一种铁路道岔工况综合监测系统的制作方法

1.本发明涉及轨道交通技术领域，特别是关于一种铁路道岔工况综合监测系统。


背景技术：

2.道岔是铁路机车车辆从一股轨道驶向另外一股轨道的设备，道岔的功能包括连接功能和交叉功能，按照连接功能划分道岔包括单开道岔、对称道岔、三开道岔、套线道岔，按照交叉功能道岔包括复式交分道岔、单渡线道岔、交叉渡线道岔。
3.道岔转换系统包括电气控制系统和机械执行系统，电气控制系统包括室内外控制电路、表示电路等，机械执行系统包括转辙机、密贴检查器、外锁闭及安装装置等。
4.以普通单开道岔为例，当机车车辆需从一股轨道驶向另外一股轨道时，道岔转换系统操纵转辙机使尖轨移动，当尖轨及表示杆移动到位后，转辙机检查柱落下，接通道岔表示电路，只有当道岔表示电路接通后，才能成功排列并锁闭好一条进路，才能允许列车驶入该进路。
5.在实际应用过程中，道岔转换设备磨损、道岔受机车车辆运行冲击、气候温度变化造成的钢轨伸缩等会引起道岔框架尺寸发生变化，引发道岔卡缺口、夹异物、不解锁、不锁闭、打空转等故障，进而导致列车运行中断，严重者可能导致列车挤岔、掉道等，造成安全事故。
6.道岔及道岔转换设备应用环境复杂多样，工电结合部维护难度大，故障率较高，需要投入大量人力物力进行维护维修，此外，当发生故障时，只能通过人工的方式进行检修，这对维护人员的能力和经验要求较高，更难以实现故障发生前的预防性维护。
7.现有的技术中，使用传感器数量较多，设备硬件的可靠性低，监测位移范围小，不能实现基本轨的位移监测，而且监测不全面；设备也易受环境光、油污、雨雪、飞石等的干扰，影响监测功能，不足以解决目前道岔工况缺乏有效监控的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是涉及一种铁路道岔工况综合监测系统，以便提高设备的可靠性、提升监测范围及精度以及提升监测功能的可用性。
9.本发明的技术方案是：涉及一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：包括：道岔工况采集器、特征检测模块、采集集中器、监测及报警中心，所述的道岔工况采集器，用于通过传感器对特征检测模块的位置进行检测，获取基本轨和尖轨的横向位移信息，纵向位移信息，钢轨温度及道床三维振动加速度信息；用于周期性采集过车时连续数据，道岔转换时连续数据；用于响应采集集中器的道岔转换指令，并将采集数据上传至采集集中器；特征检测模块，安装于基本轨和尖轨上，用于道岔工况采集器检测轨道位移变化信息；采集集中器安装于轨旁，用于通过通信总线连接多个道岔工况采集器，向道岔工况采集器发送周期采集及道岔转换中连续数据采集指令，并接收道岔工况采集器的数据；
用于将采集到的数据进行汇总，发送给监测及报警中心；监测及报警中心安装于室内，用于与采集集中器进行通信数据传输，实现数据存储、显示、查询、处理、用户管理、报警等。
10.道岔工况采集器包括：图像传感单元、控制单元、环境传感单元、电源单元、通信单元、调试维护单元；其中，所述的图像传感单元用于接收控制单元控制指令，并将图像传感器数据发送给控制单元；图像传感单元包括可打开或关闭的窗口、激光器、图像传感器；激光器用于向特征检测模块发出检测的激光信号，图像传感器获取特征检测模块的图像；所述的图像传感单元中可打开或关闭的窗口用于道岔工况采集器采集位移量时，打开窗口使激光和图像透过窗口，当道岔工况采集器不采集位移量时关闭窗口，以便对激光器和图像传感器进行保护。
11.所述的控制单元用于控制图像传感器单元进行工作，用于采集图像传感器的图像传感数据，采集环境传感单元数据，接收环境传感单元的数据，用于与通信单元进行数据通信，与调试维护单元进行调试维护数据传输，接入电源单元的电源电压。
12.所述的控制单元包括对图像传感器的控制及采集，对激光器及可动窗口的控制，包括对获取图像特征位置识别、数据计算及逻辑处理。
