一种基于5G网络的超视距列车安全防护系统及方法与流程

本发明属于视频监控技术领域，具体涉及一种基于5g网络的超视距列车安全防护系统及方法。

背景技术：

高速铁路列车司机按照行车凭证驾驶列车，列车运行过程中，司机瞭望范围有限，列车员难以掌握肉眼视距范围以外线路的线路安全情况，虽然高铁沿线综合监控系统已经在多条铁路线路上启用，但无法将运行线路实时监控视频画面实时上传到车载，遇到紧急情况，随车乘务人员仅依靠指挥中心对应急事件进行处理，响应速度慢、处理方式被动。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于5g网络的超视距列车安全防护系统及方法，将列车运行前方一定距离的线路实时图像及异常预警信息通过5g网络发送至动车组司机室操纵台进行呈现，延伸司机视野范围，为司机驾驶提供辅助预视信息。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种基于5g网络的超视距列车安全防护系统，该系统采用车地两层架构，分别是车载层设备和与车载层设备进行无线通信的地面层设备；

所述车载层设备包括扩展5g通信载板的dms车载主机、视频信息显示单元和5g天线，所述视频信息显示单元与dms车载主机通过敷设线缆连接，所述5g天线通过天线馈线与dms车载主机的5g通信载板通信连接，且与线路沿线5g基站建立通信链路，进行车地5g通信；

所述地面层设备包括高铁沿线视频图像采集设备、地面服务器和5g基站，所述高铁沿线视频图像采集设备与地面服务器通过光纤连接，所述地面服务器与线路沿线5g基站通过光纤连接。

进一步地，所述dms车载主机上加装5g通信载板，dms车载主机通过5g网络与地面服务器进行高速无线通信。

进一步地，所述5g天线为车顶5g天线或者车内5g天线，所述车顶5g天线安装在动车组车顶靠近车内dms车载主机机柜的位置，所述车内5g天线安装在司机室操纵台前方挡风玻璃后面。

进一步地，所述高铁沿线视频图像采集设备为安装在基础网杆上的视频监控摄像机，采用交织重叠覆盖方式部署；在高铁沿线两侧分别以固定间距交错设置视频监控摄像机，覆盖在大小里程方向的上、下行监控区域，相邻视频监控摄像机的监控区域互有重叠。

进一步地，所述视频信息显示单元为车载视频显示器，所述车载视频显示器通过固定支架安装在司机操纵台的预留位置。

进一步地，该系统还包括gps板卡，所述gps板卡加装在dms车载主机上，获取列车位置信息。

进一步地，该系统还包括atp信息采集板卡，所述atp信息采集板卡安装在dms车载主机上，并接入车载jru，对车载jru送出的包含列车位置信息的数据进行采集和传输。

本发明还提供了一种上述的基于5g网络的超视距列车安全防护系统的安全防护方法，包含以下步骤：

在线路沿线两侧交错部署高铁沿线视频图像采集设备；

dms车载主机通过gps板卡和atp信息采集板卡获取列车位置信息，并通过5g网络发送到地面服务器；

地面服务器根据列车位置信息、上下行信息、列车速度信息匹配出列车前方一定距离的高铁沿线视频图像采集设备，获取到对应线路实时图像及异常预警信息后通过5g网络传输给dms车载主机；

dms车载主机将接收的前方视频图像和异常预警信息发送给视频信息显示单元进行呈现。

进一步地，所述地面服务器根据列车位置信息、上下行信息、列车速度信息匹配出列车前方一定距离的高铁沿线视频图像采集设备，包括：

地面服务器上传的前方视频图像距离与列车当前速度等级之间的关系结合人员平均反应时间和列车最大常用制动距离进行适当调整。

进一步地，所述地面服务器用于列车运行前方视频的匹配运算、视频图像的存储、分析以及视频图像的告警处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的基于5g网络的超视距列车安全防护系统，将列车运行前方一定距离的线路实时图像及异常预警信息通过5g网络及dms车载主机，发送至动车组司机室操纵台的视频信息显示单元进行呈现，延伸司机视野范围，有助于司机及早发现运行前方线路有关问题并做出应对措施，为司机驾驶提供辅助预视信息，辅助司机安全驾驶。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的基于5g网络的超视距列车安全防护系统的架构图；

