CN115310661A - 基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,包括:铁路基础设施现场监测系统和系统平台;所述铁路基础设施现场监测系统,用于基于监测传感器和无线传输技术获取铁路基础设施的目标监测区域以及隐患点的监测数据,并将所述监测数据进行实时监测以及状态信息实时回传;所述系统平台,用于接收所述铁路基础设施现场监测系统的监测结果,显示各项监测数据的历史变化过程及当前状态,并基于所述监测数据的当前状态生成风险评估和预警信息传输至客户端。本发明能够及时对监测结果进行预警报警,从而根据灾害严重程度采取相应紧急处理措施,减轻因灾害引发的损失,避免次生灾害。
Description
技术领域
本发明涉及铁路基础设施现场监测技术领域,尤其涉及一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统。
背景技术
铁路作为国家重要的基础设施、国民经济大动脉和大众化的交通工具,在构建社会和谐,促进区域发展和城乡经济建设等方面,具有重大的推动作用。近年来,我国铁路交通发展进入了高速新阶段,随着铁路的不断提速和高速铁路的建成,铁路安全愈发重要,铁路基础设施的综合防护需求日益突出。我国幅员辽阔且地质结构复杂,地质灾害时有发生,由此引发的安全事故的潜在危险极高。国内铁路多起安全事故是由路基塌方、边坡滑坡、隧道落石等铁路基础设施引起的,铁路基础设施的安全稳固直接影响到行车的安全。有效的铁路基础设施安全监测和准确的预警报警,是保障铁路畅通安全、及时应对灾害的最有效途径之一。
因此,如何实时地对铁路基础设施进行安全监测以及预警报警,是当前课题亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,用以解决现有技术中难以实时地对铁路基础设施进行安全监测以及预警报警的缺陷,实现及时对监测结果进行风险评估和预警报警,从而根据灾害严重程度采取相应紧急处理措施,减轻因灾害引发的损失,避免次生灾害。
本发明提供一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,包括:铁路基础设施现场监测系统和系统平台;
所述铁路基础设施现场监测系统,由传感器子系统、数据采集与传输系统、供电系统和辅助支持系统构成,用于基于监测传感器和无线传输技术获取铁路基础设施的目标监测区域以及隐患点的监测数据及状态信息,并将所述监测数据以及状态信息实时回传;
所述系统平台,用于接收所述铁路基础设施现场监测系统的监测结果,可视化显示各项监测数据的历史变化过程及当前状态,并基于所述监测数据基于机器学习算法获取铁路基础设施状态风险评估和预测预警结果传输至客户端,并指导现场设备配置和管理。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述铁路基础设施现场监测系统包括监测层、数据传输层、数据汇聚层和数据处理层;所述系统平台包括:应用层;
所述监测层,用于感知铁路基础设施的位移及状态变化并生成所述铁路基础设施的监测数据,并将所述监测数据发送至所述数据传输层;
所述数据传输层,用于接收所述监测层发送的所述监测数据并传输至所述数据汇聚层,所述数据传输层的传输网络包括移动公网、局域网以及北斗短报文;
所述数据汇聚层,用于接收所述数据传输层的监测数据对所述监测数据进行数据接入、数据汇聚、数据存储以及数据转发,并将所述监测数据传输至所述数据处理层;
所述数据处理层,用于接收所述数据汇聚层的监测数据并进行数据解码、质量检查、数据计算以及预警分析,并将预警分析结果发送至所述应用层;
所述应用层,用于接收所述数据流转层的预警分析结果,实现所述监测数据的数据查询、统计分析以及预警信息发布,并显示各项所述监测数据的历史变化过程及当前状态,为安全生产管理人员提供信息参考。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述铁路基础设施现场监测系统采用两级部署,用于在路局、站段、现场工区对突发事件应急处理及综合协调的各项需求,贯穿事前、事中、事后的全过程闭环管理。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,系统数据架构分为三层,分别为数据采集层、数据汇聚层和数据处理层;
系统数据类型包括:原始监测数据、分类监测数据、解算数据、用户数据以及系统基础数据。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述铁路基础设施现场监测系统还用于:
