本发明涉及铁路技术领域，具体地说，特别涉及一种铁路轨道区间值守巡查告警系统。
背景技术：
随着高铁运营向西南、西北地区的不断延伸，西部的高铁轨道的桥隧比高，运行区间及周边区域环境各种复杂地质构造、地形气候环境的影响及危害，对高铁运营安全构成的威胁也在增大。通常的做法是在可能会产生灾害或危害的区域或场所实施24小时现场有人值守、值班人员定时巡检及人工报告制度，但由于地质灾害、地形气候及雷电雨雾等环境的影响，不能做到实时监控与防范，且危害多在无预兆(或预兆不明显)发生，安全隐患仍然存在，这就要求现场值守与巡查人员无时无刻不提高警惕，早发现，早防备、早处置。
为更好地使高铁安全实现“常态与非常态结合，预防与应急并重”，针对中国中西部地区山前复杂冲断带形成的地质背景(陡边坡、深溪沟)、地质风化等不良地质环境分布的存在，工程地质恶劣、地质灾害频现及气候环境变化复杂的地域。
现有技术存在以下缺点：
(1)高铁(动车)行驶密度大运行频繁，运行环境夜间或者遇风、雪、雨、雾等低能见度气象条件下可视距离短；
(2)轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要原因。高平顺性是高速铁路对轨道的最根本的要求，也是巡查监控高速铁路的控制性条件；
(3)高速铁路线路下部结构中对线路路基沉降控制的要求很高，不然会影响高铁安全平稳运行。
技术实现要素：
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种铁路轨道区间值守巡查告警系统。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种铁路轨道区间值守巡查告警系统，包括：前端监控和数据处理与监控中心；
所述前端监控包括多个按阵列布局及组网构成的监控装置和数据接入服务器；所述监控装置与所述数据接入服务器连接，将数据传输汇接至所述数据接入服务器；
所述监控装置包括热成像摄像机、微波雷达、激光摄像机以及高速数据采集系统；所述热成像摄像机，采用能探测极微小温差的传感器，运用非球面镜头的红外变焦距光学系统模组二次开发优化技术设计，将温差转换成实时视频图像显示出来；所述微波雷达内设置有微波雷达传感器；所述激光摄像机，为采用模组二次开发优化技术的远距离激光摄像机，用于配合热成像摄像机使用；
所述数据处理与监控中心分层分布远程实时监控，通过铁路数据处理专网与所述前端监控连接，并能存储调用。
可选地，线接口硬件设计采用数据接口卡或接口控制器形式与各监控子网及各子系统的硬件连接；
总线接口相应的通信控制软件包括：传输层软件和驱动层软件；
通过信息和资源的共享，对监控区域的目标，在应用层上数据互联互通实现功能的综合；
接口控制文件由通过pon技术在监控各区域所配置设备之间互联的接口信号组成。
可选地，所述数据处理与监控中心分层分布，包括一级数据处理与监控中心、二级数据处理与监控中心以及三级数据处理与监控中心；
所述一级数据处理与监控中心与所述二级数据处理与监控中心连接；
所述二级数据处理与监控中心与所述三级数据处理与监控中心连接。
可选地，所述一级数据处理与监控中心为重点轨道线路区间监控值班中心；
所述二级数据处理与监控中心为重点道桥隧区段监控值班中心；
所述三级数据处理与监控中心为重点现场监控值班中心，用于实现对所监控区域各阵列组网数据处理与数据传输；
其中，所述三级数据处理与监控中心，用于监测和控制道桥隧轨路高平顺、高精度、高稳定性指标、道桥轨沉降及指标、周边地形地质环境监控及指标。
可选地，所述一级数据处理与监控中心包括：第一服务器组、网络数据存储云、第一操作终端组；
所述第一服务器组通过所述铁路数据处理专网接收所述数据接入服务器的数据；
所述网络数据存储云与所述第一服务器组连接；
所述第一操作终端组与所述网络数据存储云连接。
可选地，所述一级数据处理与监控中心还包括防火墙，与所述网络数据存储云连接。
可选地，所述二级数据处理与监控中心包括：第二服务器组、第二操作终端组以及第一显示屏组；
所述第二服务器通过铁路数据处理与监控专网接收所述一级数据处理与监控中心的数据；
所述第二操作终端组与所述第二服务器组连接；
所述第一显示屏组与所述第二操作终端组连接。
可选地，所述三级数据处理与监控中心包括：第三服务器组、第三操作终端组以及第二显示屏组；
所述第三服务器组通过铁路数据处理与监控专网接收所述二级数据处理与监控中心的数据；
所述第三操作终端组与所述第三服务器组连接；
所述第二显示屏组与所述第三操作终端组连接。
可选地，所述第一服务器组包括：gis服务器、流媒体服务器以及管控服务器。
