一种铁路线路钢轨平直度监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种铁路线路钢轨平直度监测系统及方法，所述系统包括用于实时采集钢轨动态数据的监测装置、用于进行钢轨状态数据处理和显示的服务器终端以及用于将监测装置采集的数据传输至服务器终端的网关，监测装置经网关向服务器终端传输数据；所述监测装置包括设置在钢轨腰部的目标板以及设置在铁路两侧与目标板相对应、用于采集目标板变化量的激光模组，激光模组通过RS485与网关进行数据通信，网关通过数据总线与服务器终端连接。本发明专利技术能够及时准确地获取钢轨的精确的实时物理形变数据，实现了对铁路线路钢轨平直度的精准实时监控，最大限度地消除了由于人为监测造成的时延从而导致的不必要的安全事故风险，为铁路线路的安全运行提供保障。

A Rail Straightness Monitoring System and Method for Railway Lines

The invention discloses a rail straightness monitoring system and method for railway lines. The system includes a monitoring device for real-time acquisition of rail dynamic data, a server terminal for processing and displaying rail state data, and a gateway for transmitting data collected by the monitoring device to the server terminal, and a monitoring device. The monitoring device includes a target plate set at the waist of the rail and a laser module set on both sides of the railway corresponding to the target plate for collecting the change of the target plate. The laser module communicates with the gateway through RS485, and the gateway connects with the server terminal through the data bus. Answer. The invention can acquire accurate real-time physical deformation data of rails in time and accurately, realize accurate real-time monitoring of rail straightness of railway lines, eliminate unnecessary safety accident risk caused by time delay caused by artificial monitoring to the greatest extent, and provide guarantee for safe operation of railway lines.

【技术实现步骤摘要】
一种铁路线路钢轨平直度监测系统及方法
本专利技术涉及铁路安全生产
，特别是一种用于监测铁路线路钢轨平直度的系统及方法。
技术介绍
近年来，随着铁路大提速和重载运输的不断发展，我国铁路运输的运营条件发生了较大变化。伴随着全路运输生产力布局的调整，安全工作便会面临许多新情况的出现，因此加强铁路安全管理，适应铁路大面积提速的要求，做到运输、施工兼顾，才能够确保铁路行车的安全。钢轨作为铁路轨道的主要组成部件，主要用于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并将压力传递到轨枕上。钢轨在铺设过程中要求必须能够为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，如果钢轨不合格，便会引起后果十分严重的行车事故。因此，对于钢轨的检测测量显得相当重要。另外，钢轨在投运一段时间后，需要定期进行检测维护，以保证其平整度。目前，铁路施工过程中对线路钢轨的检测手段主要还是依靠人力来完成。检测钢轨平整度时，作业人员携带检测设备，上线对需检测区域进行人工检测，记录数据，通常检测队伍配备2-3人不等。