CN117423225A - 一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，包括有：数据综合控制模块，所述数据综合控制模块配置为对所有相关数据进行采集、传输、处理、分析等，同时结合地理信息系统，实时定位潜在灾害的发生位置；预警模块，所述预警模块基于数据分析的结果，触发对应的预警机制，生成不同铁路运行状态下的定制化预警信息，并在常态化周期性监测过程中，对周期内频繁波动的数据进行计算判断，从而对应增强监测频率。本发明通过预警模块对传感器部署区域内的自然环境参数进行周期性监测，在出现异常波动时对波动进行异常性判断，根据判断结果调整监测周期的时间，实现短频高密度集中监测的效果，在出现波动情况下能够更加及时准确的对异常进行识别。
Description
技术领域
本发明涉及灾害预警技术领域，尤其涉及一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统。
背景技术
灾害遥感预警是一种基于遥感技术和地理信息系统的方法，用于监测、检测和预测自然灾害的发生和发展，并向相关机构和公众提供及时的警报和信息，以减少灾害造成的损失，灾害遥感预警系统在各个行业领域均有所应用，对于高速铁路而言，在列车高速运行的过程中，极容易受到自然环境的影响，为了保障列车能够正常运行和使用，一般会通过灾害遥感预警系统来对高速铁路所在的区域进行细致化监管控制，监测高速铁路线路、车辆和相关环境条件，减少潜在的灾害风险，但是现有系统在进行灾害遥感预警时，监测周期一般较为固定，即在固定的周期内对区域进行环境参数采集，依靠传感器网络获取自然环境信息，并根据所收集到的信息进行计算分析判断，同时依靠地理信息系统来可视化铁路线路和周边环境的地理数据，在这种情况下如果出现自然环境数据的波动异常，由于固定周期和固定监测频率的影响，会导致预警结果难以保证及时性，从而导致预警存在一定的滞后性问题。
因此针对上述问题现在研发一种能够对波动异常进行分析判断，从而对监测周期以及监测频率进行动态调整的基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统。
发明内容
为了克服现有系统使用过程中如果出现自然环境数据的波动异常，由于固定周期和固定监测频率的影响，会导致预警结果难以保证及时性，从而导致预警存在一定的滞后性问题的缺点，本发明提供一种能够对波动异常进行分析判断，从而对监测周期以及监测频率进行动态调整的基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统。
本发明的技术方案是：一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，包括有：
数据综合控制模块，所述数据综合控制模块配置为对所有相关数据进行采集、传输、处理、分析等，同时结合地理信息系统，实时定位潜在灾害的发生位置；
预警模块，所述预警模块基于数据分析的结果，触发对应的预警机制，生成不同铁路运行状态下的定制化预警信息，并在常态化周期性监测过程中，对周期内频繁波动的数据进行计算判断，从而对应增强监测频率；
用户界面模块，所述用户界面模块提供可视化用户界面，使得运营人员能够实时监测系统状态、查看灾害预警信息。
作为上述方案的优化，所述数据综合控制模块包括有传感器数据采集子模块、数据传输子模块和数据处理与分析子模块，所述传感器数据采集子模块将各类传感器部署在高速铁路周边，包括有气象传感器、地震传感器、水位传感器等，用于监测环境参数的变化，所述数据传输子模块负责将传感器采集到的数据传输至中央服务器内，所述数据处理与分析模块使用数据挖掘技术对传感器数据进行实时处理和分析。
作为上述方案的优化，所述数据综合控制模块还包括有地理信息系统模块，所述地理信息系统模块提供对高度铁路周边地理信息的管理和分析，帮助定位潜在灾害的发生位置。
作为上述方案的优化，所述预警模块包括有常态化周期监测子模块、波动异常判断子模块、定制化策略输出子模块和短频高密度测算子模块，所述常态化周期监测子模块会在固定的周期时间S内，对所述传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行测算，判断出火车高速经过时诱发潜在灾害的概率，所述波动异常判断子模块会对周期时间S内所述传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行记录，并在数据信息出现异常波动时进行波动异常判断，所述定制化策略输出子模块根据具体的高速铁路线路、环境条件和运行特点，指定相应的预警策略，所述短频高密度测算子模块配置为在所述波动异常判断子模块得出数据异常波动后，开始动态缩短周期时间S，并在调整后的周期内对该区域进行高频率测算。
作为上述方案的优化，所述波动异常判断子模块的运行步骤如下：
步骤1：首先在数据获取过程中，建立属于数据集合的函数坐标，并对应将数据带入函数坐标内获得每个数据的坐标值(Xi，Yi)；
步骤2：完成坐标获取后根据不同坐标之间的差值关系，计算并求出代表横向坐标的数据集均值以及纵向坐标的数据集均值，分别命名为μ和α；
步骤3：将获得的数据代入公式进行计算，
其中σ代表最终的波动差，N为数据点的总数量，i为大于0的正实数，θ为平衡参数，n为当前计算过程中出现波动差异的频率参数；
步骤4：最后将σ与标准差阈值进行比对，当σ大于标准差阈值时，所述短频高密度测算子模块开始动态缩短周期时间S，并在调整后的周期内对该区域进行高频率测算，当σ小于标准差阈值时，则由所述常态化周期监测子模块继续进行波动监测。
