轨道状态检测系统和方法与流程

本发明涉及轨道领域，具体而言，涉及一种轨道状态检测系统和方法。

背景技术

轨道是列车运行的基础，其技术状态直接影响铁路的运输能力和行车安全。

目前，在对轨道进行检测的过程中，需要由工人逐一对各个点位进行人工检查来实现。但是，动辄几十公里、上百公里乃至数千公里的钢轨的长度，需要检查的电位非常多。人工对其进行逐一检查的方式，不但工作强度大、效率低，检查的质量还不能得到有效地保证。

针对上述无法自动对轨道的状态进行监测的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种轨道状态检测系统和方法，以至少解决无法自动对轨道的状态进行监测的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种轨道状态监测系统，包括：至少一个状态采集设备，用于采集轨道的状态信息，并将所述状态信息传输至指定设备；状态监测设备，用于监测传输所述状态信息过程中产生的传输信息，并根据所述传输信息确定轨道的状态，其中，所述传输信息包括：所述状态信息、发送端信息、以及接收端信息，所述发送端信息用于表示发送所述状态信息的设备，所述接收端信息用于表示接收所述状态信息的设备。

进一步地，所述至少一个状态采集设备与所述指定设备通过第一网络连接，用于通过所述第一网络传输所述状态信息；所述状态监测设备分别与所述至少一个状态采集设备和所述指定设备通过第二网络连接，用于通过所述第二网络获取所述传输信息。

进一步地，所述第一网络包括物联网；所述第二网络包括因特网。

进一步地，所述指定设备包括：所述至少一个状态采集设备中除所述发送端以外的其他状态采集设备。

进一步地，所述至少一个状态采集设备包括：轨道斜度检测设备，用于采集所述轨道的斜度信息；激光测距检测设备，用于检测轨道所在隧道的收敛信息，其中，所述收敛信息包括所述隧道的宽度收敛距离和所述隧道的高度收敛距离。

进一步地，所述轨道斜度检测设备设置在轨道板中央，用于采集所述轨道板所在位置的斜度信息。

进一步地，所述轨道斜度检测设备包括：第一检测设备和第二检测设备，其中，所述第一检测设备和所述第二检测设备分别设置在轨道板两端，用于根据所述第一检测设备和所述检测设备的高度差确定所述轨道板所在位置的斜度信息。

进一步地，所述状态采集设备通过环保永久性胶或膨胀螺栓固定在监测位置。

进一步地，所述状态采集设备为多个；多个所述状态采集设备，在轨道的监测位置上按照预定顺序排列；所述状态监测设备，还用于按照预定顺序排列所述状态采集设备对应的状态信息，确定所述轨道的状态变化趋势。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种轨道状态监测方法，包括：监测传输状态信息过程中产生的传输信息，其中，所述状态信息由至少一个状态采集设备采集并传输至指定设备，所述传输信息包括：所述状态信息、发送端信息、以及接收端信息，所述发送端信息用于表示发送所述状态信息的设备，所述接收端信息用于表示接收所述状态信息的设备；根据所述传输信息确定轨道的状态。

在本发明实施例中，状态采集设备可以采集轨道的状态信息，并将该状态信息传输至指定设备，其中，在传输状态信息的过程中，可以产生传输信息，通过传输信息记录传输的状态信息，以及该状态信息的发送端信息和接收端信息，然后状态监测设备可以获取该传输信息确定轨道的状态，达到了监测轨道状态的目的，从而实现了自动检测轨道状态的技术效果，进而解决了无法自动对轨道的状态进行监测的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种轨道状态监测系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种轨道斜度检测设备设置位置示意图一；

图3是根据本发明实施例的一种轨道斜度检测设备设置位置示意图二；

图4是根据本发明实施例的一种健康状态下的轨道示意图；

图5是根据本发明实施例的一种监测斜不均匀沉降状态的计算原理的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种沿轨道方向纵向不均匀沉降的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种纵向不均匀沉降计算原理的示意图；

图8是根据本发明实施例的一种采用nb-iot无线传输技术的轨道监测系统的示意图；

图9是根据本发明实施例的一种采用elte－iot无线技术的轨道监测系统的示意图；

图10是根据本发明实施例的一种轨道状态监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例的一种轨道状态监测系统的示意图，如图1所示，该系统包括：至少一个状态采集设备10，用于采集轨道的状态信息，并将状态信息传输至指定设备；状态监测设备12，用于监测传输状态信息过程中产生的传输信息，并根据传输信息确定轨道的状态，其中，传输信息包括：状态信息、发送端信息、以及接收端信息，发送端信息用于表示发送状态信息的设备，接收端信息用于表示接收状态信息的设备。

