铁路道口远程集中控制与智能预警一体化系统的制作方法

本发明涉及铁路道口远程控制、煤炭运输辅助技术领域，尤其涉及一种铁路道口远程集中控制与智能预警一体化系统。

背景技术：

现有铁路平交道口管理技术主要是采用人工管理重要道口或简单的自动报警控制方式。九十年代出现基于工业控制器控制的道口自动报警和自动落杆技术，原理是道口两侧一定距离（根据车速，大约1公里）的铁轨安装“道口接近传感器”，道口上安装“到达传感器”，当火车驶向道口时触发接近传感器，道口自动打开声光报警设备，并延时后自动起动栏木机落杆；当火车触发到达传感器并释放后，结束报警并自动起动栏木机抬杆。但是这种方式没有对道口安全防护最重要的栏木机进行安全控制，很容易发生机动车辆碰撞栏杆的问题。这一问题一直没有得到有效的解决。

现有道口集中控制管理还处于比较简单的方式状态:

1、没有真正的远程视频、远程音频、远程控制一体化道口远程集中控制系统，都是三种方式的简单堆叠。比如三种功能彼此独立系统，简单拼凑出功能组合，操作人员要分别操作三个系统，完成对某一处道口的操作管理。比如远程控制采用RS485通信的I/O模块控制道口现场防护设备和信号设备，视频采用安防监控系统，音频采用公共广播系统，三者之间没有统一的平台管理，彼此独立。安全可靠性低，成本高，没有统一的管理。

2、绝大多数采用道口管理只是增加了道口监控视频，录像存储在道口房，仅供事故分析使用。

3、大多视频系统也采用模拟方式以保证实时性最好，而采用IP网络高清的也忽略实时性问题，只追求了高清晰度。对于既高清又高实时的SDI方式，由于价格原因都没有采用。

4、道口仍采用独立的接近传感器闭塞通知方式，还有部分在使用电话闭塞。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种铁路道口远程集中控制与智能预警一体化系统。

相关技术发展给上述问题的解决带来了新的思路，采用远程人工干预集中控制的方式就是一种有效的解决发明。这一新的发明，依托于以下技术的发展：1、视频技术目前在工业生产管理的应用逐步深化，已不只是简单的监控图像，通过进一步和生产工艺管理控制相结合，可直接嵌入控制系统。尤其是当前IP网络摄像技术，更高清和易于传输；2、音频与视频发展同步，当前主流为IP音频，更易于传输和组合应用（单播、组播、广播、对讲）；3、远程控制技术目前也向IP方式发展，西门子等公司的可编程控制器（PLC）采用IP通信协议，系统搭建更方便，成本更低，更易于实现站点分布式系统。

为实现上述目的，本发明提供一种铁路道口远程集中控制与智能预警一体化系统，包括：

调度中心控制子系统、调度中心视频/音频子系统、道口现场前端设备子系统和光纤通信子系统；所述调度中心视频/音频子系统与所述调度中心控制子系统相连，所述道口现场前端设备子系统通过光纤通信子系统与所述调度中心控制子系统相连；

其中，

所述调度中心控制子系统由包括有控制服务器、通信控制器组成，实现对其它三个子系统各个设备的监测和控制，并完成调度操作人员的远程控制指令；

所述调度中心视频/音频子系统包括视频图像显示模块、视/音频存储设备矩阵。实现远端回传图像按需切换调取显示和录像，用户可随时调取录像。

优选的，光纤通信子系统由光通信模块和光纤组成，完成视频信号数据、音频信号数据、控制数据的传输，所述光通信模块包括位于所述调度中心控制子系统一端的核心交换机和位于道口一侧的道口交换机。