作为上述方案的优化，所述用户界面模块包括有响应与控制子模块和历史数据存储记录子模块，所述响应与控制子模块配置为由运营人员启动相应的应急响应措施，包括有列车调度调整、区段封锁、道口关闭等，所述历史数据存储记录子模块用于存储历史传感器数据和预警记录，支持事后分析和优化系统性能。
作为上述方案的优化，所述用户界面模块还包括有系统管理与维护子模块，所述系统管理与维护子模块包括远程监控、系统更新、故障监测与修复等功能。
作为上述方案的优化，还包括有通信模块，所述通信模块配置为负责系统内部各模块之间的通信，采用双通道数据传输的方式，确保数据的流畅传递和协同工作。
本发明具有如下优点：本发明通过预警模块对传感器部署区域内的自然环境参数进行周期性监测，在出现异常波动时对波动进行异常性判断，根据判断结果调整监测周期的时间，实现短频高密度集中监测的效果，在出现波动情况下能够更加及时准确的对异常进行识别。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明数据综合控制模块的结构示意图。
图3为本发明预警模块的结构示意图。
图4为本发明用户界面模块的结构示意图。
图5为本发明波动异常判断子模块的运行步骤流程图。
具体实施方式
在本文中提及实施例意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，如图1所示，包括有数据综合控制模块、预警模块、用户界面模块和通信模块，数据综合控制模块配置为对所有相关数据进行采集、传输、处理、分析等，同时结合地理信息系统，实时定位潜在灾害的发生位置，预警模块基于数据分析的结果，触发对应的预警机制，生成不同铁路运行状态下的定制化预警信息，并在常态化周期性监测过程中，对周期内频繁波动的数据进行计算判断，从而对应增强监测频率，用户界面模块提供可视化用户界面，使得运营人员能够实时监测系统状态、查看灾害预警信息，通信模块配置为负责系统内部各模块之间的通信，采用双通道数据传输的方式，确保数据的流畅传递和协同工作。
如图2所示，数据综合控制模块包括有传感器数据采集子模块、数据传输子模块、数据处理与分析子模块和地理信息系统模块，传感器数据采集子模块将各类传感器部署在高速铁路周边，包括有气象传感器、地震传感器、水位传感器等，用于监测环境参数的变化，数据传输子模块负责将传感器采集到的数据传输至中央服务器内，数据处理与分析模块使用数据挖掘技术对传感器数据进行实时处理和分析，地理信息系统模块提供对高度铁路周边地理信息的管理和分析，帮助定位潜在灾害的发生位置。
如图3所示，预警模块包括有常态化周期监测子模块、波动异常判断子模块、定制化策略输出子模块和短频高密度测算子模块，常态化周期监测子模块会在固定的周期时间S内，对传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行测算，判断出火车高速经过时诱发潜在灾害的概率，波动异常判断子模块会对周期时间S内传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行记录，并在数据信息出现异常波动时进行波动异常判断，定制化策略输出子模块根据具体的高速铁路线路、环境条件和运行特点，指定相应的预警策略，短频高密度测算子模块配置为在波动异常判断子模块得出数据异常波动后，开始动态缩短周期时间S，并在调整后的周期内对该区域进行高频率测算。
如图5所示，波动异常判断子模块的运行步骤如下：
步骤1：首先在数据获取过程中，建立属于数据集合的函数坐标，并对应将数据带入函数坐标内获得每个数据的坐标值(Xi，Yi)；
步骤2：完成坐标获取后根据不同坐标之间的差值关系，计算并求出代表横向坐标的数据集均值以及纵向坐标的数据集均值，分别命名为μ和α；
步骤3：将获得的数据代入公式进行计算，
其中σ代表最终的波动差，N为数据点的总数量，i为大于0的正实数，θ为平衡参数，n为当前计算过程中出现波动差异的频率参数；
步骤4：最后将σ与标准差阈值进行比对，当σ大于标准差阈值时，短频高密度测算子模块开始动态缩短周期时间S，并在调整后的周期内对该区域进行高频率测算，当σ小于标准差阈值时，则由常态化周期监测子模块继续进行波动监测。
如图4所示，用户界面模块包括有响应与控制子模块、历史数据存储记录子模块和系统管理与维护子模块，响应与控制子模块配置为由运营人员启动相应的应急响应措施，包括有列车调度调整、区段封锁、道口关闭等，历史数据存储记录子模块用于存储历史传感器数据和预警记录，支持事后分析和优化系统性能，系统管理与维护子模块包括远程监控、系统更新、故障监测与修复等功能。
需要说明的是，在高速铁路运行过程中，依靠本系统来对铁路沿线的自然环境进行实时监控，从而对潜在灾害进行定位和预防，避免出现重大事故和危险，根据实际需求，采用分布式部署或者云端部署等灵活方式，适应不同区域和规模的高速铁路系统，在传感器部署完成后，依靠传感器数据采集子模块监测环境参数的变化，并将数据进行传输，在这个过程中，由常态化周期监测子模块在固定的周期时间S内，对传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行测算，判断出火车高速经过时诱发潜在灾害的概率，并根据所监测到的波动值进行波动异常判断，当波动异常超过正常阈值时，缩短监测周期，提高监测频率，从而使得监测更加及时高效，预警模块监测到异常问题后，并且判断该异常会影响到高速铁路的正常运行时，会依靠定制化策略输出子模块根据具体的高速铁路线路、环境条件和运行特点，指定相应的预警策略，对该区域实时管控处理，之后由运营人员使用用户界面模块，下达相应的应急响应措施，并在处理完成后依靠历史数据存储记录子模块进行事后分析处理，从而完善安全防护措施，综上所述，通过预警模块对传感器部署区域内的自然环境参数进行周期性监测，在出现异常波动时对波动进行异常性判断，根据判断结果调整监测周期的时间，实现短频高密度集中监测的效果，在出现波动情况下能够更加及时准确的对异常进行识别。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (8)
