高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统与方法

本发明涉及一种状态温度与视频的叠加系统与方法，尤其适用于高铁上使用的一种高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统与方法。

背景技术：

中国高铁是我国交通运输业的重要组成部分，并且高铁对中国工业化和城镇化的发展起到了非常重要的促进作用，并且代表我国先进的科技水平。

高速铁路要求线路具有高平顺性、高精度、维修少和小残变等特点，而温度作用是影响高速铁路箱梁－轨道系统高平顺性与稳定性的主要因素之一。基础设施温度是决定无缝线路稳定性的重要因素，将快速行驶的高铁实时视频数据和基础设施温度参数进行画面叠加并实时显示，可对运营养护单位提供更为便利和有效的设备监控手段，具有较为现实的应用意义。因此我们需要一种高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加方法。

在专利cn201657208u一种新型视频防伪电路板中，视频信未经过放大缓冲处理，视频信号会被外界环境干扰，并存在较大阻抗导致视频信号不稳定，很难形成稳定的叠加视频字符信号，另一方面叠加后的视频字符信号有两个传输方向，大大影响了传输的效率和安全性；在专利cn110445995a一种无人机视频叠加系统中，主要采用软件叠加系统，并且视频字符叠加模块的字符库一般只能识别ascii码，该专利并没有将要转换的字符信息转换成ascii码值，另一方面使用软件叠加，虽然节省了空间，但对主机的运行速度要求比较高，一旦程序运行中出现错误会很难发现错误，并且修复过程会影响列车的行驶安全性，远不如硬件系统与程序结合的安全性和适应性高。

技术实现要素：

针对上述技术的不足之处，提供一种传输信号稳定、传输效率高、可靠性和适应性高的高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统与方法。

为实现上述技术目的，本发明的高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统，包括高铁行驶的实时监控摄像头、视频放大缓冲电路、梁温传感器、轨温传感器、无线接收主机、开关信号发生器、同步信号分离电路、字符存储模块、视频字符叠加模块和显示模块；其中高铁行驶的实时监控摄像头设置在高铁车头上，用以收集高铁固定车身所在位置信息。高铁行驶的实时监控摄像头的视频信号通过视频放大缓冲电路与视频字符叠加模块接收端连接，高铁行驶的实时监控摄像头一路实时监控视频的模拟视频信号通过同步信号分离电路分离出场同步信号和行同步信号，其中行同步信号直接与视频字符叠加模块接收端连接，场同步信号通过开关信号发生器与视频字符叠加模块接收端连接；所述无线接收主机通过字符存储模块与视频字符叠加模块相连接，所述梁温传感器设置在列车车头处并且只设一处，所述轨温传感器设置在高铁列车经过的多处轨道梁上，梁温传感器和轨温传感器分别通过无线信号与无线接收主机相连接，并将梁温信号和轨温信号通过无线信号发送给视频字符叠加模块，视频字符叠加模块将梁温信号和轨温信号通过字符的形式叠加在高铁行驶的实时监控摄像头的视频中输出在显示模块上显示；高铁行驶的实时监控摄像头一路实时监控视频通过同步信号分离电路分离出场同步信号和行同步信号，场同步信号确定一场的开始，行同步信号确定一行的开始。

一种使用权高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统的叠加方法，包括：使用梁温传感器、轨温传感器和高铁行驶的实时监控摄像头分别监控轨温梁温及实时环境变化，梁温传感器设置在列车车头处并且只设一处，所述轨温传感器设置在高铁列车所必须经过的多处轨道梁上，无线接收主机接收梁温传感器、轨温传感器发来的温度数据信息并传送给字库存储模块进行储存，然后将字库存储模块内的数据发送到视频字符叠加模块与温度数据同步的图像数据进行叠加，同时与视频信息匹配实施更新温度字符，字符存储模块和视频字符叠加模块之间通过串口通讯；使用视频同步信号分离电路把同步信号分离为行同步信号和场同步信号，利用开关信号发生器检测场同步信号从而判断铁行驶的实时监控摄像头通过视频放大缓冲电路向视频字符叠加模块发送放大的视频信号是否正常传输，最后视频字符叠加模块将字符存储模块和视频信号同步发送的数据进行叠加并向视频至显示模块输出叠加后的视频；

