CN110481604A - 基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统。本发明将高速相机布设在列车上,使其能够实时拍摄列车DMI显示屏,而后,本发明将拍摄的图像数据进行预处理后,通过卫星通讯实时传送到行车指挥中心,由行车指挥中心通过图像算法实时分析和提取列车运行状态信息,进而根据其中的列车位置和列车速度信息计算得到列车之间间隔。在列车超速或超过安全距离或数据出现异常时,输出安全距离预警结果或直接提醒司机。
Description
技术领域
本发明涉及列车运行控制技术领域,具体而言涉及一种基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统。
背景技术
我国现有的中国列车运行控制系统(CTCS)作为保证列车安全运行的监控设备,目前共分为五个等级(CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4级)。在列车的运行过程中,列车控制功能的实现依赖于对列车位置速度等信息的准确获取。目前我国的高速铁路列车运行控制系统普遍采用地面应答器辅助车轮传感器来实现列车位置信息状态的获取。现有技术利用铺设在列车轨道上的电路元件,利用其对列车的感测或交互,实现列车占用检查。
现有技术中,列车与行车指挥中心之间的信息交互大致分为图1所示的三步:首先,从地面设备获取列车位置信息;然后,通过先进的传输设备将列车信息传送到行车指挥中心;最后,行车指挥中心汇整各个列车行车信息,把这些信息回传给列车。如此,列车能够明确其自身的位置信息,也知道下一辆车的位置信息,通过两车间位置信息就可以计算列车安全距离和行驶速度。
但是,这种数据获取的方式,其系统成本大,且易受到突发状况的影响。轨道电路一旦发生损坏,指挥中心将无法获取列车位置信息,因而也不能将列车位置信息回传给沿线其他列车,不能将沿线其他列车位置信息回传给列车。这样将会导致严重后果。基于CTCS-2/CTCS-3的列车控制系统在信号基站与行车指挥中心之间通过铺设的光缆传输信息。类似的,一旦上述光缆出现损坏情况,指挥中心也将失去列车位置信息,无法将车辆信息回传给列车。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,并基于现有的列车运行控制方式,提供一种基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,本发明能够通过对列车仪表图像的分析获得列车位置信息,进而实现列车位置信息的校核,对列车运行安全距离提供预警。本发明具体采用如下技术方案。
首先,为实现上述目的,提出一种基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其包括:高速相机,其布设在列车上,用于实时拍摄列车的 DMI(列控车载设备人机界面)显示屏,并将其所获得的图像数据通过卫星通讯的方式上传;行车指挥中心,其通过卫星通讯的方式获取所述高速相机所上传的图像数据;所述行车指挥中心包括有轨道电路信息接收单元、图像处理单元,和连接上述轨道电路信息接收单元、图像处理单元的列车状态计算单元;其中,所述轨道电路信息接收单元,用于通过有线或无线的方式接收轨道电路信息,所述轨道电路信息包括通过设置在列车轨道上的各类传感器和应答装置所获得的:列车位置信息、列车速度信息、列车车次信息和/或列车里程信息;所述图像处理单元用于对卫星通讯方式获得的所述图像数据进行数据处理,以提取该图像数据中所包含的关于列车运行状态的信息;所述列车状态计算单元,用于对所述列车运行状态的信息和/或所述轨道电路信息进行分析和计算,同时比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时,或者在判断所述列车运行状态的信息异常时输出安全距离预警结果或提示异常。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述图像预处理单元用于在将所述高速相机所获得的图像数据通过卫星通讯的方式上传之前,对该图像数据进行预处理;所述预处理包括:筛选出所述图像数据中的重要区域,对所述重要区域内的图像数据进行二值化处理。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述重要区域包括:所述列车的DMI显示屏中用于显示公里标、车次号、时间日期、实际命令、列车速度的区域。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述重要区域还包括所述高速相机所能拍摄到桥梁和车站标识的区域。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述图像处理单元还用于对所述图像数据中的桥梁和车站标识进行提取,以获得该图像数据所对应的列车位置信息。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述列车状态计算单元,其内还设置有安全预警分析模块,用于对所述列车运行状态的信息和/或所述轨道电路信息所进行的分析和计算:在判断所述列车运行状态的信息缺失时,提示所述列车运行状态的信息异常需要维修,同时按照所述轨道电路信息比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时输出安全距离预警结果;在判断所述轨道电路信息缺失时,提示异常并提示需要电话确认列车运行情况;在所述列车运行状态的信息以及所述轨道电路信息均存在时,进一步判断两信息是否一致,在两信息一致时比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时,安全预警分析;在两信息不一致时,提示异常并提示需要电话确认列车运行情况。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述高速相机拍摄所述列车的DMI显示屏的频率至少达到每秒2次。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述轨道电路信息接收单元包括有能够接收CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、 CTCS-3或CTCS-4系统所获得的轨道电路信息的接口。
