铁路安全监测系统和监测方法技术方案

一种铁路安全监测系统和监测方法，该系统包括铁路沿线设置的一个及以上的相位敏感光时域反射计、相应的数据处理单元、同轴电缆、第一网络光电收发器、沿铁路线的通信光缆、第二网络光电收发器和一个服务器，本发明专利技术采用现有的通信光缆监测铁路安全，具有成本低廉、无源分布式探测、防电磁干扰等优势。本发明专利技术不仅将极大推动铁路光电缆安全监测系统领域的发展，也为铁路行车、基础设施安全、非法授权施工监测提供了很好的保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁路安全，特别是一种铁路安全监测系统和监测方法。
技术介绍
随着我国铁路事业的发展，铁路行车安全及通信的重要性越来越显著。铁路通信光电缆的安全状况关系到整个铁路运输的正常运营。然而，铁路沿线的非法或违规施工等常会引起铁路通信光电缆的断裂。传统上，多采用人工巡视的方式，效率低，且受到巡视人员的责任意识等多方面的因素影响，巡视效果有限。现有技术一【闵永智，党建武，张雁鹏.铁路信号电缆断线故障在线监测与定位方法研究.计算机测量与控制,20(4):910-913,2012.】通过测量阻抗的原理实现对备用电缆的在线监测，能够及时、准确的发现信号电缆的断线等故障，但该方式只能对铁路通信电缆进行故障定位，却无法检测通信光缆的状态。现有技术二【赵庶旭，孙守川，党建武，基于改进的二次相关的铁路信号区间电缆故障检测，数据采集与处理，Vol.29,No.5:815-820,2014】通过建立序列时序反射法/扩展频域时域反射法(STDR/SSTDR)的检测模型，实现铁路信号电缆开路、短路等故障的检测，解决了长距离下的精度问题。但是依然只能对铁路通信电缆进行故障检测，无法检测通信光缆的状态。现有技术三【ZhengqingPan,KezhenLiang,QingYe,HaiwenCai,RonghuiQu,ZujieFang.Phase-sensitiveOTDRsystembasedondigitalcoherentdetection.SPIE-OSA-IEEE/Vol.8311】提出了数字解调的相位敏感光时域反射计及幅度、相位信息的解调公式，但并未将相位敏感光时域反射计应用于铁路安全监测。此外，光时域反射计(OTDR)常用于通信光缆故障的定位。现有检测技术大多只能对通信光缆或者电缆单独进行故障检测和定位。同时，这些技术均在故障发生后发挥作用，而无法为光电缆故障的预防提供信息。
技术实现思路
为了克服上述在先技术的缺点，本专利技术的目的在于，提出一种铁路安全监测系统和监测方法，该监测系统采用现有的通信光缆监测铁路安全，具有成本低廉、无源分布式探测、防电磁干扰等优势。本专利技术不仅将极大推动铁路光电缆安全监测系统领域的发展，也为铁路行车、基础设施安全、非法授权施工监测提供了很好的保障。本专利技术的技术解决方案如下：一种铁路安全监测系统，其特点在于，该系统包括铁路沿线设置的一个及以上的相位敏感光时域反射计、相应的数据处理单元、同轴电缆、第一网络光电收发器、沿铁路线的通信光缆、第二网络光电收发器和一个服务器，所述的相位敏感光时域反射计的光学端口与沿铁路线的传感光纤相连；所述的相位敏感光时域反射计的输出端口通过同轴电缆与所述的数据处理单元的数据采集端口相连，所述的数据处理单元的输出端通过第一网络光电收发器、沿铁路线的通信光缆、第二网络光电收发器与所述的服务器的网络端口相连，所述的服务器通过所述的通信光缆与铁路沿线的各车站相通。所述的相位敏感光时域反射计是双光学端口相干探测结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第五光纤耦合器、脉冲调制器、第一光纤环行器、第二光纤环行器、第一双平衡光电探测器和第二双平衡光电探测器，其连接关系如下：所述的激光器输出的激光经第一光纤耦合器分别连接到第四光纤耦合器的一输入端和第二光纤耦合器，第二光纤耦合器的两输出端分别连接到第五光纤耦合器的一个输入端和脉冲调制器，该脉冲调制器的输出端经第三光纤耦合器分别连接到第一光纤环行器的a端口和第二光纤环行器的a端口，第一光纤环行器的b端口、第二光纤环行器的b端口分别为第一光学端口、第二光学端口，所述的第一光纤环行器的c端口连接到第四光纤耦合器的另一个输入端，第二光纤环行器的c端口连接第五光纤耦合器的另一输入端口；第四光纤耦合器的输出连接第一双平衡光电探测器，第五光纤耦合器的输出连接第二双平衡光电探测器，第一双平衡光电探测器电学输出端口连接第一同轴电缆，第二双平衡光电探测器的电学输出端口连接第二同轴电缆。