图2是本发明实施例的车载层设备的原理图；

图3是本发明实施例的dms车载主机扩展5g通信载板的示意图；

图4是本发明实施例的高铁沿线两侧交织重叠覆盖方式部署视频监控摄像机的示意图。

图中序号所代表的含义为：

1.dms车载主机，2.视频信息显示单元，3.5g天线，4.高铁沿线视频图像采集设备，5.地面服务器，6.5g基站，7.5g通信载板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例的基于5g网络的超视距列车安全防护系统，该系统采用车地两层架构，分别是车载层设备和与车载层设备进行无线通信的地面层设备；车载层设备主要实现列车位置信息的采集、回传、上车视频的显示以及异常预警信息的报警提示；地面层设备主要实现列车运行前方视频的匹配运算，线路监控视频的实时采集、图像识别以及图像处理。

如图2所示，车载层设备包括扩展5g通信载板的dms车载主机、视频信息显示单元和5g天线。

如图3所示，dms车载主机为车地间无线实时可靠的传输提供了通道，通过在dms车载主机上加装5g通信载板，即可在既有通信基础上增加5g高速无线通信能力。结合地面部署支持5g的地面服务器，实现dms车载主机通过5g网络与地面层设备高速无线通信的能力。dms车载主机实时接收列车位置、方向等信息，dms车载主机负责与地面服务器通信，向地面服务器发送列车位置、方向等信息，同时通过5g网络接收地面服务器发送的前方视频图像和异常图像报警信息，并发送给视频信息显示单元。

视频信息显示单元与dms车载主机通过预敷线缆连接，由dms车载主机提供电源；优选的，视频信息显示单元为车载视频显示器，车载视频显示器通过固定支架安装在司机操纵台的合适位置，具体的安装方式依据不同车型的司机操纵台的结构，进行适配设计安装。可选的，车载视频显示器采用硅胶无痕双面胶粘贴固定在司机操纵台上。视频信息显示单元能够通过以太网方式接收dms主机发来的前方视频图像、异常图像报警信息以及前方运行列车的位置。对于前方异常情况可结合图像示意给司机相应的预视画面和声音提醒，司机可对异常画面做局部放大查看；当列车接近前方列车时，触发接近预警。

5g天线为车顶5g天线或者车内5g天线，可选择其中之一进行安装；在动车组的1车与8车/16车车体顶部中轴线选择一个位置，加装车顶5g天线，选择位置应尽量靠近车内dms车载主机机柜的位置，以缩短通信电缆的长度，天线安装位置的选择，需考虑天线四周1米半径内，不能存在高于天线的金属障碍物，避免影响信号。车内5g天线在车顶5g天线没有加装条件时，加装在司机室操纵台前方挡风玻璃后面(可根据情况进行选取)，实施简单无需车顶天线复杂的改造动作。5g天线通过天线馈线与dms车载主机的5g通信载板通信连接，能够与线路沿线5g基站建立通信链接，进行车地5g通信。

地面层设备包括高铁沿线视频图像采集设备、地面服务器和5g基站，高铁沿线视频图像采集设备与地面服务器通过光纤连接，地面服务器与线路沿线5g基站通过光纤连接。

高铁沿线视频图像采集设备为安装在基础网杆上的视频监控摄像机，可选高清数字摄像机，采用交织重叠覆盖方式部署高铁沿线视频监控摄像机，在高铁沿线两侧分别以100m的间距交错设置视频监控摄像机，覆盖在大小里程方向的上、下行监控区域，相邻视频监控摄像机的监控区域互有重叠，监控视场覆盖示意图如图4所示(细圆圈表示每个视频监控摄像机覆盖区域)。视频监控摄像机对轨道周界安全进行实时监测，对异物侵限及越界行为进行智能识别，当有人/物体穿越轨道，触发告警事件，同时告警视频画面和告警位置信息自动上传到dms车载主机，为铁路周界安防保驾护航。

