CN104816742A - 列车运行灾害预警监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预警监测系统，尤其是一种列车运行灾害预警监测系统，属于列车运行安全监测的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述列车运行灾害预警监测系统，包括用于监测列车运行区域地震信息的地震仪以及用于监测列车运行现场环境的现场监测设备，所述地震仪以及现场监测设备与设置于列车运行沿线的现场监控单元连接，现场监控单元能将地震仪传输的地震信息以及现场监测设备监测的现场环境信息传输至监控数据处理设备内；本发明结构紧凑，能为列车运行的灾害预警提供有效的决策依据，提高预警监测的精度，智能化程度高，安全可靠。

Description

列车运行灾害预警监测系统

技术领域

本发明涉及一种预警监测系统，尤其是一种列车运行灾害预警监测系统，属于列车运行安全监测的技术领域。

背景技术

近年来，随着经济的发展，人口数量急剧膨胀，以及生态环境的进一步恶化,导致自然灾害频繁发生，使得自然灾害造成的损失日益严重。列车运行过程中，会经受不同的灾害，比如地震、风、雨雪等灾害。近年来,每年因这些灾害造成生命财产的巨大损失。因此，预防和减轻自然灾害风险已成为当前我国乃国际社会面临的重大问题之一。

目前，有相关学者进行基于各种数学模型，并结合GIS和遥感等现代技术的自然灾害预警和监测系统的研究，但是，上述的研究受制于系统处理能力、储存能力、传输网络，采用较低的采样频率，防灾监控系统数据处理中心一个工作日接收数据量可达5G~500G。若提高采样频率，采用视频相关系统，数据量将会指数级增加。当需要综合运用沿线各分区防灾系统的数据，将面临更大挑战。因此，有必要研发实时灾害预警监测系统，从而预防和减轻自然灾害带来的损失。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种列车运行灾害预警监测系统，其结构紧凑，能为列车运行的灾害预警提供有效的决策依据，提高预警监测的精度，智能化程度高，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述列车运行灾害预警监测系统，包括用于监测列车运行区域地震信息的地震仪以及用于监测列车运行现场环境的现场监测设备，所述地震仪以及现场监测设备与设置于列车运行沿线的现场监控单元连接，现场监控单元能将地震仪传输的地震信息以及现场监测设备监测的现场环境信息传输至监控数据处理设备内；

监控数据处理设备对接收的地震信息采用八叉树方式进行存储，监控数据处理设备将存储的地震信息以及现场环境信息传输至云端服务器，以通过云端服务器对监测的地震信息以及现场环境信息进行分析处理，云端服务器与调度中心连接，云端服务器能将分析处理的结果传输至调度中心，调度中心根据分析处理结果判定列车运行存在灾害危险时，调度中心向现场监控单元传输列车运行调整信息，现场监控单元与列车控制系统连接，以使得列车控制系统根据列车运行调整信息来调整列车的运行状态。

所述现场监测设备包括风传感器、雨传感器或雪传感器。

所述现场监控单元与用于获取双层电网供电状态的轨旁控制器连接，现场监控单元通过高速光纤网络与监控数据处理设备以及调度中心连接。

所述监控数据处理设备采用八叉树方式存储地震信息后，对地震信息网络中的节点采用轻量级的嵌入式OS，且使用POSIX兼容系统信号处理函数的备用栈。

所述监控数据处理设备通过互联网与云端服务器连接，云端服务器采用BP神经网络对地震信息以及现场环境信息进行分析处理，以确定列车运行的安全状态。

本发明的优点：通过地震仪获取列车运行区域的地震信息，通过现场监测设备获取列车运行区域的现场环境信息，监控数据处理设备对地震信息采用八叉树方式进行存储，云端服务器采用改进的BP神经网络对地震信息以及现场环境信息进行综合处理，从而能综合确定列车运行的安全状况，能为列车的运行进行预警与监测，能为列车运行的灾害预警提供有效的决策依据，提高预警监测的精度，智能化程度高，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明八叉树几何体结构的一种存储状态。

图3为本发明八叉树几何体结构的另一种存储状态。

图4为本发明八叉树几何体结构的第三种存储状态。

图5为本发明嵌入式OS单进程模拟多任务的流程图。

图6为本发明模拟器管理线程主循环的流程图。

图7为本发明神经网络进行处理的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能为列车运行的灾害预警提供有效的决策依据，提高预警监测的精度，本发明包括用于监测列车运行区域地震信息的地震仪以及用于监测列车运行现场环境的现场监测设备，所述地震仪以及现场监测设备与设置于列车运行沿线的现场监控单元连接，现场监控单元能将地震仪传输的地震信息以及现场监测设备监测的现场环境信息传输至监控数据处理设备内；

