CN104742939B - 高速铁路温度信息采集和预警方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速铁路温度信息采集和预警系统，包括温度信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置、预警程序启动的决定装置、定位装置、用于控制列车速度的控车装置、存储装置以及控制装置，控制模块作为整个系统的核心，一方面控制前述各装置的运行，另一方面用于和外部的计算机装置等外部设备进行连接实现通讯和控制。本发明中，用于温度灾害风险评估的参考阈值采用动态生成的方式，结合历史的灾害发生情况，并在最新的预警发生后不断地更新历史情况，从而与历史数据对比，更加完整而科学地考虑某一地区的风险预评估。本发明还提供一种高速铁路温度信息采集和预警方法。

Description

高速铁路温度信息采集和预警方法与系统

技术领域

本发明涉及高速铁路环境灾害预警的技术领域，具体而言涉及一种高速铁路温度信息采集和预警方法与系统。

背景技术

高速铁路蓬勃发展，成为客运的主力军。目前我国高速铁路轨道大部分使用的是无缝钢轨，所述的无缝钢轨在外界温度的影响下产生各种应力作用，即热胀冷缩现象，外界温度高，可能导致涨轨跑道的现象，外界温度低，则容易出现拉断钢轨的情况，因而对高速铁路轨道温度的监测显得尤为重要。

目前，日本、德国和法国这些高速铁路发展较早的国家根据自身特点建立了防灾体系，如日本主要致力于对地震灾害的预测与防灾体系建设，德国和法国主要致力于对横风和降雨的防灾体系建设，其防灾体系中也部分涉及到轨道温度的监测与预警。

传统的安全保障方法是人工检测法，这种方法通过工程技术人员在铁路上巡查火车铁轨的状况，这种人工检测法效率低、准确性差。后来出现人工与电子设备检测方法，提高了工作效率，仍需投入大量的人力和物力，不适合24小时不间断监测。

发明内容

本发明目的在于提供一种高速铁路温度信息采集和预警方法，旨在实现对高速铁路轨道的温度信息进行采集和分析，实现提前预警，提高高速铁路的行车安全性。

本发明的另一目的在于，提供一种高速铁路温度信息采集和预警系统。

为达成上述目的，本发明的第一方面提出一种高速铁路温度信息采集和预警方法，包括以下步骤：

在高速铁路的轨道上布置温度信息采集装置，获取其所在位置的温度信息，并以电流信号的形式传输至一电流信号/数值信号转换装置；

电流信号/数值信号转换装置接收前述电流信号，并将其转换为相应的温度数值信号；

动态生成温度灾害风险的参考阈值，即根据前述温度信息采集装置所在位置的历史温度灾害发生情况数据和当前的温度信息进行比对，确定当前所在线路地区的温度灾害参考阈值；

判断前述温度信息采集装置当前采集的温度数值信号即温度信息是否超出所生成的参考阈值区间，如果超过则启动预警程序，否则重复前述步骤；

在预警启动后，获取温度信息采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的线路地区进行地理位置定位；

定位成功后，启动控车模式，控制在该段线路地区所行驶列车的速度；

判断列车速度是否得到控制，如果得到控制则结束预警并将本次预警的温度信息以及参考阈值存入历史数据库，否则返回前述步骤重新进入预警程序。

进一步地，前述方法更加包含以下步骤：

预先存储每一个所述温度信息采集装置所获取的温度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的温度灾害参考阈值，形成历史数据库。

进一步地，在所述的控车模式下，控制在该段线路地区所行驶列车的速度，其实现包括：

根据不同等级的温度灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

进一步地，前述方法中，在所述的控车模式下，控制在该段线路地区所行驶列车的速度，其实现包括：

1)轨道温度在48～53℃，则控制使列车运行速度在160km/h之内，为1级的蓝色预警；

2)轨道温度为53～58℃，则控制使列车运行速度在60km/h之内，为2级的黄色预警；

3)轨道温度达到58℃以上，则控制使列车紧急制动，停止运行，为3级的橙色预警。

进一步地，前述方法的动态生成温度灾害风险的参考阈值，其具体实现包括：

以前述历史温度灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到温度信息-温度灾害参考阈值的等级区间分布；

