专利名称：用于探测铁路异物侵限的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种铁路异物的探测装置，尤其涉及的是一种用于探测铁路异物 侵限的装置。
背景技术：
目前还没有一种有效的手段实现对公跨铁桥以及公铁并行(含低于铁路1. 5以 内)区域的异物侵限监测，有些监测点处应用双电网监测技术。该技术是在防护网的上面 敷设两根绝缘导线，只要有横截面大于双电网的网格，质量大于电网导线的承受能力的异 物落在防护网上，就会切断导线产生报警信息。但是，双电网监测技术主要存在以下几个问题第一，对网格横截面和电网导线的 承受能力有一定要求，当异物重量小于电网导线的承受能力时，电网不会被压断，因此不会 产生报警信息。另外，对于落物在防护网上的积累情况无法通过监测信息上传。电网被压 断后，需要重新更换维护，会增加工程量；第二，无法上报侵限过程中的一些实时参量，对侵 限异物进行实时的定位跟踪，也无法判断异物的体积大小；第三，由于需要在桥梁、路基上 安装现场设备，因此还需要在设计过程中做好与桥梁和路基等相关专业的协调配合工作， 做好基础设施预留；第四，金属电网自身存在一定的安全隐患，有一定的使用寿命，因此，一 旦损坏可能会对铁路行车安全造成危害。另外还有少量监测点应用智能图像识别技术，该技术的防异物监测现场系统由视 频服务器、摄像机、视频传输设备等构成，能够实时采集被监控现场发生的异物侵限等图像 信息，并在现场进行智能图像分析，一旦产生报警信息则将现场的图像信息及处理结果上 传至临近的防灾安全监控单元。但是视频监测容易受环境气候等因素影响，无法做到全天 侯。视频监测往往需要借助图像识别技术分析处理现场采集到的数据，成本较高。雷达装置安装灵活，不受地形等限制，监测距离远，雷达波束覆盖范围广；精度高， 直径0. Im以上的物体都可以监测到；雷达监测不受白天、黑夜以及雾、云和雨的影响，并有 一定的穿透能力，可全天候使用。将雷达技术使用在铁路异物侵权探测上还没有见诸报导。

发明内容
发明目的本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于探测铁路异 物侵限的装置，采用雷达测距测速技术，实现对监测范围内移动目标的位置与速度的实时 监测，结合监测现场实际情况，分析判断侵限形成的地点、时间，发布侵限预警信息并上传 至上一级监控单元，以对监测范围内移动物体的监视为主，其它参数为辅，尽量避免复杂的 推理运算，将侵限预测报警功能前移到现场或远程监控单元。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括主雷达装置、备雷达装 置、现场控制器和监控单元，其中主雷达装置和备雷达装置相对设于被测铁路的两侧，现 场控制器分别与主雷达装置和备雷达装置相连，现场控制器设于主雷达装置的内部，监控 单元和现场控制器通过通讯电缆相连，主雷达装置和备雷达装置和监控单元相连以传输数据信号。所述的主雷达装置包括主雷达、主电源和主旋转支架，其中主电源和主雷达相 连，主雷达设于主旋转支架上，主雷达分别与现场控制器和监控单元相连；备雷达装置包括备雷达、备电源和备旋转支架，其中备电源和备雷达相连，备雷 达设于备旋转支架上，备雷达分别与现场控制器和监控单元相连，两个雷达达到冗余备份 的目的，两个雷达均具备测速和测距功能，信息汇总至现场控制器进行数据处理，也可以实 现对落物落点的位置定位，进一步提高异物侵限报警的准确性。所述的旋转支架包括手动云台及底座支架，可以调整雷达波束照射方向与公路桥 以及铁轨之间的角度关系。所述的主雷达和备雷达的中心频率相同。所述的现场控制器和主雷达通过通信电缆连接实现控制及数据传输，所述的现场 控制器和备雷达通过信号电缆连接。