一種高速鐵路路基沉降監測方法及系統與流程
2023-12-05 21:19:26 1
本發明涉及監測技術領域，尤其涉及一種高速鐵路路基沉降監測方法及系統。
背景技術：
近年來，在工程監測預警方面，國內各企業、院所進行了大量投入研究及工程實踐，基於b/s(瀏覽器/伺服器)、c/s(客戶端/伺服器)等的自動化監測系統也大量湧現，目前最為成熟和廣泛的是地址災害監測預警系統，該系統功能最全面應用最早的是三峽庫區的地址災害監測系統，包括了單項滑坡專業監測、群測群防和監測預警系統平臺，在城市軌道交通方面，廣州地鐵實現了基於b/s架構的地鐵建設及運營權過程的智能化管理系統。鐵路方面，建立有青藏鐵路長期監測系統，利用青藏鐵路專用通信網絡gsm-r實現了數據的遠程傳輸，能及時獲得凍土地溫監測數據。
但是，國內的多數監測系統存在監測數據採集、通訊、計算、可視化、預警、管理的整個流程中存在針對性不足、集成性和用戶使用方便性較差，部分環節缺失或功能性較弱的情況。
因此，現有技術中的監測系統存在監測性能較差的技術問題。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是現有的監測系統存在監測性能較差的技術問題，進而提供一種高速鐵路路基沉降監測方法及系統，提高了監測的性能。
為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：一種高速鐵路路基沉降監測方法，包括如下內容：
採集單層或雙層沉降設備布設方式的沉降量數據，並備份，傳輸至伺服器；
伺服器對所述沉降量數據進行自檢自控，判斷所述沉降量數據是否有異常；
在確定有異常時，生成設備故障報告，上報故障報告信息；
在確定沒有異常時，結合溫度數據對所述沉降量數據進行修正，並去噪處理，獲得處理後的沉降量數據；
將所述處理後的沉降量數據與設置的閾值進行比較，在超過閾值時，提示報警。
進一步地，所述單層沉降設備布設方式具體為在同一斷面的路基底層設置多個監測點，雙層沉降設備布設方式具體為在同一斷面的路基底層和路基表層設置多個監測點。
進一步地，伺服器對沉降量數據進行自檢自控，判斷沉降量數據是否有異常具體為：
伺服器對沉降量數據進行自檢自控，判斷沉降量數據是否出現亂碼，或者與備用數據相比是否有缺少部分數據，或者與正常數據的固定格式是否不一樣。
進一步地，在確定沒有異常時，結合溫度數據對所述沉降量數據進行修正，並去噪處理，獲得處理後的沉降量數據，具體包括：
在確定沒有異常時，結合溫度數據對沉降量數據進行修正；
根據n個沉降量數據xi，計算其算數平均值x以及每個沉降量數據的剩餘誤差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；
按照貝賽爾公式算出該獨立沉降量數據的標準誤差σ；
在任意一個沉降量數據xi的剩餘誤差vi滿足如下條件時：
|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根據噪聲程度進行調整；
確定該獨立沉降量數據xi的誤差大於預設值，應當剔除，獲得處理後的沉降量數據。
進一步地，所述設置的閾值具體為：
累計沉降量預警閾值、沉降量速率預警閾值或本期沉降量預警閾值。
另一方面，本發明還提供了一種高速鐵路路基沉降監測系統，包括：
採集模塊，用於採集單層或雙層沉降設備布設方式的沉降量數據，並備份，傳輸至伺服器；
伺服器，用於對所述沉降量數據進行自檢自控，判斷所述沉降量數據是否有異常；在確定有異常時，生成設備故障報告，上報故障報告信息；在確定沒有異常時，結合溫度數據對所述沉降量數據進行修正，並去噪處理，獲得處理後的沉降量數據；
數據預警模塊，用於在將所述處理後的沉降量數據與設置的閾值進行比較，在確定比較結果為超過閾值時，提示報警。
