一种漏缆吊具脱落的在线监测方法及系统与流程

本发明涉及无线通信、物联网技术等在线监测技术领域，尤其涉及一种漏缆吊具脱落的在线监测方法及系统。

背景技术：

目前，随着高速铁路客运专线的快速发展，漏泄同轴电缆及相应附件（漏泄同轴电缆吊具等）的使用量也在不断的增加。漏泄同轴电缆吊具，简称漏缆吊具，在隧道内的使用比较密集，每隔1~1.3米便需要安装一套。由于列车在隧道内运行时的活塞效应，安装的漏缆吊具在长期疲劳振动载荷的作用下，很容易发生松动、脱落现象，从而造成漏泄同轴电缆脱落，给列车运行造成安全隐患；同时在列车高速通过隧道时，在气动效应下任何一个脱落平垫圈、弹簧垫圈及螺母等紧固件像一颗飞行的子弹，危及行车安全；随着铁路运行速度的不断提高，对铁路上异物的处理也越来越严格，而漏缆吊具作为铁路沿线内部的紧固件，如若发生脱落，对于列车的运行安全将是致命的，轻则造成列车停车，重则车毁人亡。

目前，解决铁路漏缆吊具脱落的方法主要有两种，第一种是通过人工巡检，以月为周期进行巡检，方式为人工步行巡视；第二种是通过图形处理技术，通过采集铁路沿线漏缆吊具的图像作为基础图像，再辅以列车运行时监控拍摄下来的图像通过较为复杂的算法处理后与基础图像进行对比来判断是否有吊具脱落。

方法一巡检效率低、工作量大，需要投入大量的人力、设备和资金，并且巡检时间受限；方法二虽在一定程度上提高了巡检的效率，但是仍然存在以下问题：1、该方法非在线监测方式，不具备实时信息反馈，易出现延误处理；2、高速列车运行速度快，时速达360km即100m/s图像处理过程中信息量极大，算法繁琐，易出现漏检、误检等问题；3、该方法对脱落吊具位置精度不高等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种漏缆吊具脱落的在线监测方法及系统，能够一定区域内的漏缆吊具脱落位置进行精确定位，不仅监测精度高，监测范围大，且能够适用于较长长度及各种场景漏缆吊具的监测。

本发明采用的技术方案为：

一种漏缆吊具脱落的在线监测方法，包括以下步骤：

a、采集吊具位置信息并编号存储；

b、在吊具上植入rfid标签，关联rfid标签信息与吊具位置信息并构建吊具数据库；具体过程为：

b1：先将rfid标签ti植入吊具ai，rfid标签ti具有唯一的固定编码，i为整数；

b2：将rfid标签ti的编码信息与对应吊具ai的位置信息相关联；

b3：经过步骤b2关联后的编码信息和位置信息存储；

c、rfid读写器通过漏缆发射rfid识别信号；rfid识别信号的频率与漏缆传输的通信信号频率不同，rfid识别信号的覆盖范围与吊具正常安装位置相一致，若吊具未脱落，则吊具上的rfid标签位于rfid识别信号覆盖范围内，若吊具脱落，则吊具上的rfid标签脱离rfid识别信号覆盖范围；

d：rfid标签接收rfid识别信号并发送rfid反馈信号，rfid反馈信号的频率与漏缆工作频率不同；

rfid标签ti接收rfid识别信号并通过漏缆向rfid读写器发送rfid反馈信号，rfid反馈信号中包括对应rfid标签的编码信息；

e、rfid读写器根据接收到的rfid反馈信号筛选脱落吊具，rfid反馈信号的频率与漏缆工作频率不同；

rfid读写器将rfid反馈信号汇总并上传至管理中心，根据rfid反馈信号所携带信息与吊具数据库进行比对，筛选未返回rfid反馈信号位置异常标签并获取对应的吊具位置信息，即脱落吊具的位置信息。