优选的，所述道口现场前端设备子系统包括有道口控制器、IP摄像机，其中，所述道口交换机分别与所述道口控制器、IP摄像机相连。

优选的，所述道口现场前端设备子系统还包括有与所述道口交换机相连的：

栏杆机、报警器、指示灯、摄像机、补光灯，完成现场设备信号采集和控制功能，道口信号机、道口接近传感器、道口到达传感器。

优选的，所述道口交换机还分别与位于道口附近的拾音器、扬声器分别相连。

优选的，所述道口控制器与道口交换机通过TCP/IP协议建立连接。

优选的，所述调度中心视频/音频子系统还包括和视频录像设备。

优选的，还包括有与控制服务器相连的人机界面。

优选的，所述人机界面、控制服务器、核心交换机至少设置两套；每一控制服务器上都设有至少两个网卡，每一控制服务器通过至少两个网卡分别与两个核心交换机相连；核心交换机之间热备份连接。

优选的，所述控制服务器上还运行有控制软件，用以实现控制；所述控制服务器还分别与扬声器、麦克风、输入设备相连；所述控制服务器还配置有UPS电源。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供一套专为道口远程集中控制开发的计算机控制系统，将远程视频、远程音频、远程控制统一集成在一个系统中，提高效率和便于操作，使系统更加安全可靠。

2、本发明利用视屏图像技术，但不仅仅是存储作为事后的事故原因分析，而是实时回传到控制中心并显示，供操作人员通过观察图像进行操作。当然，也对图像进行录像存储，供事后查询。这个用于操作的图像，是道口现场的“实时全景图像”，无死角，确保道口控制的安全。

3、本发明通过对图像调取、传输、显示的合理处理，在采用IP网络摄像机的前提下，让实时图像的延时降低到接近模拟摄像机，满足道口集控对图像实时性的要求，并充分发挥现今IP高清摄像机高清、图像范围大的优点，紧跟视频图像技术的发展趋势。

4、本发明针对自动接近报警未进行修改，为保证系统的完整性，只是开发接口将自动报警纳入整个道口集控系统。

5、本发明提供道口集控一体化平台，集视频、音频和控制于统一的控制平台；人机界面设计便于操作使用；道口全景图像在人机界面的按需显示；道口设备控制的联锁关系、故障导向安全、系统冗余设计；实时图像的低延时处理。兼容国标设备的可靠接口。

6、本发明支持多火车并发通行判定机制，通过设置多套本发明的系统可以适应更复杂的道口情况，并通过联锁关系，确保同一时刻只有一个控制服务器具有控制道口现场设备的权限。

7、铁路道口远程集控创新铁路道口的管理模式，改革通过铁路道口的运输作业流程，将传统的有人值守改变为“远程可监视可控制的无人值守”，撤销道口看守员，改由调度员根据列车生产作业直接远程控制道口作业，同时强化基础管理、严格考核制度，构建无人值守的铁路道口远程集控管理系统，实现“虚拟有人值守”道口控制。通过采取先进、有效的技术措施尽可能减少铁路道口对铁路、公路运输的干扰，提高列车运行安全性和运输生产效率。系统从设计开始就把保证道口安全放在第一位，通过引进其它领域的先进且成熟的技术措施努力提高对道口的管理，最大化的提升道口安全，并尽可能快封闭道口降低道口对火车运输和公路运输的相互影响， 同时改善道口环境。铁路道口集控将道口现场的人工管理改变为人工远程管理，大量减少道口管理人员，可产生较大经济效益。

本发明的道口远程集控拥有广泛的市场前景，在煤炭行业可以广泛推广。

附图说明

图1是本发明一实施例的整体结构框图；

图2是图1的部分子系统的具体示意图；

图3是图1的某一子系统的具体示意图；

图4是本发明的另一实施例的结构框图

附图标记：

调度中心控制子系统10；

控制服务器101；

人机界面1011；

通信控制器102；

控制软件103；

调度中心视频/音频子系统20；

视频图像显示模块201；

视/音频存储设备矩阵202；

视频录像设备203；

光纤通信子系统30；

核心交换机301；

光纤302；

道口交换机303；

道口现场前端设备子系统40；

IP摄像机401；

道口控制器402；

道口信号机403；

灯带404；

补光灯405；

温控系统406；

栏杆机407；

控制柜408；

道口接近传感器4091；

道口到达传感器4092。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1至图4，本发明提供一种铁路道口远程集中控制与智能预警一体化系统，铁路道口远程集控系统由调度中心控制子系统10、调度中心视频/音频子系统20、道口现场前端设备子系统40、光纤302通信子系统30四部分组成，其中，