所述的现场控制器包括切换模块、采集模块、发送模块和控制模块，其中采集模 块分别与主雷达和备雷达相连以接受环境背景信息和实时信息，控制模块分别与切换模 块、采集模块和发送模块相连以传输控制信号，切换模块分别与主雷达和备雷达相连以传 输切换信号，发送模块和监控单元相连以输出位移报警信息和最终汇总信息。本发明工作时，在公跨铁桥一侧对称架设两个雷达装置(一主一备)，增加了冗余 备份功能，主备雷达都具有发射和接收功能，主雷达内部有一个现场控制器，用来控制备雷 达射频发射和接收功能以及数据信息的传送。正常情况下，主雷达既发射雷达波，又接收雷 达波，备用雷达只作接收使用。在主雷达发射出现异常时，启用备雷达的发射功能。两个雷 达采集到的数据汇总至现场控制器，控制器通过数据分析，可以判断出运动物体的方向，特 别是在水平运动和垂直运动方向的区分，可以实现对落物落点的位置定位，有助于进一步 提高异物侵限报警的准确性，提高了系统可靠性。在监测异物侵限过程中需要测量异物的速度和落点距道床的距离(即异物位置 信息)。定位则需要通过公跨铁桥同侧架设的两个雷达装置的测距来共同完成。测距就是 要精确测定回波相对于发射信号的延迟。首先主、备雷达要保证中心频率相同，主雷达发射 一定频率的雷达波(毫米波)，备雷达接收主雷达发射的雷达波，进行分析处理，得出距离 信息发送至主雷达内部的现场控制器；由于发射强度较大，主雷达也同时接收反射回来的 雷达波，得出距离信息。两路距离信息汇总后，现场控制器利用高速数据处理单元完成对异 物位置信息的确定。根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常可以采用脉冲法、频率 法、相位法。异物侵限监测雷达采用调频法测距。由于目标回波的多普勒频移与其径向速 度成正比，运动目标速度的测量可以通过多普勒频移来确定。另外，监测装置还可以对落入监测范围内异物的反射强度等信息进行分析，得出 其体积大小的估计值。通过体积的估算，可以为进一步确定侵限等级提供更精确的信息。有益效果第一，监测可靠性提高，满足铁路的高可靠性要求，本发明主要应用于 公路跨铁路桥监测点处，利用铁轨两侧对称架设的两个雷达装置，不仅可以实现监测设备 的冗余备份，降低设备故障对监测造成的影响，提高监测的安全可靠性，而且可以实现对异 物落点的位置定位；第二，提高了远程监测精度，监测更加灵活，雷达装置安装灵活，不受地形等限制，
4监测距离远，雷达波束覆盖范围广；精度高，直径0. Im以上的物体都可以监测到；雷达监测 不受白天、黑夜以及雾、云和雨的影响，并有一定的穿透能力，可全天候使用；第三，报警响应速度更快、上报更及时。一旦发现有异物侵限会及时告警，报警反 应时间达到毫秒级；第四，具备对现场雷达装置进行查询设置的功能，无需人工对监控界面进行不间 断值守，有异物侵限发生时，装置会自动上报告警信息至监控单元，并发出声光报警提示。 可以启动图像监控装置，对现场进行实时图像辅助监控，保证报警信息可靠。另外，可以通 过远程查询和控制功能，实现对现场雷达装置的信息查询和参数设置；第五，具有动目标实时监测及提前报警功能，本发明借助控制器强大的处理功能， 对落入铁轨周围一定范围内异物的运动方向、运动速度进行实时监测。根据监测的实时信 息，分析发生侵限的可能性，可以提前报警，将可能造成的灾害降低到最小。另外，可以做到 对异物落点的位置定位。还可以根据反射强度估计异物的大小，判断是否对列车构成危害， 为铁路安全运行提供更加精确的报警信思。


