CN109584586B - 一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置 - Google Patents

一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，包括显示模块、网络传输模块、数据处理模块、监控模块、测速模块、距离感应模块、间距调节模块、火车以及位于火车驾驶室且可视角度大于180°的车窗。火车在穿过显示屏阵列时，能够在车窗两侧形成铁路道口两侧的实时影像，帮助驾驶员判断前方路况，缩短穿过铁路道口的时间。车窗既保证了视野良好，又能显示实时影像。能够调节显示屏的间距，适用范围广，以图像分析算法分析得到的结果为主，同时配合车窗上显示的实时影像，驾驶员可进行辅助判断，进一步提高火车穿过铁路道口的安全性和路况判断的准确性。

Description

一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置
技术领域
本发明涉及一种铁路安全设备，具体涉及一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置。
背景技术
铁路道口指的是道路与铁路平面相交处，分为有人看守道口和无人看守道口。铁路与道路平面交叉的道口，应当设置道口信号机、警示标志或者安全防护设施。
当铁路道口运营过程中产生如设备起火、人员闯入铁轨等事故发生或即将发生时，缺乏有效主动获取告警信息的机制，驾驶员往往只能被动接受等待消息传来，导致火车减速不及时，造成人员和经济上的损失。
为了保证安全性，在靠近铁路道口时火车不能全速行驶，因此会增加穿过铁路道口的时间。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置。
本发明所要解决的技术问题为：
(1)如何将铁路道口的实时信息展示给驾驶员。
(2)如何提高判断的准确性。
(3)如何尽可能使火车快速通过铁路道口。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，包括显示模块、网络传输模块、数据处理模块、监控模块、测速模块、距离感应模块、间距调节模块、火车以及位于火车驾驶室且可视角度大于180°的车窗，所述监控模块设置在铁路道口处，且用于采集铁路道口两侧的实时影像；
所述网络传输模块用于将经数据处理模块处理后的铁路道口两侧的图像传输至显示模块以及向列车发出提示；
所述显示模块包括两组显示屏阵列，每组显示屏阵列中含有240个等高等距设置的显示屏，用于显示铁路道口两侧的图像，两组所述显示屏阵列位于分别位于铁路的两侧；
所述测速模块设置在距离铁路道口5km处，用于检测火车的行驶速度；
所述距离感应模块用于检测相邻两个显示屏的间距；
所述间距调节模块用于调节同一显示屏阵列内显示屏的间距；
所述铁路道口至距铁路道口3km处为减速缓冲段，距铁路道口3-5km段为匀速行驶段，所述匀速行驶段靠近减速缓冲段的一端的铁路上设置有长度不小于1km的遮光棚，用于安装间距调节模块；
所述数据处理模块用于处理并分析测速模块采集的速度信息、监控模块采集到的实时影像、距离感应模块采集到的距离信息，以及对间距调节模块发出调节指令；
所述数据处理模块的处理步骤如下：
步骤一：火车行驶至测速模块时，测速模块得到火车的速度信息，速度信息传输经数据处理模块根据公式
Figure BDA0001914151830000021
其中速度单位为米/秒,帧率单位为帧/秒，计算后得到显示屏的间距信息，给间距调节模块发送指令，使间距调节模块对显示屏进行调节，同时距离感应模块实时检测显示屏的间距得到实时距离信息，当间距信息与实时距离信息相同时，数据处理模块发送指令使间距调节模块停止对显示屏调节；
步骤二：当检测到速度信息后，监控模块采集铁路道口两侧的时长为10秒的实时影像，所述数据处理模块将实时影像转码成为24帧/秒的视频文件，再将视频文件的每帧画面进行截图，形成240张图片文件，并按时间先后进行编号为1、2、3、……、240，作为图片编号，再以靠近测速模块的显示屏起，将同一组显示屏标记为1、2、3、……、240，作为显示屏的编号；
步骤三：数据处理模块发送指令通过网络传输模块将图片编号对应的图片文件输出到具有相同编号的显示屏的上；