兼顾安全需求及技术实现路线,在终端设备、传输网络、网络边界等处进行密码安全加固;
系统采用分区分层边界安全防护体系架构,实现纵深的、异构的安全隔离、安全数据采集及监控;
对监测数据进行解码、质量检查、标准格式转换、分类存储和数据备份,并将处理后的监测数据进行状态信息实时回传;
完成监测站监测数据的接入,通过数据处理对接入的所述监测数据进行多点多源数据综合和分流并进行计算,并在计算过程中进行数据分析和存储;
基于数据分析和存储结果形成系统统一标准的数据信息,并将所述数据信息传输至所述系统平台以对所述数据信息实现可视化。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述数据传输层还用于:对所述铁路基础设施现场监测系统输出的监测数据进行综合处理,并对所述系统平台以及接收所述预警信息的客户端及相关网络系统进行密码安全加固,使所述客户端基于服务器密码进行自助身份认证和安全接入。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述原始监测数据通过移动公网、短报文或铁路专用无线网传输至网络基站;
所述网络基站进行数据分发至解算软件和系统服务器。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述铁路基础设施现场监测系统中的监测设备包括北斗基准站与北斗监测站、位移计、微芯桩、雨量计以及红外球机中的至少一种。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述监测层,还用于:实时采集卫星基准站和监测站的原始数据以及降雨量数据并上传至所述数据汇聚层;
实时对监控现场进行监控,在摄像头发现异常的情况下将实时视频回传至所述系统平台并上传至所述数据汇聚层;
基于卫星接收机内嵌入实施滤波功能,对原始数据进行过滤;
对所述卫星接收机配置数据中心服务器IP及允许接入的端口号。
根据本发明提供的一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,所述铁路基础设施现场监测系统主体部署于网络云平台,借助系统平台的监测中心网络资源对外提供服务。
本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,通过将传感器技术、数据库技术以及服务器技术进行融合,获取基于传感器的现场实时监测信息,利用监测传感器和无线传输技术对铁路基础设施的目标监测区域以及隐患点给出快速精准的风险评估和预测预警信息,并推送到每个客户端应用,客户端可根据灾害严重程度采取相应紧急处理措施,减轻因灾害引发的损失,避免次生灾害,并为抢险求援、日常维护等工作提供数据基础依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统的结构示意图;
图2是本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统的总体架构图;
图3是本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统的系统拓扑图;
图4是本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统的系统数据架构图;
图5是本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统的系统安全架构图;
图6是本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统的系统网络架构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中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他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图6描述本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统。
参照图1,本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,包括:铁路基础设施现场监测系统110和系统平台 120;