以温度信息采集装置所在位置当前的温度信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及

以其所属的等级区间的温度灾害参考阈值作为当前的温度情况判断的参考阈值。

进一步地，前述方法更加包含以下步骤：

在启动预警程序后，还通过无线通讯方式发送温度灾害评估信息以及高速铁路应急措施信息，实现与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。

本发明的另一方面还提出一种高速铁路温度信息采集和预警系统，该系统包括：

分布于高速铁路轨道上的温度信息采集装置，用于获取其所在位置的温度信息，并以电流信号的形式表达和传输；

电流信号/数值信号转换装置，用于接收前述的电流信号，并将其转换为相应的温度数值信号；

用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置，被设置成根据前述温度信息采集装置所在位置的历史温度灾害发生情况数据和当前的温度信息进行比对，确定当前所在线路地区的温度灾害参考阈值；

预警程序启动的决定装置，被设置成根据前述温度信息采集装置当前采集的温度信息超出所生成的参考阈值区间的结果，决定启动预警程序；

定位装置，用于根据预警结果获取发生预警的温度信息采集装置所在的空间坐标信息，对受影响的高速铁路线路地区进行地理位置定位；

用于控制列车速度的控车装置，被设置成根据预警结果控制在受影响的高速铁路线路地区所行驶的列车的速度；

存储装置，被设置成用于存储由每一个所述温度信息采集装置所获取的温度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的温度灾害参考阈值所形成的历史数据库，该历史数据库为前述用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；

控制装置，被设置用于执行对前述温度信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置、预警程序启动的决定装置、定位装置、用于控制列车速度的控车装置以及存储装置的运行，并且将本次预警对应的温度信息以及参考阈值存入历史数据库。

进一步地，前述用于控制列车速度的控车装置被设置成根据不同等级的温度灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

进一步地，前述用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置被设置成按照下述方式实现参考阈值的动态生成：

以前述历史温度灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到温度信息-温度灾害参考阈值的等级区间分布；

以温度信息采集装置所在位置当前的温度信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及

以其所属的等级区间的温度灾害参考阈值作为当前的轨道温度情况判断的参考阈值。

进一步地，所述温度信息采集装置由红外温度传感器来实现。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

(1)安全方便、维护简易。本发明以红外温度传感器获取环境数据，利用微型单片机作为控制中心，分析所处轨道的温度状况，进行数据信息传输，整个装置实现了高速铁路轨道温度信息采集和评估系统的便携式开发，具有安装方便的特点。同时，由于整个装置可采取分散式的布设，也降低了维护的难度。

(2)提高监测的精度。本发明采取的是高速铁路轨道温度实时信息采集以及信息分析便携式设计，可以根据铁路线路具体情况选择布设精度，提高了铁路安全监控的精度。

(3)简化防灾系统结构。利用本发明的信息采集、评估装置都具备对环境信息处理、安全评估的功能，不需要将原始数据集中到中心数据库处理，降低系统服务器的压力，简化系统构造。

(4)在确定温度灾害风险的比对阈值区间时，采用动态生成参考阈值的方式来生成，结合历史的灾害发生情况，并在最新的预警发生后不断地更新历史情况，从而与历史数据对比，更加完整而科学地考虑某一地区的风险预评估，使得评估结果更加科学、合理，具有更佳的可信度。而且，随着历史数据的积累，参考阈值的生成将更加科学、精确。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明一实施方式高速铁路温度信息采集和预警装置系统结构示意图。

图2为本发明另一实施方式高速铁路温度信息采集和预警装置系统结构示意图。

图3为本发明一实施方式高速铁路温度信息采集和预警方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1所示，本发明提出一种高速铁路温度信息采集和预警装置系统，其包括温度信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置3、预警程序启动的决定装置4、定位装置5、用于控制列车速度的控车装置6、存储装置7以及控制装置10，其中，温度信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置3、预警程序启动的决定装置4、定位装置5、用于控制列车速度的控车装置6、存储装置7分别连接至控制模块10。

控制模块10作为整个系统的核心，一方面控制前述各装置的运行，另一方面用于和外部的计算机装置等外部设备进行连接，以实现整个系统与外部其他设备之间的通信和/或控制、调试等操作。

