CN101417660A - 列车运行安全监控系统 - Google Patents

Abstract

一种列车运行安全监控系统，包括列车车厢内部监管系统和地面两部分，列车车厢内部监管系统又分为载客车厢、操控车厢和车厢外部，地面上的地面信息监管系统分为总站、分站和公安部门；其中，采用同轴电缆作为主干线，以视频复用模式串联列车运行安全监控系统、环境探测器、摄像头、监听头、开光量控制模块、紧急通讯模块，并且列车和地面传递的信息采用h.264或D1压缩方式。

Description

列车运行安全监控系统

技术领域

本发明所述的列车运行安全监控系统涉及安防和信息行业的电子技术领域，特别涉及列车运行安全监控系统的设备。

背景技术

列车作为城市公共交通工具的一个重要组成部分，其安全性越来越受到各国的关注，但是由于列车车厢的独特性以及其功能定位的特殊性，到目前为止无论美国、英国、新加坡、中国都处在尝试阶段，还没有一个国家宣称已经完全破解列车车厢监控这一难题；虽然有少数公司打着国外企业的名义，用地面静态的和一般要求的安防理念来理解和设计列车车厢监控系统，这样做导致设计初期就出现错误。

现将在列车传输中采用的几种传输模式可能遇到的问题的情况进行简单比较，列表如下：

从上表中可以看出：

1、上述方式中CIMA/GRPC和射频的无线传输方式，在多次测试中基本上已经废止，其主要问题是一方面是网络信号的覆盖问题，同时造价以及信号的带宽等问题，故不再考虑；

2、上述方式中的光纤和基带传输方式基本上也不可行，由于列车的震动以及维修需要，故也排除在外；

目前剩下的模式也就是网络方式和视频复用模式，两者的区别主要在于：网络方式采用网络视频服务器方式，也就是说采用摄像头信号首先通过压缩和编码转变为数字信号，按照目前处理的情况来看，最高的图像分辨率在D1格式，而这种格式的内容如果是16路图像同时传送到存储器，则数据量太庞大，即便是1000兆网络也会受到很大的压力；再说网络视频服务器目前的技术状态，图像的实时性以及图像的高保真特性很难保证，而作为安全防范很重要的技术特征则很难满足；未来随着压缩技术的升级，如果要更换则需要更换的硬件部分很多。同时在具体的现场测试中发现计算机网络数据在列车运行中会有大量的干扰从而对计算机网络传输的信号造成干扰，信号丢包严重。

而视频复用方式则由于采用视频调制传输，故图像清晰度非常高，而且线缆的带宽足够支撑到100路信号的传送；视频复用模式由于采用高清晰传输，故很容易升级和采用更新的编码；

故从上述对比中看到，根据列车的需求准确定位，优化方案，选择合适的技术方案，即视频复用模式，来解决列车信息传输的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，本发明所述的列车运行安全监控系统，不仅可以解决了列车作为一个运行的单元的技术问题，同时还在列车编组、拆分和在运行环境比较恶劣的情况下，解决信息传输的难题。

本发明所采取的技术措施包括有：

一种列车运行安全监控系统，包括列车车厢内部监管系统和地面两部分，列车车厢内部监管系统又分为载客车厢、操控车厢和车厢外部，地面上的地面信息监管系统分为总站、分站和公安部门；其特征在于：采用同轴电缆作为主干线，以视频复用模式串联列车运行安全监控系统、环境探测器、摄像头、监听头、开光量控制模块、紧急通讯模块，并且列车和地面传递的信息采用h.264或D1压缩方式。

其中，载客车厢内设有车厢内部视频监控系统、车厢内紧急求助系统、车厢内广播系统、温湿度氧气含量测试系统、灯光照明/应急照明系统、广告及提示信息播出系统和语音采集与监听系统；操控车厢设有图像声音存储系统、列车运行状态数据存储、信息发布系统、双向操作联动机构、信息备份系统和无线发射接收系统；车厢外部设有车头车尾视频信号采集系统、车辆侧视频采集系统、车外环境采集系统和车底视频及音频采集系统。

其中，地面的分站设有列车到达本站点的列车信息下载上传系统、地面视频采集系统、车厢内广播系统、温湿度空气测试系统、灯光照明/应急照明系统、广告及提示信息播出系统和语音采集与监听系统；总站设有特殊事件处理系统、信息发布系统、正常运行监管系统和信息备份系统；公安部门设有特殊事件处理系统和信息远程监控系统。

