CN117533373A - 一种轨道车调车安全防护系统和防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车调车安全防护系统，包括：中心子系统，主要由管理终端和分析服务器组成，管理终端和分析服务器采用有线网络连接；车载子系统，通过无线网络与中心子系统连接，主要由车载主机、人机界面、运行控制设备、雷达、音频采集器和视频采集器组成；所述车载主机与所述人机界面、运行控制设备、雷达、音频采集器和视频采集器均采用有线网络连接；所述车载主机用于分析雷达信号、音频信息和视频信息，通过分析结果判断轨道车内、外部环境是否安全，轨道车运行状态是否正常。本发明基于视频分析对前进方向的轨道信号机，以及结合雷达识别障碍物，用于指导轨道车运行。

Description

一种轨道车调车安全防护系统和防护方法

技术领域

本发明涉及轨道交通安全领域，具体涉及一种轨道车调车安全防护系统和防护方法。

背景技术

轨道车包括轨道车和接触网作业车(根据《轨道车管理规则(TG/GW 2109/2021)》)。轨道车包括重型轨道车(含隧道检修车)、起重轨道车、发电轨道车、轨道平车、起重轨道平车、收轨平车及轻型轨道车等。轨道车是用于铁路基础设施检测维修、应急抢险等工作的重要装备，是工电自轮运转特种设备的重要组成部分。

近年来，轨道交通得到了快速发展。相应地，作为铁路建设、维护和应急重要设备的轨道车的数量和运用量也持续上升。但轨道车的运用存在运行线路不固定，规律性不强，操作人员对作业区域比较陌生，运用场景复杂多样的特点。在轨道车上配备的轨道车运行控制设备(GYK)可根据机车信号信息进行限速，防止轨道车越过关闭的列车信号机。但在调车作业时，GYK无法接收调车信号的信息，只能按照调车作业的最高限速控制。在站内运行时，调车信号机、道岔密集，站场复杂，容易发生行车事故。目前轨道车缺少调车监控防护手段，作业时主要依靠乘务员经验、目视信号及前方轨道状态来操控车辆。当前的轨道车安全防护能力跟不上轨道车应用快速发展的步伐，导致各种轨道车相关的安全事故时有发生，严重影响了铁路运输安全和效率。