温度信息采集装置1，布置于高速铁路的轨道上，用于获取其所在位置的温度信息，并以电流信号的形式表达和传输。每个温度信息采集装置1监测结果的电流信号传输至对应的电流信号/数值信号转换装置2中。

在整个系统中，布置有多个前述的温度信息采集装置1，可以按照等距离间隔设置，还可以根据历史的重点灾害发生区、历史灾害发生频率等情况进行重点布置。相应地，电流信号/数值信号转换装置的数量与所述温度信息采集装置1的设置相配套。

作为优选的实施方式，所述温度信息采集装置1采用红外温度传感器来实现对温度信息的采集。

本例中，电流信号/数值信号转换装置2，用于接收前述温度信息采集装置1发送的电流信号，并将温度信息转换为相应的温度数值信号，以利后续的温度灾害发生的风险评估。

作为示例，前述的电流信号/数值信号转换装置2采用模数转换器来实现。

用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置3，被设置成根据前述温度信息采集装置所在位置的历史温度灾害发生情况数据和当前的温度信息进行比对，确定当前所在线路地区的温度灾害参考阈值。

预警程序启动的决定装置4，被设置成根据前述温度信息采集装置当前采集的温度信息超出所生成的参考阈值区间的结果，决定启动预警程序。

定位装置5，用于根据预警结果获取发生预警的温度信息采集装置所在的空间坐标信息，从而对受影响的高速铁路线路地区进行地理位置定位。

在一些可选的例子中，定位装置5可采用GPS定位模块来实现，当然还可以采用基于GLONASS的定位模块、基于北斗BDS的定位模块来实现。

用于控制列车速度的控车装置6，被设置成根据预警结果控制在受影响的高速铁路线路地区所行驶的列车的速度。

存储装置7，被设置成用于存储由每一个所述温度信息采集装置所获取的温度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的温度灾害参考阈值所形成的历史数据库，该历史数据库为前述用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；

控制装置10，被设置用于执行对前述温度信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置3、预警程序启动的决定装置4、定位装置5、用于控制列车速度的控车装置6以及存储装置7的运行，并且将本次预警对应的温度信息以及参考阈值存入前述的历史数据库。

本例中，利用前述的方案，在确定温度灾害风险的比对阈值区间时，采用动态生成参考阈值的方式来生成，结合历史的灾害发生情况，并在最新的预警发生后不断地更新历史情况，从而与历史数据对比，更加完整而科学地考虑某一地区的风险预评估，使得评估结果更加科学、合理，具有更佳的可信度。随着历史数据的积累，参考阈值的生成将更加科学精确。

优选地，控制装置10采用单片机来实现，更佳地，选用工业级单片机。

如图1所示，作为优选的方式，前述系统还包括：

一无线通讯装置11，连接至所述控制装置10，用于无线通讯方式发送温度灾害评估信息以及高速铁路应急措施信息。

诸如，前述的无线通讯装置11包括无线发射单元和3G通信接口单元，分别实现无线发射数据和通过移动通信基站发射信息。

也即，无线通讯装置11作为整个信息采集和预警系统的对外通信装置，在预警发生时，在控制的控制下还通过无线通讯方式发送温度灾害评估信息以及高速铁路应急措施信息，诸如通过无线发射天线以无线信号方式向外界发送，或者通过移动基站接口以短信的形式传输编码信息和短信信息，实现与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。

车站上位机终端或者列车驾驶室上位机终端还可通过无线网络向整个系统的无线通讯装置11发送指令编码，无线通讯装置11将指令编码传输到控制装置10中，无线通讯装置11根据指令命令控制其他装置工作。

本实施例中，所述控制装置10可采用工业单片机实现，存储装置7采用非挥发性存储介质实现，例如SD卡、TF卡、MMC卡等。

优选地，前述用于控制列车速度的控车装置6被设置成根据不同等级的温度灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

例如，温度灾害区间和车速控制之间的关系可以被设置成：

1)轨道温度在48～53℃，则控制使列车运行速度在160km/h之内，为1级的蓝色预警；

2)轨道温度在53～58℃，则控制使列车运行速度在60km/h之内，为2级的黄色预警；

3)轨道温度达到58℃以上，则控制使列车紧急制动，停止运行，为3级的橙色预警。

优选地，前述用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置3被设置成按照下述方式实现参考阈值的动态生成：

