一种多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多传感器的高速磁浮道岔实时监测系统，包括数据采集系统、数据传输系统和管理控制中心；数据采集系统包括布置于道岔梁上的各传感器，由数据采集设备实现多种物理信号的采集和预处理；数据传输系统将所述数据采集系统采集的现场数据远程传输到管理中心；管理控制中心包括数据管理模块、预警管理模块、设备管理模块以及系统管理模块，实时接收现场传输数据，并对数据进行分析、存储，并且与运营、维护、磁浮车辆的控制系统互联，实现实时查看、分析、安全预警。本发明专利技术通过构建对磁浮道岔关键结构部件的多维监测系统，获取道岔运行多维原位实测大量数据，对道岔整体结构实现综合监测预警。体结构实现综合监测预警。体结构实现综合监测预警。

【技术实现步骤摘要】
一种多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统


[0001]本专利技术属于磁浮道岔
，具体涉及一种多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统。

技术介绍

[0002]磁浮交通系统是目前国际上地面交通体系中速度最快、技术最为先进的交通系统。它主要依靠电磁力来实现支承、导向、牵引和制动功能。与常规轮轨列车相比，具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点，被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。
[0003]道岔是磁浮列车系统中轨道结构系统的重要组成部分。磁浮道岔与铁路道岔相比有较大的区别，磁浮道岔实际上是一根连续可弹性弯曲的钢梁，由液压或电动机械驱动道岔钢梁从直股转换到侧股。
[0004]高速磁浮道岔为近80m长钢梁结构，重量近10吨，钢梁弹性弯曲式道岔是由多个电动机械装置驱动移位，带动道岔梁弹性弯曲转辙到位，在道岔转辙过程中，多个驱动电机的运行状态互相干扰，某个驱动电机的协同位置失位，会导致磁浮道岔线形的改变，从而造成对其它驱动走行装置的位置扰动和转矩扰动。高速磁浮列车最高速度达600km/h，通过侧弯道岔时，列车会对磁浮道岔施加较大相对偏转离心力，造成道岔产生应力集中，影响道岔梁疲劳寿命；且列车通过时会出现磁浮列车和道岔梁的耦合共振现象，对道岔结构造成破坏，产生较大噪声，严重影响行车安全性和舒适性，亟需采取措施来降低磁浮列车通过道岔时出现的耦合振动，传统振动监测传感器采用单点式监测方法，磁浮道岔长度近80m，难以满足全段监测需求。另外道岔回转直线位，由于磁浮车辆不断作用以及材料自身性能的不断劣化，道岔梁体结构可能会发生变形，若不及时发现，会在使用过程中不断加剧这种变形，最终影响行车安全。
[0005]基于上述原因，需要研究出一种对高速磁浮道岔进行实时监测的系统，保证道岔的正常进行，从而保证行车安全性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，通过构建对磁浮道岔关键结构部件的多维监测系统，获取道岔运行多维原位实测大量数据，对道岔整体结构实现综合监测预警。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，包括数据采集系统、数据传输系统和管理控制中心；所述数据采集系统包括布置于道岔梁上的光纤光栅传感器、倾角仪、压差静力水准仪、倾角传感器以及电磁应力传感器，由数据采集设备实现多种物理信号的采集和预处理；所述数据传输系统将所述数据采集系统采集的现场数据远程传输到管理中心，且
必须保证实时性、可靠性和稳定性；所述管理控制中心包括数据管理模块、预警管理模块、设备管理模块以及系统管理模块，所述管理控制中心实时接收现场传输数据，并对数据进行分析、存储，并且与运营、维护、磁浮车辆的控制系统互联，实现实时查看、分析、安全预警。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述数据管理模块对采集的数据进行处理分析后以数字或曲线图形式实时显示、历史数据显示、统计分析、并记录或生成报表；所述预警管理模块用于当监测到道岔梁结构参数超过设置阈值时，预警日志增加相应记录，同时管理控制中心会立即出现明显报警信息；所述设备管理模块对所述数据采集系统的传感器状态进行判断感知，出现故障时，能立即自动地将故障信息上传至管理控制中心，管理控制中心会出现明显的警报信息，显示故障设备位置；所述系统管理模块用于日志管理、用户管理以及系统设置。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述预警管理模块中，预警系统按传感器布设位置和监测内容将所有观测通道划分为多个逻辑组，预警事件将由以下两种情况触发：一个逻辑组中多个通道的观测量同时超出预警界限；一个通道的观测量在较短时间内多次超出预警界限。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，若所述逻辑组中多个传感器触发同一级别预警界限，则触发一级预警界限发布黄色预警，触发二级预警界限发布红色预警；若所述逻辑组中多个传感器触发不同级别预警界限，则按其中较高的级别触发二级预警界限，发布红色预警。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，采用区间宽度为1h进行统计分析，首先建立监测量的小时最大值分布模型，再据此推断其月最大值和年最大值的分布模型，分别选取月最大值与年最大值的期望作为所述一级预警界限和二级预警界限。