根据发明上述实施例，状态采集设备可以采集轨道的状态信息，并将该状态信息传输至指定设备，其中，在传输状态信息的过程中，可以产生传输信息，通过传输信息记录传输的状态信息，以及该状态信息的发送端信息和接收端信息，然后状态监测设备可以获取该传输信息确定轨道的状态，达到了监测轨道状态的目的，从而实现了自动检测轨道状态的技术效果，进而解决了无法自动对轨道的状态进行监测的技术问题。

可选地，状态采集设备由电池供电。例如，状态采集设备由一次性锂亚电池供电。

可选地，至少一个状态采集设备与指定设备之间可以在同一传输网络内传输状态信息。

作为一种可选的示例，至少一个状态采集设备可以与指定设备进行通信，在状态采集设备采集状态信息后，可以将该状态信息发送至指定设备，同时将该状态信息的传输过程中产生的传输信息在该传输网络内广播。

进一步地，状态监测设备可以从传输网络中获取传输信息，并根据传输信息确定轨道的状态。

例如，状态采集设备a、状态采集设备b、状态采集设备c、以及指定设备处于同一网络内，状态采集设备a采集状态信息a，并将状态信息a发送至指定设备；同时，状态采集设备a、以及指定设备可以在传输状态信息a的过程中将会产生传输信息a，并将该传输信息a在网络内广播，使状态采集设备b和状态采集设备c也可以获取该状态信息a。

可选地，状态检测设备可以从状态采集设备a、状态采集设备b、状态采集设备c、以及指定设备中的任意设备中获取传输信息a。

可选地，至少一个状态采集设备、以及指定设备中，可以存储传输信息。

例如，可以在状态采集设备a、状态采集设备b、状态采集设备c、以及指定设备内存储传输信息a。

需要说明的是，将轨道的状态信息集中存储在数据库中，监测过程受数据库的影响较大。例如，在数据库损坏或数据库被改写的情况下，数据库中存储的状态信息将会受到影响，从而影响监测的准确性。

而在状态采集设备以及指定设备中存储传输信息，使监测过程脱离了数据库的依赖，增强信息的安全性，提高监测的准确度。

可选地，状态监测设备在获取状态信息后，可以根据至少一个状态采集设备和指定设备验证该状态信息的准确性。

例如，状态检测设备在获取传输信息后，可以根据状态采集设备a、状态采集设备b、状态采集设备c、以及指定设备中存储的传输信息a，确定该传输信息是否为存储的传输信息a，以验证状态监测设备获取的状态信息的准确性。

可选地，可以统计至少一个状态采集设备和指定设备中，与状态检测设备获取的状态信息重合的重合比例，在重合比例超过指定阈值的情况下，可以确定状态检测设备采集的状态信息准确；在重合比例未超过指定阈值的情况下，可以确定状态检测设备采集的状态信息不准确。

可选地，在轨道状态监测系统中，需要添加状态采集设备的情况下，将需要添加的状态采集设备接入网络即可；在轨道状态监测系统中，需要删除状态采集设备的情况下，将需要删除的状态采集设备断开网络即可，从而在添加或删除状态采集设备的情况下，无需对状态监测设备进行重新配置。

可选地，指定设备可以是网关，或用于提供通信的通信服务器。

可选地，指定设备包括：至少一个状态采集设备中除发送端以外的其他状态采集设备。

作为一种可选的实施例，至少一个状态采集设备与指定设备通过第一网络连接，用于通过第一网络传输状态信息；状态监测设备分别与至少一个状态采集设备和指定设备通过第二网络连接，用于通过第二网络获取传输信息。

作为一种可选的实施例，第一网络包括物联网；第二网络包括因特网internet。

可选地，第一网络可以是nb-iot，还可以是elte-iot。

需要说明的是，nb-iot是基于蜂窝的窄带物联网(narrowbandinternetofthings)。nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

需要说明的是，elte-iot是专门为行业物联市场开发的基于3gpp标准的窄带物联解决方案。elte-iot基于1ghz以下的免授权频谱，采用灵活易部署的轻量化设备，并提供标准协议与企业现有应用平台进行对接。

可选地，elte-iot解决方案包括业务引擎、基站空气节点(airnode)和客户终端设备(cpe)。

作为一种可选的实施例，至少一个状态采集设备包括：轨道斜度检测设备，用于采集轨道的斜度信息；激光测距检测设备，用于检测轨道所在隧道的收敛信息，其中，收敛信息包括隧道的宽度收敛距离和隧道的高度收敛距离。

采用本发明上述实施例，通过轨道斜度检测设备，可以采集轨道的斜度信息，实现轨道的形变监测；通过激光测距检测设备，可以采集轨道所在隧道的高度和宽度，进一步确定该隧道的宽度收敛距离和隧道的高度收敛距离，实现对隧道结构收敛形变监测。

