一种高铁地震高频信号监测系统及方法与流程

本发明涉及高铁地震信号监测技术领域，特别涉及一种高铁地震高频信号监测系统及方法。

背景技术：

高铁地震勘探是利用高铁高速运行所激发的地震波在浅地表及地下不同介质中传播的差异性，利用检波器在监测点处采集高铁地震信号，并处理和分析铁路线路工程结构安全性能、地球内部结构和构造等物性参数的地球物理勘察方法。

目前高铁地震信号监测大多依托地震仪完成，用于高铁地震信号高频信号监测时，存在以下技术问题：

常规地震仪中检波器的采样频率一般，故在精确分析关键时刻高铁地震信号特征时容易出现误差；常规地震仪的频率响应范围有限(一般在0～300hz内)，当高铁地震信号频率在其频率响应范围之外时，所采集数据失真，故基于此监测方法无法采集到高铁地震波有效高频数据；常规检波器布设方式以采集目标信号为出发点，仅对目标信号波进行采样，忽略了采集环境中存在背景噪声波这一实际问题，导致信号处理过程复杂且易产生误差。

技术实现要素：

针对上述高铁地震信号监测技术存在的问题，本发明提供了一种实现采集高铁地震数据精确度、频率范围更大(0～1000hz)、分辨率更高的高铁地震高频信号监测系统。

所述一种高铁地震高频信号监测系统，包括宽频检波器、数据传输光缆、数据处理器、数据存储器、dtu无线终端设备、信号分析中心。所述高铁地震高频信号监测系统通过宽频检波器监测、采集地面或浅地表一定深度处的原始高铁地震数据，并以数据包的形式传输至数据处理器，处理器对原始高铁地震数据包进行解码，再将解码处理后高铁地震数据信息传输至数据存储器，数据储存备份后通过dtu无线终端设备传送至高铁地震信号分析中心。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

所述高铁地震高频信号监测方法，具体表现为：使用频率响应范围更大、采样频率更高的宽频检波器，实现提高所采集高铁地震波有效信号的频率、数据精确度；宽频检波器的布设范围应不仅涉及实验方案中预定的信号监测点，还要覆盖监测结构周边一定区域，用来同时监测工程结构处高铁地震信号和背景噪声信号，以便于在信号分析过程中识别并剔除掺杂在高铁地震监测数据中的背景噪声波。

上述高铁地震高频信号监测方法，包括以下步骤：

步骤1，信息资料搜集：根据高铁地震研究方案明确信号采集区域，搜集区域附近一定区间范围内高铁列车的运行速度及地层土体物理、力学等基本参数信息，参考图2明确检波器布设位置和布设方式。

步骤2，仪器连接及调试：布设检波器，连接检波器、数据处理器、数据存储器、dtu无线终端设备之间的光缆等线路，接通电源后对系统进行初调试，确保其正常运行后方可用于高铁地震信号采集。

步骤3，数据监测与采集：在高铁列车运行经过前后一定时间范围内对高铁地震数据采集、预处理、存储，最后传输至信号分析中心。

步骤4，信号特征分析：根据预定的研究方案，在信号分析中心筛选出目标频段的高铁地震数据，进一步展开高铁地震高频信号的相关科学研究。

本发明具有的有益效果如下：

本发明将宽频检波器应用于高铁地震高频信号监测系统，可以实现以更高采样频率完成对高铁地震数据的采集，提高数据采集精确度；通过宽频检波器可以实现采集有效的高频高铁地震信号，为高铁地震高频信号分析研究提供资料；基于上述检波器布设方式的高铁地震高频信号监测方法，本发明可以实现在信号分析时识别并过滤掺杂在高铁地震监测数据中的背景噪声，提高高铁地震资料的分辨率。

