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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

我国的铁路发展迅速，近年来，经历了4个阶段，包括“4横4纵”。到2020年，全国铁路里程到达12万公里，运输能力满足国民经济和社会发展需要。客运方面，我国铁路运营里程超过9366公里，位于世界第一。铁路是我国目前主要的交通运输方式之一，在国民经济和社会发展中起到十分重要的作用在铁路的运营期间，列车运行时要满足平顺性、稳定性、安全性和旅客舒适性的要求，这就需要对路基的沉降变形进行控制。施工期路基沉降的观测决定着轨道铺设施工时间，如果控制不好，会影响工程进度，影响工程费用；竣工后期的不均匀沉降会导致轨道不平顺进而导致列车脱轨。根据《铁路路基设计规范》的规定，路基的工后沉降量应满足以下要求: Ⅰ级铁路不应大于 20 cm，沉降速率不应大于 5 cm/年。因此对路基的工后沉降进行实时监测并对数据结果进行预测分析，进而为制定路基维护计划提供数据支持，在工程实际中有着极其重要的意义。

基于激光微量位移法的路基沉降检测系统设计能检测铁轨微小的沉降量，能够做到长时间高精度测量。当沉降量到达一定数值并且持续一段时间以上时就发出警报。从而防止由于铁轨的沉降而带来的各种负面影响。

2. 研究的基本内容

课题的研究内容为利用单片机作为系统的主控制器，利用激光测距仪测量一定时间内铁轨附近路基沉降的数值，反馈信号经过光电转换，a/d转换后，送入单片机进行处理，实时显示测量结果，达到设定值时蜂鸣器报警。

主要工作包括：

第一，根据文献资料了解国内关于测量铁轨沉降方法的现状，以及激光测距发展的现状以及测量原理，了解激光测距的相关知识。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本课题实行方案为系统以微控制器stm32f149位核心，外围电路为激光发射模块，激光接收模块，蜂鸣器报警电路，太阳能可调电压电源模块，如图1所示。

激光测距仪采用激光相位测距法，即通过测量调制光波往返被测距离时间间隔计算出待测距离的一种测距方法，调制光波经过被测距离后，发射光和接收光会产生相位差φ，则测距将时间的测定转化为相位的测定。测距光往返时间与光波相位变化的关系为，当激光往返时间为t，光速为c时，那么测量距离s为，在激光相位测距法中可写为。由于f和c已知，只要测出n和Φ，则可计算出测量距离s。

4. 参考文献

[1] 周洪伟, 罗建, 吴英杰, et al. 低电压太阳能供电系统设计[j]. 电子测量技术, 2011(2).

[2] 丁乙, 李建立, 薛坤, et al. 基于激光测距仪的地形测量系统设计与应用[j]. 中国水运(下半月), 2018, 18(09):224-225.

[3] 丁宇星，刘鸿彬，黄庚华． 基于激光二极管的光子计数激光测距技术［j］． 科学技术与工程，2018，18( 25) : 178—181