监控数据处理设备对接收的地震信息采用八叉树方式进行存储，监控数据处理设备将存储的地震信息以及现场环境信息传输至云端服务器，以通过云端服务器对监测的地震信息以及现场环境信息进行分析处理，云端服务器与调度中心连接，云端服务器能将分析处理的结果传输至调度中心，调度中心根据分析处理结果判定列车运行存在灾害危险时，调度中心向现场监控单元传输列车运行调整信息，现场监控单元与列车控制系统连接，以使得列车控制系统根据列车运行调整信息来调整列车的运行状态。

具体地，为了对所需的列车运行区域的安全状态进行预警检测，需要在列车运行区域设置地震仪，以通过地震仪来获取当前区域的地震信息，地震仪可以采用现有常用的结构。通过现场监测设备来监测列车运行环境的现场环境，所述现场环境可以根据不同区域进行选择，如对风或雨等的监测。现场监控单元设置在列车运行轨道的沿线，作为一个沿线基站。现场监控单元能与列车控制系统以及列车牵引系统连接，列车控制系统以及列车牵引系统能控制列车的运行状态，现场监控单元的具体形式为本技术领域人员所熟知，只要能将地震仪的地震信息以及现场监测设备的现场环境信息传输至监控数据处理设备内，且能将调度中心的列车运行调整信息传输至列车控制系统即可，具体不再赘述。

进一步地，所述现场监测设备包括风传感器、雨传感器或雪传感器，当然，在具体实施时，现场监测设备的具体类型还可以根据列车运行的区域进行具体选择，此处不再一一列举。所述现场监控单元与用于获取双层电网供电状态的轨旁控制器连接，现场监控单元通过高速光纤网络与监控数据处理设备以及调度中心连接。

监控数据处理设备一般包括应用服务器、数据服务器、维修终端以及存储设备等。现有地震数据分析方法，只需给出加速度值，并作相应预警。如果想得到地震对列车的影响信息，尚属空白。同时由于地震荷载的随机性，输出的结果存有不确定性，目前所有的方法都不能评估这些不确定性。

不管P波、S波，都有导致行车脱轨可能性，本发明实施例中，监控数据处理设备利用八叉树方法进行地震数据的存储，图2、图3以及图4示意了八叉树存储地震数据的情况，八叉树存储地震数据的具体情况可以参考吉林大学魏宇的《三维地震数据处理及剖面抽取算法研究》。八叉树存储可以很容易实现对感兴趣区域的非均匀提取。地震数据网络中的节点，采用轻量级的嵌入式OS，如图5和图6所示，其中关于嵌入式OS的情况可以参考中国科学技术大学宋洪治的《大型地震传感器网络仿真平台的实现》。使用POSIX 兼容系统信号处理函数的备用栈，作为每一个任务的私有栈。首先通过设置某一信号的备用栈，然后向当前进程发送这个信号，则当前进程进入这个信号的信号处理函数，并且信号处理函数使用的是备用栈。在信号处理函数中保存当前上下文，然后跳出信号处理函数，引导进入任务的启动代码。在任务启动之后，通过保存当前上下文，恢复目标上下文的方式，实现用户任务的切换。

本发明实施例中，监控数据处理设备与云端服务器连接，以在云端服务器内进行所需的中央运处理。其中，中央云处理包含云计算及云存储两个主要部分，监控数据处理设备内的数据可以通过借助 GPRS 移动通信技术和TCP/IP协议原理，对数据进行传输。同时可以考虑GPRS的传输速率对数据的传输方式进行选择，从而使数据尽快传输到云端服务器。云端服务器将对数据进行识别，归类，然后进行分析。从海量的监测数据中获取有效的关键数据形成数据报告，分析的结果也根据存储量的大小进行重新分类，然后传输到用户电脑。设置独立的自行检查服务器软件，当有异常状态发生时，以邮件和短信的方式通知相关技术人员，因此，该系统可为用户提供更好的性能，节省空间，并进行高速运算。同时提供数据及结果加密服务，保证数据的安全性。

