监视运输网络基础结构的利记博彩app
【专利摘要】本申请涉及对形成运输网络的部分的结构进行状况监视，例如对结构（尤其是隧道）进行结构健康状况监视。该方法涉及对被部署以便监视结构（206）的至少一个光纤（104）执行分布式声学感测（DAS）。针对结构附近的网络上的交通（205）的移动的声学响应被检测和分析以检测结构的声学响应（303、304）。结构的声学响应然后被分析以检测状况中的任何改变。因而，该方法使用网络上的交通的正常移动（例如，铁轨网络上的列车）来声学激励结构，并且检测结果所得的响应。该方法对于铁轨网络上的隧道的状况监视特别有用。
【专利说明】监视运输网络基础结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及监视运输网络的基础结构，例如铁轨网络(诸如，隧道或桥梁或铁轨轨道自身)的基础结构，并且特别涉及使用铁轨网络上的交通的移动的状况监视。
[0002]运输网络基础结构(诸如，铁轨网络基础结构)通常将包括期望监视其状况的一些结构。例如，可能期望的是监视形成该网络的部分的隧道的状况，以检测可能导致故障的隧道中的任何缺陷。
[0003]在一些铁轨网络中，可以手动地检查隧道的状况。这可以包括由合适的人员进行的检查，包括视觉检查和/或各种测试或测量的性能，以识别任何潜在的问题。例如，可以视觉地检查墙的状况，可以使用合适的探针来测试针对任何移动所测量的已知标记的相对位置并且在一些情况下测试墙状况。
[0004]然而显然此类检查需要将检查组送到相关结构，并且检查可能花费大量时间。甚至在长度方面几百米的单个轨道铁轨隧道中，要被检查的区域可能是大量的并且一些隧道可能大到足以容纳多个轨道并且在长度方面大约是几千米。检查可能仅当铁轨网络的相关段未在使用时是可能的，这可能限制对于检查而言可用的时间和/或导致对网络的减少或取消的服务。由于这些原因，人工检查通常是耗时且昂贵的工作，并且因此，仅周期性地检查多数基础结构，在一些实例中在检查之间有很多时间段。
[0005]在一些结构中，也可以存在多个永久安装的传感器，以提供前进中的结构健康状况监视。例如，各种应变传感器、加速度计等可以遍及隧道被部署以检测任何运动。此类传感器通常是点式传感器，并且因而为隧道提供在长度方面可以是几千米的足够的覆盖范围需要许多此类传感器，而有随之发生的费用。针对远程监视，每个传感器必须具有合适的电源并且被布置为能够发送所获取的数据以供分析。
[0006]本发明的实施例提供用于对形成运输网络的基础结构的部分的结构进行状况监视的方法和装置。
[0007]在本发明的一个方面，提供有一种对形成运输网络的部分的结构进行状况监视的方法，该方法包括:对被部署成监视所述结构的一个或多个光纤执行分布式声学感测以提供来自多个声学感测部分中的每个的测量信号；分析由于所述结构附近的运输网络上的交通的移动而生成的测量信号以识别与所述结构相关联的声学信号；以及分析与所述结构相关联的所述声学信号以提供所述结构的状况方面的任何改变的指示。
[0008]本发明的该方面的方法使用光纤分布式声学感测(DAS)。分布式声学感测是一种已知类型的感测，其中光纤被部署为感测光纤并且利用电磁辐射来重复询问，以提供对沿着其长度的声学活动的感测。通常，辐射的一个或多个输入脉冲被发射到光纤中。通过分析从光纤内反向散射的辐射，光纤可以有效地被分成可以是(但不必是)连续的多个分立的感测部分。在每个分立的感测部分内，光纤的机械扰动(例如由于传入的声波而造成的)引起从该部分反向散射的辐射的性质方面的变化。这种变化可以被检测和分析并用来给出该感测部分处的光纤的扰动的强度的量度。因而DAS传感器有效地充当光纤的声学感测部分的线性感测阵列。光纤的感测部分的长度由询问辐射的特性以及应用于反向散射信号的处理来确定，但通常可以使用大约几米到几十米左右的感测部分。如在本说明书中使用的，术语“分布式声学感测”将被视为意指通过询问光纤来提供沿着光纤纵向分布的多个分立的声学感测部分的感测，并且术语“分布式声学传感器”应该相应地解释。术语“声学”应该意指任何类型的压力波或机械扰动，其可能导致光纤上的应变的改变并且以用于避免怀疑术语“声学”被视为包括超音速和亚音速波以及地震波。
[0009]DAS可以被操作以在光纤的长的长度之上提供许多感测部分或通道，例如DAS可以被应用在高达40km或更多的光纤长度上，其中连续感测通道大约1m长。