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，正常运营状态时，监测数据低于黄色预警阈值，进行例行的在线结构状态评估，定期地提交监测与评估报告即可；所述黄色预警发出后，要求系统监管人员内做出响应，根据预警前后的具体情况采取不同的应对措施；所述红色预警发出后，要求系统监管人员立刻做出响应，极端情况下通知高速磁浮管理单位限制甚至封闭磁浮列车通行，并尽快启动组织人工检测和专家评审等离线评估措施。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，黄色预警发出后，所述的根据预警前后的具体情况采取不同的应对措施包括如下情况：检査传感系统是否发生故障，若为此类故障，则通知工作人员进行系统维护；若预警在最近内仅发生一次，且预警后监测值恢复至正常运营水平，则对本次预警进行归档，不需启动离线评估等后续措施；若预警在最近内多次发生，或预警后监测值一直维持在黄色预警值以上，则需启动离线评估措施，并对相应的监测区域进行人工检测，进一步确认预警原因。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述道岔梁包括上顶板和下底板，上顶板和下底板之间设有腹板，腹板之间通过横向隔板固定，并且腹板外部两侧固定有筋板，两侧的筋板顶面分别设有连接板和滑撬板，底面分别设有π形板，并且π形板和滑撬板通过穿过筋板的竖板
固定；所述数据采集系统中，各数据采集传感器根据道岔结构和传感器参数特性布设；其中光纤光栅传感器设于滑撬板和π形板之间，和/或设于上顶板下表面中间；倾角仪和压差静力水准仪均匀交替布置于道岔梁跨中区域上顶板底面上，用于磁浮道岔梁的挠度监测；倾角传感器间隔安装于磁浮道岔梁腹板中心线上；所述电磁应力传感器布置于道岔梁两端滑撬板与π形板上。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述道岔梁上顶板下底面中间还安装有噪声传感器。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述道岔梁底部设有转辙机构，所述转辙机构中，锁闭系统始终端限位处安装触发式光电传感器，实现对位效果监测；驱动系统机壳上设有振加速度传感器，并在传动轴上安装应力传感器与遥测仪，通过电机与传动轴振动信号识别道岔驱动系统运行状态信息。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术的多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，构建对磁浮道岔关键结构部件的多维监测系统，获取道岔运行多维原位实测大量数据。通过在磁浮道岔梁及驱动系统上安装光纤光栅传感阵列、振动加速度传感器、倾角传感器、电磁应力传感器等传感设备监测道岔状态，并且构建高速磁浮道岔模态振型模型和三维重构模型，结合传感器原位实测数据，实时显示磁浮道岔位置状态信息，对道岔整体结构应力、振动、挠度和线型实现综合监测预警。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，其特征在于，包括数据采集系统、数据传输系统和管理控制中心；所述数据采集系统包括布置于道岔梁上的光纤光栅传感器、倾角仪、压差静力水准仪、倾角传感器以及电磁应力传感器，由数据采集设备实现多种物理信号的采集和预处理；所述数据传输系统将所述数据采集系统采集的现场数据远程传输到管理中心，且必须保证实时性、可靠性和稳定性；所述管理控制中心包括数据管理模块、预警管理模块、设备管理模块以及系统管理模块，所述管理控制中心实时接收现场传输数据，并对数据进行分析、存储，并且与运营、维护、磁浮车辆的控制系统互联，实现实时查看、分析、安全预警。2.根据权利要求1所述的多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，其特征在于，所述数据管理模块对采集的数据进行处理分析后以数字或曲线图形式实时显示、历史数据显示、统计分析、并记录或生成报表；所述预警管理模块用于当监测到道岔梁结构参数超过设置阈值时，预警日志增加相应记录，同时管理控制中心会立即出现明显报警信息；所述设备管理模块对所述数据采集系统的传感器状态进行判断感知，出现故障时，能立即自动地将故障信息上传至管理控制中心，管理控制中心会出现明显的警报信息，显示故障设备位置；所述系统管理模块用于日志管理、用户管理以及系统设置。3.根据权利要求1或2所述的多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，其特征在于，所述预警管理模块中，预警系统按传感器布设位置和监测内容将所有观测通道划分为多个逻辑组，预警事件将由以下两种情况触发：一个逻辑组中多个通道的观测量同时超出预警界限；一个通道的观测量在较短时间内多次超出预警界限。4.根据权利要求3所述的多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，其特征在于，若所述逻辑组中多个传感器触发同一级别预警界限，则触发一级预警界限发布黄色预警，触发二级预警界限发布红色预警；若所述逻辑组中多个传感器触发不同级别预警界限，则按其中较高的级别触发二级预警界限，发布红色预警。5.根据权利要求4所述的多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，其特征在于，采用区间宽度为1h进行统计分析，首先建立监测量的小时最大值分布模型，再据此推断其月最大值和年最大值的分布模型，分别选取月最大值与年最大值的期望作为所述一级预警界限和二级预警界限。6.根据权利要求3或4所述的多传感器信息融合的高速磁浮道岔实时监测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琨，何杰，刘大玲，张浩，光振雄，殷勤，邱绍峰，刘辉，张俊岭，彭方进，李成洋，罗小华，张银龙，陈潇，王剑涛，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：