具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图4描述根据本发明第一方面实施例的振动源检测方法。

根据本发明实施例的振动源检测方法，包括以下步骤：

在检测区域选取至少四个振动检测点；

获取每个振动检测点的第一位置信息和时间信息；

采集每个振动检测点的第一振动数据，依据第一振动数据和时间信息生成第二振动数据；

在检测区域所在平面构建二维坐标系；

以两个振动检测点为一组，至少选取出两组；

依据每组振动检测点的第二振动数据、第一位置信息在二维坐标系中建立距离差双曲线方程；

依据多个距离差双曲线方程确定振动源的第二位置信息；

依据振动源的第二位置信息和振动检测点的第二振动数据、第一位置信息计算出振动源的振幅信息。

参考图1至图4，在进行振动检测之前，需要先选择好振动检测点，然后在每个振动检测点上布置好振动检测装置。通过振动检测装置的GNSS单元200获取检测点的第一位置信息和时间信息，GNSS单元200能够提供高精度的定位参数和授时服务，为提高检测精度提供了基础。同时，通过振动检测装置中的振动传感器100也可以持续采集振动检测点的第一振动数据。第一振动数据因为是直接由振动传感器100采集而来，因此并不包含时间信息，这里将时间信息标记到第一振动数据中，从而生成带有时间信息特征的第二振动数据。

在获取到每个振动检测装置的第二振动数据、第一位置信息后，便可以进行后续对振动源的定位。这里定位振动源主要是利用多条曲线相交，然后确定振动源所在区域的方式。为了便于运算，以检测区域为平面建立二维坐标系，每个振动检测点在这个二维坐标系中都有对应的坐标，即(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，……，(x_n,y_n)，n为振动检测点的个数。下面简述如何对振动源进行定位。

首先要从振动检测点中选出至少两组，每一组都有两个振动检测点，那么当振动源发生振动后，通过每个振动检测点的第二振动数据可以知晓每个振动检测点具体开始振动的时间，即振动从振动源传播到检测振动点的时间，传播到这两个振动检测点的时间之间必然存在着一个时间差Δ_t，而振动传播速度在传播介质确定之后便能够提前确定下来，因此可以依据公式：Δd＝c*(Δt)，c为传播速度，直接计算出这两个振动点之间的振动距离差。在一个二维坐标中，有两个确定的点，两点之间的振动距离差又是一个定值，因此可以在二维坐标系中生成一个双曲线方程，且考虑到振动距离差是唯一值，因此可以确定出唯一的一条曲线，在不考虑测量误差的前提下，振动源必定会存在于在这条曲线上。而一组振动检测点可以确定一条曲线，两组振动点便能确定两条曲线，那么两条曲线的交点必然是振动源所在位置，即振动源的第二位置信息。

在实际工程中，可能会因为检测误差或检测精度问题导致数据存在偏差，可以通过选取更多组数的振动检测点，获取更多的双曲线，然后计算多组双曲线交点所在区域，最后依据该区域确定振动源的位置。

在获取振动源的第二位置信息后，再计算出振动源的振幅信息，便可以完成对振动源的确定。振动源振幅信息可以直接利用振动衰减的规律进行计算，在已知振动源的第二位置信息、振动检测点的第一位置信息后，便可以确定两者之间的振动传播距离，而振动衰减存在一定的规律，那么便可以确定振动源发生震动后传输该振动传播距离后衰减的程度，又因为知晓振动检测点的第一振动数据，即可以直接知晓振动检测点的振幅，那么便可以推导出振动源的振幅。在本发明的一些实施例中，会利用多个振动检测点进行振动源的振幅信息计算，防止因为某个别振动检测点的检测误差导致计算结果出现偏差。

根据本发明实施例的振动源检测方法，通过在检测区域布置多个振动检测点，可以同时对多个位置实现振动检测；通过计算出每组振动检测点的距离差双曲线方程，可以快速对振动源在二维坐标系中的区域进行确定，进而通过多组距离差双曲线方程确定振动源的第二位置信息；通过确定振动检测点和振动源的距离信息，以及振动检测点的振幅，可以直接有效的计算出振动源的振幅。本发明实施例的振动源检测方法相较于传统的检测方式，极大的减少了数据采集的时间成本、人力成本，且因为对振动检测点的位置要求不高，因此可以减少复杂环境对数据采集的影响，进而可以有效的提高精度。

