鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及測量技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是一個(gè)幅員迂闊、地形地貌復(fù)雜多變的多山地區(qū)，山地面積約占國±總面積 的69%，西南山區(qū)地殼受到強(qiáng)烈的擠壓作用，構(gòu)造活動性強(qiáng)；另一方面，我國分布著廣闊的 巖溶區(qū)域，鐵路在選線過程中不可避免地要穿越巖溶區(qū)域。由于地質(zhì)斷層構(gòu)造的復(fù)雜性、長 期抽取地下水、大氣降水及地表水滲入、河水水位漲落、溶洞頂板巖層自身強(qiáng)度不夠，及鐵 路橋涵及隧道施工等自然環(huán)境和工程因素的影響下，極易導(dǎo)致路基塌陷，在鐵路沿線已屢 屢發(fā)生，嚴(yán)重影響行車安全，已成為鐵路工程中的一大公害。鐵路路基的塌陷，尤其是巖溶 區(qū)域的路基塌陷已成為鐵路建設(shè)，特別是高鐵建設(shè)亟待解決的重大工程問題。
[0003] 傳統(tǒng)的鐵路路基變形測量和塌陷監(jiān)測主要在基床表層埋置監(jiān)測粧和沉降板，布設(shè) 測斜管、沉陷計(jì)、位移計(jì)、±壓力計(jì)等，依靠定期的人工量測和人工巡檢，耗費(fèi)大量的人力物 力；山區(qū)地質(zhì)地貌復(fù)雜，滑坡、落石等對儀器設(shè)備的維護(hù)、巡檢人員的安全均造成很大的威 脅，同時(shí)，因路基塌陷破壞具有隱蔽性和突發(fā)性等特征，人工測量和人工巡檢已無法適應(yīng)高 鐵路基塌陷監(jiān)測的需要。激光和全自動高精度全站儀僅能測量路基表層的變形，激光在野 外環(huán)境中易受到大氣衰減和端流及光照、大氣衰減、雨、霧等天氣影響等的影響，且無法監(jiān) 測路基深部變形。光纖光柵傳感方法作為一種分布式的結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測手段，可根據(jù)應(yīng)變監(jiān) 測數(shù)據(jù)判斷路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力分布，但存在傳感器存活率過低、成本高昂、維護(hù)困難等缺 點(diǎn)，如應(yīng)用在巖±工程中尚需解決傳感器的封裝和耐久性等問題。合成孔徑雷達(dá)干設(shè)測量 技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)，Gl^s測量、攝影測量方法等僅能監(jiān)測路基表面的變形，無法監(jiān)測路基內(nèi)部的 變形，而路基塌陷主要時(shí)，在路基內(nèi)部形成滑移路徑，路基深部變形監(jiān)測尤為重要。TDR電纜 可確定路基滑動面的位置，但無法確定滑動的方向、難W準(zhǔn)確測量滑動的變形量，當(dāng)埋置鐵 路路基下方20米的深部無法布線。
[0004] 鐵路路基塌陷的機(jī)理十分復(fù)雜，隨著地質(zhì)構(gòu)造的活動、地下水、大氣降水等自然環(huán) 境的變化及人為因素的影響，路基的塌陷破壞呈現(xiàn)突發(fā)性和偶然性，極易造成危及高鐵運(yùn) 行的巨大破壞，鐵路路基服役期間的塌陷監(jiān)測需依靠測試手段，另一方面，鐵路路線長達(dá)上 千公里甚至上萬公里，需要一種大規(guī)模、分布式的監(jiān)測手段。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種解決鐵路路基深部塌陷不 易監(jiān)測、且需跨越超長路線的難題，并滿足在野外、荒山、高原、高寒地區(qū)等惡劣環(huán)境下全天 候工作的要求的鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006] 與其相應(yīng)，本實(shí)用新型另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是應(yīng)用上述監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)測 量、監(jiān)控鐵路路基塌陷的方法。
[0007] 就監(jiān)測系統(tǒng)而言，包括
[000引-跟蹤裝置，數(shù)量為多個(gè)，沿鐵路路基的長度方向埋設(shè)，包括磁場發(fā)射元件；
[0009] -無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，于跟蹤裝置上方飛行，包括無人機(jī)、設(shè)置在無人機(jī)頂部的GPS 和分別位于無人機(jī)左右機(jī)翼的=軸磁傳感探頭；
[0010] -數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，將無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息處理成路基的深部變形并進(jìn)行鐵 路路基塌陷的早期預(yù)警。
[0011] 進(jìn)一步的，所述無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)還包括分別位于無人機(jī)左、右側(cè)機(jī)翼上的=維旋 轉(zhuǎn)平臺；所述=軸磁傳感探頭數(shù)量為兩個(gè)，為分別位于左、右側(cè)機(jī)翼上的=維旋轉(zhuǎn)平臺上的 左側(cè)=軸磁傳感探頭和右側(cè)=軸磁傳感探頭。
[0012] 進(jìn)一步的，所述磁場發(fā)射元件為欽鐵棚永磁鐵。
[0013] 進(jìn)一步的，所述跟蹤裝置還包括欽鐵棚永磁鐵外的依次包圍的高阻巧橡膠隔震 層、工程塑料防滲層和高耐久性混凝±層。
[0014] 進(jìn)一步的，所述跟蹤裝置位于路基埋設(shè)深度10-20米，相鄰跟蹤裝置的間距為50 米。
