路基沉降监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种路基沉降监测系统，包括：测量设备，其用于测量被测路基的沉降变形量；移动监测设备，其按预定方向依次移动到被测路基的各个指定测量位置时，固定于其上的测量设备被启动来对各个指定测量位置进行沉降变形量的测量。本系统可以通过移动监测设备移动到被测路基上各个指定测量位置，并通过移动监测设备或远程监控设备控制测量设备对该位置的路基沉降变形量进行自动测量，该系统可以全天候测量，大大降低了劳动强度，提高了测试的精度，为高速列车安全运行提供精确的基础数据。
【专利说明】路基沉降监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及高速铁路的路基沉降监测【技术领域】，具体地说，涉及一种自动路基沉降监测系统。
【背景技术】
[0002]由于长期受到多种水文气候环境和多元荷载因素的作用，路基容易发生沉降变形。路基变形会影响高速列车的安全运营，其危害十分巨大。由于高速铁路受轨道平顺性要求和变形调整能力的限制，其对路基的沉降变形提出了严格的要求。高速铁路的路基在填筑期间的沉降量较小，数量级基本在厘米级范围之内。沉降量的变化速率也较为缓慢，数量级基本在每天晕米级的范围之内。在闻速铁路运营期间，路基的沉降量和变化速率更小。
[0003]目前，国内外通常用于高速铁路路基沉降的测量方法包括:埋设沉降板、单点位移计、液压沉降计、全断面仪、沉降水杯、分层沉降仪、微波干涉测量、合成孔径雷达差分干涉测量技术(0-1113仙)等。
[0004]以上几种高速铁路路基沉降测试方法中，传统的路基长期变形测试方法中有些测试设备成本低，设备容易加工，但是普遍存在测试精度低，测试自动化程度低等缺点，对于目前高速铁路高精度的工后沉降的要求还有很大的差距；另一些尽管测试精度达到要求，但是按照高速铁路沿线进行布点造成测试成本极高。
[0005]以上的几种测试方法总体上存在工作强度大、重复劳动多、自动化程度低或造价昂贵、精度较低等问题。因此，目前的测试手段基本无法适应。高速铁路的路基长期沉降观测，应该结合高精度传感器、计算机测试技术等高科技手段，研究一套适合高速铁路高精度沉降要求的长期沉降观测设备，实现路基沉降的全天候全自动观测。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种可用于全天候、全自动、高精度的路基沉降监测系统。
[0007]根据本发明的一个实施例，提供了一种路基沉降监测系统，包括:
[0008]测量设备，其用于测量被测路基的沉降变形量；
[0009]移动监测设备，其按预定方向依次移动到被测路基的各个指定测量位置时，固定于其上的所述测量设备被启动来对各个指定测量位置进行所述沉降变形量的测量。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述移动监测设备包括自动图像识别模块，该模块用以识别被测路基上的标明所述预定方向的标识条，并在所述移动监测设备的移动方向与所述预定方向出现偏移时识别该偏移量。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述自动图像识别模块基于表示所述路基、所述标识条和所述指定测量位置的不同颜色标识及所述颜色标识在所述自动图像识别模块的视野中的显示比例来确定所述移动监测设备的移动方向和所处位置。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述移动监测设备包括执行模块，该模块基于所述偏移量调整所述移动监测设备的移动方向以使其沿所述预定方向移动。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述移动监测设备还包括储能模块及电量监测模块，所述储能模块用以向所述测量设备和所述移动监测设备提供电能，当所述电量监测模块监测到所述储能模块的电量不足时，所述电量监测模块输出指令到所述执行模块以使所述执行模块控制所述移动监测设备移动到被测路基上的预定位置充电。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述测量设备包括测量存储模块，当所述移动监测设备到达各个指定测量位置时停止移动，所述自动图像识别模块启动所述测量存储模块来进行所述沉降变形量的测量及存储；
[0015]当所述测量存储模块完成某一指定测量位置的沉降变形量的测量及存储时，所述自动图像识别模块关闭所述测量存储模块，同时，所述移动监测设备启动以向下一指定测量位置移动。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述系统还包括:
