一种铁路隧道内落石检测与报警装置的制作方法

本发明涉及自动监测、无线通讯报警装置，尤其涉及一种铁路隧道内落石检测与报警装置。

背景技术：

随着我国铁路的快速发展，我国铁路现已突破12.4万公里。虽然铁路不断地增加，但是很多铁路隧道仍然沿用先前开挖好的，由于隧道使用时间长、受地理环境影响、列车振动等加剧了下述问题的发展，即：长时间在风化、振动及地下水等不利因素作用下，使得无衬砌地段隧道围岩产生松动、剥落，洞顶局部危石发生坠落现象；同时灰岩层间局部存在片理化软弱薄层，片理化薄层本身强度和密度很低，风蚀干燥条件下易风化变成粉末状从而形成裂隙，潮湿条件下遇水软化变成流塑状在石灰岩间形成润滑剂，造成局部地段围岩掉块；洞顶危石及侧壁欠稳定结构体主要由裂隙控制，一般由3条裂隙斜向上切割贯通，使得顶面呈楔形的结构体与围岩分离，在风化作用、振动作用及地下裂隙水的影响下，使结构体与围岩连接力完全丧失而产生坠落；基于上述原因，隧道内围岩的整体稳定性降低，许多地段岩体松动，甚至剥落，被切割的块状岩体之间的约束能力降低，形成危石，严重威胁行车安全。

现有技术中，铁路工人每隔一定的时间进入铁路隧道内进行排查隧道内的情况，然而，这种方法存在一定的缺陷，即：不能实时监测隧道内落石情况，且需要消耗大量的人力。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种铁路隧道内落石检测与报警装置，紧贴铁路隧道洞身内壁安装柔性防护网，在柔性防护网上以一定的距离安装压力传感器，当铁路隧道内有落石时，首先接触柔性防护网，使柔性防护网上产生拉力，通过压力传感器检测柔性防护网上产生的拉力，然后再启动图像采集器对产生拉力的地方进行图像采集，并通过信号机将采集到的图像信息和隧道的地理位置信息发送到铁路调度中心，由铁调度中心分析判断该处的落石能否对列车造成影响。能实时监测隧道内落石情况，降低误检率，且节约大量的人力。

为实现上述目的，本发明提供的一种铁路隧道内落石检测与报警装置是这样实现的：

一种铁路隧道内落石检测与报警装置，特征是：包括柔性防护网、图像采集器、压力传感器、信号机、滑动杆，柔性防护网安装在整个铁路隧道洞身，且紧贴洞身，用于感应隧道洞身掉下来的落石，压力传感器安装在柔性防护网上，用于检测柔性防护网上产生的拉力情况，滑动杆安装在洞身内侧上，且紧贴柔性防护网，图像采集器沿着滑动杆滑动，用于采集隧道内落石的图像信息，信号机安装在隧道洞口顶部，用于搜集图像采集器采集到的图像信息，并将该信息和隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心。

本发明的滑动杆由滑槽、第一马达、传送带、第二马达、zigbee终端节点、第一控制电路板组成，在滑动杆底面开出滑槽，使得图像采集器的第一拉杆能透过滑槽与传送带连接，滑槽两端分别安装第一马达、第二马达，传送带布置在第一马达与第二马达之间，zigbee终端节点、第一控制电路板安装在滑动杆内部，第一控制电路板用于接收并处理压力传感器发送来的信息，并控制zigbee终端节点将该信息发送到图像采集器，同时，第一控制电路板控制第一马达和第二马达带动传送带的转动，将图像采集器悬挂在传送带上，由传送带带动图像采集器在滑动杆上移动，便于图像采集器滑动到相应的位置采集图像。

本发明的图像采集器由第一塑料盒、第一拉杆、第二控制电路板、第二拉杆、高清摄像头、步进电机、第一蓄电池、zigbee路由器组成，第一拉杆的一头与第一塑料盒连接，另一头穿过滑槽与传送带连接，由传送带带动第一拉杆的移动，从而带动第一塑料盒在滑动杆上移动，第二控制电路板、步进电机、第一蓄电池、zigbee路由器安装在第一塑料盒内部，第二拉杆连接高清摄像头与步进电机的转轴，第一蓄电池为第二控制电路板、高清摄像头、步进电机、zigbee路由器供电，zigbee路由器接收zigbee终端节点发送来的压力传感器检测到的拉力信息，并将该信息传送给第二控制电路板处理，第二控制电路板控制步进电机转动和高清摄像头工作，由步进电机带动高清摄像头360度旋转拍摄采集压力传感器检测到的拉力点，同时，第二控制电路板控制zigbee路由器将高清摄像头采集到的图片信息发送给信号机。

