一种实时轨道监测无线传感器网络与服务模型研究

列车在运行时,对轨道和路基等的承载设施进行全面监测并将获取的信息实时传送给机车操控人员和列车运行监控记录装置具有重要的科研和实用意义。以此为背景,本文建立一种多网关移动条件下对线路进行实时监测的无线传感器网络模型,描述网络的结构、定义传感数据生成的服务等级划分规则和数据的传输流程。提出一种在网关运动条件下基于相对位置信息的网络功率控制方法并进行相应的通信协议设计。仿真结果表明,在选择合理的底层通信协议的条件下,该网络能够保证监测数据的可靠传输,并满足节能和实时性要求。     

基于压缩感知隧道结构健康监测与可靠性评价

为了弥补隧道监测数据缺失导致信息丢失的不足,从而能够更好地评价地铁隧道结构健康状况,基于压缩感知理论对健康监测数据进行处理,通过对运营地铁的结构健康监测数据进行压缩和重构,减少对原始监测数据的传输和存储压力,以提高获取的地铁健康相关数据的信息完备与可靠性,为隧道结构健康安全评价提供数据基础。在此基础上,构建运营地铁隧道安全风险指标评价体系,在获取完备数据的基础上,基于不确定性视角,采用云推理综合评估运营地铁隧道的可靠程度,以及时掌握运营地铁的安全状态,并找到影响其可靠性的关键风险,从而制定相应的管控措施。最后以武汉地铁2号线长汉区间监测点的累计沉降作为数据样本进行实例分析,结果显示压缩感知能使监测数据重构以获得完备数据,再利用逐级云推理得到安全风险等级云图与实际情况相符。     

非C3线路GSM-R网络质量自动评估系统及其应用

在非C3线路GSM-R网络维护过程中,故障分析和网络优化工作缺乏大量有效的监测数据支撑。当怀疑网络问题时,除了利用每月一次的电务检测车数据外,经常需要安排人员前往现场进行路测,人员工作量大,数据时效性差。为解决此问题,提出基于车载自动拨测设备的GSM-R网络质量自动评估系统解决方案:通过在部分非C3线路运行的机车上加装车载自动拨测设备,与地面拨测控制平台配合,自动进行电路域CSD拨测或分组域GPRS数据测试;综合利用拨测和测试结果数据、Abis接口监测数据、Gb接口监测数据,经统计分析和深度挖掘,方便维护人员及时掌握非C3线路的网络覆盖和通信质量状况,并实现基站性能评估算法,可以尽早发现基站性能恶化趋势,为故障分析和网络优化工作提供数据支撑。     

高速铁路沉降自动化监测系统SMAIS的研发及应用

研究目的:为解决高速铁路自动化沉降监测问题,研发出一套"高速铁路工程结构沉降及变形自动监测分析预警系统SMAIS",该系统融合传感器、数据采集传输、客户端实时跟踪和远程查询、监测成果后处理、自动预警、人工监测数据管理及监测数据分析、管理与评估等七个子系统,成功在京津城际等高铁部分段落工程上进行长期应用和检验。研究结论:工程应用结果表明:(1)在高铁工程结构的沉降监测过程中,所研发的SMAIS自动监测系统具有较高的监测精度,具有较强的适用性和稳定性;(2)SMAIS数据实时跟踪和远程网络的动态查询访问平台,可实现实时化、可视化、远程化的监测目标,节约大量的人力;(3)SMAIS监测预警子系统,可实现自动报警和报警后的预警信息分析功能,为信息化施工和科学决策提供指导;(4)本系统可适用于高速铁路路基和桥梁等工程结构的沉降监测。     

基于奇异值分解的轨头损伤快速检测方法研究

针对铁路工务中轨头轻微损伤检测存在成本高、效率低的问题,提出基于奇异值分解的快速检测方法。通过单个线激光传感器获取轨头数据,结合标准廓形特点及其损伤后所呈现出的奇异性,建立行数为4的Hankel矩阵并通过奇异值分解得到包含病害特征的分量,这些分量对原始数据中所存在的微小病害特征均有所放大,利于人工或自动方式辨识。数据仿真及实际线路测试表明:该方法能够快速、准确地从所获取的轨头数据中发现微小病害,适合工程应用。     

铁路站房结构损伤与传感器故障识别研究

研究目的:传统站房结构健康监测系统的设计假设传感器都能够正常工作,然而传感器故障却经常发生,监测系统会将由传感器故障导致的监测数据变化认为是结构损伤,因此需要在监测系统的设计中考虑传感器故障,以便降低监测系统的误报率。研究结论:(1)传感器失效使采样数据的维度或者数据规模降低,传感器故障导致采样的均值发生偏移,依据已生成的控制界限进行监测将使系统失控运行长度增加;(2)在训练数据处理中,通过协整关系构建传感器输出数据的正常范围,不需要大量测试数据,还可以消除温度、环境和载荷等对结构损伤识别的影响;(3)提出两层数据处理模式,将非基于模型的传感器故障诊断放在数据预处理模块,将结构损伤识别放在故障诊断模块,在系统实现上比较方便;(4)该研究结果可为降低铁路站房结构健康监测的误报率提供参考。     