地面服务器主要实现高铁沿线视频图像采集设备的接入管理，列车运行前方视频的匹配运算、视频图像的存储、分析以及视频图像的告警处理等功能。通过地面服务器实时检测铁路运营安全状态，利用视频分析技术对视频监控摄像机采集的视频流/图片进行分析，并对各类异常情况自动告警，并推送事件类型、告警画面和位置信息到指挥中心和运行列车，指挥人员和列车员可及时采取预警和处理措施。高铁沿线视频图像采集设备实现全方位对高铁沿线进行监控，地面服务器将视频和告警信息同步呈现在车载终端和指挥中心。

该视频监控系统列车定位主要通过两种方式，一种通过gps板卡获取列车位置信息，另一种是通过车载现有atp信息采集板卡获取列车位置信息，两种定位数据都会发送到dms车载主机，经dms车载主机按照车载协议解析后转发给地面服务器使用。

gps板卡加装在dms车载主机上，获取列车位置信息，插板内gps数据采集模块主要完成gps数据的采集，该模块采用ublox的集成模块，通过前面板上的接头连接外部的gps卫星天线，接收gps时间经纬度数据，经过内部的连线及插座转接送入gps数据采集模块，通过串口与mcu连接，将定位数据信息送入mcu进行处理。

atp信息采集板卡安装在dms车载主机上，atp信息采集板卡接入车载jru，将车载jru送出的数据进行解析，其中包含列车位置信息。atp信息采集板卡通过外部rs232接口接收atp数据，经mcu转送到fpga，fpga通过rs485芯片转发数据到dms系统底板总线，完成对atp数据的接收采集。

列车运行过程中同时获取两种定位信息并进行匹配和修正，5g通信载板可以通过这两种方式获取列车位置、方向等信息，再经过5g网络将列车位置信息发送到地面服务器，与地面沿线高铁沿线视频图像采集设备位置、上下行进行匹配，这种方式获取到列车的实时位置信息更加准确，可以确保得到对应列车前方视频画面有效。

现有车载设备获取定位信息主要是用于列车运行跟踪和数据记录，定位及时性和有效性没有得到很好使用，通过5g网络的低时延，高宽带特性，我们可以实现列车位置和前方视频图像相结合，通过图像和预警来提示司机操作，使列车运行更加安全。gps和atp获取到的数据信息可以通过5g网络发送到地面服务器进行数据匹配，实现列车运行实时跟踪和相关操作。

本实施例还提供了一种上述的基于5g网络的超视距列车安全防护系统的安全防护方法，包含以下步骤：

步骤s11，在线路沿线两侧交错部署高铁沿线视频图像采集设备。

步骤s12，dms车载主机通过gps板卡和atp信息采集板卡获取列车位置信息，并通过5g网络发送到地面服务器。

步骤s13，地面服务器根据列车位置信息、上下行信息、列车速度信息匹配出列车前方一定距离的高铁沿线视频图像采集设备，获取到对应线路实时图像及异常预警信息后通过5g网络传输给dms车载主机。

具体的，地面服务器根据反馈的列车位置数据和上下行信息计算出列车前方一定距离的视频监控摄像机的位置，并获取到该视频监控摄像机的画面信息，将该画面信息推送到列车上的dms车载主机。

地面服务器上传的前方视频图像距离与列车当前速度等级之间的关系可结合人员平均反应时间和列车最大常用制动距离进行适当调整，初步建议距离如下表所示。

步骤s14，dms车载主机将接收的前方视频图像和异常预警信息发送给视频信息显示单元进行呈现。

在前方一定距离内的高铁沿线视频图像采集设备没有发出异常告警时，视频信息显示单元一直自动切换前方一定距离位置的监控视频图像，当有任意一个高铁沿线视频图像采集设备发出提示告警时，会将告警视频图像推送给视频信息显示单元进行呈现。

本发明的基于5g网络的超视距列车安全防护系统及方法，打破传统的视频安防监控观念，并引入智能导航的概念，将来自于地面的前方沿线监控视频图像实时传到动车组司机室内监控预视屏上，为司机提供前方几公里外的沿线视频，相当于给司机提供了一个“千里眼”，并结合图像分析技术，识别视频图像内出现的安全风险因素并给出预视提示，司机能够快速对前方运行状况做出判断，并做出减速、制动等合理的行车处理措施，为生命财产的安全预留了充分的拯救时间。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。