一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置與方法

一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，包括控制模塊、環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊，控制模塊分別與環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊連接，該控制模塊作為核心模塊用于控制上述模塊的功能實現(xiàn)，評估預(yù)警模塊對采集得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息進行處理和分析，并可通過通信模塊發(fā)送環(huán)境安全評估信息和預(yù)警信息。本發(fā)明提供一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警方法。
【專利說明】一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速鐵路的環(huán)境安全評估和預(yù)警【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]列車在高速運行過程中，需要判斷線路前方是否有橫風(fēng)、雷電、暴雨、積雪以及泥石流、地震、山體滑坡等環(huán)境災(zāi)害，以便采取降低車速或者其它措施保障列車的行駛安全。此外，鐵路管理部門也希望能夠時刻監(jiān)控線路的環(huán)境現(xiàn)狀，獲取鐵路線路的實時安全信息，根據(jù)線路具體情況，對行駛在存在環(huán)境風(fēng)險線路的列車發(fā)出預(yù)警信息，合理的控制列車的運行速度，防范于未然。
[0003]目前，日本、德國和法國這些高速鐵路發(fā)展較早的國家根據(jù)自身特點建立了防災(zāi)體系，日本主要致力于對地震災(zāi)害的預(yù)測與防災(zāi)體系建設(shè)，德國和法國主要致力于對橫風(fēng)和降雨的防災(zāi)體系建設(shè)。
[0004]外高速鐵路防災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)都采用中心控制的模式，通常高速鐵路線路跨度較大，出于對數(shù)據(jù)通信和工程造價方面的考慮，外建立的防災(zāi)系統(tǒng)大都針對線路的一些特定地點或者路段的環(huán)境監(jiān)測，暴露出當(dāng)前的高速鐵路防災(zāi)系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是無法進行全線監(jiān)測，監(jiān)測精度低的缺點。同時，現(xiàn)有的防災(zāi)系統(tǒng)只是對環(huán)境安全數(shù)據(jù)的觀測和采集，然后通過直接與國外的環(huán)境風(fēng)險閾值對比的方法控制列車的行駛速度，沒有建立相應(yīng)的線路環(huán)境安全評估和預(yù)測體系，帶有一定的主觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置與方法，基于環(huán)境傳感器/視頻監(jiān)測器實現(xiàn)對高速鐵路線路周邊橫向風(fēng)速、軌道溫度、空氣濕度、等環(huán)境信息及視頻圖像信息的采集，通過分析實現(xiàn)對高速鐵路線路環(huán)境安全評估和預(yù)警。
[0006]為達成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，包括控制模塊、環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊，控制模塊分別與環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊連接，該控制模塊作為核心模塊用于控制上述模塊的功能實現(xiàn)，其中:
[0008]環(huán)境參數(shù)信息采集模塊用以對裝置所處位置的環(huán)境信息進行監(jiān)測以及空間坐標信息的提取，并將監(jiān)測信息和空間坐標信息記錄在儲存模塊中；
[0009]視頻圖像信息采集模塊用以對裝置所處環(huán)境的紅外圖像信息進行監(jiān)測，并將監(jiān)測信息存儲在儲存模塊中；
[0010]存儲模塊用以存儲前述環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，并可在控制模塊的控制下通過通信模塊傳輸視頻圖像信息和環(huán)境參數(shù)信息；
[0011]評估預(yù)警模塊用以對前述采集得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息進行評估和預(yù)警，即根據(jù)評估結(jié)果判定當(dāng)前線路的環(huán)境安全等級，依據(jù)線路安全等級得到相應(yīng)的鐵路線路環(huán)境應(yīng)急措施信息，并可在控制模塊的控制下通過通信模塊發(fā)送環(huán)境安全等級評估信息以及鐵路線路環(huán)境應(yīng)急措施信息，從而實現(xiàn)對鐵路線路的環(huán)境安全評估和預(yù)警過程；
[0012]通信模塊作為裝置的對外通信模塊，在控制模塊的控制下通過無線發(fā)射向外界以無線信號，或者通過移動基站接口以短信的形式傳輸和廣播圖像信息、編碼信息、短信信息，實現(xiàn)裝置與車站上位機終端、列車駕駛室終端以及乘客手機終端通信。
[0013]進一步的實施例中，所述控制模塊采用單片機實現(xiàn)，所述環(huán)境參數(shù)采集模塊采用傳感器實現(xiàn)，所述視頻圖像信息采集模塊采用視頻拍攝裝置實現(xiàn)，存儲模塊采用存儲介質(zhì)實現(xiàn)，評估預(yù)警模塊以程序的形式存儲在控制模塊的單片機內(nèi)并可有單片機進行調(diào)用執(zhí)行。