所述铁路基础设施现场监测系统,由传感器子系统、数据采集与传输系统、供电系统和辅助支持系统构成,用于基于监测传感器和无线传输技术获取铁路基础设施的目标监测区域以及隐患点的监测数据及状态信息,并将所述监测数据以及状态信息实时回传;
所述系统平台,用于接收所述铁路基础设施现场监测系统的监测结果,可视化显示各项监测数据的历史变化过程及当前状态,并基于所述监测数据基于机器学习算法获取铁路基础设施状态风险评估和预测预警结果传输至客户端,并指导现场设备配置和管理。
具体地,本实施中的目标监测区域是指铁路基础设施的典型区域,通常为容易发生自然灾害的区域,采用专业监测传感器和无线传输技术构建铁路基础设施现场监测系统,实现对铁路基础设施的实时监测及其状态信息的实时回传。铁路基础设施现场监测系统主要由传感器子系统、数据采集与传输系统、供电系统和辅助支持系统4个部分构成。
系统平台用B/S(浏览器/服务器模式)架构开发,实现预警信息的发布、数据查询、统计分析,直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态并传输个客户端,为安全生产管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考,同时实现对现场设备进行配置和管理。其中,客户端可以为终端设备,包括计算机终端、手机终端或者信号接收终端。
本发明实施例主要采用传感器、数据库以及服务器的形式实现对铁路基础设施进行实时监测、采集、汇总各类监测信息,实现监测信息获取、集中管理、综合运用。
本发明实施例提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,通过将传感器技术、数据库技术以及服务器技术进行融合,获取基于传感器的现场实时监测信息,利用监测传感器和无线传输技术对铁路基础设施的目标监测区域以及隐患点给出快速精准的风险评估和预测预警信息,并推送到每个客户端应用,客户端可根据灾害严重程度采取相应紧急处理措施,减轻因灾害引发的损失,避免次生灾害,并为抢险求援、日常维护等工作提供数据基础依据。
基于以上实施例,所述铁路基础设施现场监测系统包括监测层、数据传输层、数据汇聚层和数据处理层;所述系统平台包括:应用层;
所述监测层,用于感知铁路基础设施的位移及状态变化并生成所述铁路基础设施的监测数据,并将所述监测数据发送至所述数据传输层;
所述数据传输层,用于接收所述监测层发送的所述监测数据并传输至所述数据汇聚层,所述数据传输层的传输网络包括移动公网、局域网以及北斗短报文;
所述数据汇聚层,用于接收所述数据传输层的监测数据对所述监测数据进行数据接入、数据汇聚、数据存储以及数据转发,并将所述监测数据传输至所述数据处理层;
所述数据处理层,用于接收所述数据汇聚层的监测数据并进行数据解码、质量检查、数据计算以及预警分析,并将预警分析结果发送至所述应用层;
所述应用层,用于接收所述数据流转层的预警分析结果,实现所述监测数据的数据查询、统计分析以及预警信息发布,并显示各项所述监测数据的历史变化过程及当前状态,为安全生产管理人员提供信息参考。
具体地,监测层由前端的北斗参考站与北斗监测站、位移计、微芯桩、雨量计以及高清摄像头等组成,用于感知结构物的位移、状态等变化,并将采集到的监测数据发送至数据汇聚层。
数据传输层,由通讯模块及传输网络(移动公网、Lora、北斗短报文)等组成,用于将原始监测数据传输至数据汇聚层。
数据汇聚层,由数据汇聚软件、数据库服务器及交换机等组成,实现监测数据的汇聚、存储及转发等功能,并对监测数据进行预处理。
具体地,数据汇聚层的功能包括:数据接入功能:为所控制路段内的监测点实时数据提供数据接收服务;
数据存储功能:为汇聚的数据自动归类编码打包,并提供临时存储服务,存储时间设置实现远程管理;
数据转发功能:将打包整理的数据实时或定时由外网向内网上传,上传时间间隔设置或频率实现远程管理;
数据交互响应功能:支持数据交互命令,并生成日志报告,保证软件程序或服务的每一条数据记录或交互命令都可追溯,提高软件系统的维护便利性。
数据处理层:由前置服务器、数据服务器、高精度解算服务器、接口服务器及管理服务器等组成,用于分析处理原始监测数据,提供应用层的各类服务。
应用层:实现预警信息的发布、数据查询、统计分析,直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态,为安全生产管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考,同时实现对现场设备进行配置和管理。