[0010]在共同未决专利申请GB1201768.7中，已经提出了 DAS传感器可以沿着运输网络(诸如，铁轨或公路网络)被部署，以提供作为控制方法的部分的对运输网络上的交通移动的监视和/或以检测不正常的交通移动。例如在铁轨网络中，DAS感测光纤邻近的列车轨道上的列车的移动将生成可以被用来在列车移动时追踪列车的声学信号，从而沿着被监视部分的整个长度连续地提供针对几十米的分辨率的实时位置信息。
[0011]本发明人已经认识到，DAS可以被用来通过监视结构针对网络上的交通的经过的声学响应以提供对形成运输网络的部分或与运输网络相关联的结构的状况监视。本发明人已经意识到，网络上的交通的移动提供结构的声学激励并且结构的响应自身可以与交通的一般噪声相区分。换言之，交通移动提供噪声源，并且意外地与结构自身相关联的声学信号可以单独地识别为不同于声源。进而，发明人已经认识到，结构针对交通的经过的声学响应甚至在交通不同时也可能很大程度上相同。换言之，以监视铁轨网络上的隧道为例，第一列车经过隧道在隧道中激励与随后另一列车经过相同的隧道相同的一般响应。运输网络可以是用于人和/或物品的车辆移动的网络，并且特别可以是铁轨网络。
[0012]因此，可以理解，结构的声学响应可以在网络操作期间被监视，以提供进行中的状况监视。声学响应方面的任何显著改变可以指示状况方面的改变。
[0013]该方法因而涉及对至少一个光纤执行分布式声学感测，以如以上所描述的那样提供来自多个声学感测部分中的每个的测量信号。至少一个感测光纤被部署以便监视结构。感测光纤可以被部署成遍及诸如隧道、桥梁、高架桥、路堤或路堑之类的结构布设，并且在一些实例中，至少部分光纤可以被嵌入在结构的材料内。然而在其他应用中，感测光纤可以附加地或替代地被部署有邻近于结构或附接于结构的至少部分光纤。
[0014]如前面提到的，由于所述结构附近的运输网络上的交通(即，车辆)的移动而生成的测量信号被分析以识别与所述结构相关联的声学信号，即以将由于结构的声学响应所造成的那些信号与直接由于交通移动所造成的任何信号相区分。如以下将描述的，这可以采用各种方式来实现。。
[0015]被识别为与结构相关联的声学信号然后被分析以提供所述结构的状况方面的任何改变的指示。
[0016]在一个实施例中，分析与所述结构相关联的声学信号包括:将声学信号与先前所获取的声学信号相比较。如前面描述的，结构的一般声学响应通常对于相同类型的交通移动而言可能是相同的，例如在相同方向上行进通过隧道的列车可以激励相同的一般响应，如果不存在隧道状况方面的显著改变的话。事实上因此，结构可以表现出声学特性。
[0017]例如，考虑在长度方面比方说是300m的隧道具有遍及隧道布设的DAS感测光纤并且被询问以便提供在长度方面大约15m的感测部分。因而，可能存在沿着隧道的长度的光纤的连续感测部分。响应于列车经过隧道，一些感测部分通常可以表现出更强烈的声学响应和/或持续得比其他感测部分更长。另外，一些感测部分可以在一些声学频率处表现出与其他相比强的响应。因而，来自与结构对应的各感测部分的测量信号的相对强度、时间演化和/或频率的模式可以被视为针对结构(在该示例中是隧道)的声学特性。
[0018]然后响应于接近结构的交通的移动而检测到的声学特性可以与对应于或从一个或多个先前检测到的响应所导出的已有特性相比较。如果最近获取的声学特性与已有的特性基本上相同，则这可以被视为结构的性质是相同的并且因而结构的状况未改变的指示。然而，如果例如感测部分表现出与先前具有明显不同的相对强度或持续时间的声学响应，则这可以指示结构的性质方面的改变，其可以潜在地指示结构的状况方面的改变。
[0019]在一些实施例中，分析与结构相关联的声学信号可以包括识别在结构中传播的声波。特别是对于延长的结构(即，诸如延伸一些距离并且因而可能延伸DAS传感器的若干感测部分的隧道之类的结构)而言，可以识别结构内的声波的传播。通常，由交通沿着诸如隧道之类的结构移动而生成的声学能量将导致沿着结构传播的声波。这将导致将被DAS传感器检测为光学信号的序列地影响各感测部分的一系列光纤扰动。此类声波的传播可以形成结构的至少部分声学特性并且可以与先前检测到的响应相比较以检测任何显著的改变。
[0020]特别地，该方法可以涉及识别在结构中传播的声波方面的任何不连续性，例如波的速度或强度方面的突然改变或检测到反射。