[0014]進一步的實施例中，所述環(huán)境參數(shù)采集模塊包括用于檢測橫向風(fēng)速的風(fēng)速傳感器，用于檢測軌道溫度的溫度傳感器，用于檢測軌道濕度的濕度傳感器，用于檢測雷電密度的雷電監(jiān)測器，用于檢測積雪深度的積雪深度傳感器，以及用于檢測地震波動的地震振動器。
[0015]進一步的實施例中，所述視頻圖像信息采集模塊包括用于拍攝視頻的視頻拍攝器、用于紅外圖像采集的圖片拍攝器、用于檢測紅外對象的紅外感應(yīng)器，其中，當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到有紅外對象入侵線路時，啟動圖片拍攝器，采集紅外圖片信息。
[0016]進一步的實施例中，還包括一與控制模塊連接的計算機處理裝置，該計算機處理裝置包括接口單元、操作面板和指示單元，其中:
[0017]控制模塊通過接口單元提供的USB接口與計算機處理裝置連接，實現(xiàn)計算機處理裝置與控制模塊之間的通信；
[0018]操作面板用以對所述控制模塊發(fā)送操作指令，包括數(shù)據(jù)清理、重新啟動以及對前述環(huán)境參數(shù)信息采集模塊和視頻圖像信息采集模塊的調(diào)試；
[0019]指示單元用以監(jiān)控上述環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊的工作狀況，并表征給用戶。
[0020]進一步的實施例中，所述計算機處理裝置為一觸控式平板計算機。
[0021]進一步的實施例中，所述評估預(yù)警模塊對環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息的處理和分析包括以下過程:
[0022]步驟SOl:獲取環(huán)境參數(shù)信息監(jiān)測模塊和視頻圖像信息采集模塊采集的裝置所處環(huán)境的相關(guān)信息；
[0023]步驟S02:控制模塊根據(jù)當(dāng)前時鐘時間提取最新得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像
信息；
[0024]步驟S03:控制模塊將獲取的數(shù)據(jù)信息進行AD轉(zhuǎn)換；
[0025]步驟S04:控制模塊調(diào)用評估預(yù)警模塊對預(yù)處理過后的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像信息進行分析，具體操作為:環(huán)境參數(shù)分析是計算已有環(huán)境參數(shù)的平均值與新獲取的環(huán)境參數(shù)的波動區(qū)間，視頻圖像信息分析是通過軌道邊緣圖像檢測方法判定軌道內(nèi)部是否存在異物；
[0026]步驟S05:控制模塊讀取國家公布的鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)；
[0027]步驟S06:控制模塊將鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與前述步驟S04得出的環(huán)境參數(shù)波動區(qū)間值進行比對；
[0028]步驟S07:如果線路環(huán)境安全信息未超過風(fēng)險閾值，則返回步驟S02，重新讀取環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，如果線路環(huán)境安全信息超過風(fēng)險閾值，則進行步驟S08 ；
[0029]步驟S08:獲取裝置在當(dāng)前時鐘時間的空間坐標信息，對受影響的線路進行定位；
[0030]步驟S09:定位后，控制模塊啟動預(yù)警指令，調(diào)用評估和預(yù)警模塊中的預(yù)警過程；
[0031]步驟SlO:根據(jù)預(yù)警指令進行應(yīng)急響應(yīng)；
[0032]步驟Sll:根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境安全評估得出的線路環(huán)境安全等級結(jié)果查找相應(yīng)的鐵路線路應(yīng)急備案措施，應(yīng)急措施包括通知列車降速、停止運行、疏散乘客到達安全地點；
[0033]步驟S12:將應(yīng)急措施文本信息通過移動通信接口或者無線發(fā)射模塊發(fā)送；
[0034]步驟S13:檢測應(yīng)急措施文本信息是否發(fā)送成功:如果是，則進入步驟32，如果否，重新啟動通信模塊發(fā)送應(yīng)急措施文本信息；
[0035]步驟S14:退出預(yù)警。
[0036]進一步的實施例中，所述應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)包括以下步驟:
[0037]步驟SlOl:對環(huán)境參數(shù)信息進行分析，判定是否是由于環(huán)境參數(shù)的變化引起造成線路的危險狀況，前述環(huán)境參數(shù)包括地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)；
[0038]步驟S102:對視頻圖像信息進行分析，判定是否是由于山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵或者工人天窗作業(yè)造成線路存在風(fēng)險；
[0039]步驟S103:根據(jù)風(fēng)險源判定結(jié)果，進入應(yīng)急管理措施備案池中搜尋相應(yīng)的應(yīng)急措施，前述風(fēng)險源來源于地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)，以及山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵、工人天窗作業(yè)中的一種或多種。
[0040]本發(fā)明的另一方面還提出一種基于上述裝置實現(xiàn)的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警方法，包括以下步驟:
[0041]步驟SOl:利用環(huán)境參數(shù)信息監(jiān)測模塊和視頻圖像信息采集模塊采集裝置所處環(huán)境的相關(guān)信息；