本发明实施例通过基于分布式系统架构,结合最新的物联网、大数据、云服务等技术,将系统结构分为五层,实现通过多层结构对监测数据进行多次处理,以实现对监测数据的风险评估以及预警信息发布。
基于以上实施例,所述铁路基础设施现场监测系统采用两级部署,用于在路局、站段、现场工区对突发事件应急处理及综合协调的各项需求,贯穿事前、事中、事后的全过程闭环管理。系统平台部署于站段或路局,实现监测数据的解算分析、预警信息的发布等功能,同时对现场监测系统进行管理;监测系统对现场工点进行自动化高精度监测,采集原始监测数据,并对数据进行预处理。
铁路基础设施现场监测系统对现场工点进行实时、自动化、高精度监测,采集原始监测数据,并将数据通过移动公网传输至铁路基础设施现场监测中心以进行数据后处理分析。
铁路基础设施现场监测中心实现监测数据的解算分析、预警信息的发布等功能,同时对铁路基础设施现场监测系统进行管理。
基于以上实施例,所述数据传输层的数据类型包括:原始监测数据、分类监测数据、解算数据、用户数据以及系统数据。
所述数据方案包括数据架构、数据类型、数据接入、数据存储和数据流转。系统数据架构分为三层,分别为数据采集层、数据汇聚层和数据处理层。系统数据类型包括:原始监测数据、分类监测数据、解算数据、用户数据以及系统数据。
数据接入的数据协议采用国际标准的RTCM3.2,网络协议采用 NTRIP和TCP。数据存储包括原始数据存储和解算数据存储,原始数据采用MongoDB数据库进行存储,解算数据采用MYSQL数据库进行存储。数据流转,监测站原始观测数据接入铁路基础设施现场监测系统,对观测数据进行解码、质量检查、标准格式转换、分类存储和数据备份,完成监测站原始观测数据的接入,数据处理模块对接入的观测数据进行多点多源数据综合和分流,进行实时计算和非实时计算,计算过程中进行完好性计算,并进行数据分析和存储,形成系统统一标准的数据信息,流转至系统可视化模块,完成数据信息的可视化。
本实施例中的数据协议采用国际标准的RTCM3.2,选用NTRIP 和TCP/IP进行网络传输。
基于以上实施例,所述铁路基础设施现场监测系统还用于:
兼顾安全需求及技术实现路线,在终端设备、传输网络、网络边界等处进行密码安全加固;
系统采用分区分层边界安全防护体系架构,实现纵深的、异构的安全隔离、安全数据采集及监控;
对监测数据进行解码、质量检查、标准格式转换、分类存储和数据备份,并将处理后的监测数据进行状态信息实时回传;
完成监测站监测数据的接入,通过数据处理对接入的所述监测数据进行多点多源数据综合和分流并进行计算,并在计算过程中进行数据分析和存储;
基于数据分析和存储结果形成系统统一标准的数据信息,并将所述数据信息传输至所述系统平台以对所述数据信息实现可视化。
具体地,通过将监测站原始监测数据接入系统,对监测数据进行解码、质量检查、标准格式转换、分类存储和数据备份,完成监测站原始监测数据的接入,数据处理模块对接入的监测数据进行多点多源数据综合和分流,进行实时计算和非实时计算,计算过程中进行完好性计算,并进行数据分析和存储,形成系统统一标准的数据信息,流转至系统可视化模块,完成数据信息的可视化。
基于以上实施例,所述数据传输层还用于:对所述铁路基础设施现场监测系统输出的监测数据进行综合处理,并对所述系统平台以及接收所述预警信息的客户端及相关网络系统进行密码安全加固,使所述客户端基于服务器密码进行自助身份认证和安全接入。
基于国密算法作为网络安全的核心技术,采用分区分层边界安全防护体系架构,实现纵深的、异构的安全隔离、安全数据采集及监控。在终端层通过服务器密码设置,实现终端的自主身份认证与安全接入。在数据处理层采用分布式集群的方式部署计算节点、数据节点、管理节点;其中计算节点为终端的身份认证、数据交互等计算服务;数据节点实现终端与数据中心的位置数据等的接收、分析、处理与交互、存储与备份等;管理节点主要实现基础设施设备管理、系统管理以及设备监控等运维管理工作。在应用服务层,通过为用户提供统一密码服务,并对设备进行全生命周期管理。具体地,本实施例中的数据传输层在数据传输过程中进行了安全加固,进行密码安全加固,并且兼顾安全需求及技术实现路线,在终端设备、传输网络、网络边界等处进行密码安全加固。基于密码应用需求,在数据安全防护系统整体建设中,统一进行数据接口等安全规范,并统一进行安全管控,实现铁路基础设施现场监测系统数据的安全共享与交换,避免资源浪费。
通过安全加固以业务需求为驱动,以信息安全为保障,采用分区分层边界安全防护体系架构,实现纵深的、异构的安全隔离、安全数据采集及监控。
并且,为了考虑数据的安全要求,铁路基础设施现场监测系统主体部署于网络云平台,借助监测中心网络资源对外提供服务。