[0021]采取简单的示例，考虑结构包括均匀的固体材料。在此类结构内传播的任何声波可以被预期成以相对恒定的速度行进(受到任何多径效应)并具有相对恒定的衰减。然而，如果存在不连续性，诸如材料内的裂缝或空隙，则可能在裂缝或空隙处存在速度或强度方面的阶跃改变和/或可能生成大量的反射。可以检测阶跃改变和/或反射，从而指示在相关的感测部分处的潜在问题——尤其是如果先前未检测到此类阶跃改变或反射的话。
[0022]因此，该方法可以包括分析结构中的声波的传播速度。
[0023]要注意的是，在结构中传播的声波的传播速度可以不同于声波在空气中的传播速度。因而对不同于来自空气的传播速度的传播速度的检测可以被用来检测在结构中传播的信号。
[0024]同样，希望监视的声波在结构中的传播速度可以不同于声波在形成运输网络的其他结构中的传播速度。例如考虑铁轨网络，将存在沿着整个运输网络形成铁路的铁轨。当列车在网络上行进时，至少一些声学信号可以以由铁轨的组成所确定的速度传播通过铁轨。当列车到达隧道时，一些声学信号可以以与任何信号行进通过空气或通过铁轨不同的速度传播通过隧道。对以不同速度传播的信号的检测可以被用来在传播通过感兴趣的结构或任何其他网络结构的那些信号之间区分。
[0025]该方法还可以包括识别在结构中以不同速度传播的声波。通常，结构可以包括各种不同的材料。例如，可能存在混凝土填充、砌砖、钢梁等中的一些或所有的混合，其所有都将表现出声音的不同速度。因而，沿着延长的结构传播的声波可以在结构的不同部分中以不同的速度行进。通过着眼于声波的速度，当其沿着结构传播时，可能的是从结构的不同部分检测声学信号。如果结构的各成分是已知的，则因此可能的是在结构内的不同材料的声学响应之间区分。
[0026]因此，该方法可以包括分析来自感测部分的测量信号，以检测以预定义的速度或在预定义的速度范围内沿着结构传播的声学信号。换言之，当分析来自具有大量混凝土的结构的回波时，该方法可以包括寻找以在混凝土中的声音速度传播的信号。
[0027]寻找特定的预期传播速度可以有助于将结构的声学响应与由DAS传感器检测的交通的直接噪声相区分。
[0028]然而，在一个实施例中，通过着眼于在交通经过相关的一个或多个感测部分之前和/或之后被记录的测量信号来检测来自结构的声学响应。因而，与结构相关联的声学信号是由感测部分在交通移动经过相关的感测部分之前和/或之后检测到的那些。
[0029]当交通在网络上移动(诸如列车在铁轨轨道上移动)时，由列车所生成的噪声将在移动的列车前面和后面传播。因而，当交通靠近结构(尤其是诸如隧道之类的封闭式结构)时，移动的交通(例如，列车)的声音将在声学上刺激结构。如以上所提到的，声学能量将耦合到结构，并且对于诸如隧道之类的延长的结构而言将沿着隧道传播。此时，由DAS传感器检测到的声学信号将在很大程度上包括结构针对来自定义的方向的刺激的声学响应。这允许确定结构自身的声学响应。然而，一旦列车实际到达相关的感测部分，则将从列车的不同部分从若干不同方向直接刺激光纤，并且所有的感测部分通常将表现出强烈的响应。因而，结构对声学响应的任何影响可以被由列车所引起的“直接”扰动所淹没。然而，一旦列车已经经过相关的感测部分，则声源将再次变为更定向的。另外，由于列车的经过所造成的结构的声学激励可能花费一些时间来平息，并且因而跟着列车的经过之后的声学响应也将在很大程度上是由于结构的声学响应。
[0030]与由交通在其移动时所产生的一般噪声一样，高速度交通还会对附近的结构(尤其是诸如桥梁或隧道之类的门(portal))产生压力脉冲。当高速列车达到隧道时，气压将由于列车的运动而增加。当列车经过时，气压然后将减小。这可以产生在声学上激励结构的压力脉冲。可以如以上描述的那样监视结构针对此类压力脉冲的声学响应。
[0031]另外，可以通过着眼于DAS传感器的低频率响应来检测由气压方面的增加和减少而引起的应变方面的增加和减少，这可以提供关于结构的状况的信息。
[0032]如前面提到的，被用于DAS的光纤被部署以便监视结构，这可以涉及光纤被布置成遍及诸如隧道或桥梁之类的结构布设。光纤可以是已经被具体部署用于监视结构的专用光纤，或可以是先前被部署用于一些其他目的但适于用作DAS系统中的感测光纤的光纤。例如，在隧道中，可能存在意图用于通信的现有的光纤缆线，其可能具有可以被用于DAS的冗余的光纤。