进一步地，所述步骤c中以时间t为周期进行轮询，即以周期t发射rfid识别信号。

进一步地，步骤d所述rfid反馈信号包括两种形式：

第一种形式：rfid反馈信号包括rfid标签的编码信息且不包括相关联的吊具位置信息；

第二种形式：rfid反馈信号包括rfid标签的编码信息及其相关联的吊具位置信息。

进一步地，当rfid反馈信号为第一种形式时，步骤e中筛选位置异常标签并获取脱落吊具位置信息的具体过程为：

1.1：提取rfid反馈信号中的编码信息；

1.2：将提取的编码信息与吊具数据库中的编码信息进行比对，筛选吊具数据库中存在但未返回rfid反馈信号的编码信息，定义其对应的rfid标签为位置异常标签；

1.3：查询吊具数据库，获取位置异常标签对应的吊具位置信息，即为脱落吊具位置信息；

当rfid反馈信号为第二种形式时，步骤e中筛选位置异常标签并获取脱落吊具位置信息的具体过程为：

2.1：提取rfid反馈信号中的编码信息和位置信息；

2.2：将提取的位置信息与吊具数据库中的位置信息进行比对，筛选吊具数据库中存在但未返回rfid反馈信号的位置信息，定义其为脱落吊具位置信息。

本发明还公开了一种用于上述漏缆吊具脱落的在线监测方法的监测系统，包括

植入rfid标签的漏缆吊具，用于接收rfid识别信号并发送rfid反馈信号，rfid识别信号和rfid反馈信号均通过漏缆传播；待监测漏缆吊具以组为单元，定义每一组待监测漏缆吊具对应的漏缆区间为待监测漏缆段lmn，m表示待监测区域的编号，n表示待监测漏缆段在对应待监测区域内的编号；

监测单元，通过漏缆发射rfid识别信号和接收rfid反馈信号，并根据接收的rfid反馈信号判断对应待监测漏缆段内的吊具是否脱落并将脱落判断结果传输至现场管理单元；

现场管理单元，用于将每个待监测区域对应监测单元发送的数据汇总并上传至网络管理模块；

网络管理模块，用于根据对每个待监测区域对应现场管理单元发送的数据分析结果判断漏缆吊具的脱落情况及脱落位置；

通信链路,用于传输监测单元、现场管理单元和网络管理模块之间的交互信号；

所述现场管理单元的数量为多个，每个待监测区域内均设有一个现场管理单元，每个待检测区域内均包括多个待监测漏缆段，待监测漏缆段lmn对应一个或两个监测单元；网络管理模块与多个现场管理单元分别连接，每个现场管理单元与对应待待监测区域内的多个监测单元分别连接。

进一步地，待监测漏缆段lmn对应的监测单元数量为一个，待监测漏缆段lmn一端连接监测单元，待监测漏缆段lmn另一端连接匹配终端。

进一步地，待监测漏缆段lmn对应的监测单元数量为两个，两个监测单元分别连接待监测漏缆段lmn的两端。

进一步地，所述监测单元包括rfid读写器、信号合路模块和设于漏缆吊具上的rfid标签，rfid读写器连接信号合路模块第一通讯端，信号合路模块第二通讯端通过漏缆与rfid标签相互通讯。

进一步地，所述网络管理模块包括数据通信模块、实时状态模块、告警管理模块、数据记录模块、配置管理模块、维护管理模块及用户管理模块，数据通信模块第一输出端通过实时状态模块连接数据记录模块，数据通信模块第二输出端通过告警管理模块连接数据记录模块，数据通信模块输入端分别连接配置管理模块第一输出端和维护管理模块第一输出端，配置管理模块第二输出端、维护管理模块第二输出端和用户管理模块输出端分别连接数据记录模块输入端。

进一步地，所述rfid标签设置在漏缆吊具与隧道的连接处、吊具底座、吊具上盖板或吊具紧固件上。

本发明具有以下有益效果：

（1）通过将吊具上植入rfid标签，利用漏缆实现rfid标签信息的读取和rfid标签位置的监测，进而实现对rfid标签所在吊具的位置监测，本方法不仅能够对吊具的实际位置信息进行监测，有效提高监测精度，同时，利用监测单元所用的检测信号可调的特征，通过设置rfid信号与漏缆工作频率不同，进而在不影响漏缆的正常工作的情况下，采用原有的漏缆作为天线，替代传统的平板天线、偶极子天线等，减少设备投入；

（2）可根据漏缆传输的频率调整rfid读写器和rfid标签的频段，使本发明能够适用于更广泛频段的使用需求；

（3）利用rfid标签可以通过网管增加、删除、更改信息的特点，方便漏缆的信息化管理；

（4）通过利用网络管理模块、现场管理单元和检测单元构成的在线监测系统，能够对多区域多线段的漏缆吊具进行实时监控，不仅监测精度高，且监测范围大，并能够适用于较长长度及多种场景漏缆吊具的监测。

附图说明

图1为本发明中检测方法的流程图；

图2为本发明中监测系统的电路原理框图；

图3为实施例一中待监测漏缆段对应监测系统的结构原理框图；

图4为图3中监测单元的电路原理框图；

图5为实施例二中待监测漏缆段对应监测系统的结构原理框图。

附图标记说明：

1、rfid标签；2、漏缆吊具；3、漏缆。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种漏缆吊具脱落的在线监测方法及系统。