本实施例中的应用服务层的应用包括对监测数据进行形变监测、统计分析、数据管理、系统管理和运维管理之后传输给数据处理层,并为用户提供统一密码服务,并对设备进行全生命周期管理。
本实施例中的数据处理层,采用分布式集群的方式部署计算节点、数据节点以及管理节点;其中计算节点为终端的身份认证、数据交互等计算服务;数据节点实现终端与数据中心的位置数据等的接收、分析、处理与交互、存储与备份等;管理节点主要实现基础设施设备管理、系统管理以及设备监控等运维管理工作。通过基于安全加固系统对整个系统进行安全管理,对系统的安全策略进行统一管理,从而保证了系统的安全策略的安全性和一致性。
基于以上实施例,所述原始监测数据通过移动公网、短报文或铁路专用无线网传输至网络基站;
所述网络基站进行数据分发至解算软件和系统服务器。
在本实施例中,终端设备端基于用户名密码进行身份认证对终端进行安全加固,保证终端计算环境、资源和网络访问的安全和控制,确保智能终端的安全可控。而在系统平台侧,采用设备唯一编码+用户名密码进行身份识别。
基于以上实施例,所述铁路基础设施现场监测系统中的监测设备包括北斗基准站与北斗监测站、位移计、微芯桩、雨量计以及红外球机中的至少一种。
具体地,本实施例中的铁路基础设施现场监测系统包含所有铁路桥梁、路基、边坡等工程监测现场,接入的监测设备包含北斗基准站、北斗监测站、雨量计、红外球机等。北斗监测站数据采集频率一般为5秒/次,按极限工况计算,取值为1秒/次;雨量计数据采集频率设置为1min/次;视频监控设备数据采集频率设置为30min抓拍一次,同时摄像头发现异常会即时将实时视频回传至云端监测中心。根据上述工况可以测算工程监测现场的所有北斗接收机的传输速率为10×n kbps,则满足所有工程监测现场的数据传输需要的网络带宽为10×n×10-3Mb/s。
基于以上实施例,所述监测层,还用于:实时采集卫星基准站和监测站的原始数据以及降雨量数据并上传至所述数据汇聚层;
实时对监控现场进行监控,在摄像头发现异常的情况下将实时视频回传至所述系统平台并上传至所述数据汇聚层;
基于卫星接收机内嵌入实施滤波功能,对原始数据进行过滤;
对所述卫星接收机配置数据中心服务器IP及允许接入的端口号。
本实施例中铁路基础设施现场监测系统的具体功能包括:
基准站数据采集:实时采集基准站卫星原始数据并上传至数据汇聚层,主要为监测点提供同一星历下的实时观测量;
监测站数据采集:实时采集监测站卫星原始数据并上传至数据汇聚层;
雨量计数据采集:实时采集降雨量数据并上传至数据汇聚层;
视频数据采集:摄像头实时监控现场,当摄像头发现异常时即时将实时视频回传至监测中心,同时,每30min抓怕一次图片,并上传至数据汇聚层;
数据预处理:卫星接收机内嵌入实时滤波功能,实现原始数据的过滤剔除;
设备配置功能:卫星接收机需要单独配置数据中心服务器IP及允许接入的端口号,保证每台设备都拥有独立的上传通道。
基于以上实施例,所述铁路基础设施现场监测系统主体部署于网络云平台,借助系统平台的监测中心网络资源对外提供服务。
以下对本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,做进一步描述。
参照图2,本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,从下至上包括:监测层210、数据传输层220、数据汇聚层230、数据处理层240和应用层250。
监测层210:由前端的北斗参考站与北斗监测站、雨量计以及高清摄像头等组成,用于感知结构物的位移、状态等变化,并将采集到的原始监测数据发送至数据传输层。
数据传输层220:由通讯模块及传输网络(移动公网、Lora、GSM-R、北斗短报文)等组成,用于将原始监测数据传输至数据汇聚层。
数据汇聚层230:由数据汇聚软件、数据库服务器及交换机等组成,实现原始监测数据的数据接入服务、数据存储及数据转发服务等功能,并对原始监测数据进行预处理。
数据处理层240:由前置服务器、数据服务器、高精度解算服务器、接口服务器及管理服务器等组成,用于分析处理原始监测数据,提供应用层的各类服务。包括:数据解码、质量检查、数据计算和数据分析。
应用层250:实现预警发布、数据查询、统计分析以及设备管理,直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态,为安全生产管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考,同时实现对现场设备进行配置和管理。