其中，视频复用模式的移频带宽在10M～1G。

其中，可在主干线同轴电缆内同时传输电源信号、视频和定压广播信号。

其中，视频复用模式采用调制载波技术对视频、音频、数据等信号进行调制与解调处理，其中数据部分可以采用FSK或ASK调制解调方式。

其中，控制信号采用差分传输方式直接传送。

其中，该系统为RAID阵列方式，两个硬盘所记录的内容相同；且采用抗震和防破坏设计并采用DVD备份方式。

本发明和已有技术相比具有如下技术效果：

本发明所述的列车运行安全监控系统包括环境探测的探测器、摄像头、监听头、开光量控制模块、紧急通讯模块等，可在列车车体1公里范围内实施多节点多信号实时复用技术，可以将多路视频、音频、控制、数据、电源、广播等信号在车体内、运行列车与指挥调度中心之间同时进行同相、双向等传递，并且视频图像指标达到400线以上，信息传输采用h.264或D1压缩方式，图像逼真、音频清晰，解决了运行环境比较恶劣的情况下的信息传难题。而且该系统为RAID阵列方式，两个硬盘所记录的内容相同，可提供最多256路图像长达15天的连续记录内容；采用抗震和防破坏设计和DVD备份方式，可将所记录的内容快速备份，并可保证1年以上的内容保存，可以为政府和公安部门处理各行业之间可能出现的突发事件提供依据。

附图说明

图1、列车运行安全监控系统的框图。

图2、列车运行安全监管系统的地面信息监管系统框图。

图3、载客车厢框图。

图4、操控车厢框图。

图5、车厢外部框图。

图6、载客车厢内部设备连接框图。

图7、操控车厢控制中心的设备连接框图。

图8、图6中的视得清SDING车厢传输模块的内部结构图。

具体实施方式

根据列车的特殊性，我们将列车运行安全监管系统进行了划分，按照空间可以划分为两个部分，如图1，图2所示，一方面是列车车厢内部监管系统，一方面是地面信息监管系统。

一、列车车厢内部监管系统

图1主要解释并规划了列车车厢内部监管系统是由载客车厢、操控车厢和车厢外部三个大的系统组成，具体功能阐述如下：

1、载客车厢，如图3、图6所示，指乘客所在的车厢，为目标重点，其划分为：

1.1 车厢内部视频监控系统，负责车厢内部各角度的视频信号采集，按照每节车厢内部至少4路图像来进行配置，防止监控图像出现死角。

1.2 车厢内紧急求助系统，以前列车内部设置的是紧紧求助把柄，当拉下把柄后会导致列车紧急刹车，本发明为了保证列车运行将此部分取消掉，而采用按钮方式，并可以与控制室进行沟通和确认，特殊状况下可启动紧急车辆停车系统。

1.3 车厢内广播系统，车厢内部采用定压广播系统构建列车内部的提醒装置，也可采用总线传输方式。

1.4 温湿度氧气含量测试系统，测量车厢内部的温度湿度以及氧气含量，以为载客创建一个舒适的环境。

1.5 灯光照明/应急照明系统，可以使用本系统对灯光照明等进行紧急切换。

1.6 广告及提示信息播出系统，可以将音视频广告及提示信息系统通过LCD等广告方式传递给目标客户群。

1.7 语音采集与监听系统，本部分为隐藏模块，日常状态下必须过公安系统才可以回放，主要用于特殊状态下信号的回放，以便找到更多线索。

2、操控车厢，如图4、图7所示，具体功能阐述如下：

2.1 图像声音存储系统：主要负责各车厢内部以及列车外部信号的采集部分与存储(采用双备份方式)。

2.2 列车运行状态数据存储，本部分与列车的其他部分可以连接，相当于列车黑匣子，可以将列车运行的各种数据进行存储。

2.3 信息发布系统：针对列车运行速度、即将到达的车站、周边景点及服务设施陈述、帮助提示等相关内容的自动播出。

2.4 双向操作联动机构，列车为两面控制模式，也就是列车的两面均为控制机构，本机构完成存储及两面操作时均有提示。

2.5 信息备份系统，由于列车可能受到恐怖袭击等行为，故信息保存将非常重要。

2.6 无线发射接收系统，特殊状况下启动，用于应急事件处理。

3、车厢外部，如图5所示，具体功能阐述如下：

3.1 车头车尾视频信号采集系统。列车车厢外部也是确保列车安全运营的一个关键，故在列车的车头和车尾采用高精度摄像机，使得列车前方的图像可以被采集，并可提前告知列车操作人员前方状况，后方可有效预防追尾。

3.2 车两侧视频采集。在列车运行过程中在列车的前和后分别有多个摄像机，其中两侧有类似后视镜的装置，在列车行进中前面两个摄像机将自动转到前方捕捉前方视频信号，后面两个自动转向后方捕捉后方视频信号，在列车即将到达车站时，前后摄像头均自动转向到中间部分，观察人员上车情况，以防止可能出现的车辆关门人还在车外面或者被夹住等问题。

3.3 车外环境采集系统。对列车外部的温度湿度等环境状态进行采集和存储，并及时发现外界温度等变化以便关闭空调等设备。

3.4 车底视频及音频采集系统。对列车底部导轨以及列车底部的一些其他非可视区域进行监管，可及时发现问题。

由于列车监控系统有三个层面的需求，其一为预防，其二为现场阻止，其三为事后调查，当前很多监控系统仅仅侧重于第三者也就是为事后调查提供证据，按照国家技防的相关法律，如果安装有监控系统，也有值班人员，如果应该可以看到并可阻止而没有阻止案件的进一步发生，则除进行处罚外还要进行整改，故我们非常应该侧重于预防，传输回来的图像将是高清图像，方便未来的系统升级(例如与人脸识别系统联动等)。