[0015] 進(jìn)一步的，無人機(jī)沿鐵路線路飛行，為更精確地監(jiān)測鐵路路基的深部塌陷、根據(jù)各 類列車的高度，無人機(jī)巡航高度取5?10米。
[0016] 本實(shí)用新型的鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)包括跟蹤裝置、無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制 系統(tǒng)。跟蹤裝置包括磁場發(fā)射元件，用W激發(fā)磁場；無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，包括無人機(jī)、設(shè)置在無 人機(jī)頂部的GI^S和分別位于無人機(jī)左右機(jī)翼的S軸磁傳感探頭，S軸磁傳感探頭為高速采 樣=軸磁傳感探頭，無人機(jī)于跟蹤裝置埋設(shè)段上方沿著鐵路線路飛行，=軸磁傳感探頭用 W接收跟蹤裝置激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，將無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息處理成 路基的深部變形并進(jìn)行鐵路路基塌陷的早期預(yù)警。實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模巡航式的鐵路路基塌陷監(jiān) 巧。，解決了鐵路路基深部塌陷不易監(jiān)測、且需跨越超長路線的難題，并滿足在野外、荒山、高 原、高寒地區(qū)等惡劣環(huán)境下全天候工作的要求。
[0017] 就監(jiān)測方法而言，包括如下步驟：
[0018] S1)計(jì)算跟蹤裝置在=維旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)中屯、P處激發(fā)的磁場梯度：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括 -跟蹤裝置（3)，數(shù)量為多個(gè)，沿鐵路路基（1)的線路方向埋設(shè)，包括磁場發(fā)射元件； -無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)（2)，于跟蹤裝置上方沿鐵路線路飛行，包括無人機(jī)（5)、設(shè)置在無人 機(jī)頂部的GPS (6)和分別位于無人機(jī)左右機(jī)翼的三軸磁傳感探頭； _數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)（4)，將無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息處理成路基的深部變形并進(jìn)行鐵 路路基塌陷的早期預(yù)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng) (2)還包括分別位于無人機(jī)左、右側(cè)機(jī)翼上的三維旋轉(zhuǎn)平臺（7、9);所述三軸磁傳感探頭數(shù) 量為兩個(gè)，為分別位于左、右側(cè)機(jī)翼上的三維旋轉(zhuǎn)平臺（7、9)上的左側(cè)三軸磁傳感探頭（8) 和右側(cè)三軸磁傳感探頭（10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述磁場發(fā)射元件為 釹鐵硼永磁鐵（11)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述跟蹤裝置還包括 釹鐵硼永磁鐵（1)外的依次包圍的高阻尼橡膠隔震層（12)、工程塑料防滲層（13)和高耐久 性混凝土層（14)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述跟蹤裝置位于路 基下的埋設(shè)深度為10-20米，相鄰跟蹤裝置的間距為50米。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種鐵路路基塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，包括跟蹤裝置、無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。跟蹤裝置包括磁場發(fā)射元件，用以激發(fā)磁場；無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，包括無人機(jī)、設(shè)置在無人機(jī)頂部的GPS和分別位于無人機(jī)左右機(jī)翼的三軸磁傳感探頭，無人機(jī)于跟蹤裝置埋設(shè)段上方沿鐵路線路飛行，三軸磁傳感探頭用以接收跟蹤裝置激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)將無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息處理成路基的深部變形并進(jìn)行鐵路路基塌陷的早期預(yù)警。本實(shí)用新型還公開了一種使用上述系統(tǒng)的監(jiān)測方法。該監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模巡航式的鐵路路基塌陷監(jiān)測，解決了鐵路路基深部塌陷不易監(jiān)測、且需跨越超長鐵路線路的難題，并滿足在野外、荒山、高原、高寒地區(qū)等惡劣環(huán)境下全天候工作的要求。
【IPC分類】G01B7-24
【公開號】CN204329887
【申請?zhí)枴緾N201520008668
【發(fā)明人】江勝華, 江文華, 姚捷, 汪時(shí)機(jī), 李偉清
【申請人】西南大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月7日