軌道交通安全監(jiān)測
軌道交通是我國重點發(fā)展的快速、大運量的公共交通,軌道交通線路主要是指:鐵路、地鐵、高鐵等。今天,軌道交通已經(jīng)是我們的主要交通工具之一。軌道交通工程安全監(jiān)測應具有長期性、連續(xù)性。近些年,分布式聲學傳感(DAS)技術表現(xiàn)出了巨大的潛力。得益于抗電磁干擾、長距離無源測量和抗腐蝕的優(yōu)勢,光纖DAS已應用于軌道交通領域的多個方面,例如入侵監(jiān)測、列車位置和速度監(jiān)測和輪對異常檢測等。
軌道交通安全監(jiān)測對分布式光纖監(jiān)測設備的要求:
DAS技術系統(tǒng)能夠提供對于待測軌道沿線的綜合感知能力。
標準級非定量型詢問器單元
OLA2.1/OLA2.1+/OLA2.2型DAS詢問器單元。詢問器單元(IU)是方案交付設備的核心部件,不受型號變化的影響。單臺詢問器單元測量量程70 km以上。
旗艦級定量型詢問器單元
QuantX 型 DAS 詢問器單元是我們的第五代旗艦級詢問器單元(IU),能夠覆蓋所有的DAS應用場景,在遠距離定量的 DRS/QDAS 性能上具有無與倫比的性能。此型號專門針對需要性能質量的定量相位以及振幅輸出的傳感應用。
軌道沿線運行異常情況的實時反饋
極端環(huán)境條件下的良好適應性
高海拔地區(qū)、極端高低溫環(huán)境對軌道交通沿線的監(jiān)測傳感系統(tǒng)提出了耐候性和適應性要求。
系統(tǒng)在保持高傳感性能的同時,還需保持自身結構和維修維護的便捷。傳感光纖由普通單模光纖組成,外部可由抗腐蝕、機械強度高的鋼絲或鋼帶進行鎧裝,或直接布設在套管中。
軌道交通應用DAS技術方案
1 硬件架構
傳感光纖電纜:單模光纖電纜,應根據(jù)OptaSense關于電纜選擇和安裝的建議進行選取。
詢問單元:OptaSense®機架式安裝單元,利用分布式聲傳感技術監(jiān)測相連的光纖。
處理單元:可靠的性能計算,應使用OptaSense專有的算法檢測器對原始數(shù)據(jù)進行處理。
操作人員工作站:為外部系統(tǒng)提供用戶界面顯示、音頻輸出及多種用戶自定義數(shù)據(jù)輸出選項和接口。
2 軟件架構
地圖顯示:提供DAS安裝的平均資產(chǎn)的衛(wèi)星圖像,以及光纖傳感器的位置和其他關鍵環(huán)境特征。
瀑布圖顯示:可視化從光纖傳感器接收的聲音數(shù)據(jù),允許用戶詳細調(diào)查事件。
數(shù)據(jù)記錄:自動和手動聲學數(shù)據(jù)記錄功能,可進一步調(diào)查歷史事件。
監(jiān)測算法:一套 TPI 算法能夠自動檢測到光纖。這些包括活動、人工挖掘、人員、車輛和隱形探測器。根據(jù)安裝情況進行定制。
OptaSense TPI算法在PU上運行,并從IU接收連續(xù)的聲學數(shù)據(jù)流作為輸入。警報數(shù)據(jù)由檢測算法實時生成,并發(fā)送到CU上的OS6軟件,在GUI上可以查看。
軌道交通應用DAS傳感光纖的布設
1 列車追蹤監(jiān)測性能
直埋式、套管式和預開槽式光纖電纜都適用于進行列車追蹤。通過列車的高聲能信號能夠使得光纖電纜安裝的位置更加靈活,而不會對系統(tǒng)性能造成重大損害。
2 第三方入侵監(jiān)測性能
第三方入侵檢測的光纖電纜布設形式是直埋式光纖電纜,距離鐵路中心2米至5米,無壓載,覆蓋0.3米至0.5米厚度的土壤。這使得在任何侵入活動(如人員)到達鐵路之前,檢測到的機會最大。
3 電纜盜竊監(jiān)測性能
各種鐵路基礎設施沿線有許多不同的高價值銅纜安裝位置和方法。
4 安裝在混凝土或聚合物材質預開槽中的光纖電纜
如果高價值公用電纜位于鄰近鐵路的槽內(nèi),則光纖電纜應與它們位于同一位置。打開槽并移動光纖或附近電纜的活動將導致系統(tǒng)因強聲信號而快速響應。
5 架空安裝的光纖電纜
如果高價值公用電纜位于鄰近鐵路的槽內(nèi),則光纖電纜應與它們位于同一位置。打開槽并移動光纖或附近電纜的活動將導致系統(tǒng)因強聲信號而快速響應。
6 直埋式光纖電纜
為了保護高價值的埋地電纜,如高價值信號線纜等,探測挖掘至埋地電纜組件的電纜部署如圖所示。理想情況下,電纜將直接埋在距離埋地電力電纜0.5m至2m距離范圍之間,并從0.3 m到與電力電纜深度相同的深度。
7 落石監(jiān)測性能
按照第三方入侵檢測的規(guī)定,將電纜安裝在鐵路潛在危險一側,偏移距離2米至5米,并采用直接埋設方法布設。直接埋設電纜可確保落石檢測所需的良好聲學耦合效果。
高級監(jiān)測應用
目前,車輪踏面擦傷及鋼軌斷裂監(jiān)測正在開發(fā)中,僅在環(huán)境控制條件下進行了測試。
8 車輪踏面擦傷監(jiān)測
直埋光纖電纜是檢測車輪扁平度(車輪踏面擦傷)的配置,因為OptaSense®車輪扁平度(車輪踏面擦傷)檢測器需要良好的聲學耦合效果。理想情況下,光纖電纜將埋在距離鐵路2米至5米的地方,深度在0.3米至0.5米之間。
9 鋼軌斷裂監(jiān)測性能
直埋電纜是檢測鋼軌斷裂的布設形式,因為OptaSense®車輪扁平(車輪踏面擦傷)檢測器需要良好的聲學耦合效果。理想情況下,電纜將埋在距離鐵路2米至5米的范圍內(nèi),深度在0.3米至0.5米之間。
DAS 技術具有多元化信息綜合感知能力,綜合覆蓋列車運行情況、車-軌運行狀況和軌道沿線探測的傳感 “神經(jīng)”。能夠進行軌道沿線異常、故障和入侵事件的實時預警與感知,提高運營方資源調(diào)度效率。一體化智慧感知平臺式的安全、交互系統(tǒng),迅速、掌握運行情況。
隨著分布式光纖傳感技術的不斷完善與發(fā)展,各類 DAS、DVS 產(chǎn)品方案均在諸多領域有相應的應用。從應用領域的本征要求來看,主要的需求是準確定位擾動源和降低整體設備的誤報、漏報、錯報率??紤]到目前市場上各類型產(chǎn)品良莠不齊,在重點工程項目或科研級工程項目中,合理的DAS設備應當具有以下特征:
客觀條件上,DAS技術在光學傳感方面、數(shù)據(jù)分析方面、信號模式識別和分類方面、圖像特征分析與判別方面、信號降噪方法方面都具有進行創(chuàng)新性研究的巨大空間。
主觀條件上,目前DAS工程應用主要由科研院所及高校牽頭實施,在完成工程監(jiān)測需求之余還涉及相應的成果轉化需要。
目前,歐美大地正著力與用戶合作推進DAS技術項目的成果轉化和標準探索。歡迎您與我們一起探討DAS的應用方向。
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