步骤四：数据处理模块通过图像分析算法对实时影像进行分析，确定铁路道口的畅通情况，若判断道路畅通则通过网络传输模块给火车发送保持速度的提示，若判断道路堵塞，则给火车发送立即减速的提示。
进一步的，两组所述显示屏阵列与测速模块的距离不同。
进一步的，所述网络传输模块与火车之间采用无线通信。
进一步的，所述测速模块与显示屏阵列的距离大于500m。
进一步的，所述遮光棚为倒U型结构，所述火车从遮光棚内穿过，且所述遮光棚的两侧内壁上均固定连接有间距调节模块，所述间距调节模块包括固定铁板、固定组件、行走机、导轨，所述导轨和固定铁板均固定在遮光棚内侧壁上，所述导轨位于固定铁板下方且平行设置，所述固定铁板的纵截面为L型结构，且固定铁板与遮光棚的内侧壁配合形成倒凹字型的条形槽，所述固定组件在条形槽内移动，所述导轨的上端面为凹槽结构，所述导轨的凹槽内设置有240个行走机，所述行走机的上端与显示屏固定连接，所述显示屏的上端固定连接有固定组件，且显示屏的侧壁固定连接有距离感应模块。
进一步的，所述固定组件包括两个固定连接在显示屏上端面的套杆所述套杆活动套设有环形电磁铁，所述环形电磁铁靠近固定铁板的端面固定连接有环形刹车片，所述环形电磁铁通过弹簧与显示屏上端面连接。
进一步的，所述行走机包括外壳、位于外壳内部的电路板和驱动电机，以及通过驱动电机驱动的滚轮，所述滚轮与凹槽内底壁滚动连接，所述外壳的上端与显示屏的下端面连接。
进一步的，所述距离感应模块为激光测距传感器。
进一步的，所述显示屏为静态LED显示屏。
进一步的，所述显示屏与车窗距地面的高度相同。
本发明的有益效果：
(1)相较于人工监管的铁路道口，通过在火车靠近铁路道口时，将铁路道口的实时图像进行逐帧截图，并传输至显示屏阵列，使得火车在穿过显示屏阵列时，能够在车窗两侧形成铁路道口两侧的实时影像，帮助驾驶员判断前方路况，若路况安全，则无需减速，进而缩短穿过铁路道口的时间。
(2)在火车未靠近铁路道口时，车窗可看见火车两侧的情况，在火车靠近铁路道口时，则变成显示窗口，既保证了视野良好，又能显示实时影像。
(3)设置的间距调节模块能够根据不同的火车速度调节显示屏的间距，达到最好的图像显示效果，适用范围广，同时有助于驾驶员通过实时图像进行路况判断。
(4)通过设置匀速行驶段和减速缓冲段，能够保证图像显示效果，同时当火车遇到路况较差时，可有足够的距离进行缓慢减速，保证行车安全。
(5)以图像分析算法分析得到的结果为主，对于前方路况进行匀速或减速的提醒，同时配合车窗上显示的实时影像，驾驶员可进行辅助判断，进一步提高火车穿过铁路道口的安全性和路况判断的准确性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的系统框图，
图2是遮光棚的结构示意图；
图3是遮光棚的A-A剖视图；
图4是固定组件的结构示意图。
图中：遮光棚1、火车2、车窗3、间距调节模块4、固定铁板401、固定组件402、套杆4021、环形电磁铁4022、弹簧4023、环形刹车片4024、行走机403、导轨404、显示屏5、距离感应模块6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，本实施例提供了一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，包括显示模块、网络传输模块、数据处理模块、监控模块、测速模块、距离感应模块6、间距调节模块4、火车2以及位于火车驾驶室且可视角度大于180°的车窗3，方便观察铁路两侧的情况，监控模块设置在铁路道口处，且用于采集铁路道口两侧的实时影像；
网络传输模块用于将经数据处理模块处理后的铁路道口两侧的图像传输至显示模块以及向列车发出提示，网络传输模块与火车2之间采用无线通信。
显示模块包括两组显示屏阵列，用于显示铁路道口两侧的图像，两组显示屏阵列位于分别位于铁路的两侧；一组展示铁路道口右侧图像，另一组展示铁路道口左侧图像，两组显示屏阵列与测速模块的距离不同。如左侧的显示屏阵列更靠近测速模块，则铁路道口左侧的图像先在车窗3左侧显示，随后在车窗3右侧显示铁路道口右侧的图像，铁路道口两侧的图像在不同的时间展示，方便驾驶员观察，每组显示屏阵列中含有240个等高等距设置的显示屏5，显示屏5为静态LED显示屏，用于显示240个静态的图像，显示屏5与车窗3距地面的高度相同，在火车2经过显示屏5时，图像显示在车窗3中。