图1是本发明的结构框图；图2是本发明的工作示意图；图3是本发明的工作流程图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括主雷达装置1、备雷达装置2、现场控制器3和监控单元 4，其中主雷达装置1和备雷达装置2相对设于被测铁轨13的两侧，现场控制器3分别与 主雷达装置1和备雷达装置2相连，现场控制器3设于主雷达装置1的内部，监控单元4和 现场控制器3通过通讯电缆11相连，主雷达装置1和备雷达装置2和监控单元4相连以传 输数据信号。所述的主雷达装置1包括主雷达5、主电源6和主旋转支架7，其中主电源6和主 雷达5相连，主雷达5设于主旋转支架7上，主雷达5分别与现场控制器3和监控单元4相 连；备雷达装置2包括备雷达8、备电源9和备旋转支架10，其中备电源9和备雷达 8相连，备雷达8设于备旋转支架10上，备雷达8分别与现场控制器3和监控单元4相连， 两个雷达达到冗余备份的目的，两个雷达均具备测速和测距功能，信息汇总至现场控制器3 进行数据处理，也可以实现对落物落点的位置定位，进一步提高异物侵限报警的准确性。所述的旋转支架包括手动云台及底座支架，可以调整雷达波束照射方向与公路桥 以及铁轨13之间的角度关系。所述的主雷达5和备雷达8的中心频率相同。所述的现场控制器3和主雷达5通过RS485连接实现控制及数据传输，所述的现场控制器3和备雷达8通过信号电缆12连接。所述的主电源6和备电源9上设有五路不同的电压输出，电源通过十芯航空插头 接口和雷达相连，以调高供电的安全可靠。所述的现场控制器3包括切换模块、采集模块、发送模块和控制模块，其中采集 模块分别与主雷达5和备雷达8相连以接受环境背景信息和实时信息，控制模块分别与切 换模块、采集模块和发送模块相连以传输控制信号，切换模块分别与主雷达5和备雷达8相 连以传输切换信号，发送模块和监控单元4相连以输出位移报警信息和最终汇总信息。现场控制器3可以实现第一，现场监测环境背景的先期生成以及周期性的更新， 确保监测数据与环境背景在时间上的一致性；第二，自动对比当前雷达监测到的数据信息 和前期状态的差别，分析得出移动变化曲线图。第三，结合监测到的距离、速度及异物大小 等数据信息，分析预测侵限发生将要影响的地域范围和时间段、侵限等级，以供上一级监控 单元4參考。如图2所示，在公跨铁桥一侧对称架设两个雷达装置(一主一备)，增加了冗余备 份功能。主备雷达8都具有发射和接收功能，主雷达5内部有一个现场控制器3，用来控制 备雷达8射频发射和接收功能以及数据信息的传送。正常情况下，主雷达5既发射雷达波， 又接收雷达波，备用雷达只作接收使用。在主雷达5发射出现异常时，启用备雷达8的发射 功能。两个雷达采集到的数据汇总至现场控制器3，控制器通过数据分析，可以判断出运动 物体的方向，特别是在水平运动和垂直运动方向的区分，可以实现对落物落点的位置定位， 有助于进一步提高异物侵限报警的准确性，提高了系统可靠性。如图3所示，在监测异物侵限过程中需要测量异物的速度和落点距道床的距离 (即异物位置信息)。定位则需要通过公跨铁桥同侧架设的两个雷达装置的测距来共同完 成。测距就是要精确测定回波相对于发射信号的延迟。首先主、备雷达8要保证中心频率 相同，主雷达5发射一定频率的雷达波(毫米波)，备雷达8接收主雷达5发射的雷达波，进 行分析处理，得出距离信息发送至主雷达5内部的现场控制器3 ；由于发射强度较大，主雷 达5也同时接收反射回来的雷达波，得出距离信息。两路距离信息汇总后，现场控制器3利 用高速数据处理单元完成对异物位置信息的确定。根据雷达发射信号的不同，测定延迟时 间通常可以采用脉冲法、频率法、相位法。异物侵限监测雷达采用调频法测距。由于目标回 波的多普勒频移与其径向速度成正比，运动目标速度的测量可以通过多普勒频移来确定。另外，监测装置还可以对落入监测范围内异物的反射强度等信息进行分析，得出 其体积大小的估计值。通过体积的估算，可以为进一步确定侵限等级提供更精确的信息。本实施例设计突出的优点是监测精度及可靠性方面的提高。