[0042]步驟S02:控制模塊根據(jù)當(dāng)前時鐘時間提取最新得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像
信息；
[0043]步驟S03:控制模塊將獲取的數(shù)據(jù)信息進行AD轉(zhuǎn)換；
[0044]步驟S04:控制模塊調(diào)用評估預(yù)警模塊對預(yù)處理過后的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像信息進行分析，具體操作為:環(huán)境參數(shù)分析是計算已有環(huán)境參數(shù)的平均值與新獲取的環(huán)境參數(shù)的波動區(qū)間，視頻圖像信息分析是通過軌道邊緣圖像檢測方法判定軌道內(nèi)部是否存在異物；
[0045]步驟S05:控制模塊讀取國家公布的鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)；
[0046]步驟S06:控制模塊將鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與前述步驟S04得出的環(huán)境參數(shù)波動區(qū)間值進行比對；
[0047]步驟S07:如果線路環(huán)境安全信息未超過風(fēng)險閾值，則返回步驟S02，重新讀取環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，如果線路環(huán)境安全信息超過風(fēng)險閾值，則進行步驟S08 ；
[0048]步驟S08:獲取裝置在當(dāng)前時鐘時間的空間坐標信息，對受影響的線路進行定位；
[0049]步驟S09:定位后，控制模塊啟動預(yù)警指令，調(diào)用評估和預(yù)警模塊中的預(yù)警過程；
[0050]步驟SlO:根據(jù)預(yù)警指令進行應(yīng)急響應(yīng)；[0051]步驟Sll:根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境安全評估得出的線路環(huán)境安全等級結(jié)果查找相應(yīng)的鐵路線路應(yīng)急備案措施，應(yīng)急措施包括通知列車降速、停止運行、疏散乘客到達安全地點；
[0052]步驟S12:將應(yīng)急措施文本信息通過移動通信接口或者無線發(fā)射模塊發(fā)送；
[0053]步驟S13:檢測應(yīng)急措施文本信息是否發(fā)送成功:如果是，則進入步驟32，如果否，重新啟動通信模塊發(fā)送應(yīng)急措施文本信息；
[0054]步驟S14:退出預(yù)警。
[0055]進一步的實施例中，所述應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)包括以下步驟:
[0056]步驟SlOl:對環(huán)境參數(shù)信息進行分析，判定是否是由于環(huán)境參數(shù)的變化引起造成線路的危險狀況，前述環(huán)境參數(shù)包括地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)；
[0057]步驟S102:對視頻圖像信息進行分析，判定是否是由于山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵或者工人天窗作業(yè)造成線路存在風(fēng)險；
[0058]步驟S103:根據(jù)風(fēng)險源判定結(jié)果，進入應(yīng)急管理措施備案池中搜尋相應(yīng)的應(yīng)急措施，前述風(fēng)險源來源于地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)，以及山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵、工人天窗作業(yè)中的一種或多種。
[0059]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果在于:
[0060](I)安全方便、維護簡易。本發(fā)明以風(fēng)速傳感器、軌道溫度傳感器、濕度傳感器等環(huán)境信息監(jiān)測器獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，利用微型單片機作為控制中心，分析所處環(huán)境的安全狀況，利用無線發(fā)射模塊發(fā)生預(yù)警信息，整個裝置實現(xiàn)了高速鐵路環(huán)境信息采集和評估系統(tǒng)的便攜式開發(fā)，具有安裝方便的特點。同時，由于整個裝置可采取分散式的布設(shè)，也降低了維護的難度。
[0061](2)提高監(jiān)測的精度。本發(fā)明采取的是高速鐵路環(huán)境安全信息采集、信息分析以及信息發(fā)送的便攜式集成設(shè)計，每一個實施例都是作為一個獨立的系統(tǒng)形式存在，因此可以方便的布設(shè)在鐵路沿線隧道、河流、山谷以及其它一些具有風(fēng)險的地點，可以根據(jù)鐵路線路具體情況選擇布設(shè)精度，提高了鐵路安全監(jiān)控的精度。
[0062](3)降低防災(zāi)系統(tǒng)造價。經(jīng)模擬試驗，本發(fā)明的一個實施例造價在700元左右，京滬線全長1435公里，按照每隔500米的密度監(jiān)控，共需花費458.88萬元可實現(xiàn)對京滬全線的環(huán)境安全監(jiān)控，傳統(tǒng)的高速鐵路環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，例如京滬線的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的招標價格在2000萬元左右，與之相比，本發(fā)明采取的便攜式高速鐵路環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)可以大大降低系統(tǒng)建設(shè)的造價，節(jié)約資源。
