一种高速铁路路基沉降监测方法及系统与流程

本发明涉及监测技术领域，尤其涉及一种高速铁路路基沉降监测方法及系统。

背景技术：

近年来，在工程监测预警方面，国内各企业、院所进行了大量投入研究及工程实践，基于b/s(浏览器/服务器)、c/s(客户端/服务器)等的自动化监测系统也大量涌现，目前最为成熟和广泛的是地址灾害监测预警系统，该系统功能最全面应用最早的是三峡库区的地址灾害监测系统，包括了单项滑坡专业监测、群测群防和监测预警系统平台，在城市轨道交通方面，广州地铁实现了基于b/s架构的地铁建设及运营权过程的智能化管理系统。铁路方面，建立有青藏铁路长期监测系统，利用青藏铁路专用通信网络gsm-r实现了数据的远程传输，能及时获得冻土地温监测数据。

但是，国内的多数监测系统存在监测数据采集、通讯、计算、可视化、预警、管理的整个流程中存在针对性不足、集成性和用户使用方便性较差，部分环节缺失或功能性较弱的情况。

因此，现有技术中的监测系统存在监测性能较差的技术问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是现有的监测系统存在监测性能较差的技术问题，进而提供一种高速铁路路基沉降监测方法及系统，提高了监测的性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种高速铁路路基沉降监测方法，包括如下内容：

采集单层或双层沉降设备布设方式的沉降量数据，并备份，传输至服务器；

服务器对所述沉降量数据进行自检自控，判断所述沉降量数据是否有异常；

在确定有异常时，生成设备故障报告，上报故障报告信息；

在确定没有异常时，结合温度数据对所述沉降量数据进行修正，并去噪处理，获得处理后的沉降量数据；

将所述处理后的沉降量数据与设置的阈值进行比较，在超过阈值时，提示报警。

进一步地，所述单层沉降设备布设方式具体为在同一断面的路基底层设置多个监测点，双层沉降设备布设方式具体为在同一断面的路基底层和路基表层设置多个监测点。

进一步地，服务器对沉降量数据进行自检自控，判断沉降量数据是否有异常具体为：

服务器对沉降量数据进行自检自控，判断沉降量数据是否出现乱码，或者与备用数据相比是否有缺少部分数据，或者与正常数据的固定格式是否不一样。

进一步地，在确定没有异常时，结合温度数据对所述沉降量数据进行修正，并去噪处理，获得处理后的沉降量数据，具体包括：

在确定没有异常时，结合温度数据对沉降量数据进行修正；

根据n个沉降量数据xi，计算其算数平均值x以及每个沉降量数据的剩余误差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；

按照贝赛尔公式算出该独立沉降量数据的标准误差σ；

在任意一个沉降量数据xi的剩余误差vi满足如下条件时：

|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根据噪声程度进行调整；

确定该独立沉降量数据xi的误差大于预设值，应当剔除，获得处理后的沉降量数据。

进一步地，所述设置的阈值具体为：

累计沉降量预警阈值、沉降量速率预警阈值或本期沉降量预警阈值。

另一方面，本发明还提供了一种高速铁路路基沉降监测系统，包括：

采集模块，用于采集单层或双层沉降设备布设方式的沉降量数据，并备份，传输至服务器；

服务器，用于对所述沉降量数据进行自检自控，判断所述沉降量数据是否有异常；在确定有异常时，生成设备故障报告，上报故障报告信息；在确定没有异常时，结合温度数据对所述沉降量数据进行修正，并去噪处理，获得处理后的沉降量数据；

数据预警模块，用于在将所述处理后的沉降量数据与设置的阈值进行比较，在确定比较结果为超过阈值时，提示报警。

进一步地，所述采集模块包括采用单层或双层沉降设备布设方式所采用的静力水准仪、用于对所述静力水准仪采集的沉降量数据备份的存储单元、用于对所述沉降量数据传输的传输模块。

进一步地，所述服务器包括自检自控模块、去噪模块。

进一步地，所述自检自控模块具体用于对沉降量数据进行自检自控，判断沉降量数据是否出现乱码，或者与备用数据相比是否有缺少部分数据，或者与正常数据的固定格式是否不一样。

进一步地，所述去噪模块具体用于在自检自控模块确定没有异常时，结合温度数据对沉降量数据进行修正；根据n个沉降量数据xi，计算其算数平均值x以及每个沉降量数据的剩余误差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；按照贝赛尔公式算出该独立沉降量数据的标准误差σ；在任意一个沉降量数据xi的剩余误差vi满足如下条件时；|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根据噪声程度进行调整；确定该沉降量数据xi的误差大于预设值，应当剔除，获得处理后的沉降量数据。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况：

1、本发明所采用的高速铁路路基沉降监测方法中，根据采集到的沉降量数据，首先判断该沉降量数据是否有异常，在有异常时，生成设备故障报告进行上报，若没有异常时，结合温度数据对沉降量数据进行修正，然后去噪，获得处理后的沉降量数据，将处理后的沉降量数据和设置的阈值进行比较，在超过预值时，提示报警，因此，能够提高监测的性能。

