[发明专利]高铁智能预警方法、装置及系统

说明书

本发明提供了一种高铁智能预警方法、装置及系统，该高铁智能预警方法包括：将高铁作为移动的炮点，基于初始速度模型，利用采集到的地震信号进行弹性波全波形反演，得到P波速度模型和S波速度模型，所述初始速度模型为基于重磁电方法得到的地质勘察目标区域的速度模型；利用所述P波速度模型和S波速度模型进行弹性波多分量逆时偏移，得到成像结果，所述成像结果包括：P波X分量、P波Z分量、S波X分量、S波Z分量、弹性波X分量及弹性波Z分量；根据各个时间段的所述成像结果进行识别不良地质体的位置及空间分布，以进行实时监控预警。利用本发明，可以在路轨断裂的一定距离外，对高铁提前预警，使其及时制动刹车，避免人员和财产损失。

技术领域

本发明是关于高铁预警技术，特别是关于一种高铁智能预警方法、装置及系统。

背景技术

高速铁路具有速度高、客流量大等特点，随着高速铁路的规模和覆盖范围不断扩大，高铁线路穿过地质地理复杂多变且自然灾害频发的区域增多，由于地质灾害具有随机突发性，使高铁运营存在多种较大风险。为了预防地质灾害，保证高铁安全运营，需要加强对高铁沿线灾害易发区域地下不良地质体的实时监控，在高铁运行至灾害已发生区域之前，及时预警。

目前，超前探测预警方法主要应用在隧道施工中对不良地质体的探测。在隧道超前探测预报方法中，主要利用地震波反射法。因为，相对于其他地球物理探测方法，该方法具有较高的精度。

上世纪70年代末，德、英两国首先用地震勘探中的槽波技术来超前探测巷道前方的地质构造；1987年，我国从德国引进并国产化该技术，在此基础上，利用层析成像技术，提高了勘探精度。1991年，我国首次成功研制出利用瑞雷波勘探的仪器瞬态震源MRD-1仪，该仪器可以较准确地判断地层中的含水和导水构造，该仪器广泛应用在隧道以及矿井巷的超前探测。上世纪90年代初期，钟世航基于连续单点反射的小偏移距剖面，提出了陆地声纳法。同时期，西南铁道科学研究院研发出水平地震剖面法(HSP)，该方法将炮点和检波点分别规则布置在隧道的两侧，处理分析接收到的掌子面前方的反射信号，利用偏移成像，确定前方不良地质体的位置。何振起(2000)等人在曾昭璜等(1994)隧道地震反射波法超前预报研究的基础上，提出了负视速度法，利用在记录图像上，当反射波与直达波呈现负视速度关系时,反射界面的位置由反射波与直达波延长线交点确定。

1996年，瑞士Amberg公司在Dickimann理论的指导下，基于地震反射波方法，研制出一种针对隧道超前预测的地震预报系统－TSP(Tunnel Seismic Prediction)，该系统与负视速度法的观测方式基本相同，但在资料处理方法上有本质的不同。TSP技术的最大特点是资料处理采用了地震偏移成像技术，直观性好，操作方便，强弱反射震相都参予成像计算，适合复杂地质条件，实用性较好；但TSP方法的观测方式呈一字型，设计过于简单，不利于波速确定和分析扫描，导致反射面的定位精度不够；另外横波分离依赖于泊松比的选取，如何正确选取泊松比缺乏科学依据。Nishimastu在将TSP系统成功应用于日本多条隧道超前预测的基础上，他将TSP系统改进为C-TSP(Continuous TSP)，充分利用隧道施工过程中的所有爆破(激发震源)对掌子面前方地质情况进行分析，相较于传统的TSP系统，该系统具有实时性和连续性等特点。Richard etc(2002)介绍了美国NSA工程公司开发出的地震反射层析成像预报技术TRT(True Reflection Tomography)，该技术在观测系统的布置和数据资料的处理方面有明显的改进，相较于传统的TSP系统，该系统可以显著提高提高不良地质体的定位精度，不需要读取走时进行反演，并且TRT方法对围岩中反射界面位置和岩体波速的确定都有较高的精度，应该说较其它地震反射法都有较大的提高和改进。1999年，由德国GFZ公司和基尔大学联合开发出综合地震成像系统ISIS，该系统首次利用TBM作为震源来激发地震波,然后按照一定距离，间隔放置相互垂直3个检波器在隧道墙面上接收地震信号，将采集到的信号利用菲涅尔体偏移处理，不仅可以预测掌子面前方的地质构造，还可以对其顶部的地质构造情况进行预测。