监测方法包括以下步骤：

a、采集吊具位置信息并编号存储；

b、在吊具上植入rfid标签1，关联rfid标签1信息与吊具位置信息并构建吊具数据库；具体过程为：

b1：先将rfid标签ti植入吊具ai，rfid标签ti具有唯一的固定编码，i为整数；

b2：将rfid标签ti的编码信息与对应吊具ai的位置信息相关联；

b3：经过步骤b2关联后的编码信息和位置信息存储；

c、rfid读写器通过漏缆3发射rfid识别信号；

rfid识别信号的频率与漏缆3传输的通信信号频率不同，rfid识别信号的覆盖范围与吊具正常安装位置相一致，若吊具未脱落，则吊具上的rfid标签1位于rfid识别信号覆盖范围内，若吊具脱落，则吊具上的rfid标签1脱离rfid识别信号覆盖范围；

d：rfid标签1接收rfid识别信号并发送rfid反馈信号，rfid反馈信号的频率与漏缆3工作频率不同；

rfid标签ti接收rfid识别信号并通过漏缆3向rfid读写器发送rfid反馈信号，rfid反馈信号中包括对应rfid标签1的编码信息；

e、rfid读写器根据接收到的rfid反馈信号筛选脱落吊具，rfid反馈信号的频率与漏缆3工作频率不同；

rfid读写器将rfid反馈信号汇总并上传至管理中心，根据rfid反馈信号所携带信息与吊具数据库进行比对，筛选未返回rfid反馈信号位置异常标签并获取对应的吊具位置信息，即脱落吊具的位置信息。

监测系统包括

植入rfid标签1的漏缆吊具3，用于接收rfid识别信号并发送rfid反馈信号，rfid识别信号和rfid反馈信号均通过漏缆3传播；待监测漏缆吊具3以组为单元，定义每一组待监测漏缆吊具3对应的漏缆3区间为待监测漏缆3段lmn，m表示待监测区域的编号，n表示待监测漏缆3段在对应待监测区域内的编号；

监测单元，通过漏缆3发射rfid识别信号和接收rfid反馈信号，并根据接收的rfid反馈信号判断对应待监测漏缆3段内的吊具是否脱落并将脱落判断结果传输至现场管理单元；

现场管理单元，用于将每个待监测区域对应监测单元发送的数据汇总并上传至网络管理模块；

网络管理模块，用于根据对每个待监测区域对应现场管理单元发送的数据分析结果判断漏缆吊具3的脱落情况及脱落位置；

通信链路,用于传输监测单元、现场管理单元和网络管理模块之间的交互信号；

所述现场管理单元的数量为多个，每个待监测区域内均设有一个现场管理单元，每个待检测区域内均包括多个待监测漏缆3段，待监测漏缆3段lmn对应一个或两个监测单元；网络管理模块与多个现场管理单元分别连接，每个现场管理单元与对应待待监测区域内的多个监测单元分别连接。

该发明可融入直放站、漏缆在线监测系统等其他系统使用。

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一：

如图1所示，一种漏缆吊具脱落的在线监测方法，包括以下步骤：

a、采集吊具位置信息并编号存储；每个吊具具有唯一编号；

b、在吊具上植入rfid标签1，关联rfid标签1信息与吊具位置信息并构建吊具数据库；由于每个rfid标签1都有一个固定且唯一的编码，因而就建立吊具与rfid标签1之间的唯一关联关系；

具体过程为：

b1：先将rfid标签ti植入吊具ai，rfid标签ti具有唯一的固定编码，i为整数；

b2：将rfid标签ti的编码信息与对应吊具ai的位置信息相关联；

b3：经过步骤b2关联后的编码信息和位置信息存储；

c、rfid读写器通过漏缆3发射rfid识别信号；rfid识别信号的发射以时间t为周期进行轮询；

rfid识别信号的频率与漏缆3传输的通信信号频率不同，rfid识别信号的覆盖范围与吊具正常安装位置相一致，若吊具未脱落，则吊具上的rfid标签1位于rfid识别信号覆盖范围内，若吊具脱落，则吊具上的rfid标签1脱离rfid识别信号覆盖范围；

d：rfid标签1接收rfid识别信号并发送rfid反馈信号，rfid反馈信号的频率与漏缆3工作频率不同；

rfid标签ti接收rfid识别信号并通过漏缆3向rfid读写器发送rfid反馈信号，rfid反馈信号中包括对应rfid标签1的编码信息；

rfid反馈信号包括两种形式：

第一种形式：rfid反馈信号包括rfid标签1的编码信息且不包括相关联的吊具位置信息；

第二种形式：rfid反馈信号包括rfid标签1的编码信息及其相关联的吊具位置信息。

e、rfid读写器根据接收到的rfid反馈信号筛选脱落吊具，rfid反馈信号的频率与漏缆3工作频率不同；

rfid读写器将rfid反馈信号汇总并上传至网络控制中心，根据rfid反馈信号所携带信息与吊具数据库进行比对，筛选未返回rfid反馈信号位置异常标签并获取对应的吊具位置信息，即脱落吊具的位置信息。