[0017]远程监控设备，其发送指令给所述移动监测设备以使所述移动监测设备启动、停止或按所述预定方向移动，同时，其接收所述移动监测设备发送的移动方向信息、所处位置信息和偏移量，并在所述移动监测设备的移动方向与所述预定方向出现偏移时基于偏移量发出指令以使所述移动监测设备沿所述预定方向移动；
[0018]当所述移动监测设备到达指定测量位置时，所述远程监控设备发送指令给所述测量设备以使所述测量设备进行被测路基的沉降变形量的测量，同时，所述远程监控设备接收所述测量设备发送的沉降变形量。
[0019]根据本发明的一个实施例，所述移动监测设备包括接收/发送模块，该模块用于发送所述移动监测设备的移动方向信息、所处位置信息和偏移量并接收所述远程监控设备发送的指令。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述测量设备包括接收/发送模块，该模块用于发送被测路基的沉降变形量并接收所述远程监控设备发送的指令。
[0021]根据本发明的一个实施例，所述测量设备包括测量存储模块，该模块基于所述远程监控设备发送的指令进行被测路基的沉降变形量的测量和存储。
[0022]本发明带来了以下有益效果:
[0023]本系统可以通过移动监测设备移动到被测路基上的各个指定测量位置，并通过移动监测设备或远程监控设备控制测量设备对该位置的路基沉降变形量进行自动测量，该系统可以全天候测量，大大降低了劳动强度，提高了测试的精度，从而为高速列车安全运行提供精确的基础数据。
[0024]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍:
[0026]图1是根据本发明的一个实施例的一种路基沉降变形监测系统的结构图；
[0027]图2是根据本发明的一个实施例的被测路基上的标识条、指定测量位置和预定位置的不意图；
[0028]图3是根据本发明的一个实施例的路基沉降监测系统采用基准桩和观测标测量路基沉降变形量的示意图；
[0029]图4是根据本发明的一个实施例的另一种路基沉降变形监测系统的结构图；以及
[0030]图5是图4中远程监控设备的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0032]如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种路基沉降监测系统的结构图，以下参考图1来对本发明所述的系统进行详细说明。
[0033]如图1所示，该系统包括移动监测设备和固定于其上的测量设备。其中，测量设备用于测量被测路基的沉降变形量。移动监测设备在被测路基上按照预先设定的预定方向移动，当其依次移动到各个指定测量位置时，固定于其上的测量设备被启动。然后，该测量设备针对被测路基的该位置进行沉降变形量的测量。
[0034]在本发明的一个实施例中，该移动监测设备内部设有自动图像识别模块。该模块可以识别设置在被测路基上的标识条，以使该移动监测设备能够沿着标识条标明的预定方向移动。同时，该模块还可以实时监测移动监测设备的实际移动方向和预定方向是否一致。如果两者之间出现偏移量(偏差)，则该模块还可以识别出该偏移量，并将该偏移量输出给指定的处理模块。
[0035]在本发明的一个实施例中，该移动监测设备还设有执行模块。该模块用于接收自动图像识别模块输出的偏移量，并基于该偏移量调整设置于该移动监测设备上的步进电机来修正该移动监测设备的移动方向，从而使该移动监测设备回到预定方向上。
[0036]自动图像识别模块通过被测路基上的标识条来确定移动方向。此处的标识条可采用设置于路基表面上的不同于被测路基颜色的带状线，如图2所示，其中，不同的颜色采用不同的填充图案表示。如图中标注所示，1表示测量设备，2表示移动监测设备，3表示标识条。
[0037]当移动监测设备沿标识条标明的预定方向移动时，自动图像识别模块通过视野内的表示被测路基和标识条的颜色标识来确定移动监测设备的行进方向是否正确。此处的颜色标识即为被测路基和标识条的颜色。当自动图像识别模块视野内的被测路基的颜色和标识条的颜色比例在设定的某一范围内时，则可认为该移动监测设备沿着预定方向移动。当超出该范围时，则认为该移动监测设备的移动方向偏离预定方向。此时，自动图像识别模块通过视野内的被测路基和标识条的颜色比例关系确定移动监测设备的移动方向相对于预定方向的偏移量，并将该偏移量输出给执行模块。执行模块基于该偏移量调整该移动监测设备的移动方向从而使其回到预定方向上。
[0038]被测路基上的各个指定测量位置4设置有不同于被测路基颜色和标识条颜色的标识，如图2所示。当自动图像识别模块检测到视野内出现指定测量位置对应的颜色标识并且该颜色标识的比例达到预先设定的范围，则该移动监测设备停止移动。同时，该自动图像识别模块发出指令给测量设备，该测量设备被启动来进行该位置的沉降变形量的测量。当测量设备完成沉降变形量的测量并存储后，通知自动图像识别模块完成了测量，可以移到下一个指定测量位置的进行测量了。