利用监测设备的冗余 备份，相当于降低了设备故障率，满足铁路的高可靠性要求。另外，可以确定监测范围内异 物的运动方向、运动速度，对异物落点进行位置定位，估计异物的大小，使监测更加精确。具 有探测范围广、反应速度快等特点，可以保证铁路行车安全。雷达监测不受白天、黑夜以及 雾、云和雨的影响，并有一定的穿透能力，监测具有全天候、全天时的特点。监测方式属于非接触式监测，因此有别于接触式监测中报警受落物重量影响的监 测方法。发生异物侵限后，雷达探测装置不易损坏，可以降低维护成本。工艺设计合理、内部为模块化结构、外观结构简洁美观，生产制造标准化，操作使 用方便。一般安装在易发生异物侵限的铁路沿线路段，连接线缆铺设简单，工程安装维护方
6便。尤其减少了在公路桥梁上安装电网的工程量，减轻了桥梁设计初期相关设施的预留工 作量。绿色环保、对环境等不会造成任何影响。
权利要求
1.一种用于探测铁路异物侵限的装置，其特征在于包括主雷达装置(1)、备雷达装置(2)、现场控制器(3)和监控单元(4)，其中主雷达装置(1)和备雷达装置(2)相对设于被 测铁路的两侧，现场控制器⑶分别与主雷达装置⑴和备雷达装置⑵相连，现场控制器(3)设于主雷达装置(1)的内部，监控单元(4)和现场控制器(3)通过通讯电缆(11)相连， 主雷达装置(1)和备雷达装置(2)和监控单元(4)相连以传输数据信号。
2.根据权利要求1所述的用于探测铁路异物侵限的装置，其特征在于所述的主雷达 装置(1)包括主雷达(5)、主电源(6)和主旋转支架(7)，其中主电源(6)和主雷达(5)相 连，主雷达(5)设于主旋转支架(7)上，主雷达(5)分别与现场控制器(3)和监控单元(4) 相连；备雷达装置(2)包括备雷达(8)、备电源(9)和备旋转支架(10)，其中备电源(9)和 备雷达(8)相连，备雷达(8)设于备旋转支架(10)上，备雷达(8)分别与现场控制器(3) 和监控单元(4)相连。
3.根据权利要求1所述的用于探测铁路异物侵限的装置，其特征在于所述的主雷达 (5)和备雷达(8)的中心频率相同。
4.根据权利要求2所述的用于探测铁路异物侵限的装置，其特征在于所述的现场控 制器(3)和主雷达(5)通过通信电缆连接。
5.根据权利要求2所述的用于探测铁路异物侵限的装置，其特征在于所述的现场控 制器⑶和备雷达⑶通过信号电缆(12)连接。
6.根据权利要求2所述的用于探测铁路异物侵限的装置，其特征在于所述的现场控 制器⑶包括切换模块、采集模块、发送模块和控制模块，其中采集模块分别与主雷达(5) 和备雷达(8)相连以接受环境背景信息和实时信息，控制模块分别与切换模块、采集模块 和发送模块相连以传输控制信号，切换模块分别与主雷达(5)和备雷达(8)相连以传输切 换信号，发送模块和监控单元(4)相连以输出位移报警信息和最终汇总信息。
全文摘要
本发明公开了一种用于探测铁路异物侵限的装置，包括主雷达装置、备雷达装置、现场控制器和监控单元，其中主雷达装置和备雷达装置相对设于被测铁路的两侧，现场控制器分别与主雷达装置和备雷达装置相连，现场控制器设于主雷达装置的内部，监控单元和现场控制器通过通信电缆相连，主雷达装置和备雷达装置和监控单元相连以传输数据信号。本发明可使监测可靠性提高，满足铁路的高可靠性要求；提高了远程监测精度，监测更加灵活，雷达装置安装灵活，不受地形等限制，监测距离远；报警响应速度更快、上报更及时；具备对现场雷达装置进行查询设置的功能，无需人工对监控界面进行不间断值守；具有动目标实时监测及提前报警功能。
文档编号G01S13/62GK102001346SQ20101050466
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者冯晓莉, 吉荣新, 陈建平 申请人:南京泰通科技有限公司