所述调度中心控制子系统10由控制服务器101、通信控制器102和相应控制软件103组成，实现对其它三个子系统所有设备的监测和控制，并完成调度操作人员的远程控制指令；所述调度中心视频/音频子系统20由视频图像显示模块201（如显示屏）、视/音频存储设备矩阵202（软切换）和视频录像设备203组成，实现远端回传图像按需切换调取显示和录像，用户可随时调取录像；道口现场前端设备子系统40由前端控制器、栏杆机407、报警器、指示灯、摄像机、补光灯405等设备组成，完成现场设备信号采集和控制功能，并与信号机、传感器等无缝连接；光纤302通信子系统30由光通信模块和光纤302组成，完成视频信号数据、音频信号数据、控制数据的传输。

本发明适用于铁路、公路交叉的道口处，当火车，特别是输送煤炭的火车接近时，用以将栏杆机407落下，防止行人或者车辆冲撞火车，避免安全隐患。由于采用人机交互模式，通过低延迟率的主控响应式控制道口现场，便于服务器端集中控制（控制多个道口），也避免了全自动化判别时出现的误判以及栏杆机407砸伤人的可能性。本发明中的视频录像设备203可以对视频图像显示模块201录像。

更为具体的，所述光通信模块包括位于所述调度中心控制子系统10一端的核心交换机301和位于道口一侧的道口交换机303。

本发明的一个实施例，所述道口现场前端设备子系统40包括有道口控制器402、IP摄像机401，其中，所述道口交换机303分别与所述道口控制器402、IP摄像机401相连。所述道口现场前端设备子系统40还包括有与所述道口交换机303相连的：栏杆机407、报警器、指示灯、摄像机、补光灯405，完成现场设备信号采集和控制功能，道口信号机403、道口接近传感器4091、道口到达传感器4092。所述道口交换机303还分别与位于道口附近的拾音器、扬声器分别相连。所述道口控制器402与道口交换机303通过TCP/IP协议建立连接。所述调度中心视频/音频子系统20还包括和视频录像设备203。本发明的一个实施例，还包括有与控制服务器101相连的人机界面1011（显示器）。

更为具体的，栏杆机407设置多套，当栏杆机407全部落下时，可将铁路封闭，使铁路、公路隔离。栏杆机407上还设有灯带404，灯带404的开闭受所述控制服务器101的控制。所述IP摄像机401设置在支架上，支架离地面有一定的高度，从而俯视的拍摄道口的画面，IP摄像机401应当设置多组（如六个），用以无死角的拍摄，还应当遵循设备容易原则，当至少一个IP摄像机401损坏时，还应该满足无死角拍摄。

在道口处，还设有室外手动的控制柜408，从而方便工作人员手动控制，还设有控制柜408的温控装置，所述温控装置与控制服务器101相连。

本发明的一个实施例，所述人机界面1011、控制服务器101、核心交换机301至少设置两套；每一控制服务器101上都设有至少两个网卡，每一控制服务器101通过至少两个网卡分别与两个核心交换机301相连；核心交换机301之间热备份连接。在道口处，扬声器可设置数个（如两个）。

本发明的一个实施例，所述控制服务器101上还运行有控制软件103，用以实现控制；所述控制服务器101还分别与扬声器、麦克风、输入设备相连；所述控制服务器101还配置有UPS电源。

为了提升存储设备的响应性，可组建RAID，计算机设备采用服务器级别，如CPU、主板采用服务器级别，至少采用工作站级别。举例而言，控制中心核心硬件设备高性能、高稳定、高安全采用高性能服务器，其性能及稳定性高于工控机。服务器配置为：IBM或联想品牌，CPU I5，3.6GHz，内存4G，操作系统WinServer2008。核心硬件设备采用1：1冗余配置，保证安全性。

