专利名称：铁路防灾地震报警的制作方法
技术领域：
本技术应用于铁路防灾的地震监测领域，尤其涉及一种铁路防灾地震报警技术和系统。
背景技术：
引起大地震动的原因主要有两种地质因素与人为因素。地质因素主要是由地壳的活动引起大地震动，如地震、火山活动等都会引起大地震动。人为因素比较复杂，如爆破、车辆等通过也会引起震动。
随着国内铁路技术的发展，特别是近年来高速铁路的发展，对铁路安全以及由地质、天气与人为因素造成的灾害性后果的报警要求越来越高。地震减灾与报警技术成为高铁防灾与减灾系统中一个必不可少的组成部分。
发明内容
本例主要针对铁路防灾领域的阈值报警要求提出一种地震算法与实现方案。
地震报警算法由X方向地加速度序列采集模块、Y方向地加速度序列采集模块、Z方向地加速度序列采集模块、时域-频阈转换模块、频谱矢量合成模块、频谱拾取模块与报警分析模块组成。
其中，X方向加速度序列采集模块、Y方向加速度序列采集模块、Z方向加速度采集模块将地震动加速度的三个方向的加速度数据按时间序列进行采集，产生加速值与时间的关系曲线。
时域-频域转换模块通过数字傅立叶转换算法，将上述加速度时间序列转换为加速度振动幅值与频率的关系曲线。硬件系统带有一个大容量CPU，用于存储三角函数的数值列表，在进行数字傅立叶转换时，算法上采用查表法。
频谱矢量合成模块对每一个方向的对应频率的幅值进行矢量合成，矢量合成的方法是三个方向幅值平方求和再开方的模式，如下式所示得到合成的对应频率的幅值R 频率拾取模块对地震特征频率区间进行积分，得到地震动幅值(地震动最大值)，可以根据铁路地震防灾技术要求，确定积分区间，如0～80Hz的防灾技术要求，可以只对0～80Hz区间进行积分，得到地震的振动幅值； 报警分析模块根据防灾系统提供的地震报警阈值与地震动幅值进行比较，当该值大于地震报警阈值时，输出报警信息，在具体实现时，系统可以根据这个结果，驱动继电器，为铁路信号系统、防灾中心上位机等提供节点采集信号，同时也可以通过相应的通信通道传输振动幅值。
实现上述地震报警算法的系统由三方向地加速度传感器、数据采集与处理单元、报警继电接口、通讯接口组成。所述数据采集与处理单元包括中央处理器、程序存储器、数据存储器、网络接口电路、继电器接口电路、电源电路、CF卡接口电路、时钟电路、看门狗电路、配置串口和远程485接口，其中中央处理器分别与数据采集与处理单元的其他部分相连。
采用频谱拾取的运算算法有效地根据需要，计录并分析不同加速度信号的频域特性，满足铁路地震防灾报警要求，并可以根据铁路地震防灾报警的频谱条件改变频谱拾取方法，得到地加速度振动幅值。该算法可以很好地利用当地的地噪声特性，滤除其干扰。同时，由于采用查表法去三角函数进行运算，提高了算法运行效率，为实时地加速度阈值判断提供行之有效的软硬件实现方案。
下面结合附图对本发明作详细说明 图1为地震算法原理框图； 图2为地震防灾报警系统实体组成框图； 图3为地震数据采集与处理单元电路组成框图。
具体实施例方式 地震防灾报警系统由三方向地加速度传感器、数据采集与处理单元、报警继电接口、通讯接口组成，如图2所示。
三方向加速度传感器用于测量地加速度值，并输出X，Y，Z方向加速度与时间序列的曲线。
地震数据采集与处理单元用于采集X，Y，Z方向加速度时间序列数据，并对数据进行存储、处理并通过继电接口输出报警信息，通过通讯接口输出加速度幅度信息。
报警继电接口为铁路信号系统、牵引供电系统以及防灾中心等提供继电器节点，该节点直接表征地震报警信息。
通讯接口根据需要为防灾中心提供加速度信号。
数据采集与处理单元是地震防灾报警单元的核心部分，根据地震防灾报警算法运行相应的程序，采集并处理地加速度信号。由于运算量大、往往采用ARM系列或DSP系列CPU，并配置大容量程序存储器以及数据存储器，为地加速度传感器、上位机远程通讯、继电器驱动、本地调测配置提供相应接口，同时实地记录地加速度曲线数据。
数据采集与处理单元的电路组成框图如图3所示，包括中央处理器、程序存储器、数据存储器、网络接口电路、继电器接口电路、电源电路、CF卡接口电路、时钟电路、看门狗电路、配置串口和远程485接口。
算法的原理框图如图1所示。由于算法的运算核心是傅立叶变化，运算量大，并且大量使用三角函数，如果采用传统计算方法，会大大降低运算效率。为了提高计算效率，将三角函数采用查表的模式进行计算，采用大容量程序存储器存储三角函数曲线数据，以便运算中直接进行查表，大大降低了傅立叶运算的运算量，降低对CPU计算速度的要求；同时为了增加中间数据的存储量，采用大容量SRAM组成数据存储器；网络接口与加速度传感器提供接口，用于采集三维加速度数据序列；继电器驱动电路为报警信息输出提供接口，当需要报警时，继电器驱动电路驱动重力继电器吸起，同时无报警信息时，重力继电器断开，同时继电器驱动电路采用重力继电器的节点，确定驱动电路的正常工作；同时继电器驱动电路采用动态安全驱动模式；电源电路将输入电源转换为CPU所需的内核电源、IO电源、以及为外围电路提供电源；CF卡接口电路主要用于系统存储实时采集三方向加速度数据序列；时钟电路为CPU提供工作时钟；看门狗电路为系统提供初始化信号以及防止系统时钟；配置串口为系统提供配置数据输入以及调测信息输出；远程485接口为地震报警系统与防灾中心的数据通讯接口，用于上传地加速度数据。
权利要求
1.一种铁路防灾地震报警技术，使用地加速度传感器进行地震测量，其特征在于，
-分别采集X、Y、Z三个方向地震动加速度的时间序列；
-对所述序列进行傅立叶变换；
-对变换所得频谱进行矢量合成；
-对矢量合成后的频谱在积分区间范围内积分；
-比较地震报警阈值与地震动幅值。
2.如权利要求1所述的技术，其特征在于，在所述傅立叶变换中，采用查表法进行三角函数计算。
3.如权利要求1所述的技术，其特征在于，所述矢量合成方法采用对三个方向的幅值平方求和再开方的模式。
4.如权利要求1所述的技术，其特征在于，所述积分区间可变。
5.一种铁路防灾地震报警系统，其特征在于，包括三方向地加速度传感器、数据采集与处理单元、报警继电接口以及通讯接口。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据采集与处理单元包括中央处理器、程序存储器、数据存储器、网络接口电路、继电器接口电路、电源电路、CF卡接口电路、时钟电路、看门狗电路、配置串口和远程485接口，其中，所述中央处理器分别与该数据采集与处理单元的其他部分相连。
全文摘要
本技术应用于铁路防灾的地震监测领域，根据加速度传感器，地加速度值进行滤波，同时通过运算，输出地震动加速度数据，并根据铁路防灾地震报警加速度阈值，进行报警。该算法可以很好地利用当地的地噪声特性，滤除其干扰。同时，由于采用查表法去三角函数进行运算，提高了算法运行效率，为实时地加速度阈值判断提供行之有效的软硬件实现方案。
文档编号G01V1/28GK101793971SQ20101012022
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者张智祥 申请人:北京佳讯飞鸿电气股份有限公司