[0033]在一些实施例中，至少一个感测光纤可以形成被用于监视和/或控制运输网络上的交通的移动的DAS监视系统的部分。如前面所提到的，DAS很适于监视运输网络上的交通的移动，尤其是铁轨网络上的铁轨车辆的移动。单个DAS传感器可以针对高达40km或更多的长度提供以1m左右分离的连续的一系列感测通道，并且可以通过使用更多的传感器来实现更大的长度。单个DAS询问器单元可以在两个光纤之间复用以提供80km的距离之上的感测(其中，询问器在中间)其中光纤沿着网络的路径被部署。这提供了用于沿着网络的大部分感测的连续性的能力。感测光纤可以是标准的电信光纤并且因而相对便宜。光纤可以简单地傍着运输网络掩埋，例如，以所需的任何深度在窄通道中沿着侧或在轨道或公路之下。光纤可以被装入保护壳体中并且可以在不维护的情况下长时间继续存在。因而，安装和维护成本是低的。在许多运输网络中，可能已经存在沿着至少主要路由被部署的光纤，并且此类现有的通信基础结构可以包括可以被用于DAS的冗余光纤。由询问器单元所生成的光学脉冲来询问光纤(如将在以下更详细地描述的)，并且因而功率仅对于询问器单元是需要的。
[0034]因而，感测光纤可以沿着运输网络的路径被部署并且用来追踪网络上的交通的移动。另外，在想要监视其状况的结构附近，与结构相关联的声学信号可以如以上所述的那样被检测和分析。光纤的部署因而可以简单地跟随网络的一般路径，例如傍着铁轨轨道铺设。然而，对于一些结构(例如桥梁)而言，光纤的第一段可以傍着运输网络的路径被部署直到到达结构，在该点处在沿着网络的其余路径继续之前光纤的第二段可以关于结构被部署以提供对结构的感测。因而，光纤的第二段可以被布置成附接于比方说桥梁。在第二段前面和后面的光纤可以被部署成傍着运输网络的路径布设，并且来自这些感测部分的测量信号可以被用来追踪网络上的交通的交通移动。然而，来自第一段的回波将给出关于结构的状况的有用信息。
[0035]如所提到的，该方法特别适用于铁轨网络并且因而光纤可以傍着铁轨网络被部署。该方法还特别有用于监视隧道的状况。光纤因而可以傍着遍及隧道布设的铁轨轨道被部署。
[0036]在一些实施例中，要被监视的结构可以包括铁轨轨道自身。如以上所提到的，来自列车的噪声将行进在列车前或列车后一些距离。该噪声中的一些将由在铁轨中传播的声波来载送，并且该声学信号传播通过铁轨将给出铁轨自身和在下面的轨道的状况的指示。声学信号通过铁轨的所期望的传播速度可以是已知的，并且因而在移动的列车前面或后面的声学信号可以被分析以检测在所期望的速度范围内传播的信号，这如先前所描述的。然而，如所描述的，本发明的方法允许在不需要结构的任何直接有效刺激的情况下使用列车在轨道上的经过来监视与铁轨轨道分离的结构。在隧道的情况下，被监视的结构不是运输网络的车辆行进在其上的结构。
[0037]该方法还扩展到处理来自DAS系统的数据以提供状况监视。因而，在本发明的另一方面，提供有对形成运输网络的部分的结构进行状况监视的方法，该方法包括:接收由具有被部署成监视所述结构的一个或多个分布式声学传感器所获取的多个测量信号；分析由于所述结构附近的运输网络上的交通的移动而生成的测量信号以识别与所述结构相关联的声学信号；以及分析与所述结构相关联的所述声学信号以提供所述结构的状况方面的任何改变的指示。
[0038]根据本发明的该方面的方法因而如先前所描述的那样接收已经由DAS获取的数据，并且分析此类数据。因而，其以所有相同方式来操作并且提供与本发明的第一方面所有相同的优点。
[0039]本发明的方面还涉及计算机程序或包括计算机可读代码的计算机可读存储介质，所述计算机可读代码当在合适的计算设备上执行时，实现上述的方法中的任何一个。
[0040]本发明还涉及分布式声学感测系统，包括:询问器单元，用于在使用中对被部署成监视运输网络的结构的一个或多个光纤执行分布式声学感测以提供来自多个声学感测部分中的每个的测量信号；以及处理器，其被配置成分析由于所述结构附近的运输网络上的交通的移动而生成的测量信号以识别与所述结构相关联的声学信号；以及分析与所述结构相关联的所述声学信号以提供所述结构的状况方面的任何改变的指示。
[0041]根据本发明的该方面的系统提供所有相同的优点，并且可以采用与以上所描述的方法所有相同的方式来使用。
[0042]该系统在使用中将包括被部署成监视结构的光纤，并且至少部分光纤可以沿着运输网络的路径被部署。运输网络可以是铁轨网络，并且系统可以被配置成监视网络上的一个或多个隧道的状况。该系统还可以被用来追踪网络上的交通的移动和/或提供用于控制网络上的交通的移动的一个或多个控制信号。本发明还提供包括此类分布式声学感测系统的运输网络控制系统。
[0043]现在将仅以示例的方式参考以下附图描述该发明，在所述附图中:
图1示出了常规的DAS传感器布置；
图2图示了设有DAS传感器的运输网络；