以前述历史温度灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到温度信息-温度灾害参考阈值的等级区间分布；

以温度信息采集装置所在位置当前的温度信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及

以其所属的等级区间的温度灾害参考阈值作为当前的轨道温度情况判断的参考阈值。

本实施例的整个系统可以放置在便携式的壳体内部单独使用，其优点是可以随时携带、安置在不同的线路使用。

如图2所示为本发明另一实施例高速铁路温度信息采集和预警装置的结构原理图，其中，本实施例的高速铁路温度信息采集和预警装置系统包括上述图1实施例所述的各部件、组件或其他组合(本实施例中，与图1实施例功能、形状、位置均相同的部分采用同一标号)，本实施例的高速铁路温度信息采集和预警装置系统还包括一与控制装置10连接的计算机处理装置20，尤其是微型计算机处理装置，该计算机处理装置20包括接口单元21、操作面板22和指示单元23。

计算机处理装置，连接至前述的控制模块，该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：

前述控制装置10通过前述接口单元21提供的USB接口与计算机处理装置20连接，实现计算机处理装置20与控制装置10之间的通信；

操作面板22优选以触控式显示屏实现，用以接收用户输入的对前述控制装置的操作指令；

指示单元23用以监控前述温度信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、存储装置、预警程序启动的决定装置以及无线通讯装置的工作状况，例如温度信息采集装置是否工作正常，无线通讯装置的信息传输是否正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

结合前述说明，本发明还提出一种高速铁路温度信息采集和预警装置方法，结合图3所示，该方法的实现包括：

在高速铁路沿线布置温度信息采集装置，获取其所在位置的温度信息，并以电流信号的形式传输至一电流信号/数值信号转换装置；

电流信号/数值信号转换装置接收前述电流信号，并将其转换为相应的温度数值信号；

动态生成温度灾害风险的参考阈值，即根据前述温度信息采集装置所在位置的历史温度灾害发生情况数据和当前的温度信息进行比对，确定当前所在线路地区的温度灾害参考阈值；

判断前述温度信息采集装置当前采集的温度数值信号即温度信息是否超出所生成的参考阈值区间，如果超过则启动预警程序，否则重复前述步骤；

在预警启动后，获取温度信息采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的线路地区进行地理位置定位；

定位成功后，启动控车模式，控制在该段线路地区所行驶列车的速度；

判断列车速度是否得到控制，如果得到控制则结束预警并将本次预警的温度信息以及参考阈值存入历史数据库，否则返回前述步骤重新进入预警程序。

优选地，前述方法更加包含以下步骤：

预先存储每一个所述温度信息采集装置所获取的温度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的温度灾害参考阈值，形成历史数据库。

优选地，前述方法中，在所述的控车模式下，控制在该段线路地区所行驶列车的速度，其实现包括：

根据不同等级的温度灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

优选地，在所述的控车模式下，控制在该段线路地区所行驶列车的速度，其实现包括：

1)轨道温度在48～53℃，则控制使列车运行速度在160km/h之内，为1级的蓝色预警；

2)轨道温度在53～58℃，则控制使列车运行速度在60km/h之内，为2级的黄色预警；

3)轨道温度达到58℃以上，则控制使列车紧急制动，停止运行，为3级的橙色预警。

优选地，前述方法的动态生成温度灾害风险的参考阈值，其具体实现包括：

以前述历史温度灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到温度信息-温度灾害参考阈值的等级区间分布；

以温度信息采集装置所在位置当前的温度信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及

以其所属的等级区间的温度灾害参考阈值作为当前的轨道温度情况判断的参考阈值。

优选地，前述方法更加包含以下步骤：

在启动预警程序后，还通过无线通讯方式发送温度灾害评估信息以及高速铁路应急措施信息，诸如通过无线发射天线以无线信号方式向外界发送，或者通过移动基站接口以短信的形式传输编码信息和短信信息，实现与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种高速铁路温度信息采集和预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

