本申請涉及航天檢測和鐵路安全技術領域，尤其涉及一種基于聲學檢測的軌道斷裂監測方法和裝置。

背景技術：

隨著現代經濟的發展，對鐵路運輸的依賴程度越來越高，國家對鐵路運輸的投入也持續增大，鐵路路網建設取得了跨越式的發展，同時對列車運行速度的要求也逐步提高。近年來，我國鐵路經歷了六次大規模提速，提速線路已達到16500公里，在列車的速度不斷提高的同時，列車的開行量也逐漸增多。我國鐵路交通行車仍以客貨共線為主，列車密度高居世界第一。這些因素都對列車運行的安全保障體系提出了更高的要求，而安全是鐵路運輸永恒的主題，在這種情況下，保證列車的高速、安全、平穩、不間斷運行成為鐵路高效運輸的一個重要使命。

鐵路運行安全主要針對鐵路鐵軌的服役安全。通過研究全網斷軌監測，實現對鐵軌服役狀態的安全檢測，能夠及時發現斷軌事件，避免重大事故發生。因此，實現對軌道斷裂的監測對確保鐵路運行安全具有十分重要的意義。

目前，我國主要采用手推式探傷車人工巡軌車和大型鋼軌探傷車定期巡檢，或采用軌道電路對鋼軌實時監測等方法進行斷軌檢測。然而這些斷軌檢測方法實現復雜、功耗大、成本高。因此，提供一種實現簡單、低成本、低功耗的軌道斷裂監測方法是目前急需解決的一個技術問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本申請提供一種軌道斷裂監測方法和裝置，其實現簡單、成本低，功耗低，技術方案如下：

基于本申請的一方面，本申請提供一種軌道斷裂監測方法，預先在待監測的軌道段的兩端分別設置第一超聲傳感器和第二超聲傳感器，所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器分別用于監測軌道中的超聲信號；所述方法包括：

獲取所述第一超聲傳感器監測得到的第一超聲信號，以及所述第二超聲傳感器監測得到的第二超聲信號；

判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否滿足預設條件；

如果所述第一超聲信號或所述第二超聲信號中的至少一個滿足預設條件，確定所述軌道段內發生軌道斷裂事件。

優選地，所述判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否滿足預設條件包括：

判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否包括軌道斷裂和裂紋擴展的聲學特征信息。

優選地，所述確定所述待監測的軌道段發生軌道斷裂事件之后，所述方法還包括：

確定所述第一超聲信號滿足預設條件的第一時刻，以及所述第二超聲信號滿足預設條件的第二時刻；

計算所述第一時刻與所述第二時刻的時間差；

依據所述時間差、超聲信號傳播速度、以及所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器之間的距離值，計算所述軌道段上發生軌道斷裂事件的位置。

優選地，獲取所述第一超聲信號和/或第二超聲信號之后，所述方法還包括：

對獲取到的第一超聲信號和/或第二超聲信號進行預處理。

優選地，所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器均為壓電式聲學傳感器。

基于本申請的另一方面，本申請提供一種軌道斷裂監測裝置，包括：

至少兩個超聲傳感器，所述至少兩個超聲傳感器包括第一超聲傳感器和第二超聲傳感器，所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器分別設置在待監測的軌道段的兩端，用于監測軌道中的超聲信號；

獲取單元，用于獲取所述第一超聲傳感器監測得到的第一超聲信號，以及所述第二超聲傳感器監測得到的第二超聲信號；

判斷單元，用于判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否滿足預設條件；

第一確定單元，用于當所述判斷單元判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號中的至少一個滿足預設條件時，確定所述軌道段發生軌道斷裂事件。

優選地，所述判斷單元具體用于，判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否包括軌道斷裂和裂紋擴展的聲學特征信息。

優選地，還包括：

第二確定單元，用于確定所述第一超聲信號滿足預設條件的第一時刻，以及所述第二超聲信號滿足預設條件的第二時刻；

第一計算單元，用于計算所述第一時刻與所述第二時刻的時間差；

第二計算單元，用于依據所述時間差、超聲信號傳播速度、以及所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器之間的距離值，計算所述軌道段上發生軌道斷裂事件的位置。