附图说明

图1为本发明提供的一种高铁地震高频信号监测系统示意图；

图2为本发明提供的高铁地震高频信号监测中关于检波器布设方式的参考示意图；

图1中，1-宽频检波器，2-测线，3-数据传输光缆，4-信号分析中心，5-数据处理器，6-数据存储器，7-dtu无线终端设备；

图2中，8-高铁列车，9-轨道，10-基础结构，2-测线，11-地表，1-宽频检波器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，所述高铁地震高频信号监测系统通过宽频检波器(1)监测、采集地面或浅地表一定深度处的原始高铁地震数据，并以数据包的形式传输至数据处理器(5)，处理器对原始高铁地震数据包进行解码，再将解码处理后高铁地震数据信息传输至数据存储器(6)，数据储存备份后通过dtu无线终端设备(7)传送至高铁地震信号分析中心(4)。

如图2所示，在采集桥梁下方地表的高铁地震信号时，宽频检波器(6)之间按非线性间距沿桥墩(3)中心测线(4)布设，同时，在桥梁两侧地表一定范围内也应布设若干同种型号检波器，用于监测高铁运行经过时作用于中心线处检波器的背景噪声信号。

实施例高铁地震高频信号监测按以下步骤进行。

步骤1，信息资料搜集：根据高铁地震研究方案明确信号采集区域，搜集区域附近一定区间范围内高铁列车的运行速度及地层土体物理、力学等基本参数信息，参考图2明确检波器布设位置和布设方式。

步骤2，仪器连接及调试：布设检波器，准确连接检波器、数据处理器、数据存储器、dtu无线终端设备之间的光缆等线路，接通电源后对系统进行初调试，确保其正常运行后方可用于高铁地震信号采集。

步骤3，数据监测与采集：在高铁列车运行经过前后一定时间范围内对高铁地震数据采集、预处理、存储，最后传输至信号分析中心。

步骤4，信号特征分析：根据预定的研究方案，在信号分析中心筛选出目标频段的高铁地震数据，进一步展开高铁地震高频信号的相关科学研究。

技术特征：

1.一种高铁地震高频信号监测系统及方法，其特征在于，包括宽频检波器、数据传输光缆、数据处理器、数据存储器、dtu无线终端设备、信号分析中心；所述的高铁地震高频信号监测系统通过宽频检波器监测、采集地面或浅地表一定深度处的原始高铁地震数据，并以数据包的形式传输至数据处理器，处理器对原始高铁地震数据包进行解码，再将解码处理后高铁地震数据信息传输至数据存储器，数据储存备份后通过dtu无线终端设备传送至高铁地震信号分析中心。

2.如权利要求1所述的高铁地震高频信号监测系统，其特征在于，使用方法包括以下步骤：

步骤1：资料搜集

根据具体的高铁地震研究方案明确信号采集区域，搜集区域附近一定区间范围内高铁列车的运行速度及地层土体物理、力学等基本参数信息，明确检波器布设的空间位置和布设方式。

步骤2：仪器连接及调试

布设检波器且连接检波器、数据处理器、数据存储器、dtu无线终端设备之间的光缆等线路，接通电源后对系统进行初调试，确保其正常运行后方可用于高铁地震信号采集。

步骤3：数据监测与采集

在高铁列车运行经过前后一定时间范围内对高铁地震数据采集、预处理、存储，最后传输至信号分析中心。

步骤4：信号特征分析

根据具体研究目标，在信号分析中心筛选出目标频段的高铁地震数据，进一步展开高铁地震高频信号的相关科学研究。

技术总结
本发明提供了一种高铁地震高频信号监测系统，涉及高铁地震信号监测技术领域。其中，将宽频检波器应用于高铁地震高频信号监测系统中，解决基于常规检波器采集高铁地震信号致高频数据失真的问题，提高数据采集精确度；同时，基于分别在桥梁正下方和桥梁两侧一定范围内地表面布设检波器的高铁地震高频信号监测方法，通过对不同区域所采集信号进行对比分析，可以识别并过滤掺杂在高铁地震监测数据中的背景噪声，提高高铁地震资料的分辨率。

技术研发人员：贾宝新;苑文雅;王帅;孙闯;张晶;张建俊;苏丽娟
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2020.10.15
技术公布日：2021.01.01