同时由于列车为公共设施，故本套系统在可能发生的灾难后必须为调查小组提供详细有力的证据，故设备的记录应采用了三重保护设计：其一为RAID阵列方式，两个(或更多)硬盘所记录的内容相同，可提供最多256路图像长达15天的连续记录内容；其次采用抗震和防破坏设计；其三采用DVD备份方式，可将所记录的内容快速备份，并可保证1年以上的内容保存。

另外记录系统还要考虑的就是监视效果问题，建议采用超薄设计的显示屏，尺寸上应该在17寸以上的屏幕，这样副驾驶可以非常直观和方便的观察到各车厢的状况。

列车载客车厢内部设备的连接框图，其详细内容如图6所示；列车控制中心的设备连接图，其详细内容如图7所示；图8为图6中的视得清SDIMG车厢传输模块的内部结构详细图。各车厢之间信号传输连接的特点：1、采用柔性双层屏蔽同轴电缆传输内容：采用柔性双层屏蔽电缆除有效避免干扰产生，同时也为线缆长时间在振动中不容易断裂提供良好的基础条件；2、采用优质锁扣接头连接设备：避免可能产生的接触不良或者松脱；3、采用环通隔离连接方式，单点故障不影响其它信息的传送；4、考虑传输距离和老化：本套设备传输距离按照整体100-600米设计方案考虑，本套系统的设计年限要考虑5-10年；5考虑到维修：每节车厢的设备应该相同一致，但是不能不相同，进行设置时要求设备的更换性非常方便，在维护中单节车厢脱离或更换，只要线缆畅通，便可保证系统正常运作；

二、地面信息监管系统功能，如图2所示，地面信息监管系统为保障列车正常运行并在特殊事件出现时进行快速处理的一种架构系统，本部分主要采用电缆进行连接，同时辅助于高速计算机网络平台，本部分在实现起来难度不大，并且可以快速实施，在此不进行详细介绍，重点介绍三个区域之间的关系：分站负责列车到达本站点的列车的状况及信息上传下载工作，故在这个体系中分站为具体执行单元；总公司负责所有列车有效性运作，进行监管并及时发现问题及处理问题；公安部门也称为社会紧急事件处理中心，为政府的特殊组织机构，主要处理各行业之间可能出现的突发事件，并进行各涉及社会民生的各种社会功能的相关协调和应急事件处理工作。

以上实施过程仅是本发明的一次实施例，对于本领域的工程技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下，对其进行显而易见的任何改动，都是本发明的权利要求保护的范围。

Claims (8)

1、一种列车运行安全监控系统，包括列车车厢内部监管系统和地面两部分，列车车厢内部监管系统又分为载客车厢、操控车厢和车厢外部，地面上的地面信息监管系统分为总站、分站和公安部门；其特征在于：采用同轴电缆作为主干线，以视频复用模式串联列车运行安全监控系统、环境探测器、摄像头、监听头、开光量控制模块、紧急通讯模块，并且列车和地面传递的信息采用h.264或D1压缩方式。

2、根据权利要求1所述的列车运行安全监控系统，其特征在于：载客车厢内设有车厢内部视频监控系统、车厢内紧急求助系统、车厢内广播系统、温湿度氧气含量测试系统、灯光照明/应急照明系统、广告及提示信息播出系统和语音采集与监听系统；操控车厢设有图像声音存储系统、列车运行状态数据存储、信息发布系统、双向操作联动机构、信息备份系统和无线发射接收系统；车厢外部设有车头车尾视频信号采集系统、车辆侧视频采集系统、车外环境采集系统和车底视频及音频采集系统。

3、根据权利要求1所述的列车运行安全监控系统，其特征在于：地面的分站设有列车到达本站点的列车信息下载上传系统、地面视频采集系统、车厢内广播系统、温湿度空气测试系统、灯光照明/应急照明系统、广告及提示信息播出系统和语音采集与监听系统；总站设有特殊事件处理系统、信息发布系统、正常运行监管系统和信息备份系统；公安部门设有特殊事件处理系统和信息远程监控系统。

4、根据权利要求1所述的列车运行安全监控系统，其特征在于：视频复用模式的移频带宽在10M～1G。

5、根据权利要求1所述的列车运行安全监控系统，其特征在于：可在主干线同轴电缆内同时传输电源信号、视频和定压广播信号。

6、根据权利要求1所述的列车运行安全监控系统，其特征在于：视频复用模式采用调制载波技术对视频、音频、数据等信号进行调制与解调处理，其中数据部分可以采用FSK或ASK调制解调方式。

7、根据权利要求1所述的列车运行安全监控系统，其特征在于：控制信号采用差分传输方式直接传送。

8、根据权利要求1所述的列车运行安全监控的系统，其特征在于：该系统为RAID阵列方式，两个硬盘所记录的内容相同；且采用抗震和防破坏设计并采用DVD备份方式。

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