可选的,上述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统中,所述高速相机还连接有基站,所述高速相机通过所述基站将其实时拍摄列车的DMI显示屏和桥梁、车站标识以卫星通讯的方式上传。
有益效果
本发明,将高速相机布设在列车上,使其能够实时拍摄列车DMI显示屏,而后,本发明将拍摄的图像数据进行预处理后,通过卫星通讯实时传送到行车指挥中心,由行车指挥中心通过图像算法实时分析和提取列车运行状态信息,进而根据其中的列车位置和列车速度信息计算得到列车之间间隔。在列车超速或超过安全距离或数据出现异常时,输出安全距离预警结果或直接提醒司机。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,并与本发明的实施例一起,用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是现有的中国列车运行控制系统的示意图;
图2是本发明的系统所采集的列车仪表图像的示意图;
图3是本发明所述系统中数据处理过程的示意图;
图4是本发明所述系统整体步骤流程的示意图;
图5是本发明所述系统中安全预警分析步骤的流程的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本发明所提供的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,在一种实现方式下,其包括有:
高速相机,其布设在列车上,用于实时拍摄图2所示的列车的DMI显示屏,并将其所获得的图像数据通过卫星通讯的方式上传;
行车指挥中心,其通过卫星通讯的方式获取所述高速相机所上传的图像数据。其中,所述行车指挥中心具体包括有轨道电路信息接收单元、图像处理单元,和连接上述轨道电路信息接收单元、图像处理单元的列车状态计算单元。其分别被设置用于进行图3所示的数据源、数据获取和数据分析。其中,
所述轨道电路信息接收单元,用于通过有线或无线的方式接收轨道电路信息,所述轨道电路信息包括通过设置在列车轨道上的各类传感器和应答装置所获得的:列车位置信息、列车速度信息、列车车次信息和/或列车里程信息;
所述图像处理单元用于对卫星通讯方式获得的所述图像数据进行数据处理,以提取该图像数据中所包含的关于列车运行状态的信息;
所述列车状态计算单元,用于对所述列车运行状态的信息和/或所述轨道电路信息进行分析和计算,同时比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时,或者在判断所述列车运行状态的信息异常时输出安全距离预警结果或提示异常。
参考图4,上述系统按照如下方式实时的进行校核预警:
列车行驶过程中,列车的DMI显示屏实时显示列车的公里标、车次号、时间日期、实际命令、列车速度。高速相机按照每秒不低于2次的频率对列车的 DMI显示屏进行拍摄。而后,高速相机通过与之直接或间接连接的基站,将其拍摄的图像数据中的重要区域通过所述基站以卫星通讯的方式上传。由此,行车指挥中心能够实时拍摄的图像数据中有关列车的DMI显示屏以及车外桥梁、车站标识。行车指挥中心通过其内的轨道电路信息接收单元、图像处理单元,和列车状态计算单元分析上述数据,进行安全预警分析。
其中,安全预警分析的具体过程可参考图5所示通过列车状态计算单元内所设置的安全预警分析模块实现。其具体步骤为:
在判断所述列车运行状态的信息缺失时,提示所述列车运行状态的信息异常需要维修,同时按照所述轨道电路信息比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时输出安全距离预警结果;
在判断所述轨道电路信息缺失时,提示异常并提示需要电话确认列车运行情况;
在所述列车运行状态的信息以及所述轨道电路信息均存在时,进一步判断两信息是否一致:在两信息一致时比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时,安全预警分析;在两信息不一致时,提示异常并提示需要电话确认列车运行情况。
在较优的实现方式下,为获得更好的数据传输效果,所述高速相机还可设置有图像预处理单元。所述图像预处理单元用于在将所述高速相机所获得的图像数据通过卫星通讯的方式上传之前,对该图像数据进行预处理。其预处理的步骤包括:首先筛选出类似图2所示的图像数据中的重要区域,对所述重要区域内的图像数据进行二值化处理。一般,为获得较优的校核与预警效果,系统所需的重要区域包括:所述列车的DMI显示屏中用于显示公里标、车次号、时间日期、实际命令、列车速度的区域;以及高速相机所能拍摄到列车外桥梁和车站标识的区域。由此,图像处理单元内还集成有特征提取算法以实现对所述图像数据中的桥梁和车站标识的提取,以获得该图像数据所对应的列车位置信息,或者通过文字识别算法获得列车的DMI显示屏中重要区域的显示公里标、车次号、时间日期、实际命令、列车速度等数值信息。
为便于上述的安全预警分析模块实现对列车运行状况的安全预警分析,上述轨道电路信息接收单元通常需要包含有能够接收CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、 CTCS-3或CTCS-4系统所获得的轨道电路信息的接口,以获得轨道电路信息实现对图像信息的校核,进一步提升系统的稳定性,避免单一数据源故障而导致的控制失灵或失效。