優選地，還包括：

預處理單元，用于對獲取到的第一超聲信號和/或第二超聲信號進行預處理。

優選地，所述超聲傳感器為壓電式聲學傳感器。

本申請提供的軌道斷裂監測方法中，預先在待監測的軌道段的兩端分別設置第一超聲傳感器和第二超聲傳感器，所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器分別用于實時監測軌道中的超聲信號。當軌道段中發生軌道斷裂事件時，第一超聲傳感器監測得到的第一超聲信號以及第二超聲傳感器監測得到的第二超聲信號會滿足預設條件，因此，本申請通過監測確定第一超聲信號或所述第二超聲信號中的至少一個滿足預設條件，確定所述軌道段發生軌道斷裂事件，本申請提供的軌道斷裂監測方法實現簡單、成本低，功耗低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請提供的一種軌道斷裂監測方法的流程圖；

圖2為本申請中超聲傳感器的安裝示意圖；

圖3為本申請提供的一種軌道斷裂監測方法的另一種流程圖；

圖4為本申請提供的一種軌道斷裂監測裝置的結構示意圖；

圖5為本申請提供的一種軌道斷裂監測裝置的另一種結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1，其示出了本申請提供的一種軌道斷裂監測方法的流程圖。在具體應用本申請方法之前，首先預先在待監測的軌道段的兩端分別設置第一超聲傳感器和第二超聲傳感器，如圖2所示，所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器分別用于監測軌道中的超聲信號。對于長度較長的軌道來說，本申請可以在軌道上間隔固定距離設置一個超聲傳感器，通過在軌道上間隔設置的多個超聲傳感器，將軌道劃分為多個軌道段，本申請的監測對象即為每兩個超聲傳感器之間的軌道段。具體的，方法包括：

步驟101，獲取所述第一超聲傳感器監測得到的第一超聲信號，以及所述第二超聲傳感器監測得到的第二超聲信號。

列車在行進過程中，車輪會與軌道間摩擦產生超聲波，第一超聲傳感器設置在軌道段的一端，第二超聲傳感器設置在軌道段的另一端，第一超聲傳感器和第二超聲傳感器同時實時監測該軌道段中的超聲信號。為了便于描述清楚，本申請將第一超聲傳感器監測得到的超聲信號稱之為第一超聲信號，將第二超聲傳感器監測得到的超聲信號稱之為第二超聲信號。

在本申請實際應用過程中，第一超聲傳感器和第二超聲傳感器可以具體為壓電式聲學傳感器，將該壓電式聲學傳感器具體吸附在軌道的軌底或軌腰上，該壓電式聲學傳感器可以接收40kHz至300kHz頻帶范圍的超聲信號。

本申請中，在軌道段未發生軌道斷裂事件時，第一超聲傳感器監測得到的第一超聲信號，和第二超聲傳感器監測得到的第二超聲信號的頻率、幅度等特征參數都會在某個固定范圍內平穩的呈現。

步驟102，判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否滿足預設條件。如果滿足，執行步驟103，如果不滿足，返回執行步驟101。

具體地，本申請在獲取到第一超聲信號和第二超聲信號后，可以采用時頻分析方法對其進行分析，此時所述步驟102可以具體為，判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否包括軌道斷裂和裂紋擴展的聲學特征信息。其中，聲學特征信息包括聲波頻率、聲波幅度等。當在軌道段內發生軌道斷裂事件時，軌道的斷裂或裂紋會使得第一超聲信號和第二超聲信號的頻率發生變化，其中軌道斷裂和裂紋擴展的事件聲學特征主頻在120kHz-170kHz之間，因此在軌道段內發生軌道斷裂事件時，第一超聲信號和第二超聲信號的頻率會落在該頻帶范圍120kHz-170kHz內，由此本申請可以通過判斷第一超聲信號和第二超聲信號的頻率是否落在該頻帶范圍內來判斷得知當前軌道段內是否發生軌道斷裂事件。此外，第一超聲信號和第二超聲信號的時域信號也會發生明顯的突變，且其幅度明顯增大，本申請通過判斷其幅度值大小也可實現判斷當前軌道段內是否發生軌道斷裂事件。

本申請在判斷第一超聲信號或第二超聲信號中的至少一個滿足預設條件時，執行步驟103，確定所述軌道段內發生軌道斷裂事件。如果第一超聲信號和第二超聲信號均不滿足預設條件，則表明當前軌道段內未發生軌道斷裂事件，繼續實時獲取第一超聲信號和第二超聲信號。

步驟103，確定所述軌道段內發生軌道斷裂事件。

作為本申請優選的，在步驟101之后，還可以包括步驟100，對獲取到的第一超聲信號和/或第二超聲信號進行預處理。其中預處理包括信號放大、濾波、A/D轉換等。

在本申請實際應用過程中，第一超聲傳感器和第二超聲傳感器監測得到的第一超聲信號和第二超聲信號會存在功率較小、存在干擾頻率等問題，因此本申請在獲取到第一超聲信號和第二超聲信號后，對其依次進行放大、將其頻率為100kHz以下的超聲信號濾除、A/D轉換等，以保證超聲信號的準確性。