本发明的信号机由第二塑料盒、zigbee协调器、第三控制电路板、gprs模块、gps模块、第二蓄电池组成，第二塑料盒安装在隧道洞口顶部，zigbee协调器、第三控制电路板、gprs模块、gps模块、第二蓄电池安装在第二塑料盒内部，第二蓄电池为zigbee协调器、第三控制电路板、gprs模块、gps模块供电，gps模块用于定位相应隧道的地理位置，并将该地理位置信息传输至第三控制电路板，zigbee协调器用于接收zigbee路由器传来的图像信息，并将该信息传输给第三控制电路板，第三控制电路板控制gprs模块将该图片信息以及相应隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心。

本发明检测铁路隧道内落石并发送报警信息的法案为：当洞身有落石落到柔性防护网上时，对柔性防护网产生拉力，压力传感器检测到柔性防护网被拉动后，将该信息发送至第一控制电路板，第一控制电路板控制zigbee终端节点向zigbee路由器发送压力传感器检测到的拉力信息以及压力传感器所处的点，同时控制第一马达、第二马达带动传送带转动，进而带动图像采集器的高清摄像头移动到压力传感器检测到的拉力信息所在的位置，由第二控制电路板控制步进电机转动，带动高清摄像头旋转拍摄该位置的落石状况，并将该信息传送给第二控制电路板，第二控制电路板控制zigbee路由器将高清摄像头拍摄到的图像信息发送到信号机上的zigbee协调器，并传输给第三控制电路板，同时，gps模块对应的隧道的地理位置信息传输至第三控制电路板，由第三控制电路板控制gprs模块将该图片信息以及相应隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心，由铁调度中心分析判断该处的落石能否对列车造成影响。

由于本发明采用压力传感器检测柔性防护网上传来的压力信息，并控制图像采集器移动到柔性防护网上产生拉力的位置进行图像采集，并将采集到的图像信息和隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心，由铁调度中心分析判断该处的落石能否对列车造成影响的结构，从而可以得到以下有益效果：

1.本发明将压力传感器安装在柔性防护网上，将柔性防护网安装在铁路隧道洞身内壁来检测隧道内落石发生点，并将高清摄像头移动至落石发生点进行图像采集，提高了隧道内落石检测率，同时还能实时检测整个隧道内的落石情况。

2.本发明通过信号机将高清摄像头采集到的落石信息发送给铁路调度中心，无需铁路工人经常进入隧道检测，有效的节约了大量的人力。

附图说明

图1为本发明一种铁路隧道内落石检测与报警装置的安装结构示意图；

图2为本发明一种铁路隧道内落石检测与报警装置的滑动杆结构示意图；

图3为本发明一种铁路隧道内落石检测与报警装置的图像采集器结构示意图；

图4为本发明一种铁路隧道内落石检测与报警装置的信号机结构示意图；

图5为本发明一种铁路隧道内落石检测与报警装置的工作原理图。

主要元件符号说明。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1至5，所示为本发明第一实施例中的一种铁路隧道内落石检测与报警装置，包括柔性防护网1、图像采集器2、压力传感器3、信号机4、滑动杆5。

如图1所示，所述的柔性防护网1安装在整个铁路隧道洞身，且紧贴洞身，用于感应隧道洞身掉下来的落石，压力传感器3安装在柔性防护网1上，用于检测柔性防护网1上产生的拉力情况，滑动杆5安装在洞身内侧上，且紧贴柔性防护网1，在柔性防护网1上每隔40厘米安装一个压力传感器3，滑动杆5横穿整个洞身，且每隔1米安装一根滑动杆5，每一根滑动杆5下方悬挂图像采集器2，图像采集器2沿着滑动杆5滑动，用于采集隧道内落石的图像信息，信号机4安装在隧道洞口顶部，用于搜索该隧道内所有图像采集器2采集到的图像信息，并将该信息和隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心。