13.所述的控制单元包括分别发出如下命令：图像传感控制及采集、激光及可动窗口控制、特征位置识别、数据计算及逻辑处理；更进一步的，所述的图像传感单元由控制单元控制图像传感器实现图像采集；由控制单元发出命令控制激光器及可打开或关闭的窗口，实现激光器工作；通过特征位置识别命令，通过激光器工作和图像采集图像数据处理，确定基本轨及尖轨的位置；通过数据计算及逻辑处理命令，实现基本轨及尖轨的位置数据转换、位移数据计算、爬行量、轨距、密贴、开口计算。
14.所述的环境传感单元包括：轨温传感器、道岔三维振动加速度传感器，轨温传感器采集钢轨温度；道岔三维振动加速度传感器将数据发送给控制单元。
15.所述的道岔工况采集器安装于钢轨中间，特征检测模块中的尖轨特征检测模块安装于定位和反位的尖轨上，尖轨特征检测模块用于道岔工况采集器识别尖轨的位移变化，用于定位和反位尖轨的尖轨特征检测，特征检测模块中的基本轨特征检测模块安装于定位和反位的基本轨上，用于道岔工况采集器识别基本轨的位移变化；用于定位和反位基本轨的基本轨特征检测。
16.本发明的优点是：本发明主要实现道岔定位基本轨和尖轨的横向位移监测（水平垂直钢轨方向）、道岔定位基本轨和尖轨的纵向位移监测（延钢轨方向）、道岔反位基本轨和尖轨的横向位移监测（水平垂直钢轨方向）、道岔反位基本轨和尖轨的纵向位移监测（延钢轨方向）、钢轨温度监测、道床三维振动加速度监测及道岔定反位开口、密贴、轨距监测等功能，它实现了一种基于辅助特征检测结构及激光图像测距的方法；优化设备组成，提高设备可靠性；采用基本轨及尖轨的辅助特征检测结构，提升监测范围及精度；采用调制光，通过图像传感器获取调制信息，增加光源及图像传感器的可动控制窗口，降低环境光、油污、雨
雪、飞石等干扰，提升监测功能的可用性。
附图说明
17.下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。
18.图1是道岔工况采集器结构示意图；图2是道岔工况采集器详细内部组成示意图；图3是检测模块的内部组成示意图；图4是道岔工况采集器、尖轨特征检测模块、基本轨特征检测模块形状、安装及布置示意图。
19.图中：1、道岔工况采集器；101、图像传感单元；102、控制单元；103、环境传感单元；104、电源单元；105、通信单元；106、调试维护单元；2、特征检测模块；201、尖轨特征检测模块；202、基本轨特征检测模块；3、采集集中器；4、监测及报警中心。
具体实施方式
20.为进一步阐述发明达成预定目的所采取的技术手段，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
21.如图1所示，本发明涉及一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：包括：道岔工况采集器1、特征检测模块2、采集集中器3、监测及报警中心4，所述的道岔工况采集器1，用于通过传感器对特征检测模块2的位置进行检测，获取基本轨和尖轨的横向位移信息，纵向位移信息，钢轨温度及道床三维振动加速度信息；用于周期性采集过车时连续数据，道岔转换时连续数据；用于响应采集集中器3的道岔转换指令，并将采集数据上传至采集集中器3；特征检测模块2，安装于基本轨和尖轨上，用于道岔工况采集器1检测轨道位移变化信息；采集集中器3安装于轨旁，用于通过通信总线连接多个道岔工况采集器1，向道岔工况采集器1发送周期采集及道岔转换中连续数据采集指令，并接收道岔工况采集器1的数据；用于将采集到的数据进行汇总，发送给监测及报警中心4；监测及报警中心4安装于室内，用于与采集集中器3进行通信数据传输，实现数据存储、显示、查询、处理、用户管理、报警等。
22.图2为道岔工况采集器1详细内部组成示意图，它包括图像传感单元101、控制单元102、环境传感单元103、电源单元104、通信单元105、调试维护单元106；其中，所述的图像传感单元101用于接收控制单元102控制指令，并将图像传感器数据发送给控制单元102；图像传感单元101包括可打开或关闭的窗口、激光器、图像传感器；激光器用于向特征检测模块2发出检测的激光信号，图像传感器获取特征检测模块2的图像；图像传感单元101中可打开或关闭的窗口用于道岔工况采集器1采集位移量时，打开窗口使激光和图像透过窗口，当道岔工况采集器1不采集位移量时关闭窗口，以便对激光器和图像传感器进行保护。
