预制道床姿态监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种预制道床姿态监测系统和监测方法，监测系统包括监测终端和姿态监测模块，所述姿态监测模块包括姿态传感器及通信单元，所述姿态监测模块安装在预制道床板上，所述姿态监测模块经通信单元将监测数据传递至监测终端。该监测方法，基于姿态监测模块监测的道床板的动态数据和静态数据，计算道床板的性能指标，解决了预制道床动态监测从无到有的问题，并且可以实现静态监测、动态监测，结合静态监测数据和动态监测数据实现道床参数识别、自动化分析、自动化预警、车辆故障预警等功能，实现了预制道床的物联网化，保证车辆运行安全。

【技术实现步骤摘要】
预制道床姿态监测系统及监测方法
本专利技术涉及地铁道床检测
，具体涉及一种预制道床的姿态监测系统及监测方法。
技术介绍
道床为轨道框架的基础，起到支撑轨枕的作用，主要分为浇筑道床和预制道床。预制道床是在工厂预制生产的道床，可现场铺设，模块化程度高，可极大提高铺设速度和道床质量，局部可更换、可升级，维修方便，便于老线路改造，可降低道床全生命周期的成本，是道床未来的发展方向。预制道床的长度一般在3m到6m之间，其整体性较弱，而且道床下表面无法与其下部结构支撑面自然贴合。在非减振地段，预制道床的安装是通过自密实砂浆连通道床与下部结构；在减振地段，预制道床通过不同的减振材料或减振元件作为支撑元件与下部结构连接。支撑结构会影响道床的使用状态和寿命，不论采取哪种支撑方式，支撑状态直接影响道床的动态响应和道床系统的动态参数，从而会影响道床的安全性、耐久性，进而影响行车的平稳性和安全性。这种支撑状态既包括道床建设阶段的初始状态，也包括运营阶段的工作状态。如果一块道床初始铺设状态不合格，或后期运营状态发生变化，不仅会波及相邻道床板，还会直接影响车辆行驶的安全性。当一块道床板发生支撑损伤后，其承载力将下降，列车载荷将由相邻的道床板承担，从而引起连锁反应，造成道床大面积损坏。因此，对道床健康状态的检测尤为重要。现有技术中，道床健康状态的检测方法包括巡检法、抽检法和传感监测法。巡检法和抽检法靠人工检测，由于预制道床板数量多，巡检法和抽检法的效率过低，对于每块道床进行高时间密度的人工检测并不现实；现有技术中，传感检测法多采用电传感器，在车辆通过道床时，检测道床的动态性能，例如，公开号为CN108226288A的专利公开了一种地铁隧道到道床监测方法，通过在道床断面上安装电加速度传感器、压电传感器，来检测道床脱空量。总的来说，传统监测系统里安装的压电传感器、速度传感器等，在没有振动信号时，没有电压信号，仅能监测振动值，无法监测静态值，光栅传感器、应变计、位移计等仅能观测某个轴向的相对值，无法进行多方向、静态角度的测量。初始和运营状态缺陷会加速支撑条件的恶化，并且逐渐波及相临的预制道床板，在这个发展过程当中，很难通过道床的巡检、支撑材料或支撑元件的抽检确定位置以及影响的程度，当行车平稳性出现明显异常时再进行问题排查不但时间紧、风险大，维修处理的直接成本和时间成本都相当大，如果由此引起了道床结构破坏，轨道断裂等瞬时出现的后果，则会直接影响到行车的安全。同样，在减振地段由于减振支撑系统的个别位置的性能退化、失效也难以用传统的检查方式发现，当影响范围较大时，减振地段整体将失去应有的减振效果，进而引发社会问题。这种状态的缺陷也有可能是由某一列车组所引起，比如某列车辆的悬挂系统、车轮状态出现问题,这种问题有可能会直接引起道床支撑系统的损伤，也可能会引起轨道的异常磨损，而无论是道床支撑系统的损伤还是轨道的异常磨损，又会加重该车辆的动态冲击同时也会影响到其它的车辆，而这种问题也无法通过传统的方式进行监测。