CN101899803B - 一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，该系统包括：车体；运行和作业视频摄像模块，用于从各个预定角度获取运行和作业状态下车体运行状况以及相应关键作业部位的视频图像；视频数据切换模块，用于将所述的运行和作业视频摄像模块获取的视频图像切换至视频显示模块；视频显示模块，用于将所述的视频数据切换模块所切换的图像显示出来。本发明可以辅助大型养路机械操作人员在工作中随时观察车体运行及作业状态、正确判断车体状况，改变了操作人员传统的作业模式，减少了操作人员因无法直接观察车体相应关键位置而造成的作业失误、设备或人员伤害，降低了操作人员的工作强度，提高了车辆的作业效率。

Description

一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统

技术领域

本发明属于铁路养路领域，涉及铁路大型养路机械，尤其涉及一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统。

背景技术

中国铁路的养护方式，从上世纪60年代最初的纯粹人力养护，到后来的小型机械尝试性介入，直至现在向大型养路机械大规模应用于铁路养护的方向发展。

大型养路机械的装备，在加强铁路线路现代化建设的同时，也加快了施工机械化的进程，提高了机械化作业水平，促进了铁路工务系统维护手段的转变，推动了工务技术进步，为铁路运输的快速发展提供了更加坚实的基础。

“十一五”计划期间，铁道部实施大型养路机械装备规划，将继续扩大对铁路捣固、清筛、稳定、打磨、大修列车等机械设备的装备。重点解决更高效率、更高作业质量、更高检测速度的大型养路机械和检测设备，以适应客运专线、提速线路、重载线路对养护维修、等速检测的需要。

然而，现有的铁路线路大中型养路机械，在运行和作业过程中，其安全保障措施并不完备。机械操作人员的作业模式，往往只能是通过车体的窗口和预留观测位置观察大机的部分操作情况，或只能通过观察控制面板指示灯，或通过与车外作业人员进行喊话沟通确认的方式进行作业；而对于一些关键位置，如车体锁定装置是否正确打开，工作小车是否正确落位，夹轨钳是否正确夹轨，工作装置是否正确开启并正常运行，作业人员是否已退至安全区域，作业状态车辆前进或后退时，车体前后方是否有人员或障碍等等，并不能清晰掌握。这样的结果将不可避免地带来一些操作失误、错误判断车体状况及设备操作，甚至在养护过程中导致人员伤害。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，以解决现有技术在铁路养路过程中工作人员操作不便、车辆作业效率低以及人员安全的问题。

本发明提供了一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，该系统包括：车体；运行和作业视频摄像模块，用于从预定角度获取运行和作业状态下车体运行状况以及各关键作业部位的视频图像，并将该图像传输给视频数据切换模块；

视频数据切换模块，用于将所述的运行和作业视频摄像模块获取到的视频图像切换至视频显示模块；

视频显示模块，用于将所述的视频数据切换模块所切换的图像显示出来；

所述的运行和作业视频摄像模块包括摄像头，其摄像头包括：安装底座焊盘、摄像机底盒、摄像机和摄像机外罩，所述安装底座焊盘为圆形焊盘，一面焊接于车体上，另一面与摄像机底盒相连；所述摄像机底盒是空心圆柱体，固定于安装底座焊盘上；所述摄像机一端嵌入固定于所述摄像机底盒内，另一端被摄像机外罩罩住；所述摄像机外罩上开设一个U形槽孔，使摄像机的镜头可通过该U形槽孔对外取景，并可依据该槽孔的长度，对取景角度进行调整；摄像机外罩固定罩在所述摄像机底盒外；

所述的视频显示模块包括监视器，所述的监视器的安装采用球铰固定结构，该结构包括固定板、压块、球罩、球体、连结端，其中，固定板一端与监视器相连，另一端与压块相连，压块将球罩固定在固定板上，球体设置在球罩内，球体与连结端相连，连结端与相应机械支架相连，机械支架将监视器固定在车体上，监视器和固定板间设置有防震缓冲垫。