测速模块设置在距离铁路道口5km处，用于检测火车2的行驶速度；测速模块与显示屏阵列的距离大于500m。保证间距调节模块4调整好显示屏5
距离感应模块6为激光测距传感器，用于检测相邻两个显示屏5的间距；
间距调节模块4用于调节同一组显示屏阵列内显示屏5的间距；火车2的时速在80-120km/h，若要保证显示屏5的显示效果，则需要根据不同的火车速度调节显示屏5的间距。
铁路道口至距铁路道口3km处为减速缓冲段，用于火车2在堵塞时慢慢减速，距铁路道口3-5km段为匀速行驶段，火车2在此路段匀速行驶，匀速行驶段靠近减速缓冲段的一端的铁路上设置有长度不小于1km的遮光棚1，用于安装间距调节模块4；
遮光棚1为倒U型结构，火车2从遮光棚1内穿过，可遮蔽光线，保证显示屏5的显示效果，同时保护显示屏5不受损坏，且遮光棚1的两侧内壁上均固定连接有间距调节模块4，间距调节模块4包括固定铁板401、固定组件402、行走机403、导轨404，其中行走机403包括外壳、位于外壳内部的电路板和驱动电机，以及通过驱动电机驱动的滚轮，滚轮与凹槽内底壁滚动连接，外壳的上端与显示屏5的下端面连接。可任意距离的移动，方便调节间距，固定组件402包括两个固定连接在显示屏5上端面的套杆4021，套杆4021活动套设有环形电磁铁4022，环形电磁铁4022靠近固定铁板401的端面固定连接有环形刹车片4024，环形电磁铁4022通过弹簧4023与显示屏5上端面连接。行走机403根据接收的指令行驶或停止。通过增加摩擦力固定显示屏5位置，显示屏5固定稳固。
导轨404和固定铁板401均固定在遮光棚1内侧壁上，导轨404位于固定铁板401下方且平行设置，固定铁板401的纵截面为L型结构，且固定铁板401与遮光棚1的内侧壁配合形成倒凹字型的条形槽，固定组件402在条形槽内移动，导轨404的上端面为凹槽结构，导轨404的凹槽内设置有240个行走机403，行走机403的上端与显示屏5固定连接，行走机403启动时，环形电磁铁4022断电，弹簧4023向下拉动环形电磁铁4022，可带动显示屏5移动，进而调节间距，显示屏5的上端固定连接有固定组件402，在行走机403停止时，环形电磁铁4022通电，环形电磁铁4022与固定铁板401吸附在一起，使环形刹车片4024与固定铁板401抵触，增大摩擦力，使显示屏5的位置固定，且显示屏5的侧壁固定连接有距离感应模块6。
数据处理模块用于处理并分析测速模块采集的速度信息、监控模块采集到的实时影像、距离感应模块6采集到的距离信息，以及对间距调节模块4发出调节指令；
数据处理模块的处理步骤如下：
步骤一：火车2行驶至测速模块时，测速模块得到火车2的速度信息，速度信息传输经数据处理模块根据公式
Figure BDA0001914151830000071
其中速度单位为米/秒,帧率单位为帧/秒，计算后得到显示屏5的间距信息，如火车2的时速为120km/h，则换算成速度为33.3m/s，即火车2每秒位移33.3米，且人眼感知的动态画面的最低帧率为24帧/秒，在33.3米内，需要有24将1秒，才能让火车在行驶中，看到一秒钟的动态画面，则得到显示屏5的最佳间距为1.3m，此时给间距调节模块4发送指令，使间距调节模块4对显示屏5进行调节，同时距离感应模块6实时检测显示屏5的间距得到实时距离信息，当间距信息与实时距离信息相同时，数据处理模块发送指令使间距调节模块4停止对显示屏5调节；
步骤二：当检测到速度信息后，监控模块采集铁路道口两侧的时长为10秒的实时影像，数据处理模块将实时影像转码成为24帧/秒的视频文件，再将视频文件的每帧画面进行截图，形成240张图片文件，每一张图片作为一个单帧的画面，并按时间先后进行编号为1、2、3、……、240，作为图片编号，再以靠近测速模块的显示屏5起，将同一组显示屏5标记为1、2、3、……、240，作为显示屏5的编号；
步骤三：数据处理模块发送指令通过网络传输模块将图片编号对应的图片文件输出到具有相同编号的显示屏5的上；在火车2穿过显示屏5时，每经过24个显示屏5，就可以在车窗3上看见一秒钟的动态画面，同一侧共可显示10秒钟的铁路道口对应一侧的影像。驾驶员可通过影像进行辅助判断，进而确定火车2是继续匀速行驶还是在减速缓冲段使火车2减速等待障碍排除。
