[发明专利]落石冲击明洞振动监测系统和监测方法

说明书

落石冲击明洞振动监测系统和监测方法，涉及安全监测技术。本发明的落石冲击明洞振动监测系统包括传感器部分、采集仪部分和监控中心，传感器部分包括加速度传感器和视频监测装置，加速度传感器布设于明洞顶板；视频监控装置的视觉范围涵盖明洞洞顶和明洞顶板，视频监测装置通过有线传输方式与监控中心相连；采集仪部分与加速度传感器连接，并通过通信网络与监控中心连接，监控中心系统包括智能监测应用服务器和数据服务器，负责监测数据和预警信息的存储和客户端数据的推送。本发明解决了明洞结构和明洞顶部垫层结构多样，难以对明洞损伤进行评价的问题。

技术领域

本发明涉及安全监测技术。

背景技术

随着高速铁路在我国西部山区的迅速发展，线路中隧道的比例越来越大。为降低危岩落石灾害对线路安全运营造成的影响，通常在隧道出口处设置拱形明洞或棚式明洞。

近年来以成都～兰州、成都～昆明、成都～贵阳、成都～拉萨铁路为代表的中西及西南部铁路，其共同的特点为地质条件复杂、崩塌落石、泥石流灾害频发、环境恶劣，明洞结构作为重要的防灾减灾设施其需求量将越来越大。由于落石撞击的发生时间及冲击动能具有随机且难以预测的特征，坚固的明洞结构依然有可能被高能落石砸毁。为避免由于不了解现场具体情况而造成的行车线路被堵等突发险情，或盲目人为中断交通造成的不必要的损失，需要对明洞结构在落石冲击荷载下的损伤情况进行实时监测。

我国尚无铁路建成针对明洞结构的落石监测预警系统，关于明洞结构的落石监测预警理论的研究也没有系统性展开。因此建立一套落石冲击明洞振动监测预报系统，对落石冲击明洞事件的发生时间、位置、冲击能量及明洞损伤做出准确的预报，第一时间指导人员赶到现场进行维护，保障铁路运输安全，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种落石冲击明洞振动监测预报系统和方法，可实时获取落石冲击明洞冲击时间、位置、落石数量、落石能级、明洞衬砌结构损伤等参数，并进行实时预报。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，落石冲击明洞振动监测系统，其特征在于，包括传感器部分、采集仪部分和监控中心，

传感器部分包括加速度传感器和视频监测装置，加速度传感器布设于明洞顶板；

视频监控装置的视觉范围涵盖明洞洞顶和明洞顶板，视频监测装置通过有线传输方式与监控中心相连；

采集仪部分与加速度传感器连接，并通过通信网络与监控中心连接，

监控中心系统包括智能监测应用服务器和数据服务器，负责监测数据和预警信息的存储和客户端数据的推送。

所述采集仪部分包括采集仪从站和采集主站，两者之间无线自组网，

采集仪从站为无线组网的子节点，直接与加速度传感器连接，布设于明洞顶板，负责采集不同观测点的微震信号及数据综合计算分析，并通过无线传输方式发送给采集仪主站；

采集仪主站为无线组网的中心主节点，其通过GPRS或北斗模块与监控中心形成通信连接。

本发明还提供一种落石冲击明洞振动监测方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)通过加速度传感器收集落石冲击明洞的振动加速度信号，并记录落石发生时间。

2)计算出落石的冲击位置、冲击能量:

(1)冲击位置计算：采用联合定位方法对落石冲击进行定位，首先应用线性定位方法进行初步定位，获得初步位置h(x₀,y₀,z₀)，线性初始定位公式如下：