图3示出了从监视在包括隧道的轨道段上移动的列车的DAS传感器获取的数据；
图4示出了由于列车经过隧道从DAS传感器获取的更多数据；
图5图示了如何可以将感测光纤部署在要被监视的结构上；以及图6图示了从铁轨网络上的DAS传感器根据监视经过高架桥、隧道和桥梁的列车而获取的数据。
[0044]图1示出了分布式光纤感测布置的示意图。感测光纤104的长度在一端处可移除地连接到询问器106。来自询问器106的输出被传递到可以与询问器放置在一起或可以远离询问器的信号处理器108，并且可选地传递到在实践中可以由适当指定的PC来实现的用户接口 /图形显示器110。用户接口可以与信号处理器放置在一起或可以远离信号处理器。
[0045]感测光纤104在长度方面可以是数千米，并且可以在长度方面是例如40km或更多。感测光纤可以是标准的、未经修改的单模光纤，诸如例程地在电信应用中使用的不需要故意引入的诸如光纤布拉格光栅等之类的反射站点。使用未经修改的标准光纤长度来提供感测的能力意味着可以使用低成本的容易可用的光纤。然而，在一些实施例中，光纤可以包括已经被构造成对于传入的振动特别敏感的光纤。光纤将通过利用线缆结构包含它而被保护。在使用中，光纤104被部署在要被监视的感兴趣的区域中。
[0046]在操作中，询问器106将询问电磁辐射发射到感测光纤中，所述电磁辐射可以例如包括具有所选择的频率模式的一系列光学脉冲。光学脉冲可以具有如在GB专利公开GB2, 442, 745中描述的频率模式，其内容通过引用并入本文中，尽管依赖于单个询问脉冲的DAS传感器也是已知的并且可以被使用。注意，如本文中所使用的，术语“光学”不限于可见光谱，并且光学辐射包括红外辐射和紫外线辐射。如GB2，442，745中描述的，瑞利反向散射的现象导致输入到光纤中的光的一些部分被反射回到询问器，其中所述光的一些部分被检测以提供表示光纤附近的声学扰动的输出信号。因而，询问器方便地包括至少一个激光器112和至少一个光学调制器114以用于产生以已知光学频率差异分离的多个光学脉冲。询问器还包括至少一个光电检测器116,其被布置成检测从光纤104内的本征散射站点瑞利反向散射的辐射。瑞利散射DAS传感器在本发明的实施例中非常有用，但是基于布里渊散射或拉曼散射的系统也是已知的并且可以在本发明的实施例中使用。
[0047]来自光电检测器的信号由信号处理器108处理。例如如GB2，442，745中描述的，信号处理器基于光学脉冲之间的差异来方便地解调返回的信号。如GB2，442，745中描述的，信号处理器还可以应用相位解缠算法。因而，可以监视来自光纤的各部分的反向散射光的相位。因而，可以检测给定的光纤段内的有效光学路径长度方面的任何改变，诸如将由于在光纤上引起应变的传入压力波所造成的。
[0048]光输入的形成和检测的方法允许单个连续光纤在空间上分解成分立的纵向感测部分。也就是说，在一个感测部分处感测的声学信号可以基本上独立于在相邻部分处感测的信号而被提供。此类传感器可以被视为完全分布式或本征的传感器，原因在于其使用在光纤中固有的经处理的本征散射，并且因而遍及整个光纤分布感测功能。光纤的感测部分的空间分辨率可以近似为10m，其针对比方说大约40km的光纤的连续长度提供沿着运输网络的40km段(诸如铁轨网络段)被部署的4000个左右独立的声学通道。这可以提供对轨道的整个40km段的高效同时监视。在针对列车监视的应用中，单独的感测部分可以在长度方面均是大约1m或更少。
[0049]因为感测光纤相对便宜，所以感测光纤可以以永久的方式被部署在位置中，原因在于使光纤留在原地的成本不高。该光纤可以傍着或在轨道(或公路)之下被部署并且例如可以傍着轨道段被掩埋。
[0050]图2图示了交通网络段(在该实例中是铁轨网络201)，其具有傍着轨道被掩埋的光纤。在本示例中，轨道具有三个分支202、203和204。如上述的，可以对大约40_50km的光纤长度执行光纤感测。然而对于一些DAS传感器而言，可能难以沿着光纤可靠地感测超出50km左右。40-50km的长度可能足以监视比方说主站之间的所期望的轨道段，并且其他光纤可以被部署成监视其他轨道段。对于非常长的轨道而言，可能必须将若干DAS传感器链在一起。图2图示了被布置为监视沿着轨道的一个部分(包括分支202和204的部分)被部署的一个光纤104a和沿着轨道的另一长度(分支202)被部署的另一光纤104b的一个询问器单元106。询问器单元可以容纳两个激光器和检测器等即用于每个光纤的专用组件，或可以在两个光纤之间复用激光器以及可能地复用检测器。在比方说40km的光纤104b之后，可以部署由另一询问器单元所监视的另一光纤。因此，在询问器单元之间可能存在80km左右。在本示例中，分支203还由使用连接到不同的询问器单元(未示出)的不同感测光纤104c的DAS传感器来监视。