参照图3,铁路基础设施现场监测系统的监测设备(数据采集仪) 包括:北斗接收机、微芯桩、智能视频、雨量计以及位移计。
将采集到的数据传输至数据传输系统,包括:移动公网、GSM-R 以及北斗短报文;再传递至监测中心,包括:应用服务器、对数据接收、处理、分析和存储,然后传递至监控终端。
辅助系统包括:太阳能供电系统以及辅助支撑系统、市电供电系统以及综合布线系统。
本发明提供的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,主要实现对监测数据的解算分析、预警信息的发布等功能,同时对铁路基础设施现场监测系统进行管理。其主要功能包括:
1、数据处理,包括数据接入及解密、原始数据存储、数据质量检查、数据解算、解算数据存储、数据计算、计算数据存储、数据中心。
数据接入及解密:可连接各路段的监测站及参考站终端设备,选、择数据接收服务将数据接入并解密;
原始数据存储:接收的原始数据进行存储,并支持下载;
数据质量检查:根据数据类型、数据筛选等进行质量检查,显示不满足质量检查的数据信息;
数据解算:参考站和监测站的原始监测数据持续不断发送到数据处理中心并记录,数据处理中心依据观测级别进行设置对接收到的原始数据进行解算,解算成功的数据直接推送到数据计算及分析单元并自动录入数据库;
解算数据存储:将解算数据进行存储,支持文件下载;
数据计算:对解算成功的数据与初始基线值进行比较,计算结果为实际监测的位移形变量,直接应用于展示和预警分析并自动存入数据库。可根据最开始一段时间内数据计算出初始基线值;
计算数据存储:计算成功后的数据进行存储,支持下载导出;
数据中心:展示存储各监测点设备数据原始信息、基线标准信息和数据计算(形变量)信息,可根据应用类型、工点位置、设备编号 (里程值)条件查询该设备记录的原始数据和计算后数据文件,并可实时下载和可视化结果展示。
2、综合展示:可以显示实时监控的数据,也可将历史数据调出进行显示,或对几种参数同时进行显示分析。包括地图展示、设备布点数量统计图展示、各工点终端数量统计表展示、实时数据展示、监测网变化趋势展示、预警列表展示、预警信息统计展示。
地图展示:按照工点聚合,聚合时显示数字上方显示工点名称,点击数字弹框,弹框内容为工点名称、组织机构、监测对象、站点位置图、工点示意图;站点位置图具体显示各监测站点在地图上的位置。工点示意图又分平面图侧面图和俯视图,站点显示在示意图上。点击站点图标弹框显示该站点的信息,包括站点设施照片、站点名称、站点编号、站点类型、里程位置、其它描述、实时数据及对应时间。
设备布点数量统计图:用饼图展示不同示范应用(桥梁、边坡、隧道等)的站点个数。
各工点终端数量统计表:用表格形式统计:工点名称、终端总数、异常数量。
实时数据:用表格形式统计站点名称、数据(xyz)、时间。
监测网变化趋势:用折线方式实时展示E NU图,可按工点选择站点,可多选(每个工点的站点列表显示在图下方,带复选框)。
预警信息:三个不同颜色圈,显示目前预警总数量。1红:一级 (全部撤离,并警戒),2橙:二级(暂停活动,排除险情恢复),3 黄:三级(加强观察、观测);
预警列表:用列表展示预警清单排序及具体预警实例:站点名称、报警等级、时间、处理状态。
预警信息统计(折线图):展示累计年变化量,从当前月往后推 12个月,每个月预警数量总数累计,体现出哪个月份预警多发。
3、设备管理:包括工点与设备信息列表展示、设备与工点管理。
以列表形式展示工点信息:工点名称、所属单位、所属站段、里程位置、工程类型、设备个数、报警个数、详情。点击详情可以显示该工点的详细设备列表。设备信息以列表形式展示:站点名称、站点类型、工程类型、设备状态、所属单位、所属站段、工点名称、里程位置、是否设置阈值。工点列表支持模糊查询,可按组织机构筛选、支持模糊查询。
设备与工点管理:可新增工点及设备、编辑和删除工点及设备、设置阈值、计算初始值,可远程调整监测终端设备设置参数,避免传统仪器以及系统因为进行参数改变而必须进入现场的问题。
4、预警管理:将实时解算后的数据与设计阀值比较,若触发,则自动推送预警信息。包括地图展示、当前报警统计、站点设备数量统计、实时数据、警情处理、预警工点示意图。
地图展示:在地图以不同颜色展示不同等级的所有预警站点,点击站点图标弹框显示该站点的信息,包括站点设施照片、站点名称、站点编号、站点类型、里程位置、其它描述、实时数据及对应时间。
当前报警:统计当前报警的数量,包括报警总数、一级报警数量、二级报警数量、三级报警数量、数据中断数量、已处理报警。