在高速铁路的轨道上布置温度信息采集装置，获取其所在位置的温度信息，并以电流信号的形式传输至一电流信号/数值信号转换装置；

电流信号/数值信号转换装置接收前述电流信号，并将其转换为相应的温度数值信号；

动态生成温度灾害风险的参考阈值，即根据前述温度信息采集装置所在位置的历史温度灾害发生情况数据和当前的温度信息进行比对，确定当前所在线路地区的温度灾害参考阈值；

判断前述温度信息采集装置当前采集的温度数值信号即温度信息是否超出所生成的参考阈值区间，如果超过则启动预警程序，否则重复前述步骤；

在预警启动后，获取温度信息采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的线路地区进行地理位置定位；

定位成功后，启动控车模式，控制在该段线路地区所行驶列车的速度；

判断列车速度是否得到控制，如果得到控制则结束预警并将本次预警的温度信息以及参考阈值存入历史数据库，否则返回前述步骤重新进入预警程序；

并且，前述方法更加包含以下步骤：预先存储每一个所述温度信息采集装置所获取的温度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的温度灾害参考阈值，形成历史数据库；

并且，前述动态生成温度灾害风险的参考阈值，其具体实现包括：以前述历史温度灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到温度信息-温度灾害参考阈值的等级区间分布；以温度信息采集装置所在位置当前的温度信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及以其所属的等级区间的温度灾害参考阈值作为当前的温度情况判断的参考阈值；

并且，在所述的控车模式下，控制在该段线路地区所行驶列车的速度，其实现包括：

根据不同等级的温度灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

2.根据权利要求1所述的高速铁路温度信息采集和预警方法，其特征在于，前述方法中，在所述的控车模式下，控制在该段线路地区所行驶列车的速度，其实现包括：

1)轨道温度在48～53℃，则控制使列车运行速度在160km/h之内，为1级的蓝色预警；

2)轨道温度为53～58℃，则控制使列车运行速度在60km/h之内，为2级的黄色预警；

3)轨道温度达到58℃以上，则控制使列车紧急制动，停止运行，为3级的橙色预警。

3.根据权利要求1所述的高速铁路温度信息采集和预警方法，其特征在于，前述方法更加包含以下步骤：

在启动预警程序后，还通过无线通讯方式发送温度灾害评估信息以及高速铁路应急措施信息，实现与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。

4.一种高速铁路温度信息采集和预警系统，其特征在于，该系统包括：

分布于高速铁路轨道上的温度信息采集装置，用于获取其所在位置的温度信息，并以电流信号的形式表达和传输；

电流信号/数值信号转换装置，用于接收前述的电流信号，并将其转换为相应的温度数值信号；

用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置，被设置成根据前述温度信息采集装置所在位置的历史温度灾害发生情况数据和当前的温度信息进行比对，确定当前所在线路地区的温度灾害参考阈值；

预警程序启动的决定装置，被设置成根据前述温度信息采集装置当前采集的温度信息超出所生成的参考阈值区间的结果，决定启动预警程序；

定位装置，用于根据预警结果获取发生预警的温度信息采集装置所在的空间坐标信息，对受影响的高速铁路线路地区进行地理位置定位；

用于控制列车速度的控车装置，被设置成根据预警结果控制在受影响的高速铁路线路地区所行驶的列车的速度；

存储装置，被设置成用于存储由每一个所述温度信息采集装置所获取的温度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的温度灾害参考阈值所形成的历史数据库，该历史数据库为前述用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；

控制装置，被设置用于执行对前述温度信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置、预警程序启动的决定装置、定位装置、用于控制列车速度的控车装置以及存储装置的运行，并且将本次预警对应的温度信息以及参考阈值存入历史数据库；

其中前述用于控制列车速度的控车装置被设置成根据不同等级的温度灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间；

其中前述用于动态生成温度灾害风险的参考阈值的装置被设置成按照下述方式实现参考阈值的动态生成：

以前述历史温度灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到温度信息-温度灾害参考阈值的等级区间分布；

以温度信息采集装置所在位置当前的温度信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及

以其所属的等级区间的温度灾害参考阈值作为当前的轨道温度情况判断的参考阈值。

5.根据权利要求4所述的高速铁路温度信息采集和预警系统，其特征在于，所述温度信息采集装置由红外温度传感器来实现。