可选地，所述第一显示屏组、第二显示屏组均包括多个显示屏，并采用液晶显示屏；
所述第一操作终端组、第二操作终端组以及第三操作终端均包括多个操作终端。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种铁路轨道区间值守巡查告警系统，通过研发大量采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，实现采用开发出能对复杂背景环境下的运动目标连续追踪扫描并采取拉近变倍放大操作进行自动的图像识别、跟踪与锁定，根据监控区域景物变化与自动变焦调整的状态下，及时得到对所监控区域的全方位清晰的无盲点图像。
基于以上技术的开发，使该系统实现在阵列布局的前端监控与传感器等所探测到的能量源信息中识别并主动跟踪大多数监控区域可能出现的跟踪目标大小、目标放大控制、目标丢失动作、等待时间、速度以及相关报警联动。并在对铁路轨道区域监控应用中利用高速dsp芯片在前一帧图像和当前的图像进行差分计算，改善系统识别特征目标灵敏度及虚警的性能，降低该系统的虚警率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例的一种铁路轨道区间值守巡查告警系统示意图；
图2是本发明实施例的一种铁路轨道区间值守巡查告警系统的模块示意图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了提供了一种铁路轨道区间值守巡查告警系统，参见图1和图2，包括：前端监控100和数据处理与监控中心；
所述前端监控100包括多个监控装置和和数据接入服务器；多个所述监控装置与所述数据接入服务器连接；本实施例中，如图2中所示的第一监控装置111、第二监控装置112以及第三监控装置113，且均连接于数据接入服务器120，将采集的图像数据传输于数据接入服务器120。从而，所述前端监控100能够实现对近距离大范围大角度精准精确监测和控制。
所述监控装置100包括热成像摄像机、微波雷达、激光摄像机以及高速数据采集系统；所述热成像摄像机，采用能探测极微小温差的传感器，运用非球面镜头的红外变焦距光学系统模组二次开发优化技术设计，将温差转换成实时视频图像显示出来；所述微波雷达内设置有微波雷达传感器；所述激光摄像机，为采用模组二次开发优化技术的远距离激光摄像机，用于配合热成像摄像机使用。
所述数据处理与监控中心分层分布远程实时监控，通过铁路数据处理专网与所述前端监控连接，并能存储调用。
具体地，前端监控包括多个以阵列布局及组网构成的监控装置，并将其数据传输汇接到服务器，前端监控装置包括：
采用能探测极微小温差的传感器，运用非球面镜头的红外变焦距光学系统模组二次开发优化技术设计的热成像摄像机，将温差转换成实时视频图像显示出来。
基于微波的速度等于光速且方向性很好，微波遇到移动物体立即被反射回来，再被雷达测速计接收原理研发的微波雷达，采用微波雷达传感器及高精度、快速、区域成像算法及分布式成像技术、图像跟踪系统设计等，较好地实现对监控特定区域、特定目标的高精度、快速识别，改善了微波雷达成像性能。
基于激光摄像机视角比较小，监控距离远，采用模组二次开发优化技术的远距离激光摄像机，主要用于配合热成像摄像机使用，以实现远距离监控。
高速数据采集系统，该系统主要有对本系统其他外设或器件直接控制或访问的程序部分及菜单的设计及显示、数据的处理、波形的恢复及平滑等、高速数据记录处理装置(该装置在不改变现有硬件电路的基础上,通过更换容量更大、速度更高的cf卡(cf卡采用闪存(flash)技术，不需要电池来维持其中存储的数据是一种稳定的存储解决方案)可实现存储容量和存取速度的提升)。
所述数据处理与监控中心通过铁路数据处理专网与所述前端监控连接。
进一步的，线接口硬件设计采用数据接口卡或接口控制器形式与各监控子网及各子系统的硬件连接；
总线接口相应的通信控制软件包括：传输层软件和驱动层软件；
通过信息和资源的共享，对监控区域的目标，在应用层上数据互联互通实现功能的综合；
接口控制文件由通过pon技术在监控各区域所配置设备之间互联的接口信号组成。
具体地，对于铁路的道桥区间、桥隧区间、道隧之间的值守巡查一体化控制这种数据量较大、实时性要求较高、网络节点少的系统，在总系统与子系统集成与互联的通信系统应用中的关键技术：
(1)总线接口硬件设计采用数据接口卡或接口控制器形式与各监控子网及各子系统的硬件连接。
(2)总线接口相应的通信控制软件包括：传输层软件和驱动层软件。