当rfid反馈信号为第一种形式时，筛选位置异常标签并获取脱落吊具位置信息的具体过程为：

1.1：提取rfid反馈信号中的编码信息；

1.2：将提取的编码信息与吊具数据库中的编码信息进行比对，筛选吊具数据库中存在但未返回rfid反馈信号的编码信息，定义其对应的rfid标签1为位置异常标签；

1.3：查询吊具数据库，获取位置异常标签对应的吊具位置信息，即为脱落吊具位置信息。

当rfid反馈信号为第二种形式时，筛选位置异常标签并获取脱落吊具位置信息的具体过程为：

2.1：提取rfid反馈信号中的编码信息和位置信息；

2.2：将提取的位置信息与吊具数据库中的位置信息进行比对，筛选吊具数据库中存在但未返回rfid反馈信号的位置信息，定义其为脱落吊具位置信息。

如图2和图3所示，本发明还公开了一种用于上述漏缆吊具3脱落的在线监测方法的监测系统，包括

植入rfid标签1的漏缆吊具3，用于接收rfid识别信号并发送rfid反馈信号，rfid识别信号和rfid反馈信号均通过漏缆3传播；待监测漏缆吊具3以组为单元，定义每一组待监测漏缆吊具3对应的漏缆3区间为待监测漏缆3段lmn，m表示待监测区域的编号，n表示待监测漏缆3段在对应待监测区域内的编号；

监测单元，通过漏缆3发射rfid识别信号和接收rfid反馈信号，并根据接收的rfid反馈信号判断对应待监测漏缆3段内的吊具是否脱落并将脱落判断结果传输至现场管理单元；

现场管理单元，用于将每个待监测区域对应监测单元发送的数据汇总并上传至网络管理模块；

网络管理模块，用于根据对每个待监测区域对应现场管理单元发送的数据分析结果判断漏缆吊具3的脱落情况及脱落位置；

通信链路,用于传输监测单元、现场管理单元和网络管理模块之间的交互信号。

所述现场管理单元的数量为多个，每个待监测区域内均设有一个现场管理单元，每个待检测区域内均包括多个待监测漏缆3段，待监测漏缆3段lmn内设有一个监测单元xmn；网络管理模块与多个现场管理单元分别连接，每个现场管理单元与对应待待监测区域内的多个监测单元分别连接。

需要指出，rfid标签1设置在漏缆吊具3上不仅限于对漏缆吊具3某一部分进行监测，rfid标签1可以植入吊具的某一部位，也可以植入吊具的多个部位，rfid标签1的设置包括吊具与隧道的连接处、漏缆吊具3底座、漏缆吊具3上盖板、金属紧固件等，用过设置位置的不同，可以对吊具整体脱落情况进行在线监测，也可以对吊具上某一部件的脱落进行在线监测。

本实施例中优选待监测漏缆3段lmn对应的监测单元数量为一个，待监测漏缆3段lmn一端连接监测单元，待监测漏缆3段lmn另一端连接匹配终端，匹配终端设置在漏缆3的尾端，用于吸收漏缆3尾端的rfid信号，防止信号反射而影响检测结果。监测单元设置在直放站机房内，现场管理单元设置在基站机房内，监测单元和匹配终端分别与直放站相连，直放站为无线传输系统的现有装置，其原理和结构在此不再赘述。

每个监测单元为xmn均具有唯一的编号和ip，同一待检测区域内的监测单元均通过通信链路连接对应的现场管理单元，每个现场管理单元均具有唯一的编号，所有待监测区域的现场管理单元均连接网络管理模块，技术人员可以在监控室以及通信车间实时查看和区域监控状态。

