[发明专利]路基塌陷光纤振动实时监测及报警系统

说明书

技术领域

本发明属于重要基础设施安全监测技术领域，涉及一种路基塌陷光纤振动实时监测及报警系统。

背景技术

我国岩溶面积超过300万平方公里，占国土面积近三分之一。岩溶土洞(塌陷)是一种极其严重的自然灾害，导致了极大的经济财产损伤和人员伤亡。随着经济的高速发展，我国铁路里程9万公里(位居世界第二)，其中高铁里程七千多公里(位居世界第一)，并成为我国重要的高新出口技术。这些铁路不可避免穿越岩溶区，特别是西南地区的铁路。目前，岩溶区域铁路路基塌陷是铁路线路建设的最主要灾害形式，严重威胁铁路的安全运营。因此，科学地把握岩溶土洞灾害，发展铁路路基塌陷灾害实时报警，是预防铁路路基塌陷和减缓塌陷危害的最有效途径。

目前，对于岩溶土洞监测/检测主要采用地质雷达沿铁路路基沿线进行扫描，该方法检测成本高、检测周期长，不能实现路基塌陷实时监测功能。位移传感器和土压力传感器可以对路基进行点式或局部监测，对于路基而言，需要布设大量的点式传感器，这就会造成传输线路繁多，系统集成复杂等问题，且容易出现漏检。分布式传感技术可以实现分布式测量，在国内外土木工程、航空航天领域得到了重视并在一些重要基础设施(桥梁、隧道等)中得到了成功的应用。在岩溶土洞监测方面，严明等人采用同轴电缆时域反射(TDR)技术对土洞监测的可行性和有效性进行了实验研究，TDR土洞定位精度1.0m。但是TDR传输距离比较短且易受环境干扰，不合适路基塌陷实时监测。分布式光纤布里渊传感技术具有传感精度高、绝对测量且可以实现上百公里的应变和温度的连续测量的特点，能对塌陷灾害规模进行预警，但是其属于准动态监测技术，塌陷报警时间有所延迟。对于灾害事故而言，哪怕提前一秒进行报警，也会大大减缓事故的后果。光纤分布式振动传感技术能对施加在光纤振动传感器上振动信号进行高实时性、高灵敏性监测，已在周界安防、埋地管道等结构上开展了广泛的研究与工程应用。目前光纤振动传感技术应用到铁路路基塌陷监测还未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供了一种路基塌陷光纤振动实时监测及报警系统，该方法通过分布式光纤振动系统实时采集施加在分布式光纤振动传感器上的振动信号，通过路基塌陷振动信号识别系统识别出塌陷振动信号，并实时通过通用分组无线服务技术(GSM/GPRS)传输给塌陷灾害报警终控中心进行塌陷报警。

本发明的技术方案是将分布式光纤振动传感器按S型方式布设于路基中，分布式光纤振动系统实时采集和定位施加在分布式光纤振动传感器上的振动信号，通过路基塌陷振动信号识别系统对各种振动信号进行处理，识别因路基塌陷产生的振动信号，识别出的塌陷灾害信息通过GSM/GPRS实时上报到塌陷灾害报警终控中心进行塌陷报警。本发明包括以下技术特征：

a)路基塌陷光纤振动实时监测方法及其报警系统，包括分布式光纤振动传感器、分布式光纤振动测试系统、路基塌陷振动信号识别系统、GSM/GPRS接收传输塔和路基塌陷灾害报警终控中心。分布式光纤振动测试系统实时定位监测路基沿线上分布式光纤振动传感器感知各种振动信号，由路基塌陷振动信号识别系统识别因路基塌陷引起的振动信号，通过GSM/GPRS上报到路基灾害报警终控中心对路基塌陷灾害规模和位置进行实时报警。

b)分布式光纤振动传感器按S型方式布设路基中，实时感知各种振动信号，分布式光纤振动测试系统采集和定位分布式光纤振动传感器感知的各种振动信号。

c)路基塌陷振动信号识别系统实时处理各种振动信号，识别出因路基塌陷引起的振动信号，根据识别出的振动信号能量谱图，确定路基塌陷规模和位置。

d)路基塌陷规模和位置信息通过GSM/GPRS传输给路基塌陷灾害报警终控中心进行塌陷灾害实时报警

本发明的效果和益处是分布式光纤振动测试系统和路基塌陷振动信号识别系统实时识别出因路基塌陷引起的振动信号，并根据振动信号的能量谱确定塌陷规模，通过GSM/GPSR实时上报到路基塌陷灾害报警终控中心实时发布塌陷报警，有效解决了当前路基塌陷灾害报警延迟的难题。

附图说明

附图是路基塌陷光纤振动实时监测方法及其报警系统示意图。

图中：1分布式光纤振动传感器；2传输光缆；3分布式光纤振动测试系统；4路基塌陷振动信号识别系统；5GPRS/GSM接收发送塔；6路基塌陷灾害报警终控中心。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

附图为路基塌陷光纤振动实时监测及报警系统。系统具体构建方式是分布式光纤振动传感器1沿路基纵向按S型布设，分布式光纤振动传感器1与传输光缆2焊接，传输光缆2接入分布式光纤振动测试系统3，分布式光纤振动系统3与路基塌陷振动信号识别系统4，GSM/GPRS塔5接收和发送路基塌陷振动信号识别系统4识别出的路基塌陷灾害信息，路基塌陷灾害报警终控中心6将接收到路基塌陷灾害信息进行实时发布报警，进而构成整个路基塌陷光纤振动实时监测方法及其报警系统。分布式光纤振动传感器1按S型布设可以提高振动信号源头的定位精度，分布式光纤振动系统3实时采集施加在分布式光纤振动传感器1上的各种振动信号，振动信号经路基塌陷振动信号识别系统4分析处理，识别出因土洞塌陷引起的振动信号，然后通过GSM/GPRS塔5发送至路基塌陷灾害报警终控中心6实时进行塌陷规模和位置报警。