[0051]在使用中，询问器如上所述地操作以沿着轨道分支的路径提供一系列连续的声学感测通道。在使用中，由列车205在沿着轨道204的移动中所生成的声学信号可以被检测并分析以确定确切的列车位置和速度。
[0052]因为大的轨道长度可以由光纤的连续感测部分来监视，所以它可以相对直截了当检测沿着轨道的列车移动。显然，列车的移动将产生由于机车的引擎噪声的一些噪声、由于列车车厢和耦合部的噪声、以及由于轨道上的车轮的噪声。声学信号将在列车附近最大并且因而着眼于由传感器检测到的信号的强度，来自列车的当前位置邻近的光纤的感测部分的回波将表现出相对高的声学强度。
[0053]然而，本发明的实施例也可以使用由一个或多个DAS传感器所检测的声学信号来提供对形成网络基础结构的部分的结构的状况监视。此类结构尤其可以是隧道但也可以是桥梁、路堤或路堑等，其完整性对于网络的安全操作而言是重要的。
[0054]图2图示了可以包括网络的分支202遍及其布设的隧道的结构206。光纤104b也遍及隧道206布设。
[0055]列车205朝向并通过隧道206的移动向隧道提供可以被用来确定关于隧道的状况的信息的声学刺激。
[0056]图3图示来当列车行进在轨道上时通过对沿着列车轨道被部署的光纤执行一些DAS感测而获得的一些声学数据。图3示出了“瀑布图”，其中示出了随时间的根据感测通道的选择的声学强度。水平轴示出来自光纤的长度的各连续通道。以大约15m的通道长度来获取该数据。在垂直轴上示出了时间，其中更近期的事件在上部。在典型的瀑布图中，所检测的声学强度可以通过颜色来图示，然而显然，图3是黑白的，并且声学强度由阴影强度来表示(其中黑色是高强度)。
[0057]图3图示来由于第一列车行进在所监视的轨道段上所造成的检测到的扰动的第一系列301。可以看出扰动以相当恒定的方式沿着传感器的通道进展，这与列车以相对恒定的速度行进相一致。已知传感器的每个通道是15m，在该示例中，可以通过着眼于扰动的移动速率来估计列车的速度。实际上，速度是扰动系列的梯度。
[0058]图3还示出了对于给定的通道而言发生在时间上稍后的扰动的第二系列302。这指示第二列车在第一列车之后也行进在所监视的轨道段上。可以通过着眼于分离两个列车的通道的数目来确定列车之间的距离或车间时距(headway )。
[0059]将看出，由于列车所造成的声学扰动对于多个感测通道而言非常强烈(其可以用来指示列车的长度)，然而，多数感测通道仅在列车实际经过时被激励。
[0060]然而，可以看出在扰动的第一系列301中存在声学特征303，其中多个感测通道表现出比列车经过长的时间段的响应。当着眼于扰动的第二系列302时，也可以看到类似的特征304。这些特征对应于隧道的声学响应。
[0061]可以看出，当由于列车的声学扰动到达通道1075周围时，从通道1075至990存在可检测的响应。可以看出这些通道也表现出相对强的响应直到主强烈扰动，原因在于列车已经经过了通道990，这指出这些通道的多数的强度快速下降至正常的背景水平。相同的一般模式发生在特征303和304这二者中。
[0062]图4示出了更详细一点的来自具有遍及隧道布设的感测光纤的被监视的另一段的声学响应。图4是类似于图3的瀑布图，但示出了更短的被监视的轨道段，即示出了更详细的来自通道的响应。在该图中，列车显然在通道数增加的方向上沿着轨道移动。
[0063]再次可以看到，位置401 (大约通道1798)和402 (大约通道1910)之间的通道表现出针对列车的经过的长时间的声学响应。这112个通道或感测部分对应于遍及隧道布设的光纤段。因而隧道长度为大约1.68km (其中感测部分的长度或通道宽度是15m)。
[0064]也可以看出，当列车到达位置401时，在通道1798周围，声学信号沿着隧道的多数通道快速散布。然而，将看到，一些通道表现出比其他通道强得多的响应。例如在403处(通道1831周围)指示的通道在列车到达通道之前和列车已经过该通道之后这二者都表现出比其他通道相对更强的响应。
[0065]可以看出，由于列车实际经过通道所造成的扰动非常高并且因此来自此类通道的数据中的任何模式通常被高强度扰动所掩盖。但可以看出，由列车已经经过之前和之后所检测的扰动所引起的声学特征中存在明显的结构。