其中,CTCS-0/1级列控系统(或称列车运行控制系统)是目前广泛采用的有线形式的列车运行控制系统。在全国大部分既有铁路为160Km/h以下线路运行,均以地面信号机作为指挥列车的行车凭证,利用连锁和自动闭塞设备,配合车载“机车信号+监控装置”构成CTCS-0,作为行车安全的辅助设备。CTCS-0 系统地面对车的信息传输为多信息轨道电路传输,当轨道电路信号设备发生损坏,列车接受不到其他列车位置信息,当列车超速或超过运行安全距离将会对铁路行车安全造成重大影响。
CTCS-2级列车运行控制系统(简称,列控系统),一般用于提速干线CTCS-2 级区段及时速250公里客运专线。
CTCS-3级列控系统:是在CTCS-2级列控系统的基础上开发出来的列车运行控制系统,符合我国高速铁路的发展需求,是我国目前安全级别最高、技术设备最先进、运用于时速300公里以上高速铁路的列车运行控制系统。其采用移动闭塞方案架构,包括车载设备和地面设备。地面设备包括GSM-R无线基站、轨旁电子单元及应答器(有源和无源)、轨道电路、列控中心、行车指挥中心和临时限速服务器等;车载设备包括安全计算机、测速测距单元、GSM-R无线通信单元、应答器信息接收单元、轨道电路信息接收单元、列车接口单元、人机界面和记录器等。
CTCS-4级列控系统:作为面向未来的列车运行控制系统,采用移动闭塞设计,能够有效缩短列车运行间隔,提高运输效率,是我国目前正在研发的面向未来的列车运行控制系统。
本发明的方案通过接口兼容上述各系统,综合列控系统与列车本身的DMI 显示数据,能够及时校核列车运行过程中的异常数据,提高列车运行状态数据的准确度,使得列车能够以适当的方式准确运行。
以上仅为本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,包括:
高速相机,其布设在列车上,用于实时拍摄列车的DMI显示屏,并将其所获得的图像数据通过卫星通讯的方式上传;
行车指挥中心,其通过卫星通讯的方式获取所述高速相机所上传的图像数据;所述行车指挥中心包括有轨道电路信息接收单元、图像处理单元,和连接上述轨道电路信息接收单元、图像处理单元的列车状态计算单元;其中,
所述轨道电路信息接收单元,用于通过有线或无线的方式接收轨道电路信息,所述轨道电路信息包括通过设置在列车轨道上的各类传感器和应答装置所获得的:列车位置信息、列车速度信息、列车车次信息和/或列车里程信息;
所述图像处理单元用于对卫星通讯方式获得的所述图像数据进行数据处理,以提取该图像数据中所包含的关于列车运行状态的信息;
所述列车状态计算单元,用于对所述列车运行状态的信息和/或所述轨道电路信息进行分析和计算,同时比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时,或者在判断所述列车运行状态的信息异常时输出安全距离预警结果或提示异常。
2.如权利要求1所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述高速相机还连接有图像预处理单元,所述图像预处理单元用于在将所述高速相机所获得的图像数据通过卫星通讯的方式上传之前,对该图像数据进行预处理;所述预处理包括:
筛选出所述图像数据中的重要区域,对所述重要区域内的图像数据进行二值化处理。
3.如权利要求1-2所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述重要区域包括:所述列车的DMI显示屏中用于显示公里标、车次号、时间日期、实际命令、列车速度的区域。
4.如权利要求1-2所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述重要区域还包括所述高速相机所能拍摄到桥梁和车站标识的区域。
5.如权利要求4所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述图像处理单元还用于对所述图像数据中的桥梁和车站标识进行提取,以获得该图像数据所对应的列车位置信息。
6.如权利要求1-5所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述列车状态计算单元,其内还设置有安全预警分析模块,用于对所述列车运行状态的信息和/或所述轨道电路信息所进行的分析和计算:
在判断所述列车运行状态的信息缺失时,提示所述列车运行状态的信息异常需要维修,同时按照所述轨道电路信息比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时输出安全距离预警结果;
在判断所述轨道电路信息缺失时,提示异常并提示需要电话确认列车运行情况;
在所述列车运行状态的信息以及所述轨道电路信息均存在时,进一步判断两信息是否一致,在两信息一致时比较相邻列车之间的信息,在判断相邻列车之间距离低于安全距离时,安全预警分析;在两信息不一致时,提示异常并提示需要电话确认列车运行情况。
7.如权利要求1-6所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述高速相机拍摄所述列车的DMI显示屏的频率至少达到每秒2次。
8.如权利要求1-6所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述轨道电路信息接收单元包括有能够接收CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3或CTCS-4系统所获得的轨道电路信息的接口。
9.如权利要求1所述的基于列车仪表图像分析的列车位置校核与间隔预警系统,其特征在于,所述高速相机还连接有基站,所述高速相机通过所述基站将其实时拍摄列车的DMI显示屏和桥梁、车站标识以卫星通讯的方式上传。
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