通过信息和资源的共享，对监控区域的目标，在应用层上数据互联互通实现功能的综合。
接口控制文件(icd，interfacecontroldocument)由通过pon技术在监控各区域所配置设备之间互联的接口信号组成。
(1)根据监控区域及相应的控制策略和控制目标，编写符合要求的icd文件，确定总线上传输的由周期性数据和随机数据所构成数据流之间的相互关系，高效率的实现功能的综合，有效提升区域监控的性能。
(2)为实现数据传输的实时性及通信总线利用率提高，根据系统监控平台对一个周期内传输的命令和消息队列的控制要求，采用了优化消息队列排序、时间片划分大小周期、平衡总线负载等技术措施。
可选地，所述监控装置还包括三可变镜头；所述三可变镜头分别为光圈、非球面镜片变焦、滤光镜。
具体地，在夜间没有夜天光环境，虽然监控区间目标的辐射很弱，仍然受到背景光的照射，而热成像摄像机能利用物体反射和发射热辐射显示出黑暗中的景物。
在受雨、雾、霾和冰、尘、烟以及大气气溶胶等环境，由于存在光的散射，导致光传输衰减，使观察仪器的有效视距变近。热成像系统能透过雨、薄雾和环境烟尘，可观察数公里以外的目标。但是，热成像系统在浓雾中探测距离迅速下降，尚不能实现全天候监控观察。
由于微波雷达测量不受雨雾的影响，虽其空间分辨率远低于光学成像仪器，但配合运用在恶劣气象环境条件，将其作为实现对轨道区间实施全天候观察监视与监控的标配。
由于高铁动车及其轨道区间不可避免地要以电磁辐射、机械振动、扬尘、排气等方式向外界散发能量，且电磁辐射能量分布于很宽的频带之中。其中，红外光波的比例最大，可见光波和微波的比例较小，用仪器探测和比较来自目标和背景的红外光波并分析其特征，是远距离监控观察目标的常用方法。本实施例中的近红外光电采集部件，探测并实现轨道区间防护隔离栏及周边的防护告警。因为监控所用雷达在特定区域存在观察盲区，所以，只有利用光电高速数据采集系统作为雷达监控观察盲区的补充。
可选地，所述数据处理与监控中心分层分布，包括一级数据处理与监控中心200、二级数据处理与监控中心300以及三级数据处理与监控中心400；
所述一级数据处理与监控中心200与所述二级数据处理与监控中心300连接；
所述二级数据处理与监控中心300与所述三级数据处理与监控中心400连接。
可选地，所述一级数据处理与监控中心为重点轨道线路区间监控值班中心；
所述二级数据处理与监控中心为重点道桥隧区段监控值班中心；
所述三级数据处理与监控中心为重点现场监控值班中心，用于实现对所监控区域各阵列组网数据处理与数据传输；
其中，所述三级数据处理与监控中心，用于监测和控制道桥隧轨路高平顺、高精度、高稳定性指标、道桥轨沉降及指标、周边地形地质环境监控及指标。
具体地，本实施例基于模组二次开发优化技术的前端监控，采用阵列布局、数据组网与数据处理，并由此构成三级监控中心，其中，一级为重点轨道线路(路段)区间监控值班中心；二级为重点道(轨)桥隧(道)区段监控值班中心；三级为重点现场(重点监控道桥轨平顺及指标、道桥轨沉降及指标、周边地形地质环境监控及指标)监控值班中心，实现对所监控区域各阵列组网数据处理与数据传输。
数据组网所采用的通信子系统具有以下特点：
(1)能有效实现各前端监控组网及其所构成的通信子系统既相对独立地工作，又保证子系统之间的数据传输，具备并能较好满足特定的通信特性；
(2)通信系统具有较高的可靠性和很好的实时性，通过对应用软件结构优化，使其尽可能透明且易于修改，并使其占用主机的时间尽可能少，抗干扰能力提升等特点。
进一步的，重点监控道桥轨道平顺度检测
轨道平顺度是指，两根钢轨在水平和竖直方向与钢轨安装标准位置的尺寸偏差。轨道平顺是外部激扰运行列车、并使机车车辆运行振动的主因。
对区间轨道的长波(沿轨道100米区间为一个监控区段)不平顺采用激光准直技术，并配合该区域所安装的昼夜高清摄像装置，实现对所监控区域的各种状况的监控防范及联动预警。
区间轨道的短波(沿轨道1米区段为一个监控点)不平顺采用与道桥轨(特别是轨道在道与桥断点结合部)沉降检测配合的检测控制技术，并配合该区域所安装的昼夜高清摄像装置，实现对所监控区域的各种状况的监控防范及联动预警。
周边地形地质环境灾害与危害监控，通过对所监控区域按阵列布局埋设相应的运用二次开发技术的位置位移传感器----激光位敏传感器，通过与所设置在区间轨道的基准信标点来测量所监控的区间轨道的相对位移和转角。