步骤四：数据处理模块通过图像分析算法对实时影像进行分析，确定铁路道口的畅通情况，若判断道路畅通则通过网络传输模块给火车2发送保持速度的提示，若判断道路堵塞，则给火车2发送立即减速的提示。根据发送的提示作为主要判断，结合驾驶员的辅助判断，提高准确度。
本实施例的具体工作过程如下：
1)火车2经过测速模块，测速模块检测到速度信息，并发送至数据处理模块，数据处理模块经处理后，得到显示屏5最佳的间距数值，同时启动监控模块采集实时影像，经过调节帧数和逐帧截图后，形成匹配显示模块的图像，并将图像对应传输至显示屏5中。
2)在火车2运行至测速模块和显示模块之间时，间距调节模块4通过行走机403配合距离感应模块6完成显示屏5间距的调节，并通过固定组件402对显示屏5的位置进行固定。
3)在火车2穿过显示屏5时，可在车窗3两侧看见由静态图像形成的帧率为24帧/秒，共计十秒的实时影像，同时数据处理模块对实时影像进行分析，给于驾驶员减速或是匀速行驶的提示，驾驶员结合观察两侧的实时影像，可人工做出判断。并在火车2进入减速缓冲段后，对火车2进行减速或继续匀速行驶的操作。
本发明在工作过程中，相较于人工监管的铁路道口，通过在火车2靠近铁路道口时，将铁路道口的实时图像进行逐帧截图，并传输至显示屏阵列，使得火车2在穿过显示屏阵列时，能够在车窗3两侧形成铁路道口两侧的实时影像，帮助驾驶员判断前方路况，若路况安全，则无需减速，进而缩短穿过铁路道口的时间。
在火车2未靠近铁路道口时，车窗3可看见火车2两侧的情况，在火车2靠近铁路道口时，则变成显示窗口，既保证了视野良好，又能显示实时影像。
设置的间距调节模块4能够根据不同的火车速度调节显示屏5的间距，达到最好的图像显示效果，适用范围广，同时有助于驾驶员通过实时图像进行路况判断。
通过设置匀速行驶段和减速缓冲段，能够保证图像显示效果，同时当火车2遇到路况较差时，可有足够的距离进行缓慢减速，保证行车安全。
以图像分析算法分析得到的结果为主，对于前方路况进行匀速或减速的提醒，同时配合车窗3上显示的实时影像，驾驶员可进行辅助判断，进一步提高火车2穿过铁路道口的安全性和路况判断的准确性。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，包括显示模块、网络传输模块、数据处理模块、监控模块、测速模块、距离感应模块(6)、间距调节模块(4)、火车(2)以及位于火车驾驶室且可视角度大于180°的车窗(3)，其特征在于，所述监控模块设置在铁路道口处，且用于采集铁路道口两侧的实时影像；
所述网络传输模块用于将经数据处理模块处理后的铁路道口两侧的图像传输至显示模块以及向列车发出提示；
所述显示模块包括两组显示屏阵列，每组显示屏阵列中含有240个等高等距设置的显示屏(5)，用于显示铁路道口两侧的图像，两组所述显示屏阵列位于分别位于铁路的两侧；
所述测速模块设置在距离铁路道口5km处，用于检测火车(2)的行驶速度；
所述距离感应模块(6)用于检测相邻两个显示屏(5)的间距；
所述间距调节模块(4)用于调节同一显示屏阵列内显示屏(5)的间距；
所述铁路道口至距铁路道口3km处为减速缓冲段，距铁路道口3-5km段为匀速行驶段，所述匀速行驶段靠近减速缓冲段的一端的铁路上设置有长度不小于1km的遮光棚(1)，用于安装间距调节模块(4)；
所述数据处理模块用于处理并分析测速模块采集的速度信息、监控模块采集到的实时影像、距离感应模块(6)采集到的距离信息，以及对间距调节模块(4)发出调节指令；
所述数据处理模块的处理步骤如下：
步骤一：火车(2)行驶至测速模块时，测速模块得到火车(2)的速度信息，
Figure FDA0003024635110000021
其中速度单位为米/秒，帧率单位为帧/秒，计算后得到显示屏(5)的间距信息，给间距调节模块(4)发送指令，使间距调节模块(4)对显示屏(5)进行调节，同时距离感应模块(6)实时检测显示屏(5)的间距得到实时距离信息，当间距信息与实时距离信息相同时，数据处理模块发送指令使间距调节模块(4)停止对显示屏(5)调节；