進一步地，所述採集模塊包括採用單層或雙層沉降設備布設方式所採用的靜力水準儀、用於對所述靜力水準儀採集的沉降量數據備份的存儲單元、用於對所述沉降量數據傳輸的傳輸模塊。
進一步地，所述伺服器包括自檢自控模塊、去噪模塊。
進一步地，所述自檢自控模塊具體用於對沉降量數據進行自檢自控，判斷沉降量數據是否出現亂碼，或者與備用數據相比是否有缺少部分數據，或者與正常數據的固定格式是否不一樣。
進一步地，所述去噪模塊具體用於在自檢自控模塊確定沒有異常時，結合溫度數據對沉降量數據進行修正；根據n個沉降量數據xi，計算其算數平均值x以及每個沉降量數據的剩餘誤差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；按照貝賽爾公式算出該獨立沉降量數據的標準誤差σ；在任意一個沉降量數據xi的剩餘誤差vi滿足如下條件時；|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根據噪聲程度進行調整；確定該沉降量數據xi的誤差大於預設值，應當剔除，獲得處理後的沉降量數據。
本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況：
1、本發明所採用的高速鐵路路基沉降監測方法中，根據採集到的沉降量數據，首先判斷該沉降量數據是否有異常，在有異常時，生成設備故障報告進行上報，若沒有異常時，結合溫度數據對沉降量數據進行修正，然後去噪，獲得處理後的沉降量數據，將處理後的沉降量數據和設置的閾值進行比較，在超過預值時，提示報警，因此，能夠提高監測的性能。
2、由於採用單層沉降設備布設方式或雙層沉降設備布設方式來採集沉降量數據，進而能夠採用不同的方式採集數據，使得採集的數據更加精準。
3、由於採用對採集的沉降量數據檢測異常，在異常時上報故障信息，保證對沉降量數據的監測能夠順利進行。
4、由於在對監測數據進行分析時，事先剔除包含粗差的沉降量數據，保證了數據的準確性。
附圖說明
圖1是本發明實施例中高速鐵路路基沉降監測方法的步驟流程示意圖；
圖2a、圖2b是本發明實施例中採集裝置採集沉降量數據的設備排布方式的結構示意圖；
圖2c是本發明實施例中運營階段設備布設方式的示意圖；
圖3是本發明實施例中高速鐵路路基沉降監測系統的模塊示意圖。
具體實施方式
本發明主要解決的技術問題是現有的監測系統存在監測性能較差的技術問題，進而提供了一種高速鐵路路基沉降監測方法及系統，提高了監測的性能。
為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。
本發明提供了一種高速鐵路路基沉降監測方法，如圖1所示，包括：s101，採集單層或雙層沉降設備布設方式的沉降量數據，並備份，傳輸至伺服器。該單層沉降設備布設方式具體為在同一斷面的路基底層設置多個監測點，具體，如圖2a所示，是同一斷面的路基底層左l1、中l2、右l3三個位置的監測點，如圖2b所示，是同一斷面的路基底層l和路基表層u的左、中、右三個位置的監測點，其中包括左l1/u1、中l2/u2、右l3/u3。
針對施工期來說，沉降量數據採集工作需關注路基底層和路基表面的沉降情況，因此可以採用上述的單層或者雙層的兩種布設方式。一般在施工進行的同時進行埋設，針對已經建設完成的鐵路，一般運營階段的沉降監測工作關注重點在於軌道平順性，因此，通常採用的如圖2c的布設方式，施工建設期布設的單層和雙層的沉降設備若設備完好，可沿用至運營期的沉降監測工作當中。
在採用單層沉降設備布設方式採集沉降量數據時，計算出基於基準點j1的其他三個監測點l1、l2、l3的沉降量。
