一种基于超声波的铁路区间施工防护方法及系统技术方案

本申请公开了一种基于超声波的铁路区间施工防护方法及系统，所述方法通过检测钢轨振动信号，并向钢轨发射预设频率超声波信号；然后采集钢轨中的机械波信号；其中，所述机械波信号包括钢轨振动信号和钢轨反射的超声波信号；随后从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离；获取列车距离后，比对所述列车距离和预设预警阈值，如果所述列车距离小于所述预警阈值，生成告警指令；最后根据告警指令发出告警信号。所述方法通过向钢轨发射超声波信号并采集钢轨中的机械波信号，消除地形路段影响，对列车距离进行测定，提高安全防护的准确性和及时性。提高安全防护的准确性和及时性。提高安全防护的准确性和及时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波的铁路区间施工防护方法及系统


[0001]本申请涉及超声波
，特别涉及一种基于超声波的铁路区间施工防护方法及系统。

技术介绍

[0002]铁路轨道交通是当今社会出行的一种常规选择，为保证列车的行车安全，铁路工务路段的日常维护必不可少。在进行日常维护时，通常会设置防护人员时刻注意是否有列车接近施工维护路段，以免发生碰撞事故。而受列车时速增加、铁路周围地形及防护人员目力等条件限制，下道时间不够充分，容易导致安全事故。而科技的发展使通过科技手段进行安全防护成为可能。
[0003]常规使用的施工路段安全防护手段包括激光测距、雷达、无线通信等技术手段。但激光测距和雷达只能用于直线路段，且雷达存在功率小时探测距离小的问题；无线通信在山区、隧道等区域存在信号差无法及时传递信息的问题。
[0004]为了保证铁路施工维护区间的安全，需要提供一种技术方案来解决地形、路段影响防护及时性的问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种基于超声波的铁路区间施工防护方法及系统，以解决铁路施工维护区间列车往来预警受地形、路段等因素影响的问题。
[0006]根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种基于超声波的铁路区间施工防护方法，所述方法包括：检测钢轨振动信号，并向钢轨发射预设频率超声波信号；采集钢轨中的机械波信号；所述机械波信号包括钢轨振动信号和钢轨反射的超声波信号；从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离；比对所述列车距离和预设预警阈值，如果所述列车距离小于所述预警阈值，生成告警指令；根据告警指令发出告警信号。
[0007]可选的，所述检测钢轨振动信号，并向钢轨发射预设频率超声波信号的步骤，包括：通过换能器检测钢轨振动信号；如果所述换能器检测到钢轨振动信号，向钢轨内发射预设频率的超声波信号；记录所述超声波信号的发射时间。
[0008]可选的，所述采集钢轨中的机械波信号的步骤，包括：通过换能器采集钢轨中的机械波信号，并将所述机械波信号转换为电信号，以获取预处理信号；记录所述机械波信号的接收时间；设置所述预处理信号的幅值极限，以使所述预处理信号的幅值不超过预置幅值范围；滤除所述预处理信号中非预设频率的干扰信号及电噪声和钢轨回流干扰；所述预设频率为所述超声波信号的预设频率；根据所述预处理信号波形饱和程度进行增益调节；如果所述预处理信号进入饱和区，进行负增益；如果所述预处理信号进入截止区，进行正增益；将所述预处理信号由模拟信号转换为数字信号，以获取处理后的机械波信号。
[0009]可选的，所述从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所
述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离的步骤，包括：通过所述机械波信号的频谱特性，获取信号波形；通过所述机械波信号的功率及增益调节系数，提取信号强度；根据信号波形和信号强度衰减与距离的关系，计算列车距离。
[0010]可选的，所述从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离的步骤，包括：采集两次机械波信号并进行处理，获取第一处理信号和第二处理信号；通过所述第一处理信号和第二处理信号的频谱特性，提取第一信号波形和第二信号波形；通过所述第一处理信号和第二处理信号的功率及增益调节系数，提取第一信号强度和第二信号强度；根据所述第一处理信号和第二处理信号的所述发射时间和接收时间，计算时间信息；所述时间信息包括所述处理信号的传播时间和所述第一处理信号与所述第二处理信号的传播时间差；根据所述第一信号波形以及第一信号强度衰减与距离的关系，计算第一距离；根据所述第二信号波形以及第二信号强度衰减与距离的关系，计算第二距离；根据所述第一距离和第二距离计算列车距离差；根据所述列车距离差和所述传播时间差，计算列车到达时间。
[0011]可选的，所述生成告警指令的步骤，包括：根据所述列车到达时间对所述告警指令进行分级；如果所述列车到达时间大于第一预置时间，生成一级告警指令；如果所述列车到达时间大于第二预置时间且小于所述第一预置时间，生成二级告警指令；如果所述列车到达时间小于所述第二预置时间，生成三级告警指令。
[0012]可选的，所述生成告警指令的步骤，包括：根据所述列车距离对所述告警指令进行分级；如果所述列车距离小于所述预警阈值但大于70％所述预警阈值，生成一级告警指令；如果所述列车距离小于70％所述预警阈值但大于30％所述预警阈值，生成二级告警指令；如果所述列车距离小于30％所述预警阈值，生成三级告警指令。