因此本申請提供的軌道斷裂監測方法中，預先在待監測的軌道段的兩端分別設置第一超聲傳感器和第二超聲傳感器，所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器分別用于實時監測軌道中的超聲信號。當軌道段中發生軌道斷裂事件時，第一超聲傳感器監測得到的第一超聲信號以及第二超聲傳感器監測得到的第二超聲信號會滿足預設條件，因此，本申請通過監測確定第一超聲信號或所述第二超聲信號中的至少一個滿足預設條件，確定所述軌道段內發生軌道斷裂事件，本申請提供的軌道斷裂監測方法實現簡單、成本低，功耗低。

進一步，本申請在確定出軌道段內發生軌道斷裂事件后，還可進一步確定出軌道段中具體發生軌道斷裂或裂紋的位置，如圖3所示，在圖1的基礎上，還包括：

步驟104，確定所述第一超聲信號滿足預設條件的第一時刻，以及所述第二超聲信號滿足預設條件的第二時刻。

本申請在確定出當前軌道段內發生軌道斷裂事件后，確定并記錄產生滿足預設條件的第一超聲信號的第一時刻，以及產生滿足預設條件的第二超聲信號的第二時刻。

具體的，本申請可以提取產生滿足預設條件的第一超聲信號的明顯上升沿的時間信息作為第一時刻，提取產生滿足預設條件的第二超聲信號的明顯上升沿的時間信息作為第二時刻。

步驟105，計算所述第一時刻與所述第二時刻的時間差。

步驟106，依據所述時間差、超聲信號傳播速度、以及所述第一超聲傳感器和第二超聲傳感器之間的距離值，計算所述軌道段上發生軌道斷裂事件的位置。

本申請提供的軌道斷裂監測方法具有如下優點：

1、本申請適用于道岔區尖軌、心軌、翼軌、基本軌的折斷及嚴重傷損的實時監測；

2、本申請不占用鋼軌、不影響軌道正常運行；

3、本申請可以實現遠程監測，且定位斷裂準確，能夠直接并準確地指導維修人員到達現場檢修，無需在較長線路上的整個區域進行巡檢，節約鋼軌檢修時間；

4、本申請可實現軌道裂紋擴展和軌道斷裂的檢測，在發生徹底斷軌前，即可檢測出其鋼軌服役期的健康狀態，判斷是否有裂痕、裂紋擴展等發生，及早地發現損傷，實現早期預警；

5、本申請可延伸至鋼軌扣件等的完整性監測。

基于前文本申請提供的一種軌道斷裂監測方法，本申請還提供一種軌道斷裂監測裝置，如圖4所示，包括：

至少兩個超聲傳感器100，所述至少兩個超聲傳感器100包括第一超聲傳感器101和第二超聲傳感器102，所述第一超聲傳感器101和第二超聲傳感器102分別設置在待監測的軌道段的兩端，用于監測軌道中的超聲信號；所述超聲傳感器100具體為壓電式聲學傳感器；

獲取單元200，用于獲取所述第一超聲傳感器101監測得到的第一超聲信號，以及所述第二超聲傳感器102監測得到的第二超聲信號；

判斷單元300，用于判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否滿足預設條件；

第一確定單元400，用于當所述判斷單元300判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號中的至少一個滿足預設條件時，確定所述軌道段發生軌道斷裂事件。

其中，所述判斷單元300具體用于，判斷所述第一超聲信號或所述第二超聲信號是否包括軌道斷裂和裂紋擴展的聲學特征信息。

優選的，本申請還可以包括，如圖5所示：

第二確定單元500，用于確定所述第一超聲信號滿足預設條件的第一時刻，以及所述第二超聲信號滿足預設條件的第二時刻；

第一計算單元600，用于計算所述第一時刻與所述第二時刻的時間差；

第二計算單元700，用于依據所述時間差、超聲信號傳播速度、以及所述第一超聲傳感器101和第二超聲傳感器102之間的距離值，計算所述軌道段上發生軌道斷裂事件的位置；

以及，預處理單元800，用于對獲取到的第一超聲信號和/或第二超聲信號進行預處理。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對于裝置類實施例而言，由于其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上對本申請所提供的一種軌道斷裂監測方法和裝置進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本申請的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本申請的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本申請的限制。