CN102842103B - 高速综合检测列车二维全息可视化系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于列车信息展示领域的高速综合检测列车二维全息可视化系统与方法。本发明提供一种高速综合检测列车的全息信息展示系统及方法，在地理信息技术、视频技术、图片和二维技术的基础上，采用多维数据融合和联动展示等方法，为多种不同类型的实时数据展示提供了手段。本发明的有益效果为：为综合检测列车提供了一种全息信息展示的方法和系统，通过地理空间数据将轨道几何、轮轨力、牵引供电、通信信号等四个专业的检测数据集成到一个全息展示平台，为检测数据的实时在线分析、关联报警、故障诊断提供了基础，解决了各专业检测系统之间孤立不能共享数据的问题。<!--1-->

Description

高速综合检测列车二维全息可视化系统与方法

技术领域

本发明属于列车信息展示领域，特别涉及高速综合检测列车二维全息可视化系统与方法。

背景技术

作为中国铁路现代化的重要组成部分，动态智能化综合检测列车是中国高速铁路工程的关键配套技术，为实现中国高速铁路自动化、智能化目标，提高车辆运行安全性，动态智能化综合检测列车被用于检测动车组运行环境，实时检测线路轨道几何、轮轨作用力、牵引供电、通信信号、周边环境中影响列车运行安全的技术指标和相关信息。为辅助检测列车的实时检测工作，显示检测列车的实时位置及检测结果，及时掌握动车运行环境状况，需开发一个高速列车二维全息信息展示系统平台。

目前在检测列车上运行的展示系统主要是以文字、图表、视频相结合的方式进行检测数据的展示。在国内的数据集成综合展示发展的初期，展示是以图表为主的，即通过表格、曲线图和饼图等方式对数据进行展示。近年来随着技术的发展，集成数据综合展示也开始采用了越来越多的多媒体、视频、虚拟现实等技术，并重视数据展示的形象化。

在综合数据展示的应用中，基于二维地理信息系统、视频监控等方式已经相对比较成熟，但在检测列车的应用上，还没有相关的系统。高速综合检测列车二维全息可视化系统是在基于GIS的二维可视化检测数据集成展现技术的基础上，建立车载和地面展示系统，实现对京沪高速铁路视频图像、报警信息、检测关键数据、检测列车运行实况和相关地理信息的实时可视化综合展现。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高速综合检测列车的全息信息展示系统及方法，在地理信息技术、视频技术、图片和二维技术的基础上，采用多维数据融合和联动展示等方法，为多种不同类型的实时数据展示提供了手段，用户可以从一个界面中获取完整性、直观性和全面性的状态信息。

高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，它的结构如下：基础地理数据模块分别连接二维引擎服务模块、地图服务层模块和地图分析服务层模块，二维引擎服务模块、地图服务层模块和地图分析服务层模块实现两两互联，其中二维引擎服务模块、地图分析服务层模块均分别连接二维引擎接口层和服务接口层，二维引擎接口层连接服务接口层，二维引擎接口层和服务接口层均分别连接二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块，二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块实现两两互联，客户端分别连接二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块。

所述地图服务层模块包括栅格地图服务模块、矢量地图服务模块和影像地图服务模块。

所述地图分析服务层模块包括空间分析服务模块和地理编码模块。

所述二维引擎服务模块包括地图渲染服务模块和格网数据加载服务模块。

所述二维地图相关模块包括二维数据发布模块、二维渲染模块和二维空间分析模块。

所述场景展示管理模块包括实时场景展示子模块和历史场景展示子模块。

所述报警管理模块包括实时报警管理模块和历史报警管理模块。

高速综合检测列车二维全息可视化方法，其特征在于，它包括以下步骤:

1)基础地理数据模块从地面展示数据库获取二维基础地理数据；

二维基础地理数据分为三类数据：矢量数据、表格数据和栅格数据；

2)地图服务层模块提供地图标准服务，地图服务层模块首先读取提供基础地理数据模块的二维基础地理数据，具体说明如下：

栅格地图服务模块：提供预先渲染生成的栅格地图瓦片，瓦片按照缩放级别、行和列组织存储，并建金字塔地图索引；

矢量地图服务模块：读取二维基础地理数据，实现矢量地图数据服务；

地图分析服务层模块主要用来支撑地图的查询分析功能；具体说明如下：

空间分析服务模块：实现距离量测功能和面积测量；

地理编码模块：用于提供地理编码和逆地理编码标准服务，地理编码即地址匹配，传入格式规范的地址，返回所在坐标，从而根据地址描述，匹配到具体坐标位置；

二维引擎服务模块提供二维视图的渲染和地图数据管理优化功能；具体说明如下：

地图渲染服务模块：把矢量数据渲染成栅格图片，供不同类型的客户端地图引擎使用；

格网数据加载服务模块:按照金字塔的网格分幅方式，进行格网数据加载，并进行渲染，提高数据读取和渲染的效率；

3)服务接口层提供数据与用户相关操作的通信接口；服务接口层提供本地搜索接口、地理编码接口和逆地理编码接口；

二维引擎接口层提供缩放和定位功能；具体说明如下：

二维地图接口层包括：地图放大和缩小接口、地图平移接口、地图测距接口和TIP信息窗口展示接口；

二维地图接口层还提供如下功能：

绘制点、多折线、多边形、矩形和圆形，每种对象都能够使用标注和提示信息；能够自定义图形样式；取得地图状态参数；

自定义图形样式包括线条粗细、颜色、填充颜色、透明度和文本样式；

地图状态参数包括地图中心点、当前放大级别、偏移后的点坐标、地图像素边界及地图经纬度边界、通过身份标识获得覆盖物；

4)二维地图相关模块：包括展示铁路线附近相关地图信息，并能进行地图的基本操作；具体说明如下：

二维数据发布模块：管理二维的各种矢量数据，包括基础地图数据和铁路专业数据，按照金字塔的网格分幅方式，对矢量数据进行加载，提高数据读取和渲染的效率；

基础地图数据的数据比例尺为1:25万；

铁路专业数据包括铁路空间数据、列车运行状态、弓网状态、轮轨状态和报警数据；

二维渲染模块：根据矢量地图服务模块提供的矢量数据渲染二维栅格地图，并提供基础地图操作；基础地图操作指地图的缩小、放大、移动和查询；

二维空间分析模块：实现距离量算和面积量算的功能；

场景展示管理模块：管理二维场景展示的列车状态数据，由二维引擎展示相应场景；具体说明如下：

实时场景展示子模块：根据实时列车运行关键数据获得列车位置及运行速度，在地图渲染服务模块中驱动列车；实时列车运行关键数据包括时间、里程和速度；驱动列车的含义如下：通过获取到的实时列车里程数据来驱动地图上的列车点移动到该里程处，以确保地图上列车位置与实际的列车位置一致；

历史场景展示子模块：根据查询条件到地面展示数据库中查找相应的历史列车运行关键数据，并传递到地图渲染服务模块中；历史列车运行关键数据包括时间、里程、速度和报警数据；

监控数据管理模块：根据历史和实时业务数据，解析实时列车监控数据信息，并发布到二维视图窗口中展示；

历史和实时业务数据包括历史报警数据和实时检测数据，历史报警数据和实时检测数据均包括时间、里程、速度、专业、指标和检测值；实时列车监控数据信息包括时间、里程、速度和报警数据；

报警管理模块：提供报警截图和1分钟视频；具体说明如下：

实时报警管理模块：解析实时列车报警数据信息，并发布到二维视图窗口中展示；列车报警数据信息包括时间、里程、速度、专业、指标和检测值；

历史报警管理模块，根据历史报警数据查询条件，到展示数据库中查询到相应的历史报警数据，并传递给二维视图窗口展示；

所述客户端包括：

地面展示终端：在地面站上以二维视图的方式提供列车实时信息展示和列车历史信息展示功能；

车载展示终端：在列车上以二维视图的方式提供列车实时信息展示和列车历史信息展示功能。

本发明的有益效果为：为综合检测列车提供了一种全息信息展示的方法和系统，通过地理空间数据将轨道几何、轮轨力、牵引供电、通信信号等四个专业的检测数据集成到一个全息展示平台，为检测数据的实时在线分析、关联报警、故障诊断提供了基础，解决了各专业检测系统之间孤立不能共享数据的问题。

附图说明

图1为本发明高速综合检测列车二维检测信息展示系统的数据传输流程图；

图2为本发明京沪高铁高速综合检测列车二维展示系统总体架构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图说明系统的具体实施：

首先说明本发明高速综合检测列车二维检测信息展示系统是基于虚拟现实、GIS等各种技术手段，形象、完整的展现高速综合检测列车的实时运行状态和检测信息状态；通过全息展示，用户可以从一个界面中获取完整的状态信息。