所述运行和作业视频摄像模块由六路视频监控摄像头1、摄像头2、摄像头3、摄像头4、摄像头5和摄像头6组成，其中：

摄像头1设置在铁路大型养路机械的车体前部外壁；

摄像头2设置在铁路大型养路机械的车体左前部外壁；

摄像头3设置在铁路大型养路机械的车体右前部外壁；

摄像头4设置在铁路大型养路机械的车体左后部外壁；

摄像头5设置在铁路大型养路机械的车体右后部外壁；

摄像头6设置在铁路大型养路机械的车体后部外壁。

所述视频数据切换模块由车体前司机室视频切换器11，两个车体作业室操作位四画面分割器12、13，车体后司机室视频切换器14四个视频信号处理器组成，其中：

车体前司机室视频切换器11，用于获取、处理所述摄像头1、摄像头2和摄像头3所传输的视频图像，并切换至对应的视频显示模块；

车体后司机室视频切换器14，用于获取、处理所述摄像头4、摄像头5和摄像头6所传输的视频图像，并切换至对应的视频显示模块；

车体作业室操作位四画面分割器12、13，用于从所述车体前司机室视频切换器11和车体后司机室视频切换器14获取视频图像，并切换至对应的视频显示模块。

所述车体前司机室视频切换器11和车体后司机室视频切换器14处理视频图像的方式：把从所述运行和作业视频摄像模块中任一摄像头里传输过来的一路图像切换至对应视频显示模块中的监视器上，同一时刻只能显示一路；显示的图像进行驻留时间设置，使之按照设定的时序，顺序、定时显示所设置的视频图像。

所述的车体作业室操作位四画面分割器12、13从所述车体前司机室视频切换器11和车体后司机室视频切换器14获取多路视频图像，按X(1≤X≤4)路传送到对应视频显示模块中的监视器上。

所述视频显示模块包括四只监视器，分别是：一只前司机室监视器15、两只作业室监视器16、17和一只后司机室监视器18，分别与所述车体前司机室视频切换器11、车体作业室操作位四画面分割器12、13和车体后司机室视频切换器14一一对应相连，用于显示对应的视频图像。

所述的前司机室监视器15、作业室监视器16、17和后司机室监视器18是独立设置，可任意获取和显示整个系统里的任一路或多路视频图像。

所述的运行和作业视频摄像模块与所述视频数据切换模块之间，所述视频数据切换模块与所述视频显示模块之间的视频图像传输是采用有线传输的方式实现。

所述的监视器为LCD监视器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.养护操作人员通过设置的视频显示模块，工作中随时观察车体运行及作业状态、正确判断车体状况，改变了操作人员传统的作业模式，减少了操作人员因无法直接观察车体相应关键位置而造成的作业失误、设备或人员伤害，降低了操作人员的工作强度，提高了车辆的作业效率。当车辆处于运行状态时，通过设置运行和作业视频摄像模块以及对应的视频显示模块，操作人员可以在车体的前、后司机室通过安装于司机室上方监视器直接监视前、后车头连接装置状况及车前、车后区域，并能够随时监视作业装置是否正确回位，各装置是否正确锁定，检查车辆的各项作业装置是否符合车辆运行时的技术规范。

当车辆处于作业状态时，通过设置运行和作业视频摄像模块以及对应的视频显示模块，操作人员可以在车体的作业操作位，通过安装在作业位前方的监视器或通过前、后司机室安装的监视器直接监视安装在各作业位关键部位的摄像头所摄图像以及车前、车后区域，协助作业人员更好的观察大机的作业状态，掌握作业装置运行的一些关键信息，辅助作业操作，保障了大型养路机械长期安全稳定的运行。

2.运行和作业视频摄像模块的摄像头的安装底座焊盘、摄像机底盒、和摄像机外罩采用金属材质制成，且摄像机与摄像机底盒之间连接部位设置防震垫片，使得该模块具有防震动、防撞击、防雨、防尘等功效，可以保证在恶劣条件下为车辆提供安全、清晰的辅助驾驶及作业信息。

3.视频显示模块中所有监视器的安装皆采用了球铰固定结构，可以根据车辆操作人员的需要，在一定范围内灵活调整监视器的左右、俯仰角度，方便车辆操作人员在车辆运行或作业状态下选择更合理、更清晰的视角。

附图说明

图1是本发明用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统的功能模块图；

图2是本发明的运行和作业视频摄像模块示意图；

图3是本发明的视频数据切换模块示意图；

图4是本发明的视频显示模块示意图；

图5为本发明运行和作业视频摄像模块中的摄像头结构示意图；

图6为本发明视频显示模块中的监视器球铰固定结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其具体实施方式、特征及其功效，说明如后。