环境监测站水质监测数据库应用系统研究

结合环境监测站水质监测数据管理的实际要求，用计算机高级评议，设计开发成功《环监水质监测数据库应用系统》，该系统具有数据办入，修改，计算，统计和打印报表等功能，在实际应用中，取得良好效果。     

铁路隧道施工安全管理与风险预警技术的应用

铁路复杂地质隧道施工工程是一个风险源多、风险性较大的行业,也是事故多发的行业.本文针对沈丹铁路客运专线锦江山浅埋隧道施工的安全监测数据、地质预报数据、风险管理数据进行整合和深度分析,结合先进的传感器监测技术和通信技术,提出了一种铁路隧道结构安全监测系统方案.可采集内部应力应变监测数据,并通过有线及无线网络将监测数据实时发送给后端的监控计算机,通过监控计算机的数据分析软件进行数据处理,以图像的形式反馈给监测者,指导隧道施工的安全生产.     

多源地理信息数据在高速铁路运营管理中的应用研究

通过机载LiDAR数据和遥感数据建立高速铁路沿线三维地形,同时结合地面激光扫描数据、无人机航测数据、野外调绘数据,对高速铁路重要设施设备进行精细三维建模,通过顾及语义信息实现模型在三维GIS平台中高效索引和集成,并与管理单位后台台账数据库进行一一对应,实现铁路路基、桥梁、隧道、道岔、接触网、防洪备料点等固定设施设备可视化管理和查询,并且在平台中集成铁路重点设施设备上的监控设备和监测数据,对高速铁路灾害进行预警预报,确保高速铁路安全运营。     

基于长标距光纤光栅传感器的连续梁桥监测技术

对光纤光栅传感器的原理进行理论分析,提出长标距光纤光栅传感器的概念,提出长标距光纤光栅传感器的制作工艺,分析长标距光纤光栅传感器的应用特点,将长标距光纤光栅传感器应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工过程与长期监测,优化提出布设方案及布设施工工艺,对桥梁关键截面的应力监测数据与理论数据进行对比分析,结果表明长标距光纤光栅传感器具有实测数据稳定、可靠、精确和准分布等优点,能实现对桥梁应力、温度等多项内容的实时监测,是一种有效的结构监测传感器。     

严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测研究

研究目的:为保证严寒地区高速铁路的安全运营,通过分析严寒地区高速铁路路基的特点确定监测指标,并结合哈大高铁路基开展相应的监测技术研究,建立路基稳定性长期监测系统,实现路基状态多参量一体化的自动采集、信号自动传输、数据自动分析处理。基于获取的三年监测数据,进行路基稳定性指标的初步分析。研究结论:(1)路基地温呈周期性波动,地温振幅随深度增加而减少。浅层存在季节冻结层,冷季时自地表向下单向冻结,暖季来临时双向融化;(2)不同深度处的水分出现了迁移和重分布;(3)在列车动荷载和冻融循环作用下,填土性质可能发生了变化,导致了冻胀和融沉压缩变形;(4)监测系统运行稳定,监测数据可充分反映路基的地温等指标的分布规律,从而为哈大高铁路基的病害整治和行车安全提供重要支撑。     

大型公铁两用斜拉桥健康监测数据的时域峰值统计及频域融合处理

为实现基于健康监测数据的桥梁运营安全性评定,针对大型公铁两用斜拉桥健康监测信号的数据量大、干扰强、频谱复杂、信噪比低等特点,基于沪通铁路长江大桥的健康监测数据,建立监测数据质量状况评定的3项指标(信噪比,单测点异常数据占比和总测点异常数据占比)及其5个评判等级的区间评判体系,并据此进行监测数据降噪去异常值的初步处理;基于30~300s的时域分段及监测值峰值即时替代措施,给出健康监测数据时域分段峰值的提取方法及其均值和方差的统计方法;采用加权平均方法推导出基于快速傅里叶变换、小波变换、希尔伯特—黄变换的监测数据频域融合公式,以提高频域数据的可靠性及精度,获取有效开展桥梁运营安全性评判的评估参数。以监测到的某大型桥梁的振动加速度数据为例,采用给出的数据处理方法进行数据的去噪处理、时域峰值提取及统计、频域融合处理,验证了方法的工程实用性。     

配砟整形车智能避障系统研究

针对配砟整形车在作业过程中存在翼犁碰撞接触网支柱、里程标等铁路设施的风险,研发了一套智能避障系统.该系统由左右侧激光雷达传感器、左右侧翼犁转角测量装置、测控箱、处理主机、报警器等组成.该系统采用四连杆机构测量翼犁转角,采用多层激光雷达进行环境感知.获取三维点云数据后进行滤波、分割和聚类处理,再提取所测物体的形态特征,最...     