如图2所示，高速综合检测列车二维全息可视化系统的结构如下：基础地理数据模块分别连接二维引擎服务模块、地图服务层模块和地图分析服务层模块，二维引擎服务模块、地图服务层模块和地图分析服务层模块实现两两互联，其中二维引擎服务模块、地图分析服务层模块均分别连接二维引擎接口层和服务接口层，二维引擎接口层连接服务接口层，二维引擎接口层和服务接口层均分别连接二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块，二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块实现两两互联，客户端分别连接二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块。

地图服务层模块包括栅格地图服务模块、矢量地图服务模块和影像地图服务模块。

地图分析服务层模块包括空间分析服务模块和地理编码模块。

二维引擎服务模块包括地图渲染服务模块和格网数据加载服务模块。

二维地图相关模块包括二维数据发布模块、二维渲染模块和二维空间分析模块。

场景展示管理模块包括实时场景展示子模块和历史场景展示子模块。

报警管理模块包括实时报警管理模块和历史报警管理模块。

高速综合检测列车二维全息可视化方法包括以下步骤:

1)基础地理数据模块从地面展示数据库获取二维基础地理数据；

二维基础地理数据分为三类数据：矢量数据、表格数据和栅格数据；

2)地图服务层模块提供地图标准服务，地图服务层模块首先读取提供基础地理数据模块的二维基础地理数据，具体说明如下：

栅格地图服务模块：提供预先渲染生成的栅格地图瓦片，瓦片按照缩放级别、行和列组织存储，并建金字塔地图索引；

矢量地图服务模块：读取二维基础地理数据，实现多比例尺、全要素、高性能和高质量的矢量地图数据服务；

地图分析服务层模块主要用来支撑地图的各种查询分析功能；具体说明如下：

空间分析服务模块：实现距离量测功能和面积测量；

地理编码模块：用于提供地理编码和逆地理编码标准服务，地理编码即地址匹配，传入格式规范的地址，返回所在坐标，从而根据地址描述，匹配到具体坐标位置；

二维引擎服务模块提供二维视图的渲染和地图数据管理优化功能；具体说明如下：

地图渲染服务模块：把矢量数据渲染成栅格图片，供不同类型的客户端地图引擎使用；

格网数据加载服务模块:按照金字塔的网格分幅方式，每次加载地图数据时，会选择最适合的相应比例尺进行格网数据加载，并进行渲染，提高数据读取和渲染的效率；

3)服务接口层提供数据与用户相关操作的通信接口；服务接口层提供本地搜索接口、地理编码接口和逆地理编码接口；

二维引擎接口层提供缩放和定位功能；具体说明如下：

二维地图接口层包括：地图放大和缩小接口、地图平移接口、地图测距接口和TIP信息窗口展示接口；

二维地图接口层还提供如下功能：

绘制点、多折线、多边形、矩形和圆形，每种对象都可以使用标注(label)和提示信息(tip)；能够自定义图形样式；取得地图状态参数；

自定义图形样式包括线条粗细、颜色、填充颜色、透明度和文本样式；

地图状态参数包括地图中心点、当前放大级别、偏移后的点坐标、地图像素边界及地图经纬度边界(Flash地图API)、通过身份标识(ID)获得覆盖物；

4)二维地图相关模块：包括展示铁路线附近相关地图信息，并能进行地图的基本操作；具体说明如下：

二维数据发布模块：管理二维的各种矢量数据，包括基础地图数据和铁路专业数据，按照金字塔的网格分幅方式，对矢量数据进行加载，提高数据读取和渲染的效率；

基础地图数据的数据比例尺为1:25万；

铁路专业数据包括铁路空间数据、列车运行状态、弓网状态、轮轨状态和报警数据；其中铁路空间数据是从铁路测绘专业部门获取，其他数据(列车运行状态、弓网状态、轮轨状态和报警数据)从综合检测出数据库中获取得；

二维渲染模块：根据矢量地图服务模块提供的矢量数据渲染二维栅格地图，并提供基础地图操作；基础地图操作指地图的缩小、放大、移动和查询；

二维空间分析模块：实现距离量算和面积量算的功能；

场景展示管理模块：管理二维场景展示的列车状态数据，由二维引擎展示相应场景；具体说明如下：

实时场景展示子模块：根据实时列车运行关键数据获得列车位置及运行速度，在地图渲染服务模块中驱动列车；实时列车运行关键数据包括时间、里程和速度；驱动列车的含义如下：通过获取到的实时列车里程数据来驱动地图上的列车点移动到该里程处，以确保地图上列车位置与实际的列车位置一致；

