CN104742940A

CN104742940A - 高速铁路雷电信息采集和预警方法与系统

Info

Publication number: CN104742940A
Application number: CN201510112814.9A
Authority: CN
Inventors: 胡启洲; 高宁波; 郑丽媛; 吴鹏; 刘倩茜; 刘琛; 诸云
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: CN104742940B

Abstract

本发明提供一种高速铁路雷电信息采集和预警系统，包括雷电信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成雷电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，用于雷电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雷电信息采集和预警方法。

Description

高速铁路雷电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雷电信息采集和预警方法与系统。

背景技术

安全是铁路运输之本，高速铁路列车运行速度快，因此对安全保障体系提出了更高的要求。而在影响高速铁路安全运行的环境灾害中，雷电是一种发生频率高、危害性大的自然环境灾害。因此，有效获取雷电信息，对雷电灾害程度进行合理评估，能够为高速铁路列车的安全运行提供保障。

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，日本主要致力于对雷电灾害的预测与防灾体系建设，德国和法国主要致力于对雷电和降雨的防灾体系建设。

国外高速铁路防灾系统的建设都采用中心控制的模式，通常高速铁路线路跨度较大，出于对数据通信和工程造价方面的考虑，外建立的防灾系统大都针对线路的一些特定地点或者路段的环境监测，暴露出当前的高速铁路防灾系统虽结构复杂，但是无法进行全线监测，监测精度低的缺点。

发明内容

本发明目的在于提供一种高速铁路雷电信息采集和预警方法，旨在实现对高速铁路沿线的雷电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，提供一种高速铁路雷电信息采集和预警系统。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

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

在高速铁路沿线布置雷电信息采集装置，获取其所在位置的雷电信息，包括雷电强度和雷闪频率信息，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，并将前述雷闪频率转换为相应的雷闪频率数值信号；

动态生成雷电灾害风险的参考阈值，即根据前述雷电信息采集装置所在位置的历史雷电灾害发生情况数据和当前的雷闪频率数值信号进行比对，确定当前所在线路地区的雷电灾害参考阈值；

判断前述雷电信息采集装置当前采集的雷闪频率数值信号即雷闪频率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，获取雷电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雷闪频率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雷电信息采集装置所获取的雷闪频率数值信号以及所确定的当前所在线路地区的雷电灾害参考阈值，形成历史数据库。

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：

根据不同等级的雷电灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

1)雷闪频率为15-30次/平方公里，则控制使列车运行速度在150km/h之内，为1级的蓝色预警；

2)雷闪频率为30-45次/平方公里，则控制使列车运行速度在100km/h之内，为2级的黄色预警；

3)雷闪频率为45-55次/平方公里，则控制使列车运行速度在50km/h之内，为3级的橙色预警；

4)雷闪频率大于55次/平方公里，则控制使列车停运，为4级的红色预警。

进一步地，前述方法的动态生成雷电灾害风险的参考阈值，其具体实现包括：

以前述历史雷电灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到雷闪频率信息-雷电灾害参考阈值的等级区间分布；

以雷电信息采集装置所在位置当前的雷闪频率信息进行判断，确定其所属的等级区间；以及

以其所属的等级区间的雷电灾害参考阈值作为当前的雷闪频率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雷电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雷电信息采集和预警系统，该系统包括：

分布于高速铁路沿线的雷电信息采集装置，用于获取其所在位置的雷电强度和雷闪频率信息，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，并将雷闪频率转换为相应的雷闪频率数值信号；

用于动态生成雷电灾害风险的参考阈值的装置，被设置成根据前述雷电信息采集装置所在位置的历史雷电灾害发生情况数据和当前的雷闪频率信息进行比对，确定当前所在线路地区的雷电灾害参考阈值；

预警程序启动的决定装置，被设置成根据前述雷电信息采集装置当前采集的雷闪频率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雷电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雷电信息采集装置所获取的雷闪频率数值信号以及所确定的当前所在线路地区的雷电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雷电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雷电信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成雷电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雷闪频率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雷电灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

进一步地，前述用于动态生成雷电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：

进一步地，述雷电信息采集装置由雷电强度探测器来实现。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

(1)安装方便、维护简易。本发明以雷电探测器作为信息监测器获取雷电数据，利用工业单片机作为控制中心，分析所处环境的雷电状况，利用无线发射模块发出预警信息，实现了高速铁路雷电信息采集和预警系统的便携式开发，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雷电信息采集、分析以及发送的便携式集成设计，每一个实施例都是作为一个独立的系统形式存在，因此可以方便的布设在铁路沿线隧道、河流、山谷以及其它一些具有风险的地点，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)在确定雷电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雷电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雷电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雷电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雷电信息采集和预警装置系统，其包括雷电信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成雷电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，雷电信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成雷电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。

雷电信息采集装置1，分布于高速铁路的沿线，用于获取其所在位置的雷电强度和雷闪频率信息，并以电流信号的形式表达和传输。每个雷电信息采集装置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，布置有多个前述的雷电信息采集装置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雷电信息采集装置1的设置相配套。

作为优选的实施方式，所述雷电信息采集装置1由用于检测雷电强度的雷电强度探测器来实现对雷电信息的采集。

本例中，电流信号/数值信号转换装置2，用于接收前述雷电信息采集装置1发送的电流信号，并将雷闪频率信息转换为相应的雷闪频率数值信号，以利后续的雷电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。

用于动态生成雷电灾害风险的参考阈值的装置3，被设置成根据前述雷电信息采集装置所在位置的历史雷电灾害发生情况数据和当前的雷闪频率信息进行比对，确定当前所在线路地区的雷电灾害参考阈值。

预警程序启动的决定装置4，被设置成根据前述雷电信息采集装置当前采集的雷闪频率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雷电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雷电信息采集装置所获取的雷闪频率数值信号以及所确定的当前所在线路地区的雷电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雷电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雷电信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成雷电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雷闪频率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，在确定雷电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雷电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雷电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雷电灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

例如，雷电灾害区间和车速控制之间的关系可以被设置成：

优选地，前述用于动态生成雷电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：

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雷电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雷电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雷电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用以监控前述雷电信息采集装置、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，例如雷电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雷电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：

动态生成雷电灾害风险的参考阈值，即根据前述雷电信息采集装置所在位置的历史雷电灾害发生情况数据和当前的雷闪频率信息进行比对，确定当前所在线路地区的雷电灾害参考阈值；

优选地，前述方法更加包含以下步骤：

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：

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：

优选地，前述方法的动态生成雷电灾害风险的参考阈值，其具体实现包括：

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雷电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

1.一种高速铁路雷电信息采集和预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高速铁路雷电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：

3.根据权利要求1所述的高速铁路雷电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：

4.根据权利要求3所述的高速铁路雷电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：

5.根据权利要求1所述的高速铁路雷电信息采集和预警方法，其特征在于，前述方法的动态生成雷电灾害风险的参考阈值，其具体实现包括：

6.根据权利要求1所述的高速铁路雷电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：

7.一种高速铁路雷电信息采集和预警系统，其特征在于，该系统包括：

8.根据权利要求7所述的高速铁路雷电信息采集和预警系统，其特征在于，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雷电灾害区间，控制使列车的车速降至预设的区间。

9.根据权利要求7所述的高速铁路雷电信息采集和预警系统，其特征在于，前述用于动态生成雷电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：

10.根据权利要求7所述的高速铁路雷电信息采集和预警系统，其特征在于，述雷电信息采集装置由雷电强度探测器来实现。