[0063](4)簡化防災(zāi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明的信息采集、評估和預(yù)警裝置都具備對環(huán)境信息處理、安全評估和預(yù)警的功能，不需要將原始數(shù)據(jù)集中到中心數(shù)據(jù)庫處理，降低系統(tǒng)服務(wù)器的壓力，簡化系統(tǒng)構(gòu)造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0064]圖1為本發(fā)明一實施例高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0065]圖2為本發(fā)明另一實施例高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0066]圖3為圖1實施例中高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置的實現(xiàn)流程示意圖。
[0067]圖4為圖3中應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)流程示意圖?！揪唧w實施方式】
[0068]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0069]圖1所示為本發(fā)明一實施例高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)原理圖，其中，一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置100，包括環(huán)境參數(shù)信息采集模塊
1、視頻圖像信息采集模塊2、控制模塊3、存儲模塊4、評估預(yù)警模塊5以及通信模塊6，控制模塊3分別與環(huán)境參數(shù)信息采集模塊1、存儲模塊4、視頻圖像信息采集模塊2、評估預(yù)警模塊5以及通信模塊6連接，該控制模塊3作為核心模塊用于控制上述模塊的功能實現(xiàn)。
[0070]如圖1所示，控制模塊3作為監(jiān)測預(yù)警裝置的核心模塊，一方面用以控制和連接通信模塊6、環(huán)境參數(shù)信息采集模塊1、視頻圖像信息采集模塊2、存儲模塊4、評估算法模塊5，另一方面用以和外界計算機等其它設(shè)備連接，以實現(xiàn)裝置和其它設(shè)備之間的通信。
[0071]環(huán)境參數(shù)信息采集模塊I用以對裝置100所處位置的環(huán)境信息進行監(jiān)測以及空間坐標信息的提取，環(huán)境參數(shù)信息采集模塊I在控制模塊3的控制下工作，并將監(jiān)測信息和空間坐標信息記錄在儲存模塊4中。
[0072]作為優(yōu)選的實施方式，所述環(huán)境參數(shù)采集模塊包括用于檢測橫向風(fēng)速的風(fēng)速傳感器，用于檢測軌道溫度的溫度傳感器，用于檢測軌道濕度的濕度傳感器，用于檢測雷電密度的雷電監(jiān)測器，用于檢測積雪深度的積雪深度傳感器，以及用于檢測地震波動的地震振動器。
[0073]視頻圖像信息采集模塊2用以對裝置所處環(huán)境的紅外圖像信息進行監(jiān)測，視頻圖像信息采集模塊2在控制模塊3的控制下工作，并將監(jiān)測信息存儲在儲存模塊中。當(dāng)然，在控制模塊3的控制下，視頻圖像信息采集模塊2還可以通過通信模塊直接發(fā)送視頻圖像信
肩、O
[0074]作為優(yōu)選的實施方式，視頻圖像信息采集模塊2包括用于拍攝視頻的視頻拍攝器、用于紅外圖像采集的圖片拍攝器、用于檢測紅外對象的紅外感應(yīng)器，其中，當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到有紅外對象(例如人)入侵線路時，啟動圖片拍攝器，采集紅外圖片信息。
[0075]存儲模塊用以存儲前述環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，并可在控制模塊的控制下通過通信模塊傳輸視頻圖像信息和環(huán)境參數(shù)信息；當(dāng)然，控制模塊4可以通過接口讀取存儲模塊4中數(shù)據(jù)。
[0076]評估預(yù)警模塊用以對前述采集得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息進行評估和預(yù)警，根據(jù)評估結(jié)果判定當(dāng)前線路的環(huán)境安全等級，依據(jù)線路安全等級得到相應(yīng)的鐵路線路環(huán)境應(yīng)急措施信息，并可在控制模塊的控制下通過通信模塊發(fā)送環(huán)境安全等級評估信息以及鐵路線路環(huán)境應(yīng)急措施信息，從而實現(xiàn)對鐵路線路的環(huán)境安全評估和預(yù)警過程。
[0077]通信模塊作為監(jiān)測預(yù)警裝置中的對外通信模塊，在控制模塊的控制下通過無線發(fā)射向外界以無線信號，或者通過移動基站接口以短信的形式傳輸和廣播圖像信息、編碼信息、短信信息，實現(xiàn)裝置與車站上位機終端、列車駕駛室終端以及乘客手機終端通信。
[0078]作為可選的實施例，通信模塊包括無線發(fā)射單元和3G通信接口單元，分別實現(xiàn)無線發(fā)射數(shù)據(jù)和通過移動通信基站發(fā)射信息。
[0079]車站上位機終端或者列車駕駛室上位機終端還可通過無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)測預(yù)警裝置的通信模塊6發(fā)送指令編碼，通信模塊6將指令編碼傳輸?shù)娇刂颇K3中，控制模塊3根據(jù)指令命令控制視頻圖像采集模塊拍攝或者傳輸圖像信息，或者根據(jù)命令控制其他模塊工作。
[0080]本實施例中，所述控制模塊采用單片機實現(xiàn)，所述環(huán)境參數(shù)采集模塊采用傳感器實現(xiàn)，所述視頻圖像信息采集模塊采用視頻拍攝裝置實現(xiàn)，存儲模塊采用存儲介質(zhì)實現(xiàn)，例如SD卡、TF卡、MMC卡等，評估預(yù)警模塊以程序的形式存儲在控制模塊的單片機內(nèi)并可有單片機進行調(diào)用執(zhí)行。