这种检测方式存在以下缺陷：1）具有很大的延时性，过于依靠人为组织，难以进行实时的监控；2）只能进行静态检测，无法对运行当中的钢轨状态进行检测；3）无法进行即将到来危险的及时预警，一旦未能及时检测出问题所在就容易造成安全事故；4）人工检测大多采用卡尺等工具完成测量，误差较大，统计繁琐。为了最大限度的防范或消除人为原因造成不必要的安全事故隐患，急需一种新的系统对铁路线路钢轨平直度进行实时定位和预警防护。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种铁路线路钢轨平直度监测系统及方法，对线路钢轨平直度进行实时精准定位和及时预警，以便能够及时发现并消除由于铁路钢轨发生形变而造成不必要的安全事故隐患，为铁路安全运行提供可靠保障。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种铁路线路钢轨平直度监测系统，包括用于实时采集钢轨动态数据的监测装置、用于进行钢轨状态数据处理和显示的服务器终端以及用于将监测装置采集的数据传输至服务器终端的网关，监测装置经网关向服务器终端传输数据；所述监测装置包括设置在钢轨腰部的目标板以及设置在铁路两侧与目标板相对应、用于采集目标板变化量的激光模组，激光模组通过RS485与网关进行数据通信，网关通过数据总线与服务器终端连接。上述一种铁路线路钢轨平直度监测系统，所述激光模组包括第一MCU数据处理模块、第一电源模块、用于测量目标板距离的激光数据模块和用于测量目标板偏移角度的角度感知模块；所述第一电源模块、激光数据模块、角度感知模块分别与第一MCU数据处理模块电连接。上述一种铁路线路钢轨平直度监测系统，所述网关包括第二MCU数据处理模块、第二电源模块和网络连接模块，所述第二电源模块、网络连接模块分别与第二MCU数据处理模块电连接。上述一种铁路线路钢轨平直度监测系统，所述服务器终端包括主控制模块、数据接收模块、数据解析模块、数据存储模块、显示模块和电源模块，所述数据接收模块、数据解析模块、数据存储模块、显示模块、电源模块分别与主控制模块电连接。上述一种铁路线路钢轨平直度监测系统，所述第一MCU数据处理模块、第二MCU数据处理模块的型号均为STM32系列MCU。上述一种铁路线路钢轨平直度监测系统，所述服务器终端与网关之间设置有保证系统稳定运行的核心交换机。上述一种铁路线路钢轨平直度监测系统，所述目标板为三棱形状结构，目标板与钢轨的安装面为平面。一种铁路线路钢轨平直度监测方法，具体包括以下步骤：A.确定铁路两侧位置，等距离安装激光模组，并在铁路钢轨的腰部与激光模组对应的位置固定目标板；将各激光模组通过RS485通信线缆与网关连接建立数据通信，网关通过数据总线与服务器终端连接；B.每个激光模组分别发出三个激光束来监测目标板位置的变化，并将监测到的数据信号经网关传输至服务器终端；C.服务器终端分析检测数据，计算获得钢轨移动的距离以及方位，并根据初始设定值和告警阈值，发出报警信息。上述一种铁路线路钢轨平直度监测方法，步骤B中所述激光模组对目标板位移进行监测时通过激光测距进行的，具体方法如下：B1.设定，光以速度c在空气中传播于A、B两点间，往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离L可用下列表示L=ct/2式中，L——A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B一次所需的时间；设定，激光模组发射出的激光与目标板之间的夹角为α，则激光的垂直照射距离与AB两点间实测距离的关系为，cosα=/L式中，为激光垂直照射的距离，L为AB两点间激光测量的实际数值；B2.控制每个激光模组分别向与之对应的目标板发射三道激光束，此时设定三道激光束投射到目标板（5）上的激光点分别为a1、a2、a3，三道激光束呈三角形状排列，测量各激光点的实际位置坐标，当a1、a2、a3同时发生变化，且a1、a2、a3数值变化范围相同，判定该监测点在X轴、Y轴或Z轴方向上发生均匀偏移；当a1、a2、a3有一个或者是多个监测数值发生变化，且数值变化范围不相同，则判定该监测点发生非均匀偏移，具体变化方向可根据实际三个激光点的数值增大或减小来判定。上述一种铁路线路钢轨平直度监测方法，所述激光点的实际位移距离根据下式计算获得，tanθ=Δ/s式中，θ为目标板已知角度，Δ为激光实际测量的距离变化值，s为激光点实际位移值。由于采用了以上技术方案，本专利技术所取得技术进步如下。本专利技术通过均匀布置在铁路两侧的激光模组对固定在钢轨腰部的目标板进行测距和动态跟踪，可以达到很高的精度、稳定性和稳定性，误差通常在±1mm，能够及时准确地获取钢轨的精确的实时物理形变数据，从而实现对铁路线路钢轨平直度进行精准实时监控；一旦钢轨超范围形变，服务器终端则立即自动发出告警信号发出警报，可使监控人员第一时间得到安全警报、立即采取相应措施，最大限度地消除由于人为监测造成的时延从而导致的不必要的安全事故风险，并对即将有可能发生的安全隐患进行及时预警，减少事故发生隐患，为铁路线路的安全运行提供保障。