所述的相位敏感光时域反射计是单光学端口相干探测结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器、第一光纤耦合器、第四光纤耦合器、脉冲调制器、第一光纤环行器和第一双平衡光电探测器，所述的激光器输出的激光经第一光纤耦合器分别连接到第四光纤耦合器的一输入端和脉冲调制器，该脉冲调制器的输出端连接到第一光纤环行器的a端口，第一光纤环行器的b端口为光学端口，第一光纤环行器的c端口连接第四光纤耦合器的另一输入端，第四光纤耦合器的输出端连接第一双平衡光电探测器，第一双平衡光电探测器的电学输出端口通过第一同轴电缆与所述的与所述的数据处理单元的数据采集端口相连。所述的相位敏感光时域反射计采用双光学端口直接探测结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器、脉冲调制器、第三光纤耦合器、第一光纤环行器、第二光纤环行器、第一普通光电探测器和第二普通光电探测器，所述的激光器输出的激光经脉冲调制器连接到第三光纤耦合器的输入端，第三光纤耦合器的两个输出端分别连接到第一光纤环行器的a端口和第二光纤环行器的a端口，第一光纤环行器的b端口和第二光纤环行器的b端口分别连接第一光学端口、第二光学端口，第一光纤环行器的c端口和第二光纤环行器的c端口分别连接第一普通光电探测器和第二普通光电探测器，第一普通光电探测器的电学输出端口和第二普通光电探测器的电学输出端口分别连接第一同轴电缆、第二同轴电缆。所述的相位敏感光时域反射计采用双光学端口相干探测与直接探测并用结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器、第一光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、脉冲调制器、第一光纤环行器、第二光纤环行器、第一双平衡光电探测器和第二普通光电探测器，所述的激光器输出的激光经第一光纤耦合器分别连接到第四光纤耦合器的一个输入端和脉冲调制器的输入端，所述的脉冲调制器的输出端经第三光纤耦合器分别连接到第一光纤环行器的a端口、第二光纤环行器的a端口，第一光纤环行器的b端口、第二光纤环行器的b端口分别连接第一光学端口、第二光学端口，第一光纤环行器的c端口和第二光纤环行器的c端口分别连接到第四光纤耦合器的另一输入端和第二普通光电探测器的输入端，第四光纤耦合器的输出端连接第一双平衡光电探测器，第一双平衡光电探测器的电学输出端口和第二普通光电探测器的电学输出端口分别连接第一同轴电缆、第二同轴电缆。利用上述的铁路安全系统进行铁路安全的监测方法，该方法主要包括4个步骤：1)所述的相位敏感光时域反射计通过光学端口向所述的传感光纤发射探测光脉冲，发射时刻记作τ0，记录从传感光纤沿线返回的瑞利散射光；根据散射光的返回时间τ计算出对应的散射点位置z＝(τ-τ0)c/(2n0)，其中c/n0为光波在光纤中的传输速度；所述的相位敏感光时域反射计通过重复发送探测光脉冲，记录所述的传感光纤的瑞利散射光的时间变化，对应的电信号为I(z,t)，t为探测光脉冲的发送时刻，相邻脉冲的时间间隔Δt与传感距离L有如下关系：Δt＜2n0L/c；2)所述的数据处理单元对采集到的电信号I(z,t)进行解调，按下列方程重建振动信号：其中等于拍频信号的载波频率；3)所述的数据处理单元对解调的信号进行分析：首先，所述的数据处理单元需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路安全监测系统，其特征在于，该系统包括铁路沿线设置的一个及以上的相位敏感光时域反射计(1)、相应的数据处理单元(2)、同轴电缆(201)、第一网络光电收发器(203)、沿铁路线的通信光缆(4)、第二网络光电收发器(301)和一个服务器(3)，所述的相位敏感光时域反射计(1)的光学端口(101)与沿铁路线的传感光纤(5)相连；所述的相位敏感光时域反射计(1)的输出端口通过同轴电缆(201)与所述的数据处理单元(2)的数据采集端口相连，所述的数据处理单元(2)的输出端通过第一网络光电收发器(203)、沿铁路线的通信光缆(4)、第二网络光电收发器(301)与所述的服务器(3)的网络端口相连，所述的服务器(3)通过所述的通信光缆(4)与铁路沿线的各车站相通。

【技术特征摘要】
