无线缆的路基竖向位移预警系统技术方案

一种无线缆、可长期独立工作的路基竖向位移预警系统，包括多个竖向变形无线感知传感器、至少一监测基站、后台服务器和预警装置；竖向变形无线感知传感器沿路基纵向间隔水平布置；监测基站与其覆盖范围内的各竖向变形无线感知传感器无线通讯；后台服务器与监测基站无线通讯；预警装置与后台服务器通讯。进一步地，竖向变形无线感知传感器低功耗自供电，与监测基站之间无线通讯，且不需供电及通讯线缆，体积小，安装简便，安装后不需额外保护，价格低廉，可实现至少五年的长期独立工作，彻底解决常规监测系统线缆易损坏的难题。本实用新型专利技术可获得路基竖向变形位移量并进行预警。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及铁路工程、公路工程的路基沉降、隆起等竖向不均匀变形监测，尤其涉及一种无线缆、可长期独立工作的路基竖向位移预警系统，特别适用于高速铁路路基的监测。
技术介绍
路基不均匀沉降或隆起是高速铁路工程中最常见的病害之一，路基的不均匀沉降或隆起直接影响着高速列车的运行安全，决定着高速列车乘客的安危。目前对于高速铁路路基监测的技术还主要集中于建设期间为保证路基施工质量进行的沉降监测，而对于影响列车行车安全的沿线路纵向的路基沉降、冻胀等变形还缺乏有效的监测方法。同时，大多数监测仪器精度较低、环境适应能力差、自动化程度低、可操作性不强，并且基本上是人工值守监测，这不仅会因监测人员的操作引起误差，还对其人身安全造成较大的威胁，虽然目前也有如自动化全站仪动态监测系统等隧道实时监测系统，但这些监测仪器或监测系统往往价格昂贵、仪器或线缆易损坏，在工程实际中难以大量推广应用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于提供一种简便、快速高效、自动化程度高的无线缆的路基竖向位移预警系统。为解决上述技术问题，本技术提出一种无线缆、可长期独立工作的路基竖向位移预警系统，包括多个竖向变形无线感知传感器、至少一监测基站、后台服务器和预警装置；多个竖向变形无线感知传感器沿路基纵向间隔水平布置；所述监测基站与其覆盖范围内的各竖向变形无线感知传感器无线通讯，以获取各竖向变形无线感知传感器测得的数据并向外传输；后台服务器与所述监测基站无线通讯，用以接收监测基站传输的数据进行处理得到最大竖向位移量，并与规定允许的竖向位移量相比较判断是否进行预警；预警装置与所述后台服务器通讯，在满足预警条件时，由后台服务器控制而进行预警。优选地，所述竖向变形无线感知传感器自供电独立工作以实现各竖向变形无线感知传感器之间以及竖向变形无线感知传感器与所述监测基站之间无线缆安装。优选地，所述竖向变形无线感知传感器包括用以产生倾角数据模拟信号的低功耗倾角传感芯片、用以将所述倾角数据模拟信号转换成数字信号的信号转换模块、用以对所述数字信号进行处理的处理器、用以将所述数字信号传输给外界的数据传输模块，以及用以供电的电池；所述低功耗倾角传感芯片通过所述信号转换模块连接所述处理器，所述数据传输模块连接所述处理器；所述处理器包括处理器本体和时钟单元，所述时钟单元由所述电池持续供电，所述时钟单元控制所述电池以设定时间间隔交替开启或关闭对所述低功耗倾角传感芯片、信号转换模块、处理器本体和数据传输模块的电力供应。优选地，所述竖向变形无线感知传感器为矩形体结构。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果:本技术根据沿路基纵向间隔水平布置的多个竖向变形无线感知传感器对竖向变化量的感知，可获得路基不同位置间的竖向不均匀变形位移量，并可在数据不符合规定允许值时进行预警，监测简便、快速高效；竖向变形无线感知传感器可自动监测路基的不均匀沉降或隆起，无需人为介入测量，不存在人为测量造成的人为误差，数据可靠，精度高，数据可实现实时远程无线传输，自动化程度高；本技术能实时监测铁路、公路尤其是高速铁路路基的不均匀沉降或隆起情况。进一步地，竖向变形无线感知传感器为自供电低功耗的独立工作单元，可实现竖向变形无线感知传感器之间以及竖向变形无线感知传感器与监测基站之间的无线缆安装，价格低廉，安装简便，安装后不需额外保护，可实现至少五年的长期工作，解决线缆易损坏的难题。【附图说明】图1是本技术无线缆的路基竖向位移预警系统实施例的结构框图。图2是本技术无线缆的路基竖向位移预警系统实施例中竖向变形无线感知传感器的结构框图。