[0039]当移动监测设备到达指定测量位置时，移动监测设备可以不停止移动。测量设备可以在移动监测设备移动时进行该位置路基沉降变形量的测量。但是，相较于在移动监测设备停止移动时测量，这种情况下获得的测量精度较低。因此，优选在移动监测设备停止移动进行测量。
[0040]在本发明的一个实施例中，测量设备设有测量存储模块，该模块用以对指定测量位置的路基沉降变形量进行测量和存储。该测量存储模块通过设置在路基上的基准桩和路基上的指定测量位置的观测标来进行路基沉降变形量的测量。基准桩布置在路基的基岩范围内，其不发生沉降变形。观测标布置在路基上，其高度随路基的沉降变形发生变化。
[0041]测量时，以基准桩为准，通过观测标的沉降变形来获得路基的沉降变形量。如图3所示为本发明所述的路基沉降监测系统采用基准桩和观测标测量路基沉降变形量的示意图，其中，1为测量设备，2为移动监测设备，6为基准桩，7为观测标，8为基岩。
[0042]在测量存储模块进行被测路基沉降变形量的测量时，设置于测量存储模块上的监测器瞄准设置在基准桩上的棱镜的中心区(该中心区为观测区)，并测量该监测器到该棱镜中心区的测量距离。基于直角三角形的几何公式，可求得该监测器到该棱镜中心区的垂直距离。该垂直距离将作为判断观测标是否发生路基沉降变形的第一基准距离。然后，测量存储模块将该第一基准距离进行存储。
[0043]测量存储模块完成对基准桩的监测后，开始对观测标进行路基沉降量的测量。首先，该监测器测得其到观测标的水平距离(该水平距离作为预定距离然后，通过该监测器瞄准设置在观测标上的棱镜的中心区，并测量该监测器到棱镜中心区的测量距离。然后基于直角三角形的几何公式，可求得该监测器到棱镜中心区的第二垂直距离，并将该第二垂直距离进行存储。然后，测量存储模块会将该第一垂直距离的大小与第一基准距离的大小进行比较。若该第一垂直距离大于第一基准距离，则表明设置有该观测标的路基相对原来未发生路基沉降变形的路基有凸起。若该第一垂直距离小于第一基准距离，则表明设置有该观测标的路基相对原来未发生路基沉降变形的路基有凹陷。若该第一垂直距离等于第一基准距离，则表明设置有该观测标的路基未发生沉降变形。由该测量存储模块将该基准距离和各垂直距离进行一一比对并存储，从而判断出观测标相对路基地面的沉降量，进而，精确测量出目标路段上路基的沉降量，从而判断出路基的平稳性。
[0044]在本发明的一个实施例中，该移动监测设备还包括储能模块和对应的电量监测模块。储能模块用于向测量设备和移动监测设备提供电能。电量监测模块监测到储能模块中的电量不足时输出指令给执行模块。执行模块接收指令并控制该移动监测设备移动到路基上的预定位置处进行充电。该预定位置一般位于路基的某一固定位置，如图2所示，该预定位置5位于标识条的一端。当电量监测模块监测到储能模块电量不足时，发出指令给执行模块，执行模块控制移动监测设备沿标识条标明的方向移动到预定位置充电。
[0045]该预定位置处设置有动力及电源供给设备，该设备包括太阳能板、太阳能控制器、高容量电瓶和充电桩。该设备设置在路基上，当该路基沉降监测系统完成测量工作或电量不足时，该监测系统移动到该处进行充电。
[0046]该预定位置设有与路基、标识条和指定测量位置均不相同的颜色标识。当自动图像识别模块视野范围中获取到预定位置处的颜色标识并且该颜色标识达到预定范围时，可认为移动到该位置。
[0047]本系统可以通过移动监测设备移动到路基上各个指定测量位置，并启动测量设备对该位置的路基沉降变形量进行自动测量，该系统可以全天候测量，大大降低了劳动强度，提闻了测试的精度，为闻速列车安全运行提供精确的基础数据。
[0048]根据本发明的一个实施例，该路基沉降监测系统还包括远程监控设备，如图4所示。远程监控设备通过无线方式发送指令来控制移动监测设备的启动、停止和移动。当需要移动监测设备移动时，该监控中心发送启动指令，移动监测设备按照预定方向移动；当需要移动监测设备停止移动时，该监测中心发送停止指令给移动监测设备使其停止移动。在移动监测设备到达指定测量位置并停止移动时，该监控中心向测量设备发送测量指令，测量设备启动测量工作。
[0049]在移动监测设备沿预定方向行走时，如果其移动方向与预定方向出现偏差，则自动图像识别装置识别该偏移量，并将该偏移量发送给远程监控设备。远程监控设备基于该偏移量发出修正指令给移动监测设备，执行模块基于该修正指令动作使该移动监测设备回到预定方向上。
[0050]该远程监控设备按功能可以划分为远程控制子系统和远程数据传输子系统。远程控制子系统用于控制指令的处理、发送和接收，远程数据传输子系统用于实现远程监控设备与测量设备和移动监测设备之间的通信，如图5所示。
[0051]对应远程监控设备，在本发明的一个实施例中，移动监测设备设置有接收/发送模块用于发送移动监测设备的移动方向信息、所处位置信息和偏移量并接收远程监控设备发送的指令。
[0052]在本发明的一个实施例中，测量设备设置有接收丨发送模块用于发送被测路基的沉降变形量并接收远程监控设备发送的指令。