因此急需发明一种解决轨道车调车安全防护问题的系统。

发明内容

为了解决轨道车调车安全防护问题，本发明提出了一种轨道车调车安全防护系统，包括：

中心子系统，主要由管理终端和分析服务器组成，管理终端和分析服务器采用有线连接；

车载子系统，通过网络与中心子系统通信连接，主要由车载主机、人机界面、运行控制设备、雷达、音频采集器和视频采集器组成；

所述车载主机与所述人机界面、运行控制设备、雷达、音频采集器和视频采集器均采用有线连接；

所述人机界面用于显示和发出警报，运行控制设备用于接收限速信息指导轨道车运行；

所述视频采集器用于获取轨道车内、外部环境的视频信息；所述雷达发出雷达信号用于探测外部环境和定位；所述音频采集器用于获取司乘人员的音频信息；

所述车载主机用于分析雷达信号、音频信息和视频信息，通过分析结果判断轨道车内、外部环境是否安全，轨道车运行状态是否正常。

进一步地，所述车载主机采用深度学习方法分析外部环境的视频信息，识别信号机状态、道岔位置和轨行区。

进一步地，车载主机将获取的信号机状态、道岔位置和轨行区传输至人机界面显示，用于提示司机。

进一步地，所述车载主机结合雷达信号和外部环境的视频信息，采用深度学习方法进行轨道障碍物判断。

进一步地，车载主机判断存在障碍物时，将存在障碍物的信息发送至所述人机界面，人机界面显示障碍物信息和发出警报。

进一步地，所述车载主机对司机在联控过程中的应答语音进行判断，判断应答语音是否符合规范，若不符合规范，则通过人机界面显示不合规范的内容和发出警报。

进一步地，所述车载主机结合司机的视频信息以及司机的应答语音对司机状态异常进行检测，若判断司机状态异常，则通过人机界面进行提示和发出警报。

进一步地，所述车载主机将包括分析结果、视频信息、音频信息、轨道车运行状态和报警记录通过网络传输给分析服务器，所述分析服务器对轨道车的作业过程进行评估。

进一步地，所述视频信息包含轨道车外部环境和轨道车内部的司乘人员的视频信息；

所述音频信息包括司机应答语音和乘务员的通话记录。

进一步地，所述车载主机通过网络与所述管理终端通信连接，通过管理终端对车载主机进行维护、升级和管理。

进一步地，所述网络为无线网络。

进一步地，接入所述分析服务器的网络还包括防火墙和交换机。

本发明还提出了一种轨道车调车安全防护方法，包括以下步骤：

获取轨道车内外部的视频信息，获取雷达信号，以及获取司乘人员的音频信息；

通过深度学习方法识别出信号机状态、道岔位置和轨行区，识别是否存在障碍物的信息，以及识别司机应答是否规范的信息；

在人机界面显示信号机、道岔位置和轨行区，和显示障碍物信息，和应答是否规范；

司机根据人机界面显示的内容指导其进行轨道车作业。

进一步地，所述轨道车调车安全防护方法还包括将视频信息、音频信息、是否存在障碍物的信息传递至分析服务器，分析服务器对轨道车作业内容进行质量评估。

本发明基于视频分析的前进方向上信号机状态、道岔位置和轨行区，用于指导轨道车运行；基于雷视融合感知的障碍物检测和异物侵限判断，向司机提供预警。基于音视频分析的司机状态、驾驶行为和作业合规判断，包括车机联控时是否遵守呼唤应答规范。通过高速车地无线通讯将车载主机记录的各种频数据转存至中心日志分析服务器，进行调车作业质量分析。基于4G/5G无线通信实现车载主机接入中心管理平台，实现远程运维。

附图说明

图1为本发明轨道车调车安全防护系统运行流程图；

图2为本发明轨道车调车安全防护系统的结构图；

图3为铁路目标识别流程图；

图4为雷视感知的障碍物检测和异物侵限判断流程图；

图5为司机行为分析流程图；

图6为调车作业质量评估流程图；

图7为远程车载主机维护管流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种轨道车调车安全防护系统和防护方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如图1所示，为本发明提出的一种轨道车调车安全防护系统运行过程，基于物联网、北斗卫星定位、人工智能和大数据分析等新一代信息和智能技术，采用摄像机和4D毫米波雷达进行数据采集，利用基于深度学习的音视频内容和雷达点云分析，对轨道车作业各场景各要素(人-车-轨道-环境)进行智能感知，包括司乘人员的状态、行为和作业流程分析，轨道车的位置和速度估计，铁路沿线的信号机状态和道岔识别，轨道车运行环境中的障碍物检测等，从而对轨道车的行车和作业进行安全防护，提高生产效率和安全性。

如图2所示，为本发明提出的一种轨道车调车安全防护系统的结构图，其包括：中心子系统1和车载子系统2，中心子系统1主要由管理终端11和分析服务器12组成，管理终端11和分析服务器12通信连接。车载子系统2通过网络3与中心子系统1通信连接，主要由安装在轨道车20上的车载主机21、人机界面22、运行控制设备23、雷达24、音频采集器25和视频采集器26组成。所述车载主机21与所述人机界面22、运行控制设备23、雷达24、音频采集器25和视频采集器26均通信连接；所述人机界面22用于显示和发出警报，运行控制设备23用于接收限速信息指导轨道车20运行；所述视频采集器26用于获取轨道车20内、外部环境的视频信息；所述雷达24发出雷达信号用于探测外部环境和定位。所述音频采集器25用于获取司乘人员的音频信息。所述车载主机21用于分析雷达信号、音频信息和视频信息，通过分析结果判断轨道车20内、外部环境是否安全，轨道车20运行状态是否正常。

进一步地，如图3所示，基于视频信息分析的信号机状态、道岔位置和识别轨行区。具体地，车载主机21通过轨道车前后向安装的视频采集器26，例如摄像机采集行进方向的图像，采用深度学习方法识别信号机状态、道岔位置和轨行区等，并进一步将获取的信号机状态、道岔位置和轨行区传输至人机界面22，通过人机界面显示和发出声光提示。

进一步地，如图4所示，基于雷视融合感知的障碍物检测和异物侵限判断，能够在恶劣的大雾天、雨天实现对障碍物的感知。车载主机21通过摄像机26和毫米波雷达获取前进方向环境信息，采用深度学习方法，检测前方物体，进行异物侵限判断，识别轨道是否存在障碍物。并在判断存在障碍物时，将存在障碍物的信息发送至所述人机界面22，通过人机界面22提供视觉显示和声光预警提示。

进一步地，如图5所示，基于音、视频信息分析的司机状态和行为异常。车载主机21通过车内摄像机25录制的音、视频信息，对司机状态进行异常检测，判断车机联控呼唤应答是否符合规定，若判断司机状态异常，包括应答是否符合规定，若不符合规定则通过人机界面22提供视觉、语音和声光提示。

进一步地，如图6所示，在选定的固定点设置高速无线传输网络设备，将轨道车20上记录的包括分析结果、视频信息、音频信息、轨道车运行状态和报警记录通过网络传输给分析服务器12，所述视频信息包含轨道车外部环境和轨道车内部的司乘人员的视频信息。在所述分析服务器12上对轨道车的作业过程进行评估。

