[发明专利]一种铁路落石的监测与定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可对铁路沿线边坡的落石进行实时监测和定位的方法，属于监测技术领域。

背景技术

边坡危岩落石一直是威胁铁路运输的一大安全隐患，坠入铁路上的较大落石或其它物体若不及时处理，就会对机车及相关人员造成伤害，因此对铁路沿线的危岩落石进行实时监测和定位具有重要意义。

国内外很多学者针对这一问题进行了大量研究，到目前为止,对铁路两侧落石的监测方法主要有以下几种：

(1)GPS定位法:采用卫星定位系统进行监测,其缺点是设备维护工作量大,特殊地域无法取得信号,高精度定位系统价格高昂，因此无法大规模推广应用；

(2)视频成像法:采用室外摄像的方法进行监测,所述方法虽然比较直观，但易于受雾和雨雪天气的影响，抗干扰能力较差，难以适应复杂的地质环境；

(3)光纤光栅法:基于光纤光栅传感技术的监测装置虽然已经量产，但是其系统成本及维护成本较高。

综上所述，现有的落石监测方法和监测装置均存在诸多不足之处，有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种设备操作简捷、易于维护而且抗干扰能力强的落石监测与定位方法，以及时发现和排除铁路运输的安全隐患。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种铁路落石的监测与定位方法，所述方法在铁路沿线的边坡处设置本地服务器和沿铁路布置的多个微震定位子系统，每个微震定位子系统包括通过同步触发线和数据传输线与本地服务器相连的多通道数据采集模块和与多通道数据采集模块的输入端相连的四个微震传感器；所述本地服务器通过同步触发线向各微震定位子系统发送同步信号，通过数据传输线接收各微震定位子系统采集的微震信息，然后根据微震信息计算出震源参数并通过以太网将震源参数上传至监控中心。

上述铁路落石的监测与定位方法，微震信息的采集及震源参数的计算步骤如下：

a.本地服务器通过以太网接收到监控中心发出的采集命令后，通过同步触发线向各个微震定位子系统的多通道数据采集模块发送同步信号，多通道数据采集模块接收到同步信号后同步采集各微震传感器输出的微震信息并通过数据传输线将采集的数据上传给本地服务器；

b.本地服务器遍历各微震定位子系统传回的所有微震传感器采集的数据，从中选出震动响应幅值最大的四组数据；

c.在微震传感器布置的平面内建立直角坐标系，设震动响应幅值最大的四组数据所对应的四个微震传感器分别为S₁、S₂、S₃和S₄，它们的坐标分别为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)和(x₄,y₄)，本地服务器采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x₀，y₀)所发出的震动信号传播到四个微震传感器的波达时刻,记震动信号传播到S₁、S₂、S₃和S₄的波达时刻为t₁、t₂、t₃、t₄；

d.建立方程组：

其中，v_p为监控区域内微震波的传播速度，t₀为落石的落地时刻，解上述方程组即可得到震源点的坐标A(x₀，y₀)。

上述铁路落石的监测与定位方法，采用基于时频方差和的端点检测方法获取震源点A(x₀，y₀)所发出的震动信号传播到四个微震传感器的波达时刻的具体方法是：

首先对各微震传感器的震动信号进行分帧，然后分别求得每一帧信号的短时能量的时频方差和，当时频方差和超过某一阈值时，即判定该点对应时刻为微震传感器的波达时刻。

上述铁路落石的监测与定位方法，每个微震定位子系统的四个微震传感器分别安装在矩形区域的四个顶点上并对称分布于铁路的两侧。

上述铁路落石的监测与定位方法，任意两个相邻的微震定位子系统之间的间距不超过30m。