作为一种可选的实施例，轨道斜度检测设备设置在轨道板中央，用于采集轨道板所在位置的斜度信息。

采用本发明上实施例，将轨道斜度检测设备设置在轨道板中央，可以根据该轨道斜度检测设备的倾斜角度确定轨道板所在位置的斜度信息。

作为一种可选的实施例，轨道斜度检测设备包括：第一检测设备和第二检测设备，其中，第一检测设备和第二检测设备分别设置在轨道板两端，用于根据第一检测设备和检测设备的高度差确定轨道板所在位置的斜度信息。

采用本发明上实施例，将第一检测设备和第二检测设备设置在轨道板两端，可以根据第一检测设备和第二检测设备的高度差确定轨道板所在位置的斜度信息。

例如，由于轨道的宽度固定，即轨道板两端的第一检测设备和第二检测设备的距离固定，根据第一检测设备和第二检测设备的高度差，结合第一检测设备与第二检测设备之间的距离，即可确定轨道板所在位置的斜度信息。

作为一种可选的实施例，状态采集设备通过环保永久性胶或膨胀螺栓固定在监测位置。

作为一种可选的实施例，状态采集设备为多个；多个状态采集设备，在轨道的监测位置上按照预定顺序排列；状态监测设备，还用于按照预定顺序排列状态采集设备对应的状态信息，确定轨道的状态变化趋势。

采用本发明上述实施例，状态监测设备在检测传输信息的过程中，可以根据状态采集设备在检测位置排列的预定顺序，对状态采集设备对应的状态信息进行排列，得到轨道的状态变化趋势。

可选地，指定设备可以是区块链服务器，用于建立各状态采集设备之间的通信关系。在状态采集设备采集轨道的状态信息后，可以传输该状态信息，并将该状态信息传输过程中产生的传输信息在网络内广播，使网络内的设备均可以获得该传输信息。

可选地，状态信息在每次传输过程所产生的传输信息，即为一个区块。

可选地，状态监测设备在监测过程中获取的多个传输信息可以形成一条区块链。

本发明还提供了一种优选实施例，该优选实施例提供了一种轨道监测系统。

本发明所提供的轨道监测系统的监测目标是通过iot无线技术，将轨道施工或运营过程中，对铁轨的侧向位移、轨道向位移进行实时监测，以及铁路隧道结构变形的实时监测。监测过程中，一旦发现监测数值达到或者超过预警值，立即报警，通知有关人员采取相应的措施进行处理，保障铁路正常营运。

本发明所提供的轨道监测系统包括：轨道斜度检测设备，用于实现轨道形变监测。

可选地，轨道斜度检测设备可以是独立设备，根据该轨道斜度检测设备的倾斜角度确定轨道板所在位置的斜度信息。

图2是根据本发明实施例的一种轨道斜度检测设备设置位置示意图一，如图2所示，在轨道斜度检测设备为独立设备的情况下，可以将3个轨道板设为一组，每组设置1个高精度无线双轴倾斜传感监测点(后简称倾斜测点)，在该倾斜测点上设置轨道斜度检测设备。

可选地，轨道斜度检测设备可以根据实际情况在重点部位进行密集布置，或者重点监测轨道板进行电水平梁布置。

可选地，轨道斜度检测设备可以固定于轨道板正中位置，用环保永久性胶或膨胀螺栓固定。

可选地，轨道斜度检测设备可以是组合设备，包括第一检测设备和第二检测设备，其中，第一检测设备和第二检测设备设置在轨道板的两端，可以根据第一检测设备与第二检测设备的高度差，结合第一检测设备与第二检测设备之间的距离确定轨道板所在位置的斜度信息。

需要说明的是，第一检测设备和第二检测设备设置在轨道板的两端，即为轨道横向的两端；第一检测设备与第二检测设备之间的距离即为轨道的宽度。

图3是根据本发明实施例的一种轨道斜度检测设备设置位置示意图二，如图3所示，在轨道斜度检测设备为组合设备的情况下，将轨道的每6米设为一组，每组设置1对高精度无线双轴倾斜传感监测点(后简称倾斜测点)；在倾斜测点设置第一检测设备与第二检测设备。

