等缺点。太阳能风能加蓄电池能够解决这一问题。本系统采用的蓄电池为铅酸电池，设计容量为120Ah，可以满足阴雨天10天左右工作时间。如图5所示:本发明的工作方法:本发明采用差分CRNSS定位技术，监测点接收机通过跟踪CRNSS卫星连续不断地传送到全球的电磁波，来获取自身的天线位置，同时接收基准站发来的差分数据，然后利用RTK (实时动态测量)技术，经计算后得到高精确的三维坐标(经度、纬度、高程)。监测点坐标和地图对应后得到监测点位置，与之前保存的原始位置做比较，可得到监测点的相对位移，一定时间段内监测点的相对位移大于一定值时，触发预警或报警，预警或报警信息发出后，起动预警及报警处理机制。本发明可以在桥梁坍塌前，监测到桥梁形变超出预设危险等级时，能够通过3G网络发到车站监控中心，车站监控中心通过分析监测点历史数据，得出监测点形变趋势，能预测危险发生时间，使得监控中心及时掌握道路的危险情况；通过对桥梁的长期监测，进行数据分析，估算桥梁的健康情况，实现不安全预警；能够全年24小时不间断连续监测。本发明通过附图进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。
权利要求
1.一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:监测系统由CRNSS变形监测系统、数据处理主机、道边报警电台、3G模块、车站监控中心六部分组成，CRNSS变形监测系统由室外传感器、天线、天线控制器、CRNSS接收机、监测点、基准站组成，监测点发布在被监测区域，室外传感器固定在被检测部位，监测点设有基准站，监测点与基准站之间采用无线网桥或电缆通讯方式；基准站主要由监测点天线、天线控制器和CRNSS接收机组成，监测点天线的输出端经过天线控制器与连接CRNSS接收机，CRNSS接收机的输出端通过无线网桥或电缆通讯方式连接数据处理主机，数据处理主机通过电台与道边预警电台连接，道边预警电台与火车之间也采用电台通讯，数据处理主机通过3G模块与到车站监控中心连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:道边报警电台安装于监测区域前方两公里处。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:大范围监测区域接收机主机采用高速处理器时，可同时处理多路天线数据，形成一机多天线主机。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:中小范围监测区域选用一机一天线主机。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:所有监测点其主机包括防直击雷、防感应雷处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:室外传感器和CRNSS接收机采用太阳能风能供电或者直接用220伏交流电供电。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于:铁路桥梁状态监测系统的检测方法，本系统采用差分CRNSS定位技术，监测点接收机通过跟踪CRNSS卫星连续不断地传送到全球的电磁波，来获取自身的天线位置，同时接收基准站发来的差分数据，然后利用RTK (实时动态测量)技术，经计算后得到高精确的三维坐标(经度、纬度、高程)。
8.测点坐标和地图对应后得到监测点位置，与之前保存的原始位置做比较，可得到监测点的相对位移，一定时间段内监测点的相对位移大于一定值时，触发预警或报警，预警或报警信息发出后，起动预警及报警处理机制。
全文摘要
本发明涉及一种基于北斗兼容型的铁路桥梁状态监测系统，属于电子监控技术领域；监测点天线的输出端经过天线控制器与连接CRNSS接收机，CRNSS接收机的输出端通过无线网桥或电缆通讯方式连接数据处理主机，数据处理主机通过电台与道边预警电台连接，道边预警电台与火车之间也采用电台通讯，数据处理主机通过3G模块与到车站监控中心连接。本发明可以在桥梁坍塌前，监测到桥梁形变超出预设危险等级时，能够通过3G网络发到车站监控中心，车站监控中心通过分析监测点历史数据，得出监测点形变趋势，能预测危险发生时间，使得监控中心及时掌握道路的危险情况；通过对桥梁的长期监测，进行数据分析，估算桥梁的健康情况，实现不安全预警；能够全年24小时不间断连续监测。
文档编号G01B15/06GK103090825SQ201210525070
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者陈立, 胡敏惠, 陈敏, 李全军, 张国虎, 幸源东 申请人:陕西西北铁道电子有限公司