历史场景展示子模块：根据查询条件到地面展示数据库中查找相应的历史列车运行关键数据，并传递到地图渲染服务模块中；历史列车运行关键数据包括时间、里程、速度和报警数据；

监控数据管理模块：根据历史和实时业务数据，解析实时列车监控数据信息，并发布到二维视图窗口中展示；

历史和实时业务数据包括历史报警数据和实时检测数据，历史报警数据和实时检测数据均包括时间、里程、速度、专业、指标和检测值；实时列车监控数据信息包括时间、里程、速度和报警数据；

报警管理模块：提供大值报警数据、报警截图和1分钟视频(分辨率为640*480)；具体说明如下：

实时报警管理模块：根据实时业务数据，解析实时列车报警数据信息，并发布到二维视图窗口中展示；列车报警数据信息包括时间、里程、速度、专业、指标和检测值；

历史报警管理模块，根据历史报警数据查询条件，到展示数据库中查询到相应的历史报警数据，并传递给二维视图窗口展示；

所述客户端包括：

地面展示终端：在地面站上以二维视图的方式提供列车实时信息展示和列车历史信息展示功能；

车载展示终端：在列车上以二维视图的方式提供列车实时信息展示和列车历史信息展示功能。

如图1所示，视频采集设备将视频数据上传至检测系统，车载中心数据库接收来自检测系统的数据，然后将该数据发送至地面中心数据库；地面中心数据库将数据分别发送至地面分析数据库和地面展示数据库，地面展示数据库将数据发送至高速综合检测列车二维全息可视化系统；车载中心数据库到高速综合检测列车二维全息可视化系统的延迟少于5秒；

本发明能够展示二维视图场景，包括：当前车辆实时运行状况、已经检测的线路、未检测的线路以及检测异常点的等检测功能，还具有控制整个系统的功能，在该视图中具有主菜单。

二维视图场景包括：自然环境信息，地质状况，基础设施，区域气象状况等。铁路设施的展示：坡度、曲线、上下行公里标、隧道、桥梁、车站、电力设施、道岔等。当前检测状态展示功能：或者线路网；已经检测过的路段；未检测的路段；车辆当前运行位置；报警数据的状态。二维视图的信息标注：在二维视图上展示沿线的检测关键数据和报警数据，并沿着铁路线进行标注。历史信息展示功能：针对全息数据提供多视图的叠加比较分析功能，可以直观的发现检测信息沿着时间的变化情况。功能菜单：二维GIS视图提供了整个系统的控制功能，因此整个系统的主菜单设置在该视图中。主菜单内容主要包括有：用户、查询、统计、帮助等功能。

本发明可显示实时报警列表和历史报警列表。检测系统采集列车运行过程中的报警信息、轨道几何报警信息、轨道动力学报警信息等专业数据。这些数据首先传输到车载中心数据库，车载中心数据库会将信息发送到车载展示数据库并通过GSM无线信号的方式将这些数据和地面中心数据库同步，地面中心数据库再将这些数据发送到地面展示中心数据库，且事先处理好里程与帧的对应关系。

Claims (7)

1.高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，它的结构如下：基础地理数据模块分别连接二维引擎服务模块、地图服务层模块和地图分析服务层模块，二维引擎服务模块、地图服务层模块和地图分析服务层模块实现两两互联，其中二维引擎服务模块、地图分析服务层模块均分别连接二维引擎接口层和服务接口层，二维引擎接口层连接服务接口层，二维引擎接口层和服务接口层均分别连接二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块，二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块实现两两互联，客户端分别连接二维地图相关模块、场景展示管理模块、监控数据管理模块和报警管理模块；