1.一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，包括有：
数据综合控制模块，所述数据综合控制模块配置为对所有相关数据进行采集、传输、处理、分析等，同时结合地理信息系统，实时定位潜在灾害的发生位置；
预警模块，所述预警模块基于数据分析的结果，触发对应的预警机制，生成不同铁路运行状态下的定制化预警信息，并在常态化周期性监测过程中，对周期内频繁波动的数据进行计算判断，从而对应增强监测频率；
用户界面模块，所述用户界面模块提供可视化用户界面，使得运营人员能够实时监测系统状态、查看灾害预警信息。
2.基于权利要求1所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，所述数据综合控制模块包括有传感器数据采集子模块、数据传输子模块和数据处理与分析子模块，所述传感器数据采集子模块将各类传感器部署在高速铁路周边，包括有气象传感器、地震传感器、水位传感器等，用于监测环境参数的变化，所述数据传输子模块负责将传感器采集到的数据传输至中央服务器内，所述数据处理与分析模块使用数据挖掘技术对传感器数据进行实时处理和分析。
3.基于权利要求2所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，所述数据综合控制模块还包括有地理信息系统模块，所述地理信息系统模块提供对高度铁路周边地理信息的管理和分析，帮助定位潜在灾害的发生位置。
4.基于权利要求1所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，所述预警模块包括有常态化周期监测子模块、波动异常判断子模块、定制化策略输出子模块和短频高密度测算子模块，所述常态化周期监测子模块会在固定的周期时间S内，对所述传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行测算，判断出火车高速经过时诱发潜在灾害的概率，所述波动异常判断子模块会对周期时间S内所述传感器数据采集子模块采集到的传感器数据信息进行记录，并在数据信息出现异常波动时进行波动异常判断，所述定制化策略输出子模块根据具体的高速铁路线路、环境条件和运行特点，指定相应的预警策略，所述短频高密度测算子模块配置为在所述波动异常判断子模块得出数据异常波动后，开始动态缩短周期时间S，并在调整后的周期内对该区域进行高频率测算。
5.基于权利要求4所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，所述波动异常判断子模块的运行步骤如下：
步骤1：首先在数据获取过程中，建立属于数据集合的函数坐标，并对应将数据带入函数坐标内获得每个数据的坐标值(Xi，Yi)；
步骤2：完成坐标获取后根据不同坐标之间的差值关系，计算并求出代表横向坐标的数据集均值以及纵向坐标的数据集均值，分别命名为μ和α；
步骤3：将获得的数据代入公式进行计算，
其中σ代表最终的波动差，N为数据点的总数量，i为大于0的正实数，θ为平衡参数，n为当前计算过程中出现波动差异的频率参数；
步骤4：最后将σ与标准差阈值进行比对，当σ大于标准差阈值时，所述短频高密度测算子模块开始动态缩短周期时间S，并在调整后的周期内对该区域进行高频率测算，当σ小于标准差阈值时，则由所述常态化周期监测子模块继续进行波动监测。
6.基于权利要求1所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，所述用户界面模块包括有响应与控制子模块和历史数据存储记录子模块，所述响应与控制子模块配置为由运营人员启动相应的应急响应措施，包括有列车调度调整、区段封锁、道口关闭等，所述历史数据存储记录子模块用于存储历史传感器数据和预警记录，支持事后分析和优化系统性能。
7.基于权利要求6所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，所述用户界面模块还包括有系统管理与维护子模块，所述系统管理与维护子模块包括远程监控、系统更新、故障监测与修复等功能。
8.基于权利要求7所述的一种基于高速铁路运行的灾害遥感预警系统，其特征在于，还包括有通信模块，所述通信模块配置为负责系统内部各模块之间的通信，采用双通道数据传输的方式，确保数据的流畅传递和协同工作。
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2023
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117872474A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 山东省地震局 | 地震预警台网波形数据质量分析方法和系统 |
| CN117872474B (zh) * | 2024-03-12 | 2024-05-17 | 山东省地震局 | 地震预警台网波形数据质量分析方法和系统 |
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