视频图像存储功能：存储15-30天，所有视频图像可存储和回放查询；操作记录、设备运行记录：存储时间6个月以上。

配置多操作台解决多个道口同时通过火车的情况，配置2个或更多的操作台应对多个道口都有火车同时通过的状况。多个控制台之间互为备份，避免单一操作台发生故障时整个系统瘫痪。每个控制台都能对所有道口进行操作控制。多个操作台之间彼此互锁，例如：1#控制台控制A道口时，2#控制台只能监测到A道口的设备状态，而不能同时进行控制。

此外，调度中心控制子系统10预留与所述预留接口可以与大屏幕显示系统连接。

本发明的一种实施例：每个控制台可以控制1-16个道口，控制中心可以同时有多个操作台（2-3），且操作台间互锁每个道口图像录像存储时间不小于20天；操作员操作记录和设备运行记录存储时间180天以上；控制操作台服务器配置：采用高性能服务器或工控机。配置为：IBM/联想/研华品牌，CPU XEON，2.8/3.6GHz，内存4G。RAID硬盘冗余备份控制操作屏幕配置： 23寸，分辨率1920x1080；实时性参数：（模拟标准版参数）视频延时：< 150ms；控制指令延时：<100ms音频延时：<150ms。

远程集控中的“前端道口子系统”主要由以下几部分组成：信息采集部分：包括视频、音频、设备状态、设备运行参数等采集；视频采集：高清晰度的工业监控摄像机；控制部分：道口现场的核心，管理现场设备完成采集和执行操作，并将所有信息回传回控制中心和接收控制中心的指令；工业级控制器保证运行准确和稳定；采用TCP/IP协议传输控制数据；视频传输、双向音频传输、RS-485数据传输；执行部分：执行部分设备主要就是传统道口原有设备，包括道口信号机403、栏木机和遮断线号机；辅助部分：辅助部分是因为增加了电子设备为保证这些设备正常运行而增加设备，目的是确保前端道口子系统的核心部分不间断高效工作；夜间补光灯405（需要受控）；其它辅助设备及控制。

系统可以同时远程控制多个道口，处理多列火车同时通过道口。几个甚至二三十个火车运行，必将存在多列火车在同一时间通过道口的情况，所以要求控制中心的每个操作台能够尽可能多得处理多列火车同时通过道口情况，并以最方便、快捷、合理的方式完成。但是当同时通过的数量很多，一个操作台处理不过来时，就需要增加第二个操作台，两个操作台同时工作，分担任务。因此要求每个操作台都可以对所有的道口进行控制，两个操作台之间必须具有互锁功能，避免同时管理一个道口的误操作。每个操作控制台可以控制所有道口；每个操作控制台快捷、方便的切换功能使其本身可以管理多列火车通过道口情况；控制中心可以配置多个操作台来分担任务，更进一步处理多个火车同时通过道口的情况；多个操作台之间互锁，避免操作混乱。道口控制器402可采用西门子PLC控制器。

为了提升稳定性，道口前端控制器通过选择开关可以选择（1）远程集控工作模式、（2）本地人工手动控制 两种工作方式。当光缆意外中断时，可以通过道口控制器402的本地控制功能完成对道口的封闭管理；现场设备维护时，可以通过道口控制器402的本地控制功能完成对道口的封闭管理；本地人工控制时，控制中心只能监测到设备的运行状态，不能再实施远程控制。