在本发明的一些实施例中，振动检测点在检测区域中呈菱形布置。呈菱形布置可以尽可能的保证振动传感器100采集的数据能够差别较大，进而便于后续进行振动源的位置计算和振幅计算。在本发明的一些实施例中，振动检测点设置有四个，则四个点可以直接选取为菱形的四个顶点。在本发明的一些实施例中，振动检测点也可以呈梯形、方形等其他图形分布，尽量避免线性布置所有的振动检测点。

在本发明的一些实施例中，依据每组振动检测点的第二振动数据、第一位置信息在二维坐标系中建立距离差双曲线方程包括以下步骤：

依据每组振动检测点的第二振动数据获取每组振动检测点的振动起始时间差；

依据预设的振动传播速度和振动起始时间差，计算出每组振动检测点之间的振动距离差；

依据每组振动检测点的第一位置信息和对应的振动距离差构建距离差双曲线方程。

当振动源发生振动时，通过每个振动检测点的第二振动数据可以知晓振动传播到检测振动点的时间，那么传播到同组两个振动检测点的时间之间必然存在着一个时间差Δ_t，在振动传播速度已知的前提下，因此可以直接计算出这两个振动点之间的振动距离差，并确定距离差双曲线方程，即，在一个二维坐标中，有两个确定的点，两点之间的振动距离差又是一个定值，因此可以在二维坐标系中生成一个双曲线方程。

以四个振动检测点为例。两组振动检测点距离振动源的距离差值、定位方程分别是：

Δd₁＝c*(Δt₁)

Δd₂＝c*(Δt₂)

其中(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)为四个振动检测点的坐标，(x₁,y₁)，(x₂,y₂)为一组，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)为一组，Δd₁、Δd₂分别为两组振动点测点的振动距离差，(x,y)为振动源的坐标，振动源坐标在上式关系中可转换为两组双曲线方程，再加上震动距离差为定值，因此能直接计算出x和y，即，最终振动源的位置信息。

这里为了进一步展示出振动起始时间差，参考图4，进一个简单说明，图中采集器1和采集器2分别为两个振动检测装置。图4中，横轴是两个采集器采集的时间轴，纵轴是两个采集其采集的振动幅值，时间轴的左侧和右侧的两组有振幅的波形图分别为两个振动检测装置接收到同一振动源的波形，根据时间差计算得到两者接收到振动源的时间差约等于181.6ms。

在本发明的一些实施例中，依据振动源的第二位置信息和振动检测点的第二振动数据、第一位置信息计算出振动源的振幅信息通过如下公式：

式中，A_r表示振动检测点的振幅，A₀表示振动源的振幅，r₀表示预设的波源当量半径一般情况铁路为3.00m，道路柔性路面3.25m，道路刚性路面3m，r表示振动检测点距振动源的距离单位m，ε₀表示为与波源状态有关的无量纲系数铁路0.35，道路0.3，α₀表示土壤的能量吸收系数，f₀表示预设的波源扰动频率单位Hz，对于铁路和道路，50米以远，一般粘性土、粉土和沙土地基的地面扰动频率5～7Hz。

通过上述公式便可以确定最终的振动源的振幅信息。同时也可以便于去除部分检测存在误差的振动检测点。

根据本发明第二方面实施例的计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行上述的一种振动源检测方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过存储介质可以便于计算机可执行指令的存储和转移。

根据本发明第三方面实施例的振动检测装置，包括：振动传感器100、GNSS单元200、通讯单元300、处理器单元400。

振动传感器100，用于采集第一振动数据；

GNSS单元200，用于获取第一位置信息以及时间信息；

通讯单元300；

处理器单元400，分别与振动传感器100、GNSS单元200和通讯单元300连接，用于在第一振动数据上标注时间信息以生成第二振动数据，并将位置信息和第二振动数据通过通讯单元300传输至服务器700。

参考图2、图3，在将本发明实施例的振动检测装置整个布置在振动检测点后，振动传感器100可以检测振动检测点的第一震动数据，这一采集过程是持续的，避免出现缺失数据的情形。GNSS单元200可以提供高精度的定位参数和授时服务，处理器单元400通过通讯单元300接收GNSS基准站的原始观测数据，结合GNSS单元200进行实时动态解算，可以得到厘米级的定位数据，即第一位置信息；同时，处理器单元400结合GNSS单元200的秒脉冲可以计算输出高精度的时间信息。处理器单元400在获取到振动传感器100采集的第一振动数据后，会将时间信息标注到第一振动数据中，生成第二振动数据信息，最后再通过通讯单元300传输到服务器700，由服务器700进行后续运算。