23.控制单元102用于控制图像传感单元101进行工作，用于采集图像传感器的图像传感数据，采集环境传感单元103的数据，接收环境传感单元103的数据，用于与通信单元105进行数据通信，与调试维护单元106进行调试维护数据传输，接入电源单元104的电源电压。
24.控制单元102至少包括对图像传感器的控制及采集，对激光器及可动窗口的控制，包括对获取图像特征位置识别、数据计算及逻辑处理。
25.控制单元102包括分别发出如下命令：图像传感控制及采集、激光及可动窗口控制、特征位置识别、数据计算及逻辑处理；更进一步的，图像传感单元101由控制单元102控制图像传感器实现图像采集；由控制单元102发出命令控制激光器及可打开或关闭的窗口，实现激光器工作；通过特征位置识别命令，通过激光器工作和图像采集、图像数据处理，确定基本轨及尖轨的位置；通过数据计算及逻辑处理命令，实现基本轨及尖轨的位置数据转换、位移数据计算、爬行量、轨距、密贴、开口计算等。
26.环境传感单元103包括：轨温传感器、道岔三维振动加速度传感器，轨温传感器采集钢轨温度；道岔三维振动加速度传感器将数据发送给控制单元102，电源单元104给其它单元进行供电，通信单元105实现道岔工况采集器1与采集集中器3的数据通信，调试维护单元实现道岔工况采集1的调试、配置等功能。
27.如图3和图4所示，图3为特征检测模块的内部组成示意图，图4为道岔工况采集器1、尖轨特征检测模块201、基本轨特征检测模块202的形状、安装及布置示意图。
28.其中道岔工况采集器1安装于钢轨中间，特征检测模块2中的尖轨特征检测模块201安装于定位和反位的尖轨上，尖轨特征检测模块201用于道岔工况采集器1识别尖轨的位移变化，用于定位和反位尖轨的尖轨特征检测，特征检测模块2中的基本轨特征检测模块202安装于定位和反位的基本轨上，用于道岔工况采集器1识别基本轨的位移变化；用于定位和反位基本轨的基本轨特征检测，尖轨特征检测模块201和基本轨特征检测模块202均包括一定的特征属性和尺寸，特征属性包括模块宽度、高度、厚度、材质等。
29.该特征属性有一定尺寸，尺寸可以变化，同时适应不同轨型及不同道岔号也有不同的尺寸特性。
30.本发明通过辅助特征检测结构的激光图像测距；通过优化设备组成，能提高设备可靠性；采用基本轨及尖轨的辅助特征检测结构，提升监测范围及精度；采用调制光，通过图像传感器获取调制信息，增加光源及图像传感器的可动控制窗口，降低环境光、油污、雨雪、飞石等干扰，提升监测功能的可用性。
31.以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：包括：道岔工况采集器（1）、特征检测模块（2）、采集集中器（3）、监测及报警中心（4），所述的道岔工况采集器（1），用于通过传感器对特征检测模块（2）的位置进行检测，获取基本轨和尖轨的横向位移信息，纵向位移信息，钢轨温度及道床三维振动加速度信息；用于周期性采集过车时连续数据，道岔转换时连续数据；用于响应采集集中器（3）的道岔转换指令，并将采集数据上传至采集集中器（3）；所述的特征检测模块（2），安装于基本轨和尖轨上，用于道岔工况采集器（1）检测轨道位移变化信息；所述的采集集中器（3）安装于轨旁，用于通过通信总线连接多个道岔工况采集器（1），向道岔工况采集器（1）发送周期采集及道岔转换中连续数据采集指令，并接收道岔工况采集器（1）的数据；用于将采集到的数据进行汇总，发送给监测及报警中心（4）；所述的监测及报警中心（4）安装于室内，用于与采集集中器（3）进行通信数据传输，实现数据存储、显示、查询、处理、用户管理、报警。2.