[0013]可选的，所述根据告警指令发出告警信号的步骤，包括：通过告警器接收所述告警指令；如果所述告警器接收到一级告警指令，所述告警器发出第一声光告警信号；如果所述告警器接收到二级告警指令，所述告警器发出第二声光告警信号；如果所述告警器接收到三级告警指令，所述告警器振动并发出第三声光告警信号；所述第二声光告警信号的声音频率大于所述第一声光告警信号的声音频率；所述第三声光告警信号的声音频率大于所述第二声光告警信号的声音频率。
[0014]根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种基于超声波的铁路区间施工防护系统，包括：换能器，告警主机和告警器，其中：所述换能器，被配置为检测钢轨振动信号，发射预设频率超声波信号，将钢轨内部机械波信号转换为电信号以获取预处理信号；
[0015]所述告警主机包括：信号处理器，被配置为对所述预处理信号进行滤波放大处理，获取处理后的机械波信号；处理器，被配置为提取所述机械波信号中的信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离；告警管理器，被配置为比对所述列车距离和预设预警阈值，再根据列车距离或列车到达时间，生成不同等级的告警指令；时间同步器，被配置为同步所述告警主机时间信息，记录发射超声波信号及接收机械波信号的时间戳；电源，被配置为对所述系统进行供电；显示器，被配置为显示所述系统的运行状态和运行数据；
[0016]所述告警器，被配置为有线或无线接收所述告警指令，并根据告警指令发出告警信号。
[0017]可选的，所述信号处理器包括：限幅模块，被配置为设置所述预处理信号的幅值极限，以使所述预处理信号的幅值不超过预置幅值范围；滤波及隔离模块，被配置为滤除所述预处理信号中非预设频率的干扰信号及电噪声和钢轨回流干扰；程控放大模块，被配置为根据所述预处理信号波形饱和程度进行增益调节；如果所述预处理信号进入饱和区，进行负增益；如果所述预处理信号进入截止区，进行正增益；模数转换模块，被配置为将所述预处理信号由模拟信号转换为数字信号。
[0018]由以上技术方案可知，本申请提供一种基于超声波的铁路区间施工防护方法及系统，所述方法通过检测钢轨振动信号，并向钢轨发射预设频率超声波信号；然后采集钢轨中的机械波信号；其中，所述机械波信号包括钢轨振动信号和钢轨反射的超声波信号；随后从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的铁路区间施工防护方法，其特征在于，所述方法包括：检测钢轨振动信号，并向钢轨发射预设频率超声波信号；采集钢轨中的机械波信号；所述机械波信号包括钢轨振动信号和钢轨反射的超声波信号；从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离；比对所述列车距离和预设预警阈值，如果所述列车距离小于所述预警阈值，生成告警指令；根据告警指令发出告警信号。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的铁路区间施工防护方法，其特征在于，所述检测钢轨振动信号，并向钢轨发射预设频率超声波信号的步骤，包括：通过换能器检测钢轨振动信号；如果所述换能器检测到钢轨振动信号，向钢轨内发射预设频率的超声波信号；记录所述超声波信号的发射时间。3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的铁路区间施工防护方法，其特征在于，所述采集钢轨中的机械波信号的步骤，包括：通过换能器采集钢轨中的机械波信号，并将所述机械波信号转换为电信号，以获取预处理信号；记录所述机械波信号的接收时间；设置所述预处理信号的幅值极限，以使所述预处理信号的幅值不超过预置幅值范围；滤除所述预处理信号中非预设频率的干扰信号及电噪声和钢轨回流干扰；所述预设频率为所述超声波信号的预设频率；根据所述预处理信号波形饱和程度进行增益调节；如果所述预处理信号进入饱和区，进行负增益；如果所述预处理信号进入截止区，进行正增益；将所述预处理信号由模拟信号转换为数字信号，以获取处理后的机械波信号。4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的铁路区间施工防护方法，其特征在于，所述从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离的步骤，包括：通过所述机械波信号的频谱特性，获取信号波形；通过所述机械波信号的功率及增益调节系数，提取信号强度；根据信号波形和信号强度衰减与距离的关系，计算列车距离。5.根据权利要求3所述的一种基于超声波的铁路区间施工防护方法，其特征在于，所述从所述机械波信号中提取信号波形、信号强度和时间信息，并根据所述信号波形、信号强度和时间信息计算列车距离的步骤，包括：采集两次机械波信号并进行处理，获取第一处理信号和第二处理信号；通过所述第一处理信号和所述第二处理信号的频谱特性，提取第一信号波形和第二信号波形；通过所述第一处理信号和所述第二处理信号的功率及增益调节系数，提取第一信号强度和第二信号强度；
根据所述第一处理信号和第二处理信号的所述发射时间和接收时间，计算时间信息；所述时间信息包括所述处理信号的传播时间和所述第一处理信号与所述第二处理信号的传播时间差；根据所述第一信号波形以及第一信号强度衰减与距离的关系，计算第一距离；根据所述第二信号波以及第二信号强度衰减与距离的关系，计算第二距离；根据所述第一距离和第二距离计算列车距离差；根据所述列车距离差和所述传播时间差，计算列车到达时间。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高静，赵建东，刘敬，
申请(专利权)人：保定市天河电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：