根据本发明实施例的振动检测装置，通过振动传感器100可以有效的采集检测区域中第一振动数据；通过GNSS单元200可以获取高精度的第一位置信息以及时间信息，进而可以有效的保证第二振动数据的精度；通过通讯单元300可以实现与服务器700的通讯。本发明实施例的振动检测装置相较于传统的振动检测装置而言，具备更高的采集精度，且因为内置有处理器单元400，可以对数据进行初步的处理，减少了与服务器700之间数据传输占用的时间，且便于服务器700进行后续数据处理。

在本发明的一些实施例中，上述振动检测装置还包括与处理器单元400连接的RTC单元500，RTC单元500用于提供备用时间信息。处理器单元400周期性得通过GNSS单元200获取高精度的时间信息对RTC单元500中备用时间信息进行校准，在GNSS单元200失效的状态下，也能够保证处理器单元400能够获取到备用时间信息，并将备用时间信息用作时间信息。在有备份时间信息的前提下，如果GNSS单元200是在已经获取到第一位置信息后失效，则仍可以继续进行振动数据采集和传输，同时，也可以继续记录报警信息以及生成工作日志。

在本发明的一些实施例中，RTC单元500连接有蓄电池单元。蓄电池单元可以直接使用纽扣电池。RTC单元500通过单独的纽扣电池供电，在振动检测装置掉电的情况下，仍然能够保证时间信息不丢失。

在本发明的一些实施例中，上述振动检测装置还包括与处理器单元400连接的存储单元600，存储单元600用于存储第二振动数据和位置信息。通过存储单元600可以在通讯单元300出现故障时，或者通讯质量不佳时，先对第二振动数据和位置信息进行暂存，避免数据出现丢失。

在本发明的一些实施例中，存储单元600包括SD卡、FLASH中至少一种。SD卡、FLASH使用较为便捷，且体积小、传输速率高，能够在保证数据存在的前提下，减小本发明实施例的振动检测装置的整体体积。

在本发明的一些实施例中，存储单元600还存储有处理器单元400通过通讯单元300接收的固件升级数据。处理器单元400的内部ROM用来可以存储可执行程序以及系统参数。而存储单元600作为一种非易失性可读写存储介质，可用于存储采集的第二振动数据、固件程序及日志信息，在需要进行固件升级时，处理器单元400通过读取存储单元600的固件程序，可对处理器单元400的执行程序进行更新升级。存储单元600中的固件程序也可以通过通讯模块和处理器单元400从服务器700进行获取，以便实时更新。

在本发明的一些实施例中，通讯单元300至少包括皆与处理器单元400连接的以太网通讯模块、蜂窝通讯模块。以太网通讯模块、蜂窝通讯模块使用限制较小，能够极大的利用现有的通讯基建基础，有效的节约数据通讯成本，特别在振动检测装置数量较多时，可以达到良好的降成本效果。此外，同时采用以太网通讯模块、蜂窝通讯模块可以提高通讯的稳定性，避免单一通讯手段造成数据长时间无法上传到服务器700。

在本发明的一些实施例中，振动传感器100采用磁电式振动传感器100。磁电式振动传感器100的精度相较于传统的机械式震动传感器的精度更高，可以进一步保证第一振动数据的准确性，进而保证后续确定振动源的准确性。

在本发明的一些实施例中，参考图3，磁电式振动传感器100包括：壳体110、第一磁体120、第二磁体130、线圈140、信号转换模块。第一磁体120，设置于壳体110内底部；第二磁体130，设置于第一壳体110内并位于第一磁体120上方，其磁极与第一磁体120反向设置，用于在自身重力和与第一磁体120的相互作用力的共同作用下保持悬浮；线圈140，设置于壳体110侧面；信号转换模块，连接在线圈140和处理器单元400之间，用于将第二磁体130切割线圈140产生的电动势转换为数字信号。壳体110可以安装第一磁体120和线圈140，同时可以限制第二磁体130的运动路径。将第二磁体130置于第一磁体120上方，如果两者的磁场方向相反，且磁场相互作用力大于第二磁体130的重力，则第二磁体130可以悬浮，检测到振动时，悬浮的第二磁体130在重力和磁力作用下相对于第一磁体120进行振动，振动时，线圈140会切割第二磁体130的磁感线，并转换成电动势，电动势通过信号转换模块(通常为模数转换模块)，将模拟的电动势转换成数字信号，并传输到处理器单元400，并由处理器单元400写入存储单元600中。