1)基础地理数据模块从地面展示数据库获取二维基础地理数据；

二维基础地理数据分为三类数据：矢量数据、表格数据和栅格数据；

2)地图服务层模块中包含影像地图服务模块，地图服务层模块提供地图标准服务，地图服务层模块首先读取提供基础地理数据模块的二维基础地理数据，具体说明如下：

栅格地图服务模块：提供预先渲染生成的栅格地图瓦片，瓦片按照缩放级别、行和列组织存储，并建金字塔地图索引；

矢量地图服务模块：读取二维基础地理数据，实现矢量地图数据服务；

地图分析服务层模块主要用来支撑地图的查询分析功能；具体说明如下：

空间分析服务模块：实现距离量测功能和面积测量；

地理编码模块：用于提供地理编码和逆地理编码标准服务，地理编码即地址匹配，传入格式规范的地址，返回所在坐标，从而根据地址描述，匹配到具体坐标位置；

二维引擎服务模块提供二维视图的渲染和地图数据管理优化功能；具体说明如下：

地图渲染服务模块：把矢量数据渲染成栅格图片，供不同类型的客户端地图引擎使用；

格网数据加载服务模块:按照金字塔的网格分幅方式，进行格网数据加载，并进行渲染，提高数据读取和渲染的效率；

3)服务接口层提供数据与用户相关操作的通信接口；服务接口层提供本地搜索接口、地理编码接口和逆地理编码接口；

二维引擎接口层提供缩放和定位功能；具体说明如下：

二维地图接口层包括：地图放大和缩小接口、地图平移接口、地图测距接口和TIP信息窗口展示接口；

二维地图接口层还提供如下功能：

绘制点、多折线、多边形、矩形和圆形，每种对象都能够使用标注和提示信息；能够自定义图形样式；取得地图状态参数；

自定义图形样式包括线条粗细、颜色、填充颜色、透明度和文本样式；

地图状态参数包括地图中心点、当前放大级别、偏移后的点坐标、地图像素边界及地图经纬度边界、通过身份标识获得覆盖物；

4)二维地图相关模块：包括展示铁路线附近相关地图信息，并能进行地图的基本操作；具体说明如下：

二维数据发布模块：管理二维的各种矢量数据，包括基础地图数据和铁路专业数据，按照金字塔的网格分幅方式，对矢量数据进行加载，提高数据读取和渲染的效率；

基础地图数据的数据比例尺为1:25万；

铁路专业数据包括铁路空间数据、列车运行状态、弓网状态、轮轨状态和报警数据；

二维渲染模块：根据矢量地图服务模块提供的矢量数据渲染二维栅格地图，并提供基础地图操作；基础地图操作指地图的缩小、放大、移动和查询；

二维空间分析模块：实现距离量算和面积量算的功能；

场景展示管理模块：管理二维场景展示的列车状态数据，由二维引擎展示相应场景；具体说明如下：

实时场景展示子模块：根据实时列车运行关键数据获得列车位置及运行速度，在地图渲染服务模块中驱动列车；实时列车运行关键数据包括时间、里程和速度；驱动列车的含义如下：通过获取到的实时列车里程数据来驱动地图上的列车点移动到该里程处，以确保地图上列车位置与实际的列车位置一致；

历史场景展示子模块：根据查询条件到地面展示数据库中查找相应的历史列车运行关键数据，并传递到地图渲染服务模块中；历史列车运行关键数据包括时间、里程、速度和报警数据；

监控数据管理模块：根据历史和实时业务数据，解析实时列车监控数据信息，并发布到二维视图窗口中展示；

历史和实时业务数据包括历史报警数据和实时检测数据，历史报警数据和实时检测数据均包括时间、里程、速度、专业、指标和检测值；实时列车监控数据信息包括时间、里程、速度和报警数据；

报警管理模块：提供报警截图和1分钟视频；具体说明如下：

实时报警管理模块：解析实时列车报警数据信息，并发布到二维视图窗口中展示；列车报警数据信息包括时间、里程、速度、专业、指标和检测值；

历史报警管理模块，根据历史报警数据查询条件，到展示数据库中查询到相应的历史报警数据，并传递给二维视图窗口展示；

所述客户端包括：

地面展示终端：在地面站上以二维视图的方式提供列车实时信息展示和列车历史信息展示功能；

车载展示终端：在列车上以二维视图的方式提供列车实时信息展示和列车历史信息展示功能。

2.根据权利要求1所述的高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，所述地图服务层模块包括栅格地图服务模块、矢量地图服务模块和影像地图服务模块。

3.根据权利要求1所述的高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，所述地图分析服务层模块包括空间分析服务模块和地理编码模块。

4.根据权利要求1所述的高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，所述二维引擎服务模块包括地图渲染服务模块和格网数据加载服务模块。

5.根据权利要求1所述的高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，所述二维地图相关模块包括二维数据发布模块、二维渲染模块和二维空间分析模块。

6.根据权利要求1所述的高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，所述场景展示管理模块包括实时场景展示子模块和历史场景展示子模块。

7.根据权利要求1所述的高速综合检测列车二维全息可视化系统，其特征在于，所述报警管理模块包括实时报警管理模块和历史报警管理模块。