根据权利要求1所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的道岔工况采集器（1）包括：图像传感单元（101）、控制单元（102）、环境传感单元（103）、电源单元（104）、通信单元（105）、调试维护单元（106）；其中，图像传感单元（101）用于接收控制单元（102）控制指令，并将图像传感器数据发送给控制单元（102）；图像传感单元（101）包括可打开或关闭的窗口、激光器、图像传感器；激光器用于向特征检测模块（2）发出检测的激光信号，图像传感器获取特征检测模块（2）的图像；图像传感单元（101）中可打开或关闭的窗口用于道岔工况采集器（1）采集位移量时，打开窗口使激光和图像透过窗口，当道岔工况采集器（1）不采集位移量时关闭窗口，以便对激光器和图像传感器进行保护。3.根据权利要求2所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的控制单元（102）用于控制图像传感器单元（101）进行工作，用于采集图像传感器的图像传感数据，采集环境传感单元（103）数据，接收环境传感单元（103）的数据，用于与通信单元（105）进行数据通信，与调试维护单元（106）进行调试维护数据传输，接入电源单元（104）的电源电压。4.根据权利要求2所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的控制单元（102）至少包括对图像传感器的控制及采集，对激光器及可动窗口的控制，包括对获取图像特征位置识别、数据计算及逻辑处理。5.根据权利要求2所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的控制单元（102）包括分别发出如下命令：图像传感控制及采集、激光及可动窗口控制、特征位置识别、数据计算及逻辑处理；更进一步的，所述的图像传感单元（101）由控制单元（102）控制图像传感器实现图像采集；由控制单元（102）发出命令控制激光器及可打开或关闭的窗口，实现激光器工作；通过特征位置识别命令，通过激光器工作和图像采集、图像数据处理，确定基本轨及尖轨的位置；通过数据计算及逻辑处理命令，实现基本轨及尖轨的位置数据转换、位移数据计算、爬行量、轨距、密贴、开口计算。6.根据权利要求2所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的环境传感
单元（103）包括：轨温传感器、道岔三维振动加速度传感器，轨温传感器采集钢轨温度；道岔三维振动加速度传感器将数据发送给控制单元（102）。7.根据权利要求1所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的道岔工况采集器（1）安装于钢轨中间，特征检测模块（2）中的尖轨特征检测模块（201）安装于定位和反位的尖轨上，尖轨特征检测模块（201）用于道岔工况采集器（1）识别尖轨的位移变化，用于定位和反位尖轨的尖轨特征检测，特征检测模块（2）中的基本轨特征检测模块（202）安装于定位和反位的基本轨上，用于道岔工况采集器（1）识别基本轨的位移变化；用于定位和反位基本轨的基本轨特征检测。8.根据权利要求2所述的一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：所述的尖轨特征检测模块（201）和基本轨特征检测模块（202）均包括一定的特征属性和尺寸，特征属性包括模块宽度、高度、厚度、材质，尺寸同时适应不同轨型及不同道岔号。

技术总结
本发明涉及轨道交通技术领域，特别是关于一种铁路道岔工况综合监测系统，其特征是：包括：道岔工况采集器（1）、特征检测模块（2）、采集集中器（3）、监测及报警中心（4），道岔工况采集器（1），用于通过传感器对特征检测模块（2）的位置进行检测，获取基本轨和尖轨的横向位移信息，纵向位移信息，钢轨温度及道床三维振动加速度信息；用于周期性采集过车中连续数据，道岔转换中连续数据；用于响应采集集中器（3）的道岔转换指令，并将采集数据上传至采集集中器（3）；这种铁路道岔工况综合监测系统，以便提高设备的可靠性和提升监测范围及精度和监测功能的可用性。能的可用性。能的可用性。


技术研发人员：周荣 王智新 史龙 谭树林 张天赋
受保护的技术使用者：西安全路通号器材研究有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/3/14