2、由于采用单层沉降设备布设方式或双层沉降设备布设方式来采集沉降量数据，进而能够采用不同的方式采集数据，使得采集的数据更加精准。

3、由于采用对采集的沉降量数据检测异常，在异常时上报故障信息，保证对沉降量数据的监测能够顺利进行。

4、由于在对监测数据进行分析时，事先剔除包含粗差的沉降量数据，保证了数据的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例中高速铁路路基沉降监测方法的步骤流程示意图；

图2a、图2b是本发明实施例中采集装置采集沉降量数据的设备排布方式的结构示意图；

图2c是本发明实施例中运营阶段设备布设方式的示意图；

图3是本发明实施例中高速铁路路基沉降监测系统的模块示意图。

具体实施方式

本发明主要解决的技术问题是现有的监测系统存在监测性能较差的技术问题，进而提供了一种高速铁路路基沉降监测方法及系统，提高了监测的性能。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供了一种高速铁路路基沉降监测方法，如图1所示，包括：s101，采集单层或双层沉降设备布设方式的沉降量数据，并备份，传输至服务器。该单层沉降设备布设方式具体为在同一断面的路基底层设置多个监测点，具体，如图2a所示，是同一断面的路基底层左l1、中l2、右l3三个位置的监测点，如图2b所示，是同一断面的路基底层l和路基表层u的左、中、右三个位置的监测点，其中包括左l1/u1、中l2/u2、右l3/u3。

针对施工期来说，沉降量数据采集工作需关注路基底层和路基表面的沉降情况，因此可以采用上述的单层或者双层的两种布设方式。一般在施工进行的同时进行埋设，针对已经建设完成的铁路，一般运营阶段的沉降监测工作关注重点在于轨道平顺性，因此，通常采用的如图2c的布设方式，施工建设期布设的单层和双层的沉降设备若设备完好，可沿用至运营期的沉降监测工作当中。

在采用单层沉降设备布设方式采集沉降量数据时，计算出基于基准点j1的其他三个监测点l1、l2、l3的沉降量。

在双层沉降设备布设方式中，路基底层和路基表层的监测点竖直上相对且用钢管连接，在路基底层的第一个监测点前端设置有基准监测点，路基表层的第一个监测点的沉降量与路基底层的第一个监测点的沉降量相等，路基表层的第二监测点及以后的监测点分别以路基表层的第一个监测点为基准监测点，将路基表层的第一个监测点的沉降量加上路基表层的第二监测点自身的沉降量或者加上第二监测点之后的监测点自身的沉降量，获得路基表层的第二监测点及第二监测点之后的监测点的实际沉降量。

具体地，在采用双层沉降设备布设方式采集沉降量数据时，是利用上层测点u1与下层测点l1之间连接钢管，使得钢管刚性连接将基准点数据传递至上层，上层数据计算时默认u1沉降量数据等于l1沉降量数据，将u1作为上层测点的起算基准点，计算u2、u3监测点相对于基准点j1的沉降量时，需要加上l1相对于基准点j1的沉降量数据，即u1作为中间点，起到传递高程的作用。

具体以计算式对采用双层沉降设备布设方式采集沉降量数据进行描述：

若假设路基底层的基准监测点j1、路基底层的监测点l1、l2、l3以及路基表层的监测点u1、u2、u3的静力水准仪初始读数分别为i0、a0、b0、c0、d0、e0、f0，那么，监测点l1、l2、l3的初始高差分别为(i0-a0)、(i0-b0)、(i0-c0)，u2、u3的初始高差分别为(d0-e0)、(d0-f0)，在到达时间t之后，各个监测点的静力水准仪读数分别为it、at、bt、ct、dt、et、ft，那么，监测点l1、l2、l3在t时刻的沉降量分别为：

l1＝(i0-a0)-(it-at)

l2＝(i0-b0)-(it-bt)

l3＝(i0-c0)-(it-ct)

监测点u1/u2/u3在t时刻的沉降量分别为：

u1＝l1

u2＝[(d0-e0)-(dt-et)]+l1

u3＝[(d0-f0)-(dt-ft)]+l1

上述的采集监测点的沉降量数据，下面执行s102，服务器对沉降量数据进行自检自控，来判断该沉降量数据是否有异常。

具体地，判断该沉降量数据是否有异常就是判断沉降量数据是否出现乱码、或者是否与备用数据相比是否有缺少部分数据、或者与正常数据的固定格式是否不一样。

若出现乱码，那么确定是有异常，若与备用数据相比缺少部分数据，则确定是有异常，若与正常数据的固定格式不一样，则确定是有异常。

当然，在确定是否有异常时，需要反复监测，在第一次监测到有异常，可以跟备份的数据进行比较，如果确定还是有异常，那么才会确定有异常。

具体地，s103，在确定有异常时，生成设备故障报告，上报故障报告信息，从而在监测源头就将故障有效排除。

接着，s104，在确定没有异常时，结合温度数据对沉降量数据进行修正，并去噪处理，获得处理后的沉降量数据。

在具体的实施方式中，若没有异常时，通过温度数据对沉降量数据进行修正，由于温度对沉降量数据有影响，考虑将温度影响的沉降量数据进行修正，避免温度对沉降量数据的影响，接着，进行除噪处理，具体地去噪处理包括根据n个沉降量数据xi，计算其算数平均值x以及每个沉降量数据的剩余误差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；按照贝赛尔公式算出该独立沉降量数据的标准误差σ；在任意一个沉降量数据xi的剩余误差vi满足如下条件时：