配置摄像机补光灯405；补光采用泛光照明而不是红外补光，视觉效果好，利于操作员操作；同时，系统也可以配置摄像机自带的红外照明或LED白光照明，根据项目需求选择；自动/手动控制灯光开启控制：每天根据设定的时间自动开启和关闭所有道口照明；每个道口都可以在控制台被人工随时打开和关闭照明。配置摄像机雨刷；为避免灰尘污染摄像机拍摄窗口，配置雨刷并按照程序进行刮擦；自动/手动控制雨刷的动作；每天根据设定的时间自动开启和关闭所有雨刷动作；每个道口都可以在控制台被人工随时打开和关闭雨刷动作。室外温控系统406，室外主要设备冬季配置加热装置（北方），夏季配置散热装置（南方）。

向保卫部门提供音视频接口；可以通过网络向公安保卫部门提供音视频录像浏览接口，也可以将录像倒出至存储设备。

更为拓展的，现场摄像透雾功能；对于某些用户现场雾大的问题，可选用具有一定透雾功能的摄像机，缓解大雾的影响。在夜间补光时选用泛光照明优于红外照明。

本发明通过控制服务器101，可以将“回传视频、双向音频、信号采集、设备控制”统一在同一个专有平台上，而非将上述各项功能采用彼此独立的第三方设备简单组合而成。整个系统时钟同步、操作同步、切换同步、事件记录同步。软件程序根据预先配置执行当前受控道口的回传视频、双向音频和控制的切换和功能调用，避免人工误操作带来的安全隐患和事件记录混乱的问题。

综上所述，本发明开发出一套专为道口远程集中控制开发的计算机控制系统，将远程视频、远程音频、远程控制统一集成在一个系统中，提高效率和便于操作，使系统更加安全可靠。本发明利用视屏图像技术，但不仅仅是存储作为事后的事故原因分析，而是实时回传到控制中心并显示，供操作人员通过观察图像进行操作。当然，也对图像进行录像存储，供事后查询。这个用于操作的图像，是道口现场的“实时全景图像”，无死角，确保道口控制的安全。本发明通过对图像调取、传输、显示的合理处理，在采用IP网络摄像机的前提下，让实时图像的延时降低到接近模拟摄像机，满足道口集控对图像实时性的要求，并充分发挥现今IP高清摄像机高清、图像范围大的优点，紧跟视频图像技术的发展趋势。本发明针对自动接近报警未进行修改，为保证系统的完整性，只是开发接口将自动报警纳入整个道口集控系统。本发明提供道口集控一体化平台，集视频、音频和控制于统一的控制平台；人机界面1011设计便于操作使用；道口全景图像在人机界面1011的按需显示；道口设备控制的联锁关系、故障导向安全、系统冗余设计；实时图像的低延时处理。兼容国标设备的可靠接口。本发明支持多火车并发通行判定机制，通过设置多套本发明的系统可以适应更复杂的道口情况，并通过联锁关系，确保同一时刻只有一个控制服务器101具有控制道口现场设备的权限。铁路道口远程集控创新铁路道口的管理模式，改革通过铁路道口的运输作业流程，将传统的有人值守改变为“远程可监视可控制的无人值守”，撤销道口看守员，改由调度员根据列车生产作业直接远程控制道口作业，同时强化基础管理、严格考核制度，构建无人值守的铁路道口远程集控管理系统，实现“虚拟有人值守”道口控制。通过采取先进、有效的技术措施尽可能减少铁路道口对铁路、公路运输的干扰，提高列车运行安全性和运输生产效率。系统从设计开始就把保证道口安全放在第一位，通过引进其它领域的先进且成熟的技术措施努力提高对道口的管理，最大化的提升道口安全，并尽可能快封闭道口降低道口对火车运输和公路运输的相互影响， 同时改善道口环境。铁路道口集控将道口现场的人工管理改变为人工远程管理，大量减少道口管理人员，可产生较大经济效益。

煤炭企业运输专线平交铁路道口，可以通过远程视频、远程音频、远程控制、道口自动预警技术手段的结合，实现对道口的远程集中控制，在控制中心以很低的人力资源配置，完成对所有道口的管理，同时保证安全，即用先进技术设备替代人工现场操作。

本发明的道口远程集控拥有广泛的市场前景，在煤炭行业可以广泛推广。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。