1.一种铁路安全监测系统，其特征在于，该系统包括铁路沿线设置的一个及以上的相位敏感光时域反射计(1)、相应的数据处理单元(2)、同轴电缆(201)、第一网络光电收发器(203)、沿铁路线的通信光缆(4)、第二网络光电收发器(301)和一个服务器(3)，所述的相位敏感光时域反射计(1)的光学端口(101)与沿铁路线的传感光纤(5)相连；所述的相位敏感光时域反射计(1)的输出端口通过同轴电缆(201)与所述的数据处理单元(2)的数据采集端口相连，所述的数据处理单元(2)的输出端通过第一网络光电收发器(203)、沿铁路线的通信光缆(4)、第二网络光电收发器(301)与所述的服务器(3)的网络端口相连，所述的服务器(3)通过所述的通信光缆(4)与铁路沿线的各车站相通。2.根据权利要求1所述的铁路安全监测系统，其特征在于，所述的相位敏感光时域反射计是双光学端口相干探测结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器(1_1)，第一光纤耦合器(1_2)、第二光纤耦合器(1_3)、第三光纤耦合器(1_5)、第四光纤耦合器(1_12)、第五光纤耦合器(1_22)，脉冲调制器(1_4)，第一光纤环行器(1_11)、第二光纤环行器(1_21)，第一双平衡光电探测器(1_13)、第二双平衡光电探测器(1_23)，其连接关系如下：所述的激光器(1_1)输出的激光经第一光纤耦合器(1_2)，分别连接到第四光纤耦合器(1_12的一输入端和第二光纤耦合器(1_3)，第二光纤耦合器(1_3)的两输出端分别连接到第五光纤耦合器(1_22)的一输入端和脉冲调制器(1_4)，脉冲调制器(1_4的输出端经第三光纤耦合器(1_5)分别连接到第一光纤环行器(1_11)的a端口和第二光纤环行器(1_21)的a端口，第一光纤环行器(1_11)的b端口、第二光纤环行器(1_21)的b端口分别为第一光学端口(101)、第二光学端口(102)，所述的第一光纤环行器(1_11)的c端口连接到第四光纤耦合器(1_12)的另一输入端，第二光纤环行器(1_21)的c端口连接第五光纤耦合器(1_22)的另一输入端口；第四光纤耦合器(1_12)的输出连接第一双平衡光电探测器(1_13)，第五光纤耦合器(1_22)的输出连接第二双平衡光电探测器(1_23)，第一双平衡光电探测器(1_13)电学输出端口连接第一同轴电缆(201)，第二双平衡光电探测器(1_23)的电学输出端口连接第二同轴电缆(202)。3.根据权利要求1所述的所述的铁路安全监测系统，其特征在于，所述的相位敏感光时域反射计是单光学端口相干探测结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器(1_1)，第一光纤耦合器(1_2)、第四光纤耦合器(1_12)、脉冲调制器(1_4)、第一光纤环行器(1_11)和第一双平衡光电探测器(1_13)，所述的激光器输出的激光经第一光纤耦合器分别连接到第四光纤耦合器的一输入端和脉冲调制器，该脉冲调制器的输出端连接到第一光纤环行器的a端口，第一光纤环行器的b端口为光学端口(101)，第一光纤环行器的c端口连接第四光纤耦合器(1-12)的另一输入端，第四光纤耦合器的输出端连接第一双平衡光电探测器(1-13)，第一双平衡光电探测器的电学输出端口通过第一同轴电缆(201)与所述的与所述的数据处理单元(2)的数据采集端口相连。4.根据权利要求1所述的所述的铁路安全监测系统，其特征在于，所述的相位敏感光时域反射计采用双光学端口直接探测结构的相位敏感光时域反射计，包括激光器(1_1)、脉冲调制器(1_4)、第三光纤耦合器(1_5)、第一光纤环行器(1_11)、第二光纤环行器(1_21)、第一普通光电探测器(1_14)和第二普通光电探测器(1_24)，所述的激光器输出的激光经脉冲调制器连接到第三光纤耦合器的输入端，第三光纤耦合器的两个输出端分别连接到第一光纤环行器的a端口和第二光纤环行器的a端口，第一光纤环行器的b端口和第二光纤环行器的b端口分别连接第一光学端口、第二光学端口，第一光纤环行器的c端口和第二光纤环行器的c端口分别连接第一普通光电探测器和第二普通光电探测器，第一普通光电探测器的电学输出端口和第二普通光电探测器的电学输出端口分别连接第一同轴电缆、第二同轴电缆...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿荣辉，王照勇，曹玉龙，卢斌，郑汉荣，潘政清，蔡海文，叶青，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，南京派光信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31