|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根据噪声程度进行调整；在本发明实施例中k值可以取3。

确定该独立沉降量数据xi的误差大于预设值，应当剔除，获得处理后的沉降量数据。这样有效保障了数据的准确性。

上述采用的是k倍均方差算法，判断过程充分考虑前后多期数据对本期数据的影响，通过对前后n期数据统一进行k倍均方差剔除差迭代计算，在本期数据判断合格后进入下一步分析。

在获得处理后的沉降量数据之后，执行s105，将处理后的沉降量数据与设置的阈值进行比较，在超过预值时，提示报警。

具体地，该设置的阈值具体为累计沉降量预警阈值、沉降量速率预警阈值或者本期沉降量预警阈值。

累计沉降量预警阈值就是当某一测点累计沉降超过相应设置的累计沉降量预警阈值时，预警信息就通过站内信和手机短信或者电子邮件的方式发送至客户端用户，并在监测日志存储备份。

沉降量速率预警阈值：累计沉降速率u＝(s-s_n)/n

其中，s为当前0点至24点累计沉降平均值，s_n为往前第n天的累计沉降平均值。

在正常情况下应计算前1天至当天的沉降速率，此时n＝1,当之前数据出现缺失时，则计算往前有数据的最后一天到当前的沉降速率，此时n为实际相差天数。当某一测点沉降速率超过相应设置的沉降速率预警阈值时，预警信息通过站内信、手机短信或者电子邮件发送至客户端用户，并在监测日志存储备份。

本期沉降量预警阈值的情况就是当某一测点本期沉降量超过相应设置的本期沉降量预警阈值，预警信息通过站内信、手机短信或电子邮件发送客户端用户，并在监测日志存储备份。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种高速铁路路基沉降监测系统，如图3所示，包括：采集模块301，用于采集单层或双层沉降设备布设方式的沉降量数据，并备份，传输至服务器302；服务器302，用于对沉降量数据进行自检自控，判断沉降量数据是否有异常；在确定有异常时，生成设备故障报告，上报故障报告信息；在确定没有异常时，结合温度数据对所述沉降量数据进行修正，并去噪处理，获得处理后的沉降量数据；数据预警模块303，用于在将处理后的沉降量数据与设置的阈值进行比较，在确定比较结果为超过阈值时，提示报警。

在具体的实施方式中，该采集模块301包括采用单层或双层沉降设备布设方式所采用的静力水准仪、用于对静力水准仪采集的沉降量数据备份的存储单元、用于对所述沉降量数据传输的传输模块。能够将静力水准仪采集到的沉降量数据存储，而且还可以进行传输。

进一步地，该服务器302包括自检自控模块3021、去噪模块3022。实现对沉降量数据的处理，保证沉降量数据的准确性。

具体地，自检自控模块3021具体用于对沉降量数据进行自检自控，判断沉降量数据是否出现乱码，或者与备用数据相比是否有缺少部分数据，或者与正常数据的固定格式是否不一样。从而在确定有异常时，能够上报该设备故障报告，及时通知维修。

具体地，该去噪模块3022具体用于在自检自控模块确定没有异常时，结合温度数据对沉降量数据进行修正；根据n个沉降量数据xi，计算其算数平均值x以及每个沉降量数据的剩余误差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；按照贝赛尔公式算出该独立沉降量数据的标准误差σ；在任意一个沉降量数据xi的剩余误差vi满足如下条件时；|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根据噪声程度进行调整；确定该沉降量数据xi的误差大于预设值，应当剔除，获得处理后的沉降量数据。在确定没有异常时，通过判断沉降量数据的误差，将误差较大的数据剔除，保证数据的准确性。

最后，数据预警模块303能够根据确定准确的沉降量数据对不同阈值进行监测，当超过这些阈值时，进行提示报警，其中，包括了累计沉降量预警阈值、沉降量速率预警阈值、本期沉降量预警阈值。在本发明实施例中就不再详细赘述了。

整个系统可以为不同的用户配置权限，可以设置项目相关参数，包括项目断面信息、测点信息、采集频率、采集时间等，查看监测日志，包括设备状态、数据自检自控及反馈情况、异常数据剔除情况，预警信息等。用户还可以登录该系统对相关的监测数据及曲线进行查看、下载等，包括所属项目、断面或者测点的累计沉降、差异沉降、本次沉降，沉降速率，也可以远程查看设备和相关信息，如设备的电池电压、测点编号、设备类型、设备运行状态等。

实现了有效监控，提高了监测效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。