[0081]本實施例的裝置100可以放置在便攜式的殼體內(nèi)部單獨使用，其優(yōu)點是可以隨時攜帶、安置在不同的線路使用。
[0082]如圖2所示為本發(fā)明另一實施例高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)原理圖，其中，本實施例的裝置200中包括上述圖1實施例所述的各部件、組件或其他組合(本實施例中，與圖1實施例功能、形狀、位置均相同的部分采用同一標號)，本實施例的裝置200還包括一與控制模塊連接的微型計算機處理裝置10，該計算機處理裝置10包括接口單元14、操作面板15和指示單元16。
[0083]控制模塊3通過接口單元14提供的USB接口與計算機處理裝置10連接，實現(xiàn)計算機處理裝置10與控制模塊3之間的通信。
[0084]操作面板15用以對所述控制模塊發(fā)送操作指令，包括數(shù)據(jù)清理、重新啟動以及對前述環(huán)境參數(shù)信息采集模塊和視頻圖像信息采集模塊的調(diào)試。
[0085]優(yōu)選地，操作面板15以觸控式顯示屏實現(xiàn)。
[0086]指示單元16用以監(jiān)控環(huán)境參數(shù)信息采集模塊1、存儲模塊4、視頻圖像信息采集模塊2、評估預(yù)警模塊5以及通信模塊6的工作狀況，例如環(huán)境參數(shù)信息傳感器是否工作正常，視頻圖像信息采集器是否正拍攝圖片，通信模塊信息傳輸是否正常等，并表征給用戶，例如可通過指示燈或者文本框的形式顯示工作狀態(tài)。
[0087]作為可選的實施方式，計算機處理裝置10為一觸控式平板計算機。
[0088]參照圖3、圖4所示，本實施例中，前述評估預(yù)警模塊5對所采集到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息的處理和分析包括以下過程:
[0089]步驟SOl:獲取環(huán)境參數(shù)信息監(jiān)測模塊和視頻圖像信息采集模塊采集的裝置所處環(huán)境的相關(guān)信息；
[0090]步驟S02:控制模塊根據(jù)當(dāng)前時鐘時間提取最新得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像
信息；
[0091]步驟S03:控制模塊將獲取的數(shù)據(jù)信息進行AD轉(zhuǎn)換；
[0092]步驟S04:控制模塊調(diào)用評估預(yù)警模塊對預(yù)處理過后的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像信息進行分析，具體操作為:環(huán)境參數(shù)分析是計算已有環(huán)境參數(shù)的平均值與新獲取的環(huán)境參數(shù)的波動區(qū)間，視頻圖像信息分析是通過軌道邊緣圖像檢測方法判定軌道內(nèi)部是否存在異物；
[0093]步驟S05:控制模塊讀取國家公布的鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)；
[0094]步驟S06:控制模塊將鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與前述步驟S04得出的環(huán)境參數(shù)波動區(qū)間值進行比對；
[0095]步驟S07:如果線路環(huán)境安全信息未超過風(fēng)險閾值，則返回步驟S02，重新讀取環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，如果線路環(huán)境安全信息超過風(fēng)險閾值，則進行步驟S08 ；[0096]步驟S08:獲取裝置在當(dāng)前時鐘時間的空間坐標信息，對受影響的線路進行定位；
[0097]步驟S09:定位后，控制模塊啟動預(yù)警指令，調(diào)用評估和預(yù)警模塊中的預(yù)警過程；
[0098]步驟SlO:根據(jù)預(yù)警指令進行應(yīng)急響應(yīng)；
[0099]步驟Sll:根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境安全評估得出的線路環(huán)境安全等級結(jié)果查找相應(yīng)的鐵路線路應(yīng)急備案措施，應(yīng)急措施包括通知列車降速、停止運行、疏散乘客到達安全地點；
[0100]步驟S12:將應(yīng)急措施文本信息通過移動通信接口或者無線發(fā)射模塊發(fā)送；
[0101]步驟S13:檢測應(yīng)急措施文本信息是否發(fā)送成功:如果是，則進入步驟32，如果否，重新啟動通信模塊發(fā)送應(yīng)急措施文本信息；
[0102]步驟S14:退出預(yù)警。
[0103]作為可選的實施方式，前述應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)包括以下步驟:
[0104]步驟SlOl:對環(huán)境參數(shù)信息進行分析，判定是否是由于環(huán)境參數(shù)的變化引起造成線路的危險狀況，前述環(huán)境參數(shù)包括地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)；
[0105]步驟S102:對視頻圖像信息進行分析，判定是否是由于山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵或者工人天窗作業(yè)造成線路存在風(fēng)險；
[0106]步驟S103:根據(jù)風(fēng)險源判定結(jié)果，進入應(yīng)急管理措施備案池中搜尋相應(yīng)的應(yīng)急措施，前述風(fēng)險源來源于地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)，以及山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵、工人天窗作業(yè)中的一種或多種。