如图4所示，监测单元包括rfid读写器、信号合路模块和设于漏缆吊具3上的rfid标签1，rfid读写器连接信号合路模块第一通讯端，信号合路模块第二通讯端通过漏缆3与rfid标签1相互通讯。

rfid读写器包括用于向漏缆3发送rfid信号的信号发射模块、用于接收反射回来的rfid信号的信号接收模块、用于根据反射回来的rfid信号判断含rfid标签1的漏缆吊具3是否存在脱落及脱落点的位置的信号处理模块，其中信号rfid信号发射传输和反馈传输都通过漏缆3来完成。信号处理模块第一通讯端通过通信链路间接现场管理单元，信号处理模块的第二通讯端连接信号发射模块通讯端，信号发射模块输出端连接环形电路输入端，环形电路模块通讯店通过信号合路模块连接漏缆3进行rfid信号的发射和接收；信号处理模块第三通讯端连接信号接收模块通讯端，信号接收模块输入端连接环形电路输出端。

通信链路包括光电转换模块和电光转换模块，监测单元发送的信号经电光转换模块转为光信号后，经光缆进行远距离传输，并通过光电转换模块转为电信号接入现场管理单元；现场管理单元发送的信号经电光转换模块转为电信号后，通过光缆进行远距离传输，并通过光电转换模块转化为电信号接入监测单元，使用光缆传输可以降低损耗，实现远距离传输。

现场管理单元包括设备通道选择模块及控制软件模块，控制软件模块具有识别功能，通过对监测单元和网管的ip信息进行识别，可以使网络管理模块和监测单元通过设备通道选择模块进行通信。

网络管理模块包括数据通信模块、实时状态模块、告警管理模块、数据记录模块、配置管理模块、维护管理模块及用户管理模块，数据通信模块第一输出端通过实时状态模块连接数据记录模块，数据通信模块第二输出端通过告警管理模块连接数据记录模块，数据通信模块输入端分别连接配置管理模块第一输出端和维护管理模块第一输出端，配置管理模块第二输出端、维护管理模块第二输出端和用户管理模块输出端分别连接数据记录模块输入端。

数据通信模块输出的信号接入到实时状态模块和告警管理模块，实时状态模块和告警管理模块输出的数据保存在数据记录模块中，用户管理模块、配置管理模块及维护管理模块输出的信号也保存在数据记录模块中，配置管理模块及维护管理模块输出的配置信号和控制信号均传输给数据通信模块，并下发至监测单元。

数据通信模块用于完成所有监测单元与网管之间的数据通信，定时将监测单元所监测的漏缆3信息与网管进行数据交互，是网管与监测单元交互的桥梁；

实时状态模块用于完成所有监测单元监测的漏缆3实时信息的记录与导出，包括所监测漏缆3的位置信息、实施告警信息、漏缆3长度、报警信息及用户操作信息；

告警管理模块用于完成对告警信息的处理，包括告警后的声音警示、告警信息确认、告警漏缆3链路的波形以及告警点对应的故障器件等；

数据记录模块是网管数据库，完成对报警信息、用户操作信息等的记录以及导出；配置管理模块完成网管对监测单元的初始化配置，包括监测单元的编号、ip、端口号、公里标信息、扫描起止频率、扫描点数、时间同步信息以及所监测漏缆3的起止距离、百米损耗、相对传输系数等基本属性；

维护管理模块用于完成对监测网管的设置和维护，可以设置监测系统的报警门限值、定时轮询监测时间等；

用户管理模块主要完成对不同用户等级的权限划分、用户添加和基本信息修改、用户统计等。

实施例二：

如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于，待监测漏缆3段lmn对应的监测单元数量为两个，两个监测单元分别连接待监测漏缆3段lmn的两端，即将实施例一种待检测漏缆3段尾端的匹配终端换成与待监测漏缆3段首端相同的监测单元，该种设置方式，有效延长可监测漏缆3段的长度，进而能够适用于较长隧道的监测。

rfid技术作为物联网的核心技术之一,正广泛应用于我们的日常生活之中。一般的rfid的系统由读写器（包含射频模块）,覆盖射频信号的设备（一般为天线）及rfid标签1组成。而天线作为读写器和标签通信的桥梁,发挥着至关重要的作用。在rfid系统中,天线作为rfid标签1与读写器之间实现射频信号空间传播和简历无线通信连接的设备,对整个系统的性能好坏起到了很重要的作用。

本发明主要是将rfid技术应用于漏缆吊具3脱落在线监测领域，通过网管将每个漏缆吊具3编码与漏缆吊具3的位置关系相对应，通过漏泄同轴电缆辐射的rfid信号与漏缆吊具3上的rfid标签1之间进行通信，来读取每个漏缆吊具3的编码并通过网管对漏缆吊具3进行轮询监测，来确定漏缆吊具3是否脱落，目前在本领域中鲜有对漏缆吊具3在线监测的相关研究，本发明对于漏缆吊具3脱落的在线监测技术乃至隧道行车安全具有极大意义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。