[0066]在列车经过之前和之后获取的来自相关信道的声学响应因此可以被分析以提供状况监视。例如数据可以与先前获取的数据进行比较来看是否存在任何明显的改变。因而，参考图4，如果在位置403处指示的通道处的相对强的声学响应不存在于任何先前的响应中，则这可以指示在该位置处在隧道状况方面明显的某事发生了改变。将注意可能异常的检测还提供此类异常的位置的指示。因而，检查组可以被确切地派遣到所期望的位置。
[0067]用于比较的数据可以包括或可以从多个先前获取的声学响应导出。例如可能存在平均响应或针对不同列车类型、速度、天气状况等等可能若干个平均响应。当前获取的数据可以与相关的先前数据进行比较，以检测任何明显改变。如果未检测到明显改变，则当前获取的响应可以被添加到先前数据的主体以用于比较。如果检测到任何明显改变，则这可以被用来生成对控制室的警报。
[0068]该比较可以涉及比较来自各感测部分的强度响应的模式。如以上所提到的，一定的结构可以被视为在图4中所示的响应中。然而，另外，数据可以以频率被分析以寻找特性频率和/或数据可以被分析以检测声波沿着隧道的传播。
[0069]可以从图4看出，一旦列车到达隧道的起点，则声学信号以相对高的速度沿隧道传播。传播速度可以被确定和/或信号可以被分析以寻找预期的传播速度。例如，如果隧道包括已知材料，则回波可以被分析以寻找以此类速度传播的信号。
[0070]应当指出的是，声学信号通过轨道旁结构(例如隧道)的传播速度通常不同于声学信号通过空气或通过铁轨的传播速度。声学传播速度可以被用来确定对应于该结构的信号。
[0071]至今讨论聚焦于隧道，但相同的技术可以应用于其他结构，诸如形成门的桥梁或其他结构，或者在一些实例中其他轨道旁结构。在该情况下，感测光纤可能不简单地铺设成遍及隧道布设，而可以附接于结构。
[0072]要被监视的结构因而可以分离于并区分于任何结构，诸如车辆沿着其直接行进的铁轨轨道自身。
[0073]图5图示了其中运输网络的段501 (诸如铁轨轨道)设有感测光纤502的示例。感测光纤的第一段502a被部署成傍着运输网络的路径布设并且可以傍着如先前所描述的轨道被掩埋。轨道可以遍及想要监视其状况的结构503 (例如桥梁)布设。此时光纤可以从地面出现并且可以被部署成监视结构。光纤的第二段502因此可以被布置成附接于结构。如图5中所示，光纤可以被布置成傍着桥梁布设并且然后再次回环。其余的光纤502c然后可以被部署成沿着网络501的路径布设。
[0074]被部署在结构上的光纤段可以是任何合适的长度，但可以被布置成至少与DAS传感器的两个感测部分一样长，以便确保至少一个感测部分完全落在被部署在结构上的光纤段内。
[0075]一般，光纤可以通过任何合适的方式附接于结构，但是在一些实例中，将光纤嵌入到结构自身的材料中可以是可能的。因此，此类光纤可以是用于监视结构的专用光纤或可以再次形成监视运输网络的部分。
[0076]图6a至6c示出了当列车经过铁路网络的基础结构即高架桥、桥梁和隧道时从具有沿着铁路网络铺设的感测光纤的DAS传感器获取的另外的一些数据。在每种情况下，最上部的图示出了针对时间的沿着光纤的感测通道的声学强度的瀑布图(在实际的显示中强度通过颜色来表示)以及构成所检测的光学信号的各成分的分析。
[0077]在每种情况下，可以检测与关联于列车自身的主噪声相区分的相对强烈的信号，并且可以检测以不同于在空气或铁轨中传播的传播速度在相关的结构来回行进的声学信号。
[0078]相同的技术也可以适用于其他运输网络。例如公路网络可能具有沿着公路铺设的光纤，其被用于DAS感测并且此类光纤可以经过桥下或通过隧道。可以监视针对在公路上移动的交通的响应。将理解的是，公路交通可能不如铁路交通散布得开，因此，在繁忙公路时段期间可能存在更恒定的刺激，其掩饰了结构的声学响应。然而，可以恒定地监视DAS感测光纤，并且可能存在轻度使用的时段，例如在晚上，其中单独的交通经过并且声学响应可能以与以上所描述的类似的方式被检测。
[0079]一般，然后本发明的实施例提供了用于远程状况监视的低成本方法，其提供了良好的空间覆盖范围，甚至对于长隧道等，并且其使用网络上的交通的正常移动来向被监视的结构提供声学刺激。
【权利要求】