如图1所示，本发明提供的一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，该系统包括车体(图未示)、运行和作业视频摄像模块、视频数据切换模块、视频显示模块。该运行和作业视频摄像模块，用于从预定角度获取运行和作业状态下车体运行状况以及各关键作业部位的视频图像，并将该图像传输给视频数据切换模块，取代以往操作人员只能通过观察控制面板指示灯或通过与车外作业人员喊话沟通确认的信息获取模式；视频数据切换模块，用于将所述的运行和作业视频摄像模块获取到的视频图像切换至视频显示模块；视频显示模块，用于将所述的视频数据切换模块所切换的图像显示出来，辅助车辆操作人员的运行、作业操作。

本实施例是用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，主要是协助大型养路机械操作人员在工作中随时观察车体运行及作业状态、正确判断车体状况，减少操作人员因无法直接观察大机相应关键位置而造成的操作失误、设备损伤甚至人员伤害，保护作业人员的安全，降低操作人员的工作强度，提高车体的作业效率。

如图2所示，为运行和作业视频摄像模块示意图，该模块由六路视频监控摄像头1、摄像头2、摄像头3、摄像头4、摄像头5和摄像头6组成，并通过视频与电源线缆传输至视频数据切换模块。摄像头1设置在铁路大型养路机械的车体前部外壁，用于获取车体前端路况信息及车体连接装置状态信息；摄像头2设置在铁路大型养路机械的车体左前部外壁，用于获取车体左前侧关键作业位置——如捣固小车的作业状况信息；摄像头3设置在铁路大型养路机械的车体右前部外壁，用于获取车体右前侧关键作业位置——如捣固小车的作业状况信息；摄像头4设置在铁路大型养路机械的车体左后部外壁，用于获取车体左后侧关键作业位置——如稳定装置的作业状况信息；摄像头5设置在铁路大型养路机械的车体右后部外壁，用于获取车体右后侧关键作业位置——如稳定装置的作业状况信息；摄像头6设置在铁路大型养路机械的车体后部外壁，用于获取车体后端路况信息及车体连接装置状态信息。该六路摄像头获取的视频图像，可以基本覆盖车体运行、作业时的主要作业关键部位，为车体操作人员提供足够的辅助信息。

请参见图5，为本发明运行和作业视频摄像模块中的摄像头结构示意图。由图可以看出，本发明的运行和作业视频摄像模块中摄像头的结构包括：安装底座焊盘7、摄像机底盒8、摄像机9和摄像机外罩10，所述安装底座焊盘7为圆形焊盘，一面焊接于车体上，另一面与摄像机底盒8相连；所述摄像机底盒8是空心圆柱体，固定于安装底座焊盘7上；所述摄像机9一端嵌入固定于所述摄像机底盒8内，另一端被摄像机外罩10罩住；所述摄像机外罩10上开设一个U形槽孔，使摄像机的镜头可通过该U形槽孔对外取景，并可依据该槽孔的长度，对取景角度进行调整；摄像机外罩10固定罩在所述摄像机底盒8外。所述的摄像机底盒8与安装底座焊盘7之间，所述的摄像机9与摄像机底盒8之间，所述的摄像机外罩10与摄像机底盒8之间都是通过螺钉固定。所述的安装底座焊盘7与摄像机底盒8的外径相等。

为了适应铁路大型养路机械在户外运行和作业时的状态，运行和作业视频摄像模块的摄像头的安装底座焊盘7、摄像机底盒8、和摄像机外罩10均采用金属材质制成，且安装底座焊盘7与摄像机底盒8之间连接部位设置防震垫片，使得该模块具有防震动、防撞击、防雨、防尘等功效。可以保证在恶劣条件下为车辆提供安全、清晰的辅助驾驶及作业信息。

如图3所示，是本发明的视频数据切换模块示意图，该模块包括四个视频信号处理器：车体前司机室视频切换器11，两个车体作业室操作位四画面分割器12、13，车体后司机室视频切换器14。四个处理器之间采用视频与电源线缆互联，使整个数据切换模块形成一个完整的系统。

其中，视频切换器11用于获取、处理图2中视频摄像模块里摄像头1、摄像头2、摄像头3三路摄像头所拍摄的视频图像，并切换至对应的视频显示模块；视频切换器14用于获取、处理图2中视频摄像模块里摄像头4、摄像头5、摄像头6三路摄像头所拍摄的视频图像，并切换至对应的视频显示模块；四画面分割器12、13直接从视频切换器11、14里获取视频图像，并切换至对应的视频显示模块上。