[0107]本發(fā)明的另一實施例還提出一種基于上述高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置實現(xiàn)的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警方法，包括以下步驟:
[0108]步驟SOl:利用環(huán)境參數(shù)信息監(jiān)測模塊和視頻圖像信息采集模塊采集裝置所處環(huán)境的相關(guān)信息；
[0109]步驟S02:控制模塊根據(jù)當(dāng)前時鐘時間提取最新得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像
信息；
[0110]步驟S03:控制模塊將獲取的數(shù)據(jù)信息進行AD轉(zhuǎn)換；
[0111]步驟S04:控制模塊調(diào)用評估預(yù)警模塊對預(yù)處理過后的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像信息進行分析，具體操作為:環(huán)境參數(shù)分析是計算已有環(huán)境參數(shù)的平均值與新獲取的環(huán)境參數(shù)的波動區(qū)間，視頻圖像信息分析是通過軌道邊緣圖像檢測方法判定軌道內(nèi)部是否存在異物；
[0112]步驟S05:控制模塊讀取國家公布的鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)；
[0113]步驟S06:控制模塊將鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與前述步驟S04得出的環(huán)境參數(shù)波動區(qū)間值進行比對；
[0114]步驟S07:如果線路環(huán)境安全信息未超過風(fēng)險閾值，則返回步驟S02，重新讀取環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，如果線路環(huán)境安全信息超過風(fēng)險閾值，則進行步驟S08 ；
[0115]步驟S08:獲取裝置在當(dāng)前時鐘時間的空間坐標信息，對受影響的線路進行定位；
[0116]步驟S09:定位后，控制模塊啟動預(yù)警指令，調(diào)用評估和預(yù)警模塊中的預(yù)警過程；
[0117]步驟SlO:根據(jù)預(yù)警指令進行應(yīng)急響應(yīng)；
[0118]步驟Sll:根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境安全評估得出的線路環(huán)境安全等級結(jié)果查找相應(yīng)的鐵路線路應(yīng)急備案措施，應(yīng)急措施包括通知列車降速、停止運行、疏散乘客到達安全地點；
[0119]步驟S12:將應(yīng)急措施文本信息通過移動通信接口或者無線發(fā)射模塊發(fā)送；[0120]步驟S13:檢測應(yīng)急措施文本信息是否發(fā)送成功:如果是，則進入步驟32，如果否，重新啟動通信模塊發(fā)送應(yīng)急措施文本信息；
[0121]步驟S14:退出預(yù)警。
[0122]作為優(yōu)選，如前所述，所述應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)包括以下步驟:
[0123]步驟SlOl:對環(huán)境參數(shù)信息進行分析，判定是否是由于環(huán)境參數(shù)的變化引起造成線路的危險狀況，前述環(huán)境參數(shù)包括地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)；
[0124]步驟S102:對視頻圖像信息進行分析，判定是否是由于山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵或者工人天窗作業(yè)造成線路存在風(fēng)險；
[0125]步驟S103:根據(jù)風(fēng)險源判定結(jié)果，進入應(yīng)急管理措施備案池中搜尋相應(yīng)的應(yīng)急措施，前述風(fēng)險源來源于地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)，以及山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵、工人天窗作業(yè)中的一種或多種。
[0126]本發(fā)明所提出的技術(shù)方案從高速鐵路環(huán)境安全預(yù)警技術(shù)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前高速鐵路環(huán)境防災(zāi)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)測精度低的特點，提出了高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警系統(tǒng)的便攜式集成開發(fā)，車站管理人員、列車司機通過通信模塊獲取本監(jiān)測預(yù)警裝置發(fā)送的高速鐵路線路的環(huán)境安全評估、預(yù)警信息以及紅外圖片，進而實現(xiàn)對高速鐵路線路環(huán)境信息的遠程采集、評估和預(yù)警功能。