通过中央云处理，本发明具有以下特点：

1）、低维护性；解放工区机房部分工作，在云端完成历史数据储存、数据分析处理、反馈调整参数等。

2）、大数据分析；中央云端可以综合联网运用所辖分区机房、国家气象局、国家地震局等数据，提供更准确的分析结果。

3）、应用扩展性；为系统提供更多应用，如高采样频率下的实时列车定位等。

本发明云端服务器在进行云计算时采用一种改进BP神经网络的新方案，所述BP神经网络的具体实施可以参考东北林业大学刘天舒的《BP神经网络的改进研究及应用》，改进的BP神经网络模仿人脑系统对外界信号进行接收、处理及存储的过程，可以智能的处理信息。基本思路是：采用差异化的学习率，动态的调节不同节点间的连接权重，提高权重的调整效率，加快误差函数的收敛速度。改进BP神经网络算法的具体实现过程如图7所示。本发明能够实现：

1）自学习能力；大数据环境下具有极高的识别率与准确性。

2）扩展性支持；为将来的扩展应用提供基础技术支持。

本发明通过在云端服务器进行所需的计算处理，就能够根据地震信息以及现场环境信息来判断列车运行的区域是否存在安全隐患，当具有安全风险时，调度中心通过高速光纤网与现场监控单元连接，通过现场监控单元将调度中心传输的列车运行调整信息传输至列车控制系统连接，以使得列车控制系统根据列车运行调整信息来调整列车的运行状态。

进一步地，本发明将在铁路、城市轨道、特殊地段等方面进行模块化定制，并实现预警工作。

1）地铁噪音抑制、消防子系统：可在相应区段增加噪声主动防御模块(反相声波抑制)，消防子系统等。

2）地震子系统模块：不同地区，不同的抗震设防烈度，可相应增减地震子系统模块等。

3）泥石流、滑坡子系统；模块主要应用在山坡路段。通过高灵敏度的光栅光纤传感器检测泥石流，利用高精度位移监测仪对流域内测点位移量、方向、速率等进行直接量测，根据测点位移量、位移速率大小进行预警。同时设置冲击力监测器，其可以通过电阻应变片等测量泥石流冲击力大小，进而判断泥石流发生的规模，并将这些数据进行中央云处理，根据处理结果，发出不同级别预警信号。

在模块中，整个预警工作流程将利用预警监测子系统对预警指标和环境进行及时全面监测，建立通信网络子系统，实现对各种监测信息的实时传输，并利用信息资源管理子系统对数据进行分类管理。基于大量信息及相关规范，建立报警指标，实现了对预警指标信息的核对检测，并建立数据库，方便预警信息的调用。为方便预警信息的发布，通过定制的模块化子系统，首先对数据进行初步分析，评判信息的准确性，查找检测问题，在数据库调用解决方案，在发布预警信息之前，提出初步措施，并由技术人员根据实际情况进行修正。根据建立的预警指挥总系统，分不同的模块向不同的职能部门发布预警信息，从而实现有效的模块化预警。

Claims (5)

1.一种列车运行灾害预警监测系统，其特征是：包括用于监测列车运行区域地震信息的地震仪以及用于监测列车运行现场环境的现场监测设备，所述地震仪以及现场监测设备与设置于列车运行沿线的现场监控单元连接，现场监控单元能将地震仪传输的地震信息以及现场监测设备监测的现场环境信息传输至监控数据处理设备内；

监控数据处理设备对接收的地震信息采用八叉树方式进行存储，监控数据处理设备将存储的地震信息以及现场环境信息传输至云端服务器，以通过云端服务器对监测的地震信息以及现场环境信息进行分析处理，云端服务器与调度中心连接，云端服务器能将分析处理的结果传输至调度中心，调度中心根据分析处理结果判定列车运行存在灾害危险时，调度中心向现场监控单元传输列车运行调整信息，现场监控单元与列车控制系统连接，以使得列车控制系统根据列车运行调整信息来调整列车的运行状态。

2.根据权利要求1所述的列车运行灾害预警监测系统，其特征是：所述现场监测设备包括风传感器、雨传感器或雪传感器。

3.根据权利要求1所述的列车运行灾害预警监测系统，其特征是：所述现场监控单元与用于获取双层电网供电状态的轨旁控制器连接，现场监控单元通过高速光纤网络与监控数据处理设备以及调度中心连接。

4.根据权利要求1所述的列车运行灾害预警监测系统，其特征是：所述监控数据处理设备采用八叉树方式存储地震信息后，对地震信息网络中的节点采用轻量级的嵌入式OS，且使用POSIX兼容系统信号处理函数的备用栈。

5.根据权利要求1所述的列车运行灾害预警监测系统，其特征是：所述监控数据处理设备通过互联网与云端服务器连接，云端服务器采用BP神经网络对地震信息以及现场环境信息进行分析处理，以确定列车运行的安全状态。