(1)结合高精度激光电子倾角测量装置的研发，并由传感器的阵列布局构建数据处理网络系统，该系统运用数据处理与组网技术，实现对轨道平顺参数的网络化监测。具体为，采取与建立在所监控区间的轨道基准信标点逐步校核传递方法，通过为消除测量过程中振动等因素的干扰，对数据采取自动控制技术和中值滤波技术，对所监控区间的轨道的平顺度(包括水平位移、垂直沉降、切向位移、倾斜等)参数的连续监测与监控。使监控区间的轨道平顺度的系统测量精度≤0.2mm。为区间的轨道平顺度等安全监测的多级化监控管理提供了监测手段。
(2)对轨道区间落(滚)石防护与监控，采取在防护栏安装位置振动与冲击传感器。通过以上按阵列布局的各型各式传感器，并配合该区域所安装的昼夜高清摄像装置及数据传输网络，实现在监控中心对所监控区域的各种状态(正常与非正常)及状况(通常状况、非正常状况)的监控防范及联动预警。
所述数据处理及监控中心，通过铁路数据处理专网将所述各监控区域前端监控及各型各式传感器装置连接，并实现互联互通。
可选地，所述一级数据处理与监控中心200包括：第一服务器组210、网络数据存储云220、第一操作终端组230；
所述第一服务器组210通过所述铁路数据处理专网接收所述数据接入服务器的数据；
所述网络数据存储云220与所述第一服务器组210连接；
所述第一操作终端组230与所述网络数据存储云220连接。
可选地，所述一级数据处理与监控中心200还包括防火墙240，与所述网络数据存储云220连接；通过设置防火墙，确保了网络数据存储云220的安全。
可选地，所述二级数据处理与监控中心300包括：第二服务器组310、第二操作终端组320以及第一显示屏组330；
所述第二服务器300通过铁路数据处理与监控专网接收所述一级数据处理与监控中心200的数据；
所述第二操作终端组320与所述第二服务器组310连接；
所述第一显示屏组330与所述第二操作终端组320连接。
可选地，所述三级数据处理与监控中心400包括：第三服务器组410、第三操作终端组420以及第二显示屏组430；
所述第三服务器组410通过铁路数据处理与监控专网接收所述二级数据处理与监控中心的数据；
所述第三操作终端组420与所述第三服务器组410连接；
所述第二显示屏组430与所述第三操作终端组420连接。
可选地，所述第一服务器组210包括：gis服务器、流媒体服务器以及管控服务器。
具体地，gis服务器又称gis数据采集器，采用的是工业级一体化集成设计，其集gps、windows系统、数码相机、麦克风、3g通信、蓝牙通讯、海量存储、usb/rs232端口、sd卡扩展等多种功能于一身。
可选地，所述第一显示屏组、第二显示屏组均包括多个显示屏，并采用液晶显示屏。
可选地，所述第一操作终端组、第二操作终端组以及第三操作终端均包括多个操作终端。
具体地，gis服务器又称gis数据采集器，采用的是工业级一体化集成设计，其集gps、windows系统、数码相机、麦克风、3g通信、蓝牙通讯、海量存储、usb/rs232端口、sd卡扩展等多种功能于一身。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种铁路轨道区间值守巡查告警系统，白天能识别20km远的5mx5m的目标；夜间能看清亮化(或适当补光)轨道区间的防护隔离栏、烟尘。近红外加两次处理能穿透薄雾，观察距离提高到1.5～2倍，图像色彩清晰，可分清5km的牵引网支柱上的编号、人的男女和衣服颜色。采用与众不同的三可变镜头(光圈、非球面镜片变焦、滤光镜)，实现彩色和近红外分开使用，并采用更合理的焦距和变倍比，运用自行研制的彩色电子实时处理关键技术，获得了成本可控的宽范围使用。
光电转换能在传感器探测到的能量源信息中识别并主动跟踪大多数监控区域可能出现的目标。并在监控应用中改善系统识别特征目标与虚警的性能，降低该系统的虚警率。
本发明提供的一种铁路轨道区间值守巡查告警系统，通过研发大量采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，实现采用开发出能对复杂背景环境下的运动目标连续追踪扫描并采取拉近变倍放大操作进行自动的图像识别、跟踪与锁定，根据监控区域景物变化与自动变焦调整的状态下，及时得到对所监控区域的全方位清晰的无盲点图像。
基于以上技术的开发，使该系统实现在阵列布局的前端监控与传感器等所探测到的能量源信息中识别并主动跟踪大多数监控区域可能出现的跟踪目标大小、目标放大控制、目标丢失动作、等待时间、速度以及相关报警联动。并在对铁路轨道区域监控应用中利用高速dsp芯片在前一帧图像和当前的图像进行差分计算，改善系统识别特征目标灵敏度及虚警的性能，降低该系统的虚警率。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。