[0053]在本发明的一个实施例中，测量设备设置有测量存储模块，其基于远程监控设备发送的指令进行被测路基沉降变形量的测量和存储。
[0054]本系统可以通过移动监测设备移动到路基上各个指定测量位置，并通过远程监控设备控制测量设备对该位置的路基沉降变形量进行自动测量，而不需要移动监测设备进行控制。这样就可以降低移动监测设备的复杂度和重量，从而降低监测系统的电量消耗，并可以实时获取被测路基的测量结果。该系统可以全天候测量，大大降低了劳动强度，提高了测试的精度，为高速列车安全运行提供精确的基础数据。
[0055]虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属【技术领域】内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种路基沉降监测系统，包括: 测量设备，其用于测量被测路基的沉降变形量； 移动监测设备，其按预定方向依次移动到被测路基的各个指定测量位置时，固定于其上的所述测量设备被启动来对各个指定测量位置进行所述沉降变形量的测量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动监测设备包括自动图像识别模块，该模块用以识别被测路基上的标明所述预定方向的标识条，并在所述移动监测设备的移动方向与所述预定方向出现偏移时识别该偏移量。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述自动图像识别模块基于表示所述路基、所述标识条和所述指定测量位置的不同颜色标识及所述颜色标识在所述自动图像识别模块的视野中的显示比例来确定所述移动监测设备的移动方向和所处位置。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述移动监测设备包括执行模块，该模块基于所述偏移量调整所述移动监测设备的移动方向以使其沿所述预定方向移动。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述移动监测设备还包括储能模块及电量监测模块，所述储能模块用以向所述测量设备和所述移动监测设备提供电能，当所述电量监测模块监测到所述储能模块的电量不足时，所述电量监测模块输出指令到所述执行模块以使所述执行模块控制所述移动监测设备移动到被测路基上的预定位置充电。
6.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述测量设备包括测量存储模块，当所述移动监测设备到达各个指定测量位置时停止移动，所述自动图像识别模块启动所述测量存储模块来进行所述沉降变形量的测量及存储； 当所述测量存储模块完成某一指定测量位置的沉降变形量的测量及存储时，所述自动图像识别模块关闭所述测量存储模块，同时，所述移动监测设备启动以向下一指定测量位置移动。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括: 远程监控设备，其发送指令给所述移动监测设备以使所述移动监测设备启动、停止或按所述预定方向移动，同时，其接收所述移动监测设备发送的移动方向信息、所处位置信息和偏移量，并在所述移动监测设备的移动方向与所述预定方向出现偏移时基于偏移量发出指令以使所述移动监测设备沿所述预定方向移动； 当所述移动监测设备到达指定测量位置时，所述远程监控设备发送指令给所述测量设备以使所述测量设备进行被测路基的沉降变形量的测量，同时，所述远程监控设备接收所述测量设备发送的沉降变形量。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述移动监测设备包括接收/发送模块，该模块用于发送所述移动监测设备的移动方向信息、所处位置信息和偏移量并接收所述远程监控设备发送的指令。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述测量设备包括接收/发送模块，该模块用于发送被测路基的沉降变形量并接收所述远程监控设备发送的指令。
10.如权利要求7-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述测量设备包括测量存储模块，该模块基于所述远程监控设备发送的指令进行被测路基的沉降变形量的测量和存储。
【文档编号】G01C5/00GK104316030SQ201410669316
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】张千里, 蔡德钩, 韩自力, 陈锋, 何树第, 姚建平, 郭增强, 闫宏业, 王立军, 程远水, 朱宏伟, 史存林 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所