可选地，第一检测设备与第二检测设备可以固定于枕木(或轨道板)两端，用环保永久性胶或膨胀螺栓固定。

可选地，轨道斜度检测设备的监测项目包括：轨道板方向的倾斜和沿轨道方向纵向不均匀沉降。

图4是根据本发明实施例的一种健康状态下的轨道示意图，如图4所示，轨道板(或枕木)处于水平状态。

图5是根据本发明实施例的一种监测斜不均匀沉降状态的计算原理的示意图，如图5所示，轨道宽为d，轨道沉降高度为h，轨道的倾斜角度为α。

可选地，侧向倾斜监测到的不均匀沉降位移为：h＝d×sin(α)，单位mm。

需要说明的是，轨道的侧向倾斜，容易形成三角坑，从而引发安全事故，轨道侧向倾斜监测可有效找到这类安全隐患。

图6是根据本发明实施例的一种沿轨道方向纵向不均匀沉降的示意图，如图6所示，沿轨道方向纵向不同位置的沉降距离不同。

图7是根据本发明实施例的一种纵向不均匀沉降计算原理的示意图，如图7所示，沿轨道纵向的相邻两个倾斜测点之间的距离为l，相邻两个倾斜测点之间的沉降高度为δ，相邻两个倾斜测点之间的沉降角度为θ。

可选地，纵向累计沉降量为：单位mm。

可选地，轨道斜度检测设备的监测项目包括：隧道结构收敛形变监测。可以采用激光测距传感器测量隧道结构收敛，通过激光测距往返时间确定隧道的高度和宽度，进而确定隧道的收敛距离。

图8是根据本发明实施例的一种采用nb-iot无线传输技术的轨道监测系统的示意图，如图8所示，可以采用nb-iot无线传输技术，建立状态采集设备的数据传输。

采用nb-iot无线传输技术，状态采集设备可直接将监测数据直接发送到运营商网络，然后通过internet互联网传输到业主的监测中心或管理平台(即，状态检测设备)。

需要说明的是，nb-iot无线传输技术，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点；nb-iot使用license频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。

图9是根据本发明实施例的一种采用elte－iot无线技术的轨道监测系统的示意图，如图9所示，状态采集设备测得监测数据(即，状态信息)，然后通过终端将数据发送到网关(即，指定设备)，再由网关(即，指定设备)将监测数据的传输信息通过lte(即，4g)发送到数据中心(即，状态检测设备)。

本发明所提供的轨道监测系统，可以基于ism频谱的窄带iot，快速部署；信息传输可靠性高，能够保障监测业务稳定联接；能够实现小包数据快速传输，具有单小区最大10k的接入能力；可以引入节能模式，让设备功耗更低；通过多种技术，保障覆盖更广更深；可以实现端到端数据信令加密，保证全流程网络数据的安全；实现免sim卡设计，专用加密定制，保障终端安全。

本发明所提供的轨道监测系统，采用超低功耗、人工智能的无线传感网络系统，囊括四大核心组件：倾斜测点；超低功耗智能终端；远程数据云服务器；可视化控制平台。

倾斜测点内部配置：一节标准的工业级电池，可以在1小时监测频率下，使用间超过5年以上；无线传感网络模块，专业针对复杂封闭空间进行自组、愈合智能化原创的无线传感网络模块，针对复杂封闭空间进行自组、愈合智能化组网技术；超高精度mems传感器与数据采集模组；体积小于100x100x60mm，重量低于400g，安装方便简洁。

智能终端，负责：接收所有监测支点数据，并通过2g/3g/4g网络，将数据实时地发送给中心然后通过可视化监测平台，进行实时数据跟踪与相关预警发布；还可以远程配置监测频次，数据回传等关键参数。

远程云服务器平台，保障数据在线率>99.999％。

可视化平台，包括：登陆与用户管理、综合信息平台、数据绘制、二维布点、mesh拓扑、数据表格下载、产品出厂报告下载、远程配置、告警通知、项目管理等

可选地，轨道斜度检测设备可以是一体式水平双轴无线倾斜仪，采用双轴传感器，量程为±15°，精度为0.01°，灵敏度为0.0013°、工作温度为-40～80摄氏度、记忆体容量为1200条、电源为一次性锂亚电池、电池更换时间为5年、外壳为压铸铝、防水等级为ip67、无线传输为nb-iot\elte-iot、固定方式为防松脱螺栓/环保永久性胶。

根据本发明实施例，提供了一种轨道状态监测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图10是根据本发明实施例的一种轨道状态监测方法的流程图，如图10所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，监测传输状态信息过程中产生的传输信息，其中，状态信息由至少一个状态采集设备采集并传输至指定设备，传输信息包括：状态信息、发送端信息、以及接收端信息，发送端信息用于表示发送状态信息的设备，接收端信息用于表示接收状态信息的设备；

步骤s104，根据传输信息确定轨道的状态。

通过上述步骤，状态采集设备可以采集轨道的状态信息，并将该状态信息传输至指定设备，其中，在传输状态信息的过程中，可以产生传输信息，通过传输信息记录传输的状态信息，以及该状态信息的发送端信息和接收端信息，然后状态监测设备可以获取该传输信息确定轨道的状态，达到了监测轨道状态的目的，从而实现了自动检测轨道状态的技术效果，进而解决了无法自动对轨道的状态进行监测的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。