在雙層沉降設備布設方式中，路基底層和路基表層的監測點豎直上相對且用鋼管連接，在路基底層的第一個監測點前端設置有基準監測點，路基表層的第一個監測點的沉降量與路基底層的第一個監測點的沉降量相等，路基表層的第二監測點及以後的監測點分別以路基表層的第一個監測點為基準監測點，將路基表層的第一個監測點的沉降量加上路基表層的第二監測點自身的沉降量或者加上第二監測點之後的監測點自身的沉降量，獲得路基表層的第二監測點及第二監測點之後的監測點的實際沉降量。
具體地，在採用雙層沉降設備布設方式採集沉降量數據時，是利用上層測點u1與下層測點l1之間連接鋼管，使得鋼管剛性連接將基準點數據傳遞至上層，上層數據計算時默認u1沉降量數據等於l1沉降量數據，將u1作為上層測點的起算基準點，計算u2、u3監測點相對於基準點j1的沉降量時，需要加上l1相對於基準點j1的沉降量數據，即u1作為中間點，起到傳遞高程的作用。
具體以計算式對採用雙層沉降設備布設方式採集沉降量數據進行描述：
若假設路基底層的基準監測點j1、路基底層的監測點l1、l2、l3以及路基表層的監測點u1、u2、u3的靜力水準儀初始讀數分別為i0、a0、b0、c0、d0、e0、f0，那麼，監測點l1、l2、l3的初始高差分別為(i0-a0)、(i0-b0)、(i0-c0)，u2、u3的初始高差分別為(d0-e0)、(d0-f0)，在到達時間t之後，各個監測點的靜力水準儀讀數分別為it、at、bt、ct、dt、et、ft，那麼，監測點l1、l2、l3在t時刻的沉降量分別為：
l1＝(i0-a0)-(it-at)
l2＝(i0-b0)-(it-bt)
l3＝(i0-c0)-(it-ct)
監測點u1/u2/u3在t時刻的沉降量分別為：
u1＝l1
u2＝[(d0-e0)-(dt-et)]+l1
u3＝[(d0-f0)-(dt-ft)]+l1
上述的採集監測點的沉降量數據，下面執行s102，伺服器對沉降量數據進行自檢自控，來判斷該沉降量數據是否有異常。
具體地，判斷該沉降量數據是否有異常就是判斷沉降量數據是否出現亂碼、或者是否與備用數據相比是否有缺少部分數據、或者與正常數據的固定格式是否不一樣。
若出現亂碼，那麼確定是有異常，若與備用數據相比缺少部分數據，則確定是有異常，若與正常數據的固定格式不一樣，則確定是有異常。
當然，在確定是否有異常時，需要反覆監測，在第一次監測到有異常，可以跟備份的數據進行比較，如果確定還是有異常，那麼才會確定有異常。
具體地，s103，在確定有異常時，生成設備故障報告，上報故障報告信息，從而在監測源頭就將故障有效排除。
接著，s104，在確定沒有異常時，結合溫度數據對沉降量數據進行修正，並去噪處理，獲得處理後的沉降量數據。
在具體的實施方式中，若沒有異常時，通過溫度數據對沉降量數據進行修正，由於溫度對沉降量數據有影響，考慮將溫度影響的沉降量數據進行修正，避免溫度對沉降量數據的影響，接著，進行除噪處理，具體地去噪處理包括根據n個沉降量數據xi，計算其算數平均值x以及每個沉降量數據的剩餘誤差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；按照貝賽爾公式算出該獨立沉降量數據的標準誤差σ；在任意一個沉降量數據xi的剩餘誤差vi滿足如下條件時：
|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根據噪聲程度進行調整；在本發明實施例中k值可以取3。
確定該獨立沉降量數據xi的誤差大於預設值，應當剔除，獲得處理後的沉降量數據。這樣有效保障了數據的準確性。
上述採用的是k倍均方差算法，判斷過程充分考慮前後多期數據對本期數據的影響，通過對前後n期數據統一進行k倍均方差剔除差迭代計算，在本期數據判斷合格後進入下一步分析。
在獲得處理後的沉降量數據之後，執行s105，將處理後的沉降量數據與設置的閾值進行比較，在超過預值時，提示報警。