[0127]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1.一種高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，包括控制模塊、環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊，控制模塊分別與環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊連接，該控制模塊作為核心模塊用于控制上述模塊的功能實現(xiàn)，其中: 環(huán)境參數(shù)信息采集模塊用以對裝置所處位置的環(huán)境信息進行監(jiān)測以及空間坐標信息的提取，并將監(jiān)測信息和空間坐標信息記錄在儲存模塊中； 視頻圖像信息采集模塊用以對裝置所處環(huán)境的紅外圖像信息進行監(jiān)測，并將監(jiān)測信息存儲在儲存模塊中； 存儲模塊用以存儲前述環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，并可在控制模塊的控制下通過通信模塊傳輸視頻圖像信息和環(huán)境參數(shù)信息； 評估預(yù)警模塊用以對前述采集得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息進行評估和預(yù)警，即根據(jù)評估結(jié)果判定當(dāng)前線路的環(huán)境安全等級，依據(jù)線路安全等級得到相應(yīng)的鐵路線路環(huán)境應(yīng)急措施信息，并可在控制模塊的控制下通過通信模塊發(fā)送環(huán)境安全等級評估信息以及鐵路線路環(huán)境應(yīng)急措施信息，從而實現(xiàn)對鐵路線路的環(huán)境安全評估和預(yù)警過程； 通信模塊作為裝置的對外通信模塊，在控制模塊的控制下通過無線發(fā)射向外界以無線信號，或者通過移 動基站接口以短信的形式傳輸和廣播圖像信息、編碼信息、短信信息，實現(xiàn)裝置與車站上位機終端、列車駕駛室終端以及乘客手機終端通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，所述控制模塊采用單片機實現(xiàn)，所述環(huán)境參數(shù)采集模塊采用傳感器實現(xiàn)，所述視頻圖像信息采集模塊采用視頻拍攝裝置實現(xiàn)，存儲模塊采用存儲介質(zhì)實現(xiàn)，評估預(yù)警模塊以程序的形式存儲在控制模塊的單片機內(nèi)并可有單片機進行調(diào)用執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，所述環(huán)境參數(shù)采集模塊包括用于檢測橫向風(fēng)速的風(fēng)速傳感器，用于檢測軌道溫度的溫度傳感器，用于檢測軌道濕度的濕度傳感器，用于檢測雷電密度的雷電監(jiān)測器，用于檢測積雪深度的積雪深度傳感器，以及用于檢測地震波動的地震振動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，所述視頻圖像信息采集模塊包括用于拍攝視頻的視頻拍攝器、用于紅外圖像采集的圖片拍攝器、用于檢測紅外對象的紅外感應(yīng)器，其中，當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到有紅外對象入侵線路時，啟動圖片拍攝器，采集紅外圖片信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，還包括一與控制模塊連接的計算機處理裝置，該計算機處理裝置包括接口單元、操作面板和指示單元，其中: 控制模塊通過接口單元提供的USB接口與計算機處理裝置連接，實現(xiàn)計算機處理裝置與控制模塊之間的通信； 操作面板用以對所述控制模塊發(fā)送操作指令，包括數(shù)據(jù)清理、重新啟動以及對前述環(huán)境參數(shù)信息采集模塊和視頻圖像信息采集模塊的調(diào)試； 指示單元用以監(jiān)控上述環(huán)境參數(shù)信息采集模塊、存儲模塊、視頻圖像信息采集模塊、評估預(yù)警模塊以及通信模塊的工作狀況，并表征給用戶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，所述計算機處理裝置為一觸控式平板計算機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，所述評估預(yù)警模塊對環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息的處理和分析包括以下過程: 步驟SOl:獲取環(huán)境參數(shù)信息監(jiān)測模塊和視頻圖像信息采集模塊采集的裝置所處環(huán)境的相關(guān)彳目息; 步驟S02:控制模塊根據(jù)當(dāng)前時鐘時間提取最新得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息； 步驟S03:控制模塊將獲取的數(shù)據(jù)信息進行AD轉(zhuǎn)換； 步驟S04:控制模塊調(diào)用評估預(yù)警模塊對預(yù)處理過后的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像信息進行分析，具體操作為:環(huán)境參數(shù)分析是計算已有環(huán)境參數(shù)的平均值與新獲取的環(huán)境參數(shù)的波動區(qū)間，視頻圖像信息分析是通過軌道邊緣圖像檢測方法判定軌道內(nèi)部是否存在異物；步驟S05:控制模塊讀取國家公布的鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)； 步驟S06:控制模塊將鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與前述步驟S04得出的環(huán)境參數(shù)波動區(qū)間值進行比對； 步驟S07:如果線路環(huán)境安全信息未超過風(fēng)險閾值，則返回步驟S02，重新讀取環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信 息，如果線路環(huán)境安全信息超過風(fēng)險閾值，則進行步驟S08 ； 步驟S08:獲取裝置在當(dāng)前時鐘時間的空間坐標信息，對受影響的線路進行定位； 步驟S09:定位后，控制模塊啟動預(yù)警指令，調(diào)用評估和預(yù)警模塊中的預(yù)警過程； 步驟SlO:根據(jù)預(yù)警指令進行應(yīng)急響應(yīng)； 步驟Sll:根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境安全評估得出的線路環(huán)境安全等級結(jié)果查找相應(yīng)的鐵路線路應(yīng)急備案措施，應(yīng)急措施包括通知列車降速、停止運行、疏散乘客到達安全地點； 步驟S12:將應(yīng)急措施文本信息通過移動通信接口或者無線發(fā)射模塊發(fā)送； 步驟S13:檢測應(yīng)急措施文本信息是否發(fā)送成功:如果是，則進入步驟32，如果否，重新啟動通信模塊發(fā)送應(yīng)急措施文本信息； 步驟S14:退出預(yù)警。