基于并行图卷积网络的无砟轨道监测测点异常识别

针对在服役过程中高速铁路无砟轨道结构健康监测可能出现由结构局部损伤或者传感器故障导致的测点异常问题,建立一种并行图卷积神经网络模型,来识别高速铁路无砟轨道监测测点的异常。采用结构早期初始状态的监测数据训练并行图卷积神经网络,获得结构初始状态下的测点数据之间的空间关联性;利用并行图卷积神经网络预测服役状态无砟轨道测点监测数据,实现轨道监测测点异常的识别;此外,对明显漂移的数据可基于有向图分析修正预测结果。将该方法应用于某高速铁路无砟轨道结构长期监测数据并识别了异常测点。     

智能监测采集仪在城轨基坑监测中的应用

针对传统手持读数仪进行振弦式传感器数据采集时存在的采集效率低、实时性差、不能实现自动化等缺点,在详细研究振弦式传感器工作原理、数据通讯技术等基础上,自主研发了一种基于振弦式传感器的智能监测采集仪。通过激振、拾振技术获取传感器的数据,利用RS485接口、Modbus协议实现智能监测采集仪与传感器之间的通信,采用JSON格式将采集的数据实时上传至云端服务器,大幅度降低了数据上传和解析的困难程度,实现了传感器数据的自动化采集及上传。在某城市轨道交通工程基坑监测项目中,将智能监测采集仪数据与人工采集数据进行对比分析,结果表明,智能监测采集仪采集的数据精度优于0.4 Hz,能够满足基坑监测项目的应用需求。     

光纤Bragg光栅传感技术在隧道工程施工监测中的应用

通过室内试验对比光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器与电阻应变片采集的变形数据,分析FBG传感器的优势。采用FBG传感技术对某通道工程施工期间基坑的轴力、已建地下通道施工裂缝、施工过程中结构沉降以及盾构管片钢筋应变进行监测。结果表明:以FBG为传感器的静力水准系统可实时自动化采集,大大提高了监测数据的时效性,避免了最大变形的漏检;FBG传感器较传统振弦式钢筋计在测试中表现出更好的稳定性和更高的灵敏度。     

边坡清筛机侧犁防碰撞技术研究与应用

边坡清筛机对铁路有砟轨道进行道床清筛作业时,其侧犁必须超出限界对干净的石砟进行坡度整形,容易发生侧犁碰撞线路两侧接触网支柱等设施的事故。针对此问题,提出了一套侧犁防碰撞装置的技术方案和现场装车应用方法。该方案采用了具有障碍物标识功能的无线测距传感器检测侧犁与接触网支柱等设施的距离,采用了拉绳和角度传感器测量侧犁超限界的外伸量。现场试验表明,所设计的侧犁防碰撞装置能实现不报警、断续报警、持续报警、自动停车4个避障预警等级,有效防止侧犁碰坏接触网支柱等设施的意外事故。装置功能不受尘土等环境因素影响。     

桩基施工过程自动监测系统研发及应用

桩基质量难以在施工完工后进行全面检测,对施工过程进行全程监测是保证桩基质量的有效方法,因此开发了桩基施工自动监测系统。该系统采用北斗卫星定位系统实现钻机的自动就位引导,利用北斗定位、倾角传感器、电流互感器等自动化监测手段分别对施工过程中的钻孔深度、提钻速率、桩身垂直度、钻机电流进行实时监测,判断桩基施工过程中各项关键参数是否满足设计要求,对超限值进行提示,并将监测数据实时上传至后端管理平台同步展示,实现了桩基施工过程的自动化、信息化管理。该系统在高速铁路施工项目上进行了试用,其监测数据准确性、各项功能及性能达到了研发目标。     

BS-1200型边坡清筛机避撞辅助安全装置设计

BS-1200型边坡清筛机在夜间、雾天、灰尘大等视野不好的工况下作业时,污土带可能无法及时避让而碰撞到接触网支柱,影响作业安全。为此,研制了一套边坡清筛机污土带避撞辅助安全装置。该装置采用基于电子标签标识障碍物位置的无线测距技术获取障碍物的位置,并结合污土带转角传感器数据和视频图像,经软件处理后发出语音提示或声光报警信息,提示操作人员及时避让。现场试验结果表明,该系统操作简便,能实现障碍接近报警和自动停车,不受灰尘等环境因素影响,满足现场作业需要。     

行业集团短信与GPRS信号远程维护平台的结合应用

为满足信号设备远程维护和监测数据即时、交互式的信息沟通需求,开发基于GPRS远程维护系统的集团短信信息平台。为用户提供及时的数据和故障信息,提高铁路运输安全,降低运行维护费用。系统将采用C/S、B/S的混合模式,由现场数据终端、数据服务器和Web服务器及移动通信网络组成,利用MicrosoftSQLServer数据库保存数据,通过IE浏览器访问平台。系统具有自动登录GPRS网络、自动发送报警信息、定时发送数据及按命令下载、传输、发送数据等功能。