本发明专利技术公开了一种声屏障防倒塌监测方法及监测装置，监测方法包括采用轨道电路确定列车所在闭塞区间，当列车进入声屏障所在闭塞区间的上一个闭塞区间时，启动声屏障防倒塌监测；采集声屏障的屏体和立柱上的分布式光纤振动传感器反射的光脉冲强度，并对光脉冲进行时域分析，得到屏体和立柱水平加速度的时域信号；对屏体和立柱的时域加速度信号进行低通滤波处理，得到屏体和立柱在运行列车激励下的水平加速度时域信号；采用随机子空间法、峰值拾取法、频域分解法或者希尔伯特
【技术实现步骤摘要】
一种声屏障防倒塌监测方法及其监测装置
[0001]本专利技术涉及轨道交通安全监测
，具体涉及一种声屏障防倒塌监测方法及其监测装置。
技术介绍
[0002]随着铁路尤其是高速铁路的迅速发展，铁路不可避免地会穿过居民区，而列车运行会带来噪声问题，包括列车空气动力噪声、轮轨噪声等，为避免干扰居民生活和工作，铁路上通常设置声屏障来降低列车运行的噪声对周边环境的影响。
[0003]当高速列车以200km/h以上的速度驶入声屏障路段时，会爆发出强大的冲击力，离开时又会产生强大的吸力。声屏障始终处于周期性的振动之中。由于大部分声屏障的安装是插板式，因此在反复受力后，易于出现连接松动和疲劳破坏，从而导致倒塌事故，严重危害行车安全。高速铁路声屏障的安全稳定是铁路运营的重点之一，为了解决高速铁路声屏障带来的安全隐患，需要引入声屏障防倒塌监测装置。
[0004]现有的声屏障防倒塌监测装置将分布式光纤传感器固定于声屏障立柱顶端，可以测得声屏障立柱在不同时间处的偏移量的变化，通过监测偏移量是否达到阈值判断声屏障是否存在倒塌的危险，该种方法并不能准确的判断声屏障是否存在倒塌的危险：
[0005]声屏障立柱在初期使用时，偏移量也会有超过阈值的情况，但声屏障立柱不会产生倒塌的风险，随着声屏障的使用年限的增长，声屏障在动车组产生的强大的吸力和冲击力的反复作用下，会导致声屏障立柱产生金属疲劳，此时使用分布式光纤传感器会测得明显的偏移量。
[0006]采用上述方法进行监测，将会在前期浪费一些人力物力，并且影响线路运营。此外，该方法还需要通过对分布式光纤进行预拉伸测量分布式光纤的应变系数，并且受温度影响较大，监测结果容易出现误差。
技术实现思路
[0007]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的声屏障防倒塌监测方法及其监测装置解决了现有监测方法通过监测偏移量容易在监测前期出现误判的问题。
[0008]第一方面，提供一种声屏障防倒塌监测方法，其包括步骤：
[0009]S1、采用轨道电路确定列车所在闭塞区间，当列车进入声屏障所在闭塞区间的上一个闭塞区间时，启动声屏障防倒塌监测；
[0010]S2、采集声屏障的屏体和立柱上的分布式光纤振动传感器反射的光脉冲强度，并对光脉冲进行时域分析，得到屏体和立柱的水平时域加速度信号；
[0011]S3、对屏体和立柱的时域加速度信号进行低通滤波处理，得到屏体和立柱在运行列车激励下的水平加速度时域信号；
[0012]S4、采用随机子空间法、峰值拾取法、频域分解法或者希尔伯特
‑
黄变换分析滤波后水平加速度时域信号，得到屏体和立柱的当前自振频率；
[0013]S5、根据屏体和立柱的初始自振频率和当前自振频率，确定屏体和立柱是否存在倒塌风险；
[0014]S6、当列车进入声屏障所在闭塞区间的下一个闭塞区间时，停止声屏障防倒塌监测。
[0015]进一步地，所述步骤S5进一步包括：
[0016]S51、以初期运营阶段或上一次列车通过时测得的声屏障屏体和立柱的自振频率为初始自振频率；
[0017]S52、根据声屏障屏体和立柱的初始自振频率和当前自振频率，分别计算屏体和立柱自振频率的变化率：
[0018][0019]其中，Δf1和Δf2分别为屏体和立柱的自振频率的变化率；f1和f'1分别为声屏障的屏体的初始自振频率和当前自振频率；f2和f'2分别为声屏障的立柱的初始自振频率和当前自振频率；
[0020]S53、判断声屏障的屏体和立柱的自振频率的变化率是否大于预设阈值，若是，则发出预警，否则声屏障不存在倒塌风险。
[0021]进一步地，所述预设阈值为10％。
[0022]进一步地，采用随机子空间法获取屏体和立柱当前自振频率的方法包括：
[0023]分别采用步骤S3得到的屏体和立柱的时域信号组成其对应的Hankel矩阵，并对Hankel矩阵进行QR分解、特征值分解识别，得到离散系统矩阵A；
[0024]根据离散系统矩阵A和连续系统矩阵A
c
的关系得到离散系统的特征值λ
r
与连续系统的特征值λ
cr
之间的关系
[0025]根据复数相等的特点，获得屏体和立柱的自振频率；
[0026]其中，Δt为离散系统的时间步长；σ
r
为衰减系数，ω
r
为第r阶自振频率；i为虚部。
[0027]上述技术方案的有益效果为：只需测量结构的响应数据即可使用，即无需知道结构所受的激励信息，因此适用于白噪声激励或未知激励下的结构响应测量；计算过程中无需迭代运算，直接分解出结构的状态矩阵，计算效率高，稳定性强；通过协方差运算或矩阵正交投影降低系统的阶次，提高识别精度。