综上，目前仍然没有针对预制道床安全、性能、智能运维相关的监测技术和系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于预制道床的监测系统，监测系统针对预制道床模块化、整体性的特点，研究了一种可以监测预制道床的静态特性和动态特性，并将静态特性和动态特性结合，来判断道床及车辆健康度的系统和方法。为解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：预制道床姿态监测系统，包括监测终端和姿态监测模块，所述姿态监测模块包括姿态传感器及通信单元，所述姿态监测模块安装在预制道床板上，所述姿态传感器经通信单元将监测数据传递至监测终端。作为优选，每块预制道床板上均安装有一个姿态监测模块，所述姿态监测模块安装在道床板重心所在的纵向轴线上。作为优选，所述通信单元包括串口转换器和传输电缆，串口转换器输入端与姿态传感器的数据输出端连接，串口转换器输出数据经传输电缆传递至监测终端作为优选，姿态传感器与串口转换器之间进一步设置有单片机控制单元。作为优选，预制道床的一侧设置有电缆支架，所述传输电缆搭接设置在电缆支架上。作为优选，所述姿态监测模块设置在道床板上端面，或，预埋设置道床板内部。作为优选，所述姿态监测模块还包括外壳，所述姿态传感器、单片机控制单元，串口转换器设置在外壳内。本专利技术进一步提供一种预制道床姿态监测方法，包括以下步骤：定义道床板延伸的方向，即车辆行进的方向为x向，垂直地面的方向为z向，与x向和z向相垂直的第三方向为y向；采集道床板的静态姿态数据和动态姿态数据；所述静态姿态数据包括，无过车时，道床板的x向、y向及z向的重力加速度数据，所述动态姿态数据包括车辆经过时，道床板的x向、y向及z向的重力加速度数据；基于重力加速度数据计算各块道床板的加速度矢量；基于重力加速度矢量计算重力加速度矢量角，进一步计算道床板的静态监测指标，包括道床板超高值、纵坡值；基于所述静态监测指标和动态姿态数据生成道床板状态监测结果。作为优选，检测道床板状态的方法包括：设定超高值阈值和纵坡值阈值；判断单块道床板的超高值是否超过超高值阈值，或，纵坡是否超过纵坡值阈值；若是，且发生在道床初始安装后，则判定道床存在施工缺陷；若是，且发生在运营阶段，则判定道床基础发生塑性损伤。作为优选，还包括以下步骤：计算同一车辆经过不同道床板时，道床板各平动方向加速度分量和各转动方向的角速度分量；将该车辆经过第n块道床板的数据分别与第1～i块道床板的数据进行比较，其中，n∈1～i，为整数；设定比较差阈值；若该车辆经过时，第n块道床板至少与两块道床板的比较存在如下情况，则判定该道床板存在故障；若Rx与其他道床板Rx的差超过阈值，则判定该块道床板的基础的纵向参数发生异常，道床板基础存在损伤，其中纵向参数的变化可能表现为道床的刚度、阻尼、粘接力等参数的变化；若Ry与其他道床板Ry的差超过阈值，则判定基础的横向参数发生异常，道床板基础存在损伤，其中横向参数的变化可能表现为道床的刚度、阻尼、粘接力等参数的变化；若Rz与其他道床板Rz的差超过阈值，则判定该块道床板的垂向参数发生异常，道床板基础存在损伤，其中垂向参数的变化可能表现为道床的刚度、阻尼、粘接力等参数的变化；其中，Rx为道床板x向振动，Ry为道床板y向振动，Rz为道床板z向振动。作为优选，还包括以下步骤：在道床支撑状态发生故障时，进一步对故障位置进行定位判断；若该块道床板Rxz,Ryz并无异常,则定位损伤在该板基础靠近重心位置；若该块道床板Rxz同时出现峰值，则定位损伤在道床板基础x向两端位置；若该块道床板Ryz同时出现峰值，则定位损伤在道床板基础y向两侧位置；若该块道床板Rxz,Ryz同时出现异常，则定位损伤在道床板基础角部位置；其中，Rxy为道床板在xy轴向的转动角速度,Rxz为道床板在xz轴向的转动角速度,Ryzn为道床板在yz轴向的转动角速度。