站点设备数量统计:饼图展示不同监测工点(桥梁、边坡、隧道等)的站点个数。
实时数据:用列表形式统计展示:站点名称、数据(xyz)、时间;
警情处理:用列表形式展示站点编号、报警等级、报警时间、操作人、Δx、Δy、Δz、操作。支持警情下载,根据警情状况、处理过程及结果自动生成表格或报告,并支持批量下载;
预警工点示意图:展示最近三个报警工区的示意图。
5、统计分析:包括历史数据查询统计、路局-站段-工点概况选择统计。
查询统计历史数据,自动生成趋势分析数据,系统支持自动生成工点监测的周报、月报、季度报告等报表信息。
根据组织结构树状图,按路局-站段-工点进行选择监测点,显示该站点一定时间内的趋势图及监测数据,包括位移变化趋势图、速度、加速度、散点图、平面矢量图、相关性图等。
6、系统管理:包括用户权限、日志查看、系统参数、登陆与注销、数据交互响应。
为保障监测系统的安全运行,对不同管理者提供不同的权限,对用户身份进行验证,所提供的功能有查看、检索、修改、增加和删除等不同操作。
用户权限:对用户身份进行验证,可对不同管理者赋予或修改权限,如预警上报权限、设备管理权限等,不用用户具备不同的查看、检索、修改、删除等操作。
日志查看:分为访问日志和登录日志,分别记录监测系统的访问和登录状态信息,并记录操作语句与信息。
系统参数:显示系统名称、logo、操作人、操作时间等,可根据用户权限分配修改功能。
登录与注销:登录后可选择注销,将登录和注销信息实时传入至登录日志中。
数据交互响应功能:支持数据交互命令,并生成日志报告,保证软件程序或服务的每一条数据记录或交互命令都可追溯,提高软件系统的维护便利性。
铁路基础设施现场监测系统对现场工点进行实时、自动化、高精度监测。多个铁路基础设施现场监测系统采集原始监测数据,并将数据通过移动公网传输接收模块,接收模块基于结算软件将监测数据传递给应用展示中心,以进行数据后处理分析。铁路基础设施现场监测中心实现监测数据的解算分析、预警信息的发布等功能,同时对铁路基础设施现场监测系统进行管理。
参照图4,铁路基础设施现场监测系统数据架构可分为三层,分别为数据采集层410、数据汇聚层420和数据处理层430。需要说明的是,数据采集层410即为图2中的监测层210。
其中数据采集层410包括:原始监测数据和设备状态信息;数据汇聚层420包括分类监测数据;数据处理层430包括解算数据、用户数据、监测数据及系统数据。
参照图5,系统采用分区分层边界安全防护体系架构,实现纵深的、异构的安全隔离、安全数据采集及监控。从逻辑上分为四层,由上而下分别为:应用服务层510、数据处理层520、安全接入层530、终端层540。需要说明的是,应用服务层510相当于图2中的应用层250;安全接入层530相当于图2中的数据传输层220和数据汇聚层 230;终端层540相当于图2中的监测层210。
应用服务层510包括:形变监测、统计分析、数据管理、系统管理以及运维管理。
数据处理层520包括:计算节点、数据节点以及管理节点;计算节点包括:设备注册引擎、身份认证引擎、原始数据解算引擎以及数据交互引擎;数据节点包括:位置数据和时间数据;管理节点包括:基础设施管理、系统管理和运维监控。
安全接入层530包括:接入组件和协议栈。接入组件包括:身份认证组件和安全接入组件;协议栈包括:位置数据传输协议和时间数据传输协议。
终端层540包括:基准站设备和监测站设备,均用于用户名密码身份认证。
参照图6,现场监控1、现场监控2……现场监控N把现场采集的监测数据通过移动公网、短报文或铁路专用无线网传输至数据接收模块即网络基站;数据接收模块进行数据分发至解算软件和铁路北斗基础设施监测系统存储模块,即把数据分发至服务器和多个用户端。铁路基础设施现场监测系统主体部署于网络云平台,借助监测中心网络资源对外提供服务。
本实施例采用专业监测传感器和无线传输技术构建铁路基础设施现场监测系统,布设安装于路基、山体边坡、桥梁等铁路基础设施的关键位置实时采集数据,利用移动公网等将各类监测数据传送至铁路基础设施现场监测中心以进行数据后处理分析。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,包括:铁路基础设施现场监测系统和系统平台;
所述铁路基础设施现场监测系统,由传感器子系统、数据采集与传输系统、供电系统和辅助支持系统构成,用于基于监测传感器和无线传输技术获取铁路基础设施的目标监测区域以及隐患点的监测数据及状态信息,并将所述监测数据以及状态信息实时回传;