在本发明的一些实施例中，参考图3，壳体110的顶部会设置另一块第一磁体120，且另一块第一磁体120会位于第二磁体130的上方，通过两块第一磁体120可以进一步限制第二磁体130的运动，且能够对第二磁体130实现一定的保护。

根据本发明第四方面实施例的振动检测系统，包括：服务器700和多个上述的振动检测装置。

多个上述的振动检测装置，用于获取不同振动检测点的第二振动数据和位置信息；

服务器700，分别与多个振动检测装置连接，用于接收多个振动检测装置传输的第二振动数据和位置信息，并计算出振动源的第二位置信息和振幅信息。

参考图1、图2，在进行振动检测之前需要先选择好振动检测点，然后在每个振动检测点上布置上振动检测装置。通过振动检测装置的GNSS单元200获取检测点的第一位置信息和时间信息。同时，通过振动检测装置中的振动传感器100也可以持续采集振动检测点的第一振动数据。第一振动数据因为是直接由振动传感器100采集而来，因此并不包含时间信息，这里将时间信息标记到第一振动数据中，从而生成带有时间信息特征的第二振动数据。

服务器700在获取到每个振动检测装置的第二振动数据、第一位置信息后，便可以进行后续对振动源的定位。这里定位振动源主要是利用多条曲线相交，然后确定振动源所在区域的方式。为了便于运算，以检测区域为平面建立二维坐标系，每个振动检测点在这个二维坐标系中都有对应的坐标，即(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，……，(x_n,y_n)，n为振动检测点的个数。下面简述如何对振动源进行定位。

首先要从振动检测点中选出至少两组，每一组都有两个振动检测点，那么当振动源发生振动后，通过每个振动检测点的第二振动数据可以知晓每个振动检测点具体开始振动的时间，即振动从振动源传播到检测振动点的时间，传播到这两个振动检测点的时间之间必然存在着一个时间差Δ_t，而振动传播速度在传播介质确定之后便能够提前确定下来，因此可以依据公式：Δd＝c*(Δt)，c为传播速度，直接计算出这两个振动点之间的距离差双曲线方程。在一个二维坐标中，有两个确定的点，两点之间的距离差双曲线方程又是一个定值，因此可以在二维坐标系中生成一个双曲线方程，且考虑到距离差是唯一值，因此可以确定出唯一的一条曲线，在不考虑测量误差的前提下，振动源必定会存在于在这条曲线上。而一组振动检测点可以确定一条曲线，两组振动点便能确定两条曲线，那么两条曲线的交点必然是振动源所在位置，即振动源的第二位置信息。

在实际工程中，可能会因为检测误差或检测精度问题导致数据存在偏差，可以通过选取更多组数的振动检测点，获取更多的双曲线，然后计算多组双曲线交点所在区域，最后依据该区域确定振动源的位置。

在获取振动源的第二位置信息后，再计算出振动源的振幅信息，便可以完成对振动源的确定。振动源振幅信息可以直接利用振动衰减的规律进行计算，在已知振动源的第二位置信息、振动检测点的第一位置信息后，便可以确定两者之间的振动传播距离，而振动衰减存在一定的规律，那么便可以确定振动源发生震动后传输该振动传播距离后衰减的程度，又因为知晓振动检测点的第一振动数据，即可以直接知晓振动检测点的振幅，那么便可以推导出振动源的振幅。在本发明的一些实施例中，会利用多个振动检测点进行振动源的振幅信息计算，防止因为某个别振动检测点的检测误差导致计算结果出现偏差。

根据本发明实施例的振动检测系统，通过在检测区域布置多个振动检测装置，可以同时对多个振动检测点实现振动检测，进而便于后续快速计算出振动源的第二位置信息和振幅。本发明实施例的振动检测系统相较于传统的检测装置，极大的减少了数据采集的时间成本、人力成本，且因为对振动检测点的位置要求不高，因此可以减少复杂环境对数据采集的影响，进而可以有效的提高精度。

在本发明的一些实施例中，本发明实施例的振动检测装置支持服务器700下发控制指令，直接对所有振动检测装置进行控制。此外，振动检测装置同时支持主从模式，在振动检测装置处于主模式的状态，振动检测装置能够通过传输单元对处于从模式的振动检测装置下发控制指令，控制从模式的振动检测装置的工作状态。主模式下可以有多个从模式的振动检测装置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。