如图2所示，所述的滑动杆5由滑槽6、第一马达7、传送带8、第二马达9、zigbee终端节点10、第一控制电路板11组成，在滑动杆5底面开出滑槽6，滑槽6的宽度比图像采集器2的第一拉杆13的直径大2毫米，滑槽6的两头距滑动杆5的两头均为50厘米，使得图像采集器2的第一拉杆13能透过滑槽6与传送带8连接，滑槽6两端分别安装第一马达7、第二马达9，传送带8布置在第一马7达与第二马达9之间，zigbee终端节点10、第一控制电路板11安装在滑动杆5内部，第一控制电路板11用于接收并处理压力传感器3发送来的信息，并控制zigbee终端节点10将该信息发送到图像采集器2，同时，第一控制电路板11控制第一马达7和第二马达9带动传送带8的转动，同时，将图像采集器2悬挂在传送带8上，由传送带8带动图像采集器2在滑动杆5上移动，便于图像采集器2滑动到相应的位置采集图像。

所述的第一控制电路板11采用stc89c52作为内核。

如图3所示，所述的图像采集器2由第一塑料盒12、第一拉杆13、第二控制电路板14、第二拉杆15、高清摄像头16、步进电机17、第一蓄电池18、zigbee路由器19组成，第一拉杆13的一头与第一塑料盒12连接，另一头穿过滑槽6与传送带8连接，由传送带带动第一拉杆13的移动，从而带动第一塑料盒12在滑动杆5上移动，且第一拉杆13能随着传送带从滑槽6的两端来回移动，第二控制电路板14、步进电机17、第一蓄电池18、zigbee路由器19安装在第一塑料盒12内部，第二拉杆15连接高清摄像头16与步进电机17的转轴，第一蓄电池18为第二控制电路板14、高清摄像头16、步进电机17、zigbee路由器19供电，zigbee路由器19接收zigbee终端节点10发送来的压力传感器3检测到的拉力信息，并将该信息传送给第二控制电路板14处理，第二控制电路板14控制步进电机17转动和高清摄像头16工作，由步进电机17带动高清摄像头16做360度旋转拍摄采集压力传感器3检测到的拉力点，同时，第二控制电路板14控制zigbee路由器19将高清摄像头16采集到的图片信息发送给信号机。

所述的第二控制电路板14采用stm32f104作为内核。

所述的高清摄像头16采用索尼公司的红外线夜视探头。

如图4所示，所述的信号机4由第二塑料盒20、zigbee协调器21、第三控制电路板22、gprs模块23、gps模块24、第二蓄电池25组成，第二塑料盒20安装在隧道洞口顶部，zigbee协调器21、第三控制电路板22、gprs模块23、gps模块24、第二蓄电池25安装在第二塑料盒20内部，第二蓄电池25为zigbee协调器21、第三控制电路板22、gprs模块23、gps模块24供电，gps模块24用于定位相应隧道的地理位置，并将该地理位置信息传输至第三控制电路板22，zigbee协调器21用于接收zigbee路由器19传来的图像信息，并将该信息传输给第三控制电路板22，第三控制电路板22控制gprs模块23将该图片信息以及相应隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心。

所述的第三控制电路板22采用stm32f104作为内核。

本发明的工作原理与工作过程如下：

如图5所示，当洞身有落石落到柔性防护网上时，对柔性防护网1产生拉力，压力传感器3检测到柔性防护网1被拉动后，将该信息发送至第一控制电路板11，第一控制电路板11控制zigbee终端节点10向zigbee路由器19发送压力传感器3检测到的拉力信息以及压力传感器3所处的点，同时控制第一马达7、第二马达9带动传送带转动，进而带动图像采集器2的高清摄像头16移动到压力传感器3检测到的拉力信息所在的位置，由第二控制电路板14控制步进电机17转动，带动高清摄像头16旋转拍摄该位置的落石状况，并将该信息传送给第二控制电路板14，第二控制电路板14控制zigbee路由器19将高清摄像头16拍摄到的图像信息发送到信号机4上的zigbee协调器21，并传输给第三控制电路板22，同时，gps模块24对应的隧道的地理位置信息传输至第三控制电路板22，由第三控制电路板22控制gprs模块23将该图片信息以及相应隧道的地理位置信息发送至铁路调度中心，由铁调度中心分析判断该处的落石能否对列车造成影响。