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置，其特征在于，所述應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)包括以下步驟: 步驟SlOl:對環(huán)境參數(shù)信息進行分析，判定是否是由于環(huán)境參數(shù)的變化引起造成線路的危險狀況，前述環(huán)境參數(shù)包括地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)； 步驟S102:對視頻圖像信息進行分析，判定是否是由于山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵或者工人天窗作業(yè)造成線路存在風(fēng)險； 步驟S103:根據(jù)風(fēng)險源判定結(jié)果，進入應(yīng)急管理措施備案池中搜尋相應(yīng)的應(yīng)急措施，前述風(fēng)險源來源于地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)，以及山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵、工人天窗作業(yè)中的一種或多種。
9.一種基于權(quán)利要求1的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警裝置實現(xiàn)的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警方法，包括以下步驟: 步驟SOl:利用環(huán)境參數(shù)信息監(jiān)測模塊和視頻圖像信息采集模塊采集裝置所處環(huán)境的相關(guān)信息； 步驟S02:控制模塊根據(jù)當(dāng)前時鐘時間提取最新得到的環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息； 步驟S03:控制模塊將獲取的數(shù)據(jù)信息進行AD轉(zhuǎn)換； 步驟S04:控制模塊調(diào)用評估預(yù)警模塊對預(yù)處理過后的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像信息進行分析，具體操作為:環(huán)境參數(shù)分析是計算已有環(huán)境參數(shù)的平均值與新獲取的環(huán)境參數(shù)的波動區(qū)間，視頻圖像信息分析是通過軌道邊緣圖像檢測方法判定軌道內(nèi)部是否存在異物；步驟S05:控制模塊讀取國家公布的鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)； 步驟S06:控制模塊將鐵路環(huán)境安全風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與前述步驟S04得出的環(huán)境參數(shù)波動區(qū)間值進行比對； 步驟S07:如果線路環(huán)境安全信息未超過風(fēng)險閾值，則返回步驟S02，重新讀取環(huán)境參數(shù)信息和視頻圖像信息，如果線路環(huán)境安全信息超過風(fēng)險閾值，則進行步驟S08 ； 步驟S08:獲取裝置在當(dāng)前時鐘時間的空間坐標信息，對受影響的線路進行定位； 步驟S09:定位后，控制模塊啟動預(yù)警指令，調(diào)用評估和預(yù)警模塊中的預(yù)警過程； 步驟SlO:根據(jù)預(yù)警指令進行應(yīng)急響應(yīng)； 步驟Sll:根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境安全評估得出的線路環(huán)境安全等級結(jié)果查找相應(yīng)的鐵路線路應(yīng)急備案措施，應(yīng)急措施包括通知列車降速、停止運行、疏散乘客到達安全地點； 步驟S12:將應(yīng)急措施 文本信息通過移動通信接口或者無線發(fā)射模塊發(fā)送； 步驟S13:檢測應(yīng)急措施文本信息是否發(fā)送成功:如果是，則進入步驟32，如果否，重新啟動通信模塊發(fā)送應(yīng)急措施文本信息； 步驟S14:退出預(yù)警。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高速鐵路環(huán)境信息采集、評估和預(yù)警方法，其特征在于所述應(yīng)急響應(yīng)的實現(xiàn)包括以下步驟: 步驟SlOl:對環(huán)境參數(shù)信息進行分析，判定是否是由于環(huán)境參數(shù)的變化引起造成線路的危險狀況，前述環(huán)境參數(shù)包括地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)； 步驟S102:對視頻圖像信息進行分析，判定是否是由于山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵或者工人天窗作業(yè)造成線路存在風(fēng)險； 步驟S103:根據(jù)風(fēng)險源判定結(jié)果，進入應(yīng)急管理措施備案池中搜尋相應(yīng)的應(yīng)急措施，前述風(fēng)險源來源于地震、軌道溫度、軌道濕度、雷擊、積雪、橫風(fēng)，以及山體滑坡、泥石流入侵、線路水毀、異物入侵、工人天窗作業(yè)中的一種或多種。
【文檔編號】B61L23/00GK103978996SQ201410207075
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】胡啟洲, 高寧波, 劉英舜, 周竹萍, 葉茂, 陳新, 鄭麗媛, 周暢, 周佳, 王鍵, 虞鴻杰 申請人:南京理工大學(xué)