步骤二：当检测到速度信息后，监控模块采集铁路道口两侧的时长为10秒的实时影像，所述数据处理模块将实时影像转码成为24帧/秒的视频文件，再将视频文件的每帧画面进行截图，形成240张图片文件，并按时间先后进行编号为1、2、3、……、240，作为图片编号，再以靠近测速模块的显示屏(5)起，将同一组显示屏(5)标记为1、2、3、……、240，作为显示屏(5)的编号；
步骤三：数据处理模块发送指令通过网络传输模块将图片编号对应的图片文件输出到具有相同编号的显示屏(5)的上；
步骤四：数据处理模块通过图像分析算法对实时影像进行分析，确定铁路道口的畅通情况，若判断道路畅通则通过网络传输模块给火车(2)发送保持速度的提示，若判断道路堵塞，则给火车(2)发送立即减速的提示；
所述遮光棚(1)为倒U型结构，所述火车(2)从遮光棚(1)内穿过，且所述遮光棚(1)的两侧内壁上均固定连接有间距调节模块(4)，所述间距调节模块(4)包括固定铁板(401)、固定组件(402)、行走机(403)、导轨(404)，所述导轨(404)和固定铁板(401)均固定在遮光棚(1)内侧壁上，所述导轨(404)位于固定铁板(401)下方且平行设置，所述固定铁板(401)的纵截面为L型结构，且固定铁板(401)与遮光棚(1)的内侧壁配合形成倒凹字型的条形槽，所述固定组件(402)在条形槽内移动，所述导轨(404)的上端面为凹槽结构，所述导轨(404)的凹槽内设置有240个行走机(403)，所述行走机(403)的上端与显示屏(5)固定连接，所述显示屏(5)的上端固定连接有固定组件(402)，且显示屏(5)的侧壁固定连接有距离感应模块(6)；
所述固定组件(402)包括两个固定连接在显示屏(5)上端面的套杆(4021)，所述套杆(4021)活动套设有环形电磁铁(4022)，所述环形电磁铁(4022)靠近固定铁板(401)的端面固定连接有环形刹车片(4024)，所述环形电磁铁(4022)通过弹簧(4023)与显示屏(5)上端面连接；
所述行走机(403)包括外壳、位于外壳内部的电路板和驱动电机，以及通过驱动电机驱动的滚轮，所述滚轮与凹槽内底壁滚动连接，所述外壳的上端与显示屏(5)的下端面连接；
具体工作过程如下：
1)火车(2)经过测速模块，测速模块检测到速度信息，并发送至数据处理模块，数据处理模块经处理后，得到显示屏(5)最佳的间距数值，同时启动监控模块采集实时影像，经过调节帧数和逐帧截图后，形成匹配显示模块的图像，并将图像对应传输至显示屏(5)中；
2)在火车(2)运行至测速模块和显示模块之间时，间距调节模块(4)通过行走机(403)配合距离感应模块(6)完成显示屏(5)间距的调节，并通过固定组件(402)对显示屏(5)的位置进行固定；
3)在火车(2)穿过显示屏(5)时，可在车窗(3)两侧看见由静态图像形成的帧率为24帧/秒，共计十秒的实时影像，同时数据处理模块对实时影像进行分析，给于驾驶员减速或是匀速行驶的提示，驾驶员结合观察两侧的实时影像，人工做出判断，并在火车(2)进入减速缓冲段后，对火车(2)进行减速或继续匀速行驶的操作。
2.根据权利要求1所述的一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，其特征在于，两组所述显示屏阵列与测速模块的距离不同。
3.根据权利要求1所述的一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，其特征在于，所述网络传输模块与火车(2)之间采用无线通信。
4.根据权利要求1所述的一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，其特征在于，所述测速模块与显示屏阵列的距离大于500m。
5.根据权利要求1所述的一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，其特征在于，所述距离感应模块(6)为激光测距传感器。
6.根据权利要求1所述的一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，其特征在于，所述显示屏(5)为静态LED显示屏。
7.根据权利要求1所述的一种铁路道口数字安全多视角辅助监控装置，其特征在于，所述显示屏(5)与车窗(3)距地面的高度相同。
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