进一步地，如图7所示，所述车载主机21通过网络3接入中心子系统，与所述管理终端11通信连接，通过管理终端11对车载主机进行远程维护、升级和管理。

进一步地，所述网络3包括各运营商提供的4G/5G网络31，以及在接入所述分析服务器12的网络上设置防火墙32和交换机33。

本发明还提出了一种轨道车调车安全防护方法，包括以下步骤：

获取轨道车内、外部的视频信息，获取雷达信号，以及获取司乘人员的音频信息；

通过深度学习方法识别出信号机、道岔位置和轨行区，识别是否存在障碍物的信息，以及识别司机应答是否规范的信息；

在人机界面显示信号机、道岔位置和轨行区，和显示障碍物信息，和应答是否规范；

司机根据人机界面显示的内容指导其进行轨道车作业。

所述轨道车调车安全防护方法还包括将视频信息、音频信息、轨道车运行状态和报警记录传递至分析服务器，分析服务器对轨道车作业内容进行质量评估的步骤。

与现有技术相比，本发明采用基于雷视融合的智能感知，来实现对轨道车相关各要素进行智能分析，对轨道车的行车和作业提供安全防护。具体地，通过深度学习方法自主识别信号设备及线路状态，无需与地面信号系统接口，即可实现对轨道车闯信号、挤岔、撞土挡的防护，因此无需对地面站场线路数据提前测绘及车载数据的换装，即可实现轨道车运行到任意站场时的安全防护；采用雷视融合感知，有效解决了摄像机难以应对光照不良和恶劣天气情况下的感知难题，实现全天时全天候的障碍物检测和异物侵限判断；基于语音识别对联控过程中的呼唤应答实时进行规范性判断，可以在司机未规范使用联控用语时及时提醒司机，从而确保联控时信息的准确表达；基于车上记录的运行数据、音、视频信息等的综合分析，实现高效的离线调车作业质量评估，为质量评估提供客观依据；基于4G/5G无线通讯的远程车载主机维护、升级和管理，有效节约运维成本。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种轨道车调车安全防护系统，其特征在于，包括：

中心子系统，主要由管理终端和分析服务器组成，管理终端和分析服务器采用有线连接；

车载子系统，通过无线网络与中心子系统连接，主要由车载主机、人机界面、运行控制设备、雷达、音频采集器和视频采集器组成；

所述车载主机与所述人机界面、运行控制设备、雷达、音频采集器和视频采集器均采用有线连接；

所述人机界面用于显示和发出警报，运行控制设备用于接收限速信息指导轨道车运行；

所述视频采集器用于获取轨道车内、外部环境的视频信息；所述雷达发出雷达信号用于探测外部环境和定位；所述音频采集器用于获取司乘人员的音频信息；

所述车载主机用于分析雷达信号、音频信息和视频信息，通过分析结果判断轨道车内、外部环境是否安全，轨道车运行状态是否正常。

2.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述车载主机采用深度学习方法分析外部环境的视频信息，识别信号机状态、道岔位置和轨行区。

3.如权利要求2所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，车载主机将获取的信号机状态、道岔位置和轨行区传输至人机界面显示，用于提示司机。

4.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述车载主机结合雷达信号和外部环境的视频信息，采用深度学习方法进行轨道障碍物判断。

5.如权利要求4所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，车载主机判断存在障碍物时，将存在障碍物的信息发送至所述人机界面，人机界面显示障碍物信息和发出警报。

6.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述车载主机对司机在联控过程中的应答语音进行判断，判断应答语音是否符合规范，若不符合规范，则通过人机界面显示不合规范的内容和发出警报。

7.如权利要求6所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述车载主机结合司机的视频信息以及司机的应答语音对司机状态异常进行检测，若判断司机状态异常，则通过人机界面进行提示和发出警报。

8.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述车载主机将包括分析结果、视频信息、音频信息、轨道车运行状态和报警记录通过网络传输给分析服务器，所述分析服务器对轨道车的作业过程进行评估。

9.如权利要求8所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述视频信息包含轨道车外部环境和轨道车内部的司乘人员的视频信息；

所述音频信息包括司机应答语音和乘务员的通话记录。

10.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述车载主机通过网络与所述管理终端通信连接，通过管理终端对车载主机进行维护、升级和管理。

11.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，所述网络为无线网络。

12.如权利要求1所述的轨道车调车安全防护系统，其特征在于，接入所述分析服务器的网络还包括防火墙和交换机。

13.一种轨道车调车安全防护方法，采用如权利要求1-12任一项所述的轨道车调车安全防护系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

获取轨道车内外部的视频信息，获取雷达信号，以及获取司乘人员的音频信息；

通过深度学习方法识别出信号机状态、道岔位置和轨行区，识别是否存在障碍物的信息，以及识别司机应答是否规范的信息；

在人机界面显示信号机状态、道岔位置和轨行区，显示障碍物信息，和应答是否规范；

司机根据人机界面显示的内容指导其进行轨道车作业。

14.如权利要求13所述的轨道车调车安全防护方法，其特征在于，还包括将视频信息、音频信息、是否存在障碍物的信息传递至分析服务器，分析服务器对轨道车作业内容进行质量评估。