附图说明图1为本专利技术所述系统构成示意图；图2为本专利技术所述激光模组的电气原理框图；图3为具体实施例中所述激光模组的电路图；图4为本专利技术所述网关的电气原理框图；图5为具体实施例中所述网关的电路图；图6为本专利技术所述服务器终端的电气原理框图；图7为具体实施例中所述服务器终端的电路图；图8为本专利技术所述目标板的结构示意图。其中：1-服务器终端，2-核心交换机，3-网关，4-激光模组，5-目标板。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。一种铁路线路钢轨平直度监测系统，包括监测装置、核心交换机2、网关3以及服务器终端1，监测装置用于实时采集钢轨的动态数据，网关3用于将监测装置采集的数据传输至服务器终端，服务器终端1用于对监测装置监测到的钢轨状态数据进行处理和显示。本专利技术中，网关和监测装置配套设置，整个铁路线路钢轨可设置多套网关和监测装置，而服务器终端则仅设置一台，服务器终端可连接多个网关，此种状态下，可通过在网关和服务器终端之间设置核心交换机2来保证系统运行的稳定性。核心交换机2的选择取决于监测装置的数量及刷新率。核心交换机2的层数由监测装置的个数决定：若监测装置个数为几个或几十个、且分布集中，则不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：包括用于实时采集钢轨动态数据的监测装置、用于进行钢轨状态数据处理和显示的服务器终端（1）以及用于将监测装置采集的数据传输至服务器终端的网关（3），监测装置经网关向服务器终端传输数据；所述监测装置包括设置在钢轨腰部的目标板（5）以及设置在铁路两侧与目标板相对应、用于采集目标板变化量的激光模组（4），激光模组（4）通过RS485与网关（3）进行数据通信，网关（3）通过数据总线与服务器终端（1）连接。

【技术特征摘要】
2018.07.16 CN 20182112237931.一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：包括用于实时采集钢轨动态数据的监测装置、用于进行钢轨状态数据处理和显示的服务器终端（1）以及用于将监测装置采集的数据传输至服务器终端的网关（3），监测装置经网关向服务器终端传输数据；所述监测装置包括设置在钢轨腰部的目标板（5）以及设置在铁路两侧与目标板相对应、用于采集目标板变化量的激光模组（4），激光模组（4）通过RS485与网关（3）进行数据通信，网关（3）通过数据总线与服务器终端（1）连接。2.根据权利要求1所述的一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：所述激光模组（4）包括第一MCU数据处理模块、第一电源模块、用于测量目标板距离的激光数据模块和用于测量目标板偏移角度的角度感知模块；所述第一电源模块、激光数据模块、角度感知模块分别与第一MCU数据处理模块电连接。3.根据权利要求2所述的一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：所述网关（3）包括第二MCU数据处理模块、第二电源模块和网络连接模块，所述第二电源模块、网络连接模块分别与第二MCU数据处理模块电连接。4.根据权利要求3所述的一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：所述服务器终端（1）包括主控制模块、数据接收模块、数据解析模块、数据存储模块、显示模块和电源模块，所述数据接收模块、数据解析模块、数据存储模块、显示模块、电源模块分别与主控制模块电连接。5.根据权利要求4所述的一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：所述第一MCU数据处理模块、第二MCU数据处理模块的型号均为STM32系列MCU。6.根据权利要求1至5任一项所述的一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：所述服务器终端（1）与网关（3）之间设置有保证系统稳定运行的核心交换机（2）。7.根据权利要求6所述的一种铁路线路钢轨平直度监测系统，其特征在于：所述目标板为三棱形...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋长会，林哲玥，陈培浩，郭兴，胡新禹，高哲，翟晓萍，
申请(专利权)人：宋长会，
类型：发明
国别省市：北京,11