1.一种对形成运输网络的部分的结构进行状况监视的方法，包括: 对被部署成监视所述结构的一个或多个光纤执行分布式声学感测以提供来自多个声学感测部分中的每个的测量信号； 分析由于所述结构附近的运输网络上的交通的移动而生成的测量信号以识别与所述结构相关联的声学信号；以及 分析与所述结构相关联的所述声学信号以提供所述结构的状况方面的任何改变的指/Jn ο
2.如权利要求1所述的方法，其中分析与所述结构相关联的所述声学信号包括将所述声学信号与先前获取的声学信号相比较。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中分析与所述结构相关联的所述声学信号包括识别在结构中传播的声波。
4.如权利要求3所述的方法，包括识别在结构中传播的声波中的任何不连续性。
5.如权利要求3或权利要求4所述的方法，其中分析与所述结构相关联的所述声学信号包括分析结构中的声波的传播速度。
6.如权利要求5所述的方法，包括识别在结构中以不同速度传播的声波。
7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中与所述结构相关联的所述声学信号是由感测部分在交通移动经过相关的感测部分之前和/或之后所检测到的那些。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中与所述结构相关联的声学信号包括低频率响应。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括对所述一个或多个光纤执行分布式声学感测以追踪运输网络上的交通的移动。
10.如权利要求9所述的方法，其中至少部分的所述一个或多个光纤沿着运输网络的路径被部署。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个光纤的第一光纤具有沿着运输网络的路径被部署的至少第一段和被部署成监视所述结构的至少第二段。
12.如权利要求11所述的方法，其中光纤的第二段附接于结构。
13.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中运输网络是铁轨网络。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述结构包括隧道。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个光纤包括傍着遍及隧道布设的铁轨轨道被部署的至少一个光纤。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述结构包括铁轨轨道。
17.一种对形成运输网络的部分的结构进行状况监视的方法，所述方法包括: 接收由具有被部署成监视所述结构的一个或多个光纤的一个或多个分布式声学传感器所获取的多个测量信号； 分析由于所述结构附近的运输网络上的交通的移动而生成的测量信号以识别与所述结构相关联的声学信号；以及 分析与所述结构相关联的所述声学信号以提供所述结构的状况方面的任何改变的指/Jn ο
18.—种包括计算机可读代码的计算机可读存储装置，所述计算机可读代码当在合适的计算设备上执行时，实现如权利要求1至17中的任一项所述的方法。
19.一种分布式声学感测系统,包括: 询问器单元，用于在使用中对被部署成监视运输网络的结构的一个或多个光纤执行分布式声学感测以提供来自多个声学感测部分中的每个的测量信号；以及处理器，其被配置成: 分析由于所述结构附近的运输网络上的交通的移动而生成的测量信号以识别与所述结构相关联的声学信号；以及 分析与所述结构相关联的所述声学信号以提供所述结构的状况方面的任何改变的指/Jn ο
20.如权利要求19所述的分布式声学感测系统，包括被部署成监视结构的至少一个光纤。
21.如权利要求20所述的分布式声学感测系统，其中并且至少部分的光纤沿着运输网络的路径被部署。
22.如权利要求21所述的分布式声学感测系统，其中运输网络是铁轨网络。
23.如权利要求22所述的分布式声学感测系统，其中所述系统被配置成监视网络上的一个或多个隧道的状况。
24.—种运输网络控制系统,包括如权利要求19至23中的任一项所述的分布式声学感测系统。
【文档编号】G01M5/00GK104246467SQ201380021683
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年2月22日 优先权日:2012年2月24日
【发明者】戈弗雷 A. 申请人:光学感应器控股有限公司