所述系统平台,用于接收所述铁路基础设施现场监测系统的监测结果,可视化显示各项监测数据的历史变化过程及当前状态,并基于所述监测数据基于机器学习算法获取铁路基础设施状态风险评估和预测预警结果传输至客户端,并指导现场设备配置和管理。
2.根据权利要求1所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述铁路基础设施现场监测系统采用分布式系统架构,包括监测层、数据传输层、数据汇聚层和数据处理层;所述系统平台包括:应用层;
所述监测层,用于感知铁路基础设施的位移及状态变化并生成所述铁路基础设施的监测数据,并将所述监测数据发送至所述数据传输层;
所述数据传输层,用于接收所述监测层发送的所述监测数据并传输至所述数据汇聚层,所述数据传输层的传输网络包括移动公网、局域网以及北斗短报文;
所述数据汇聚层,用于接收所述数据传输层的监测数据对所述监测数据进行数据接入、数据汇聚、数据存储以及数据转发,并将所述监测数据传输至所述数据处理层;
所述数据处理层,用于接收所述数据汇聚层的监测数据并进行数据解码、质量检查、数据计算以及预警分析,并将预警分析结果发送至所述应用层;
所述应用层,用于接收所述数据流转层的预警分析结果,实现所述监测数据的数据查询、统计分析以及预警信息发布,并显示各项所述监测数据的历史变化过程及当前状态,为安全生产管理人员提供信息参考。
3.根据权利要求1所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述铁路基础设施现场监测系统采用两级部署,用于在路局、站段、现场工区对突发事件应急处理及综合协调的各项需求,贯穿事前、事中、事后的全过程闭环管理。
4.根据权利要求3所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,
系统数据架构分为三层,分别为数据采集层、数据汇聚层和数据处理层;
系统数据类型包括:原始监测数据、分类监测数据、解算数据、用户数据以及系统基础数据。
5.根据权利要求1所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述铁路基础设施现场监测系统还用于:
兼顾安全需求及技术实现路线,在终端设备、传输网络、网络边界等处进行密码安全加固;
系统采用分区分层边界安全防护体系架构,实现纵深的、异构的安全隔离、安全数据采集及监控;
对监测数据进行解码、质量检查、标准格式转换、分类存储和数据备份,并将处理后的监测数据进行状态信息实时回传;
完成监测站监测数据的接入,通过数据处理对接入的所述监测数据进行多点多源数据综合和分流并进行计算,并在计算过程中进行数据分析和存储;
基于数据分析和存储结果形成系统统一标准的数据信息,并将所述数据信息传输至所述系统平台以对所述数据信息实现可视化。
6.根据权利要求2所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述数据传输层还用于:
对所述铁路基础设施现场监测系统输出的监测数据进行综合处理,并对所述系统平台以及接收所述预警信息的客户端及相关网络系统进行密码安全加固,使所述客户端基于服务器密码进行自助身份认证和安全接入。
7.根据权利要求4所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述原始监测数据通过移动公网、短报文或铁路专用无线网传输至网络基站;
所述网络基站进行数据分发至解算软件和系统服务器。
8.根据权利要求1所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,
所述铁路基础设施现场监测系统中的监测设备包括北斗基准站与北斗监测站、位移计、微芯桩、雨量计以及红外球机中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述监测层,还用于:
实时采集卫星基准站和监测站的原始数据以及降雨量数据并上传至所述数据汇聚层;
实时对监控现场进行监控,在摄像头发现异常的情况下将实时视频回传至所述系统平台并上传至所述数据汇聚层;
基于卫星接收机内嵌入实施滤波功能,对原始数据进行过滤;
对所述卫星接收机配置数据中心服务器IP及允许接入的端口号。
10.根据权利要求1所述的基于融合技术的铁路基础设施现场监测和预测预警系统,其特征在于,所述铁路基础设施现场监测系统主体部署于网络云平台,借助系统平台的监测中心网络资源对外提供服务。
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