作为优选，监测方法还包括以下步骤：计算不同车辆经过相同道床板，道床板的各平动方向加速度分量和转动方向角速度分量；将第v辆车经过第n块道床板的数据分别与第1～i辆车经过第n块道床板的数据进行比较，其中，v∈1～i，为整数；设定比较差阈值；对于同一道床板，若该车辆v经过时与其它车辆经过时存在如下情况，则判定该车辆存在异常；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.预制道床姿态监测系统，其特征在于，包括监测终端和姿态监测模块，所述姿态监测模块包括姿态传感器及通信单元，所述姿态监测模块安装在预制道床板上，所述姿态监测模块经通信单元将监测数据传递至监测终端。

【技术特征摘要】
1.预制道床姿态监测系统，其特征在于，包括监测终端和姿态监测模块，所述姿态监测模块包括姿态传感器及通信单元，所述姿态监测模块安装在预制道床板上，所述姿态监测模块经通信单元将监测数据传递至监测终端。2.如权利要求1所述的预制道床姿态监测系统，其特征在于，每块预制道床板上均安装有一个姿态监测模块，所述姿态监测模块安装在道床板重心所在的纵向轴线上。3.如权利要求1所述的预制道床姿态监测系统，其特征在于，所述通信单元包括串口转换器和传输电缆，串口转换器输入端与姿态传感器的数据输出端连接，串口转换器输出数据经传输电缆传递至监测终端。4.如权利要求3所述的预制道床姿态监测系统，其特征在于，状态传感器与串口转换器之间进一步设置有单片机控制单元。5.如权利要求3所述的预制道床姿态监测系统，其特征在于，预制道床的一侧设置有电缆支架，所述传输电缆搭接设置在电缆支架上。6.如权利要求1所述的预制道床姿态监测系统，其特征在于，所述姿态监测模块设置在道床板上端面，或，预埋设置于道床板内部。7.如权利要求4所述的预制道床姿态监测系统，其特征在于，所述姿态监测模块还包括外壳，所述姿态传感器、单片机控制单元、串口转换器设置在外壳内。8.预制道床姿态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：定义道床板延伸的方向为x向，垂直地面的方向为z向，与x向和z向相垂直的第三方向为y向；采集道床板的静态姿态数据和动态姿态数据；所述静态姿态数据包括，无过车时，道床板的x向、y向及z向的重力加速度数据，所述动态姿态数据包括车辆经过时，道床板的x向、y向及z向的重力加速度数据；基于重力加速度数据计算各块道床板的重力加速度矢量；基于重力加速度矢量计算重力加速度矢量角，进一步计算道床板的静态监测指标，包括道床板超高值、纵坡值；基于所述静态监测指标和动态姿态数据生成道床板状态监测结果。9.如权利要求8所述的预制道床姿态监测方法，其特征在于，检测道床板状态的方法包括：设定超高值阈值和纵坡值阈值；判断单块道床板的超高值是否超过超高值阈值，或，纵坡值是否超过纵坡值阈值；若是，且发生在道床初始安装后，则判定道床存在施工缺陷；若是，且发生在运营阶段，则判定道床基础发生塑性损伤。10.如权利要求8所述的预制道床姿态监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：计算同一车辆经过不同道床板时，道床板各平动方向加速度分量和各转动方向的角速度分量；将该车辆经过第n块道床板的数据分别与第1～i块道床板的数据进行比较，其中，n∈1～i，为整数；设定比较差阈值；若车辆经过时，第n块道床板至少与两块道床...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔淼，
申请(专利权)人：崔淼，
类型：发明
国别省市：山东,37