视频切换器11、14对视频图像的处理方式：从任一摄像头里传输过来的一路图像切换至对应视频显示模块中的监视器上，同一时刻只能显示一路；显示的图像可以进行驻留时间设置，使之按照设定的时序，顺序、定时显示所设置的视频图像。

四画面分割器12、13对视频图像的处理：可以同时选择传送从所述车体前司机室视频切换器11和车体后司机室视频切换器14里获取多路视频图像，按X(1≤X≤4)路传到对应显示模块中的监视器上，这样车辆操作人员可以在同一时刻观察更多作业位置的视频图像，更有利于辅助操作。

该视频数据切换模块主要安装在车体驾驶室内壁，在便于车体操作人员操作的位置。该模块采取了金属材料制成的保护外罩，把模块设备安全地固定在车体驾驶室内壁上，仅留外罩上侧的设备按键操作窗口与外罩下侧的电缆进线窗口，最大程度地保护了该模块，且采取了减震设计，在模块设备与保护外罩的前、后、左、右及下侧的间隙内，加垫了一层橡胶减震垫，可以极大地缓解来自各个方向传来的震动，保证可以安全、稳定地的对数据进行传输与处理。

如图4所示，为视频显示模块示意图，该视频显示模块由四只监视器构成，分别是：前司机室监视器15，两只作业室监视器16、17，后司机室监视器18。它们分别与视频数据切换模块中的视频切换器11，二个四画面分割器12、13，视频切换器14对应相连，图中两个挂钩110、120用于挂车厢用。

所述的监视器为是LCD(Liquid Crystal Display，液晶监视器)监视器，可以满足黑暗环境和高清的需要。

视频显示模块的独立设置，不论车辆操作人员在前司机室，还是中间的作业操作室或后司机室，都可以任意获取整个系统里的任一路或多路视频图像，随时直观地监视车体运行及作业状态、正确判断车辆状况，极大地辅助了作业操作。

如图6所示，本发明的视频显示模块中监视器的安装采用球铰固定结构，该结构包括固定板20、压块21、球罩22、球体23、连结端24，其中，固定板20一面与监视器相连，另一面与压块21相连，压块21将球罩22固定在固定板20上，球体23设置在球罩22内，球体23与连结端24相连，连结端24与相应机械支架相连，机械支架将监视器固定在车体上。监视器和固定板20间设置有防震缓冲垫(图未示)，使得本球铰结构连接的监视器具有防震的优点。在该模块中，所有监视器的安装皆采用了球铰固定结构，可以根据车辆操作人员的需要，灵活调整监视器的左右、俯仰角度，方便车辆操作人员在车辆运行或作业状态下选择更合理、更清晰的视角。

该系统中的运行和作业视频摄像模块、视频数据切换模块、视频显示模块之间的视频图像的传输通过有线传输的方式实现。

当车辆处于运行状态时，操作人员可以在车体的前、后司机室通过安装于司机室上方的监视器直接监视前、后车头连接装置状况及车前、车后区域，并能够随时监视作业装置是否正确回位，各装置是否正确锁定，检查车辆的各项作业装置是否符合车辆运行时的技术规范。

当车辆处于作业状态时，操作人员可以在车体的作业操作位，通过安装在作业位前方的监视器或通过前、后司机室安装的监视器直接监视安装在各作业位关键部位的摄像机图像以及车前、车后区域，协助作业人员更好的观察大机的作业状态，掌握作业装置运行的一些关键信息，辅助作业操作，保障大型养路机械长期安全稳定的运行。

本系统改变了传统的大型养路机械在运行、作业时，操作人员往往只能是通过车体的窗口和预留观测位置，用肉眼观察大机的工作情况，或只能通过观察控制面板指示灯，或通过与车外作业人员喊话沟通确认的作业模式；取而代之的是通过视频监控系统，操作人员在工作中随时观察车体运行及作业状态，正确判断车辆状况，减少操作人员因无法直接观察大机关键位置而造成的操作失误、设备损伤甚至人员伤害，保护作业人员的安全，降低操作人员的工作强度，提高车辆的作业效率。保障了大型养路机械长期安全稳定的运行。

当然，运行和作业视频摄像模块中的摄像头可以根据不同需要设置不同的个数，对应设置视频数据切换模块中视频切换器和四画面分割器的个数，以及对应设置视频显示模块中监视器的个数。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述，但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于，该系统包括：车体；运行和作业视频摄像模块，用于从预定角度获取运行和作业状态下车体运行状况以及各关键作业部位的视频图像，并将该图像传输给视频数据切换模块，所述运行和作业视频摄像模块由六路视频监控摄像头：第一摄像头(1)、第二摄像头(2)、第三摄像头(3)、第四摄像头(4)、第五摄像头(5)和第六摄像头(6)组成；