[0028]进一步地，采用峰值拾取法获取屏体和立柱当前自振频率的方法包括：
[0029]当屏体和立柱的振动频率与其自振频率的差异小于其对应的第一预设频率时，其对应的频响函数出现峰值，峰值则为屏体和立柱对应的自振频率，多自由度体系在随机激励下的加速度的频响函数的公式为：
[0030][0031]其中，i为虚部；H(ω)为步骤S3得到的屏体/立柱的时域信号与输出信号傅里叶变换之比；γ
j
为第j阶模态矢量；λ
j
为第j阶模态特征值；a
j
为第j阶模态矩阵；ω为模态频率；*
为共轭矩阵；T为转置矩阵；n为模态总数量；
[0032]当模态频率ω与声屏障屏体和立柱的自振频率的差异小于其对应的第二预设频率时，iω
‑
λ
j
趋近于0，此时输出响应功率谱出现极值，极值处对应的模态频率ω为屏体和立柱的自振频率。
[0033]上述技术方案的有益效果为：操作简单；识别速度快；试验或运行模态识别可以用位移、速度和加速度频谱来完成，适用于单自由度或多自由度结构的自由响应。
[0034]进一步地，采用频域分解法获取屏体和立柱当前自振频率的方法包括：
[0035]估计步骤S3得到的屏体和立柱的时域信号下的输出数据的功率谱密度矩阵，并对功率谱密度矩阵进行奇异值分解，获得奇异值和向量；
[0036]选择功率谱密度矩阵中与屏体和立柱的模态相对应的主峰，采用主峰对应的频率作为屏体和立柱的自振频率。
[0037]上述技术方案的有益效果为：实用性强，可适用于不同类型的结构和激励，只需测量结构的响应数据，无需知道结构所受的激励信息；抗干扰能力强，可在含噪信号中识别出结构的模态参数；对临近模态具有较好的辨别能力。
[0038]进一步地，采用希尔伯特
‑
黄变换获取屏体和立柱当前自振频率的方法包括：
[0039]采用经验模式将步骤S3得到的屏体和立柱的时域信号分解成固有模式函数；
[0040]对屏体和立柱对应的每个固有模式函数应用希尔伯特
‑
黄变换获得瞬时频率和振幅本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种声屏障防倒塌监测方法，其特征在于，包括步骤：S1、采用轨道电路确定列车所在闭塞区间，当列车进入声屏障所在闭塞区间的上一个闭塞区间时，启动声屏障防倒塌监测；S2、采集声屏障的屏体和立柱上的分布式光纤振动传感器反射的光脉冲强度，并对光脉冲进行时域分析，得到屏体和立柱的水平时域加速度信号；S3、对屏体和立柱的时域加速度信号进行低通滤波处理，得到屏体和立柱在运行列车激励下的水平加速度时域信号；S4、采用随机子空间法、峰值拾取法、频域分解法或者希尔伯特
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黄变换分析滤波后水平加速度时域信号，得到屏体和立柱的当前自振频率；S5、根据屏体和立柱的初始自振频率和当前自振频率，确定屏体和立柱是否存在倒塌风险；S6、当列车进入声屏障所在闭塞区间的下一个闭塞区间时，停止声屏障防倒塌监测。2.根据权利要求1所述的声屏障防倒塌监测方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：S51、以初期运营阶段或上一次列车通过时测得的声屏障屏体和立柱的自振频率为初始自振频率；S52、根据声屏障屏体和立柱的初始自振频率和当前自振频率，分别计算屏体和立柱自振频率的变化率：其中，Δf1和Δf2分别为屏体和立柱的自振频率的变化率；f1和f1'分别为声屏障的屏体的初始自振频率和当前自振频率；f2和f2'分别为声屏障的立柱的初始自振频率和当前自振频率；S53、判断声屏障的屏体和立柱的自振频率的变化率是否大于预设阈值，若是，则发出预警，否则声屏障不存在倒塌风险。3.根据权利要求2所述的声屏障防倒塌监测方法，其特征在于，所述预设阈值为10％。4.根据权利要求1所述的声屏障防倒塌监测方法，其特征在于，采用随机子空间法获取屏体和立柱当前自振频率的方法包括：分别采用步骤S3得到的屏体和立柱的时域信号组成其对应的Hankel矩阵，并对Hankel矩阵进行QR分解、特征值分解识别，得到离散系统矩阵A；根据离散系统矩阵A和连续系统矩阵A
c
的关系得到离散系统的特征值λ
r
与连续系统的特征值λ
cr
之间的关系根据复数相等的特点，获得屏体和立柱的自振频率；其中，Δt为离散系统的时间步长；σ
r
为衰减系数，ω
r
为第r阶自振频率；i为虚部。5.根据权利要求1所述的声屏障防倒塌监测方法，其特征在于，采用峰值拾取法获取屏体和立柱当前自振频率的方法包括：当屏体和立柱的振动频率与其自振频率的差异小于其对应的第一预设频率时，其对应
【专利技术属性】
技术研发人员：刘全民，梁皓宇，宋立忠，罗文俊，成功，郭文杰，景文倩，黄大维，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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