具體地，該設置的閾值具體為累計沉降量預警閾值、沉降量速率預警閾值或者本期沉降量預警閾值。
累計沉降量預警閾值就是當某一測點累計沉降超過相應設置的累計沉降量預警閾值時，預警信息就通過站內信和手機簡訊或者電子郵件的方式發送至客戶端用戶，並在監測日誌存儲備份。
沉降量速率預警閾值：累計沉降速率u＝(s-s_n)/n
其中，s為當前0點至24點累計沉降平均值，s_n為往前第n天的累計沉降平均值。
在正常情況下應計算前1天至當天的沉降速率，此時n＝1,當之前數據出現缺失時，則計算往前有數據的最後一天到當前的沉降速率，此時n為實際相差天數。當某一測點沉降速率超過相應設置的沉降速率預警閾值時，預警信息通過站內信、手機簡訊或者電子郵件發送至客戶端用戶，並在監測日誌存儲備份。
本期沉降量預警閾值的情況就是當某一測點本期沉降量超過相應設置的本期沉降量預警閾值，預警信息通過站內信、手機簡訊或電子郵件發送客戶端用戶，並在監測日誌存儲備份。
基於相同的發明構思，本發明實施例還提供了一種高速鐵路路基沉降監測系統，如圖3所示，包括：採集模塊301，用於採集單層或雙層沉降設備布設方式的沉降量數據，並備份，傳輸至伺服器302；伺服器302，用於對沉降量數據進行自檢自控，判斷沉降量數據是否有異常；在確定有異常時，生成設備故障報告，上報故障報告信息；在確定沒有異常時，結合溫度數據對所述沉降量數據進行修正，並去噪處理，獲得處理後的沉降量數據；數據預警模塊303，用於在將處理後的沉降量數據與設置的閾值進行比較，在確定比較結果為超過閾值時，提示報警。
在具體的實施方式中，該採集模塊301包括採用單層或雙層沉降設備布設方式所採用的靜力水準儀、用於對靜力水準儀採集的沉降量數據備份的存儲單元、用於對所述沉降量數據傳輸的傳輸模塊。能夠將靜力水準儀採集到的沉降量數據存儲，而且還可以進行傳輸。
進一步地，該伺服器302包括自檢自控模塊3021、去噪模塊3022。實現對沉降量數據的處理，保證沉降量數據的準確性。
具體地，自檢自控模塊3021具體用於對沉降量數據進行自檢自控，判斷沉降量數據是否出現亂碼，或者與備用數據相比是否有缺少部分數據，或者與正常數據的固定格式是否不一樣。從而在確定有異常時，能夠上報該設備故障報告，及時通知維修。
具體地，該去噪模塊3022具體用於在自檢自控模塊確定沒有異常時，結合溫度數據對沉降量數據進行修正；根據n個沉降量數據xi，計算其算數平均值x以及每個沉降量數據的剩餘誤差vi＝xi-x，其中1≤i≤n；按照貝賽爾公式算出該獨立沉降量數據的標準誤差σ；在任意一個沉降量數據xi的剩餘誤差vi滿足如下條件時；|vi|＝|xi-x|＞kσ，k值可根據噪聲程度進行調整；確定該沉降量數據xi的誤差大於預設值，應當剔除，獲得處理後的沉降量數據。在確定沒有異常時，通過判斷沉降量數據的誤差，將誤差較大的數據剔除，保證數據的準確性。
最後，數據預警模塊303能夠根據確定準確的沉降量數據對不同閾值進行監測，當超過這些閾值時，進行提示報警，其中，包括了累計沉降量預警閾值、沉降量速率預警閾值、本期沉降量預警閾值。在本發明實施例中就不再詳細贅述了。
整個系統可以為不同的用戶配置權限，可以設置項目相關參數，包括項目斷面信息、測點信息、採集頻率、採集時間等，查看監測日誌，包括設備狀態、數據自檢自控及反饋情況、異常數據剔除情況，預警信息等。用戶還可以登錄該系統對相關的監測數據及曲線進行查看、下載等，包括所屬項目、斷面或者測點的累計沉降、差異沉降、本次沉降，沉降速率，也可以遠程查看設備和相關信息，如設備的電池電壓、測點編號、設備類型、設備運行狀態等。
實現了有效監控，提高了監測效率。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。