视频数据切换模块，用于将所述的运行和作业视频摄像模块获取到的视频图像切换至视频显示模块；其中包括：车体前司机室视频切换器(11)和车体后司机室视频切换器(14)、车体作业室操作位第一四画面分割器(12)、第二四画面分割器(13)；车体前司机室视频切换器(11)，用于获取、处理所述第一摄像头(1)、第二摄像头(2)和第三摄像头(3)所传输的视频图像，并切换至对应的视频显示模块；车体后司机室视频切换器(14)，用于获取、处理所述第四摄像头(4)、第五摄像头(5)和第六摄像头(6)所传输的视频图像，并切换至对应的视频显示模块；车体作业室操作位第一四画面分割器(12)、第二四画面分割器(13)，用于从所述车体前司机室视频切换器(11)和车体后司机室视频切换器(14)获取视频图像，并切换至对应的视频显示模块；所述车体前司机室视频切换器(11)和车体后司机室视频切换器(14)处理视频图像的方式为：把从所述运行和作业视频摄像模块中任一摄像头里传输过来的一路图像切换至对应视频显示模块中的监视器上，同一时刻只能显示一路；显示的图像进行驻留时间设置，使之按照设定的时序，顺序、定时显示所设置的视频图像；

视频显示模块，用于将所述的视频数据切换模块所切换的图像显示出来；

所述的运行和作业视频摄像模块包括摄像头，其摄像头包括：安装底座焊盘、摄像机底盒、摄像机和摄像机外罩，所述安装底座焊盘为圆形焊盘，一面焊接于车体上，另一面与摄像机底盒相连；所述摄像机底盒是空心圆柱体，固定于安装底座焊盘上；所述摄像机一端嵌入固定于所述摄像机底盒内，另一端被摄像机外罩罩住；所述摄像机外罩上开设一个U形槽孔，使摄像机的镜头可通过该U形槽孔对外取景，并可依据该槽孔的长度，对取景角度进行调整；摄像机外罩固定罩在所述摄像机底盒外；

所述的视频显示模块包括监视器，所述的监视器的安装采用球铰固定结构，该结构包括固定板、压块、球罩、球体、连结端，其中，固定板一端与监视器相连，另一端与压块相连，压块将球罩固定在固定板上，球体设置在球罩内，球体与连结端相连，连结端与相应机械支架相连，机械支架将监视器固定在车体上，监视器和固定板间设置有防震缓冲垫。

2.如权利要求1所述的用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于

第一摄像头(1)设置在铁路大型养路机械的车体前部外壁；

第二摄像头(2)设置在铁路大型养路机械的车体左前部外壁；

第三摄像头(3)设置在铁路大型养路机械的车体右前部外壁；

第四摄像头(4)设置在铁路大型养路机械的车体左后部外壁；

第五摄像头(5)设置在铁路大型养路机械的车体右后部外壁；

第六摄像头(6)设置在铁路大型养路机械的车体后部外壁。

3.如权利要求2所述的用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于，所述的车体作业室操作位第一四画面分割器(12)、第二四画面分割器(13)从所述车体前司机室视频切换器(11)和车体后司机室视频切换器(14)获取多路视频图像，按X路传送到对应视频显示模块中的监视器上，其中1≤X≤4。

4.如权利要求3所述的用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于，所述视频显示模块包括四只监视器，分别是：一只前司机室监视器(15)、第一作业室监视器(16)、第二作业室监视器(17)和一只后司机室监视器(18)，分别与所述车体前司机室视频切换器(11)、车体作业室操作位第一四画面分割器(12)、第二四画面分割器(13)和车体后司机室视频切换器(14)一一对应相连，用于显示对应的视频图像。

5.如权利要求4所述的用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于，所述的前司机室监视器(15)、作业室监视器(16)、(17)和后司机室监视器(18)是独立设置，可任意获取和显示整个系统里的任一路或多路视频图像。

6.如权利要求5所述的用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于，所述的运行和作业视频摄像模块与所述视频数据切换模块之间，所述视频数据切换模块与所述视频显示模块之间的视频图像传输是采用有线传输的方式实现。

7.如权利要求6所述的用于铁路大型养路机械的辅助驾驶及作业系统，其特征在于，所述的监视器为LCD监视器。

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