图3是本技术多个竖向变形无线感知传感器排布于高速铁路路基底座板的示意图。图4是闻速铁路路基沉降时的结构不意图。图5是高速铁路路基最大允许沉降量的计算原理示意图。其中，附图标记说明如下:1、竖向变形无线感知传感器；11、低功耗倾角传感芯片；12、信号转换模块；13、处理器；14、数据传输模块；15、电池；2、监测基站；21、电池模块；22、控制模块；23、通讯模块；3、后台服务器；4、预警装置；5、高速铁路路基；51、沉降区域；6、底座板；7、充填层；8、轨道板。【具体实施方式】为了进一步说明本技术的原理和结构，现结合附图对本技术的优选实施例进行详细说明。本技术提供一种无线缆、可长期独立工作的竖向位移预警系统，适用于铁路、公路等路基竖向变形位移的测试预警，竖向变形包括沉降、隆起等。本技术尤其适用于高速铁路路基竖向变形位移量的测试及预警。首先参阅图1，先介绍本技术无线缆的路基竖向位移预警系统一实施例的结构。该预警系统主要包括监测基站2、多个竖向变形无线感知传感器1、后台服务器3及预警装置4。监测基站2与竖向变形无线感知传感器I无线通讯，根据监测基站2的覆盖范围大小及竖向变形无线感知传感器I的数量，监测基站2可设置为一个或多个。后台服务器3与监测基站2无线通讯，预警装置4与后台服务器3通讯。竖向变形无线感知传感器I自供电独立工作，使得各竖向变形无线感知传感器I之间以及竖向变形无线感知传感器I与监测基站2之间为无线缆安装，竖向变形无线感知传感器I与监测基站2之间不需供电及通讯线缆，避免传统技术中线缆易损坏的难题。竖向变形无线感知传感器I为单个独立的单元，安装简便，安装后不需额外保护，价格低廉。具体地，参阅图2，竖向变形无线感知传感器I包括用以产生倾角数据模拟信号的低功耗倾角传感芯片11、用以将低功耗倾角传感芯片11的倾角数据模拟信号转换成数字信号的信号转换模块12、用以对数字信号进行处理的处理器13、用以将经处理的数字信号传输给外界的数据传输模块14，以及用以供电的电池15 ;低功耗倾角传感芯片11通过信号转换模块12连接处理器13，数据传输模块14连接处理器13 ;处理器13包括处理器本体(图中未示出)和时钟单元(图中未示出)，时钟单元由电池15持续供电,时钟单元控制电池15以设定时间间隔交替开启或关闭对低功耗倾角传感芯片11、信号转换模块12、处理器本体和数据传输模块14的电力供应。竖向变形无线感知传感器I功耗低，其自身的电池可以使其实现在外长期工作，工作寿命可达五年以上。监测基站2大致包括电池模块21、用以与竖向变形无线感知传感器I进行数据传输的控制模块22和用以将接收到的竖向变形无线感知传感器I的倾角数据向外传输的通讯模块23，控制模块22连接通讯模块23。电池模块21用以为监测基站2本身供电。通讯模块23为无线通讯模块，例如GPRS模块等，通过无线传输的方式向后台服务器3传输由竖向变形无线感知传感器I发送过来的倾角数据。监测基站2对其覆盖范围内的各竖向变形无线感知传感器I的倾角数据进行收集，并统一转发至后台服务器3。后台服务器3为数据处理中心，根据监测基站2传回的倾角数据进行处理得到路基竖向不均匀变形情况，具体可通过连续地分段计算竖向位移量，得到区段最大竖向位移量，并与规定允许的竖向位移量相比较，以判断是否需要进行预警。预警装置4可为警报器，其根据后台服务器3的控制进行预警，当满足预警条件时，即区段最大竖向位移量超过了规定的允许竖向位移量时，预警装置4进行预警。参阅图3，本技术的预警系统在对路基进行测试时，使多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线缆、可长期独立工作的路基竖向位移预警系统，其特征在于，包括：多个竖向变形无线感知传感器，沿路基纵向间隔水平布置；至少一监测基站，所述监测基站与其覆盖范围内的各竖向变形无线感知传感器无线通讯，以获取各竖向变形无线感知传感器测得的数据并向外传输；后台服务器，与所述监测基站无线通讯，用以接收监测基站传输的数据进行处理得到最大竖向位移量，并与规定允许的竖向位移量相比较判断是否进行预警；预警装置，与所述后台服务器通讯，在满足预警条件时，由后台服务器控制而进行预警。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王建松，刘庆元，廖小平，朱本珍，熊晋，高和斌，李龙飞，丁惠祥，黄波，聂彪，
申请(专利权)人：中铁西北科学研究院有限公司深圳南方分院，
类型：新型
国别省市：广东;44