具体步骤如下：

步骤a、首先利用梁温传感器、轨温传感器分别实时测量轨温、梁温的温度，并且把温度数据通过无线信号向与视频字符叠加模块连接的无线接收主机进行传输；

步骤b、利用高铁行驶的实时监控摄像头对高铁运行时所到达位置的车头前方环境进行实时监控；

步骤c、无线接收主机将接收温度数据传输给字库存储模块；

步骤d、字库存储模块接收温度数据并进行储存，在fontcreatorprogram程序控制下的徽标字库编辑生成软件的控制下，把提前烧录芯片的字符进行筛选并且填充到字符存储模块的存储芯片中；

步骤e、字库存储模块将筛选出来的字符转化为ascii码后发送给视频字符叠加模块，视频字符叠加模块的字符库将接收到的ascii码转化为字符；

步骤f、同步信号分离电路将来自实时监控摄像头实时监控视频的模拟信号同步信号分离为行同步信号和场同步信号，行同步信号确定实时监控摄像头模拟信号一行的开始，场同步确定实时监控摄像头模拟信号一场的开始；

步骤g、行同步信号直接传输至视频字符叠加模块，场同步信号通过开关信号发生器传输至视频字符叠加模块，若高铁行驶的实时监控摄像头一旦被切断，视频信号同步分离电路则无法检测到视频场同步信号，视频信号同步分离电路将异常信号输送至视频字符叠加模块并停止字符与视频的叠加工作，同时发出报警信息，直到异常被处理后系统才开始继续正常工作；

步骤h、同时视频信号经过放大缓冲电路，用于信号前后级输入输出阻抗匹配的放大器，起到阻抗匹配的作用，减小信号失真、抗干扰。视频信号之后传送至视频字符叠加模块；

步骤i、在视频字符叠加模块把温度字符与经过视频放大缓冲电路处理过的视频信息在视频字符叠加模块中进行实时叠加，最后将叠加了温度字符的视频输入至显示模块显示。

所述字库存储模块为md27c512芯片，字库存储模块接收温度数据并进行储存，在字库编辑生成软件的控制下，把提前烧录芯片的字符进行筛选填充，并且把字符信息转化为ascii码值。

梁温传感器、轨温传感器的型号均为sd123t20温湿度智能无线传感器，配合fsk433mhz无线传输，方便静止固定在列车车头处的轨温传感器和固定在各处轨道梁上的梁温传感器把温度信息传输至移动到该位置轨道或轨道梁处的无线接收主机-。

无线接收主机-采用dts500型号主机，其置于快速移动的高铁之上，接收来自无线温度传感器的温度信息，并且连接字库存储模块，把温度信息以有线的形式传输给字库存储模块。

所述同步信号分离电路采用型号为lm1881n的智能视频分离芯片，使用视频同步信号分离电路把同步信号分离为行同步信号和场同步信号，行同步信号确定一行的开始，场同步确定一场的开始。

所述视频放大缓冲电路采用型号为ad812an的芯片，用于信号前后级输入输出阻抗匹配的放大器，起到阻抗匹配的作用，减小信号失真、抗干扰。

所述开关信号发生器，用于检测视频信号是否正常传输，当实时监控摄像头一旦被切断，视频信号同步分离电路会检测不到视频场同步信号，将此信号输送至视频叠加模块并停止字符与视频的叠加，同时发出报警信息，并且当异常被处理后则继续正常工作。

由于视频字符叠加模块的字符库只能识别ascii码，因此须将要转换的字符信息转换成ascii码值，通过visualbasi语言完成字符存储模块和视频字符叠加模块间的串口通讯。

所述字库存储模块，将无线接收主机所接受的温度数据来控制字符的显示，并与处理过的视频信号、行同步信号和场同步信号在视频字符叠加模块上进行图像与字符的实时叠加，其中，在视频字符叠加模块的叠加主程序中判断flag1＝＝1？，sen指示灯亮，表示是否从无线接收机接收到数据，利用定时器进行10ms中断，在定时器中断中查询字符存储模块是否有接收事件，若接收到数据，接收标志flag1＝1并且run灯亮，并将接收到的数据记录下来，并显示要叠加的字符；之后若字符叠加成功，则flag＝1并且run指示灯常亮，否则flag1＝＝0？字符与视频叠加失败，run指示灯不亮；并且最后把叠加后的信号传输给显示模块，协助高铁工作人员更好地管理高铁的安全行驶。

有益效果：使用无线温度传感器测量高速铁路上的梁温和轨温，使用监控摄像头对高铁环境进行实时监测；利用无线接收主机温度信号，并且把温度信号输入字库存储模块，将要转换的字符信息转换成ascii码值，因为视频字符叠加模块的字符库只能识别ascii码，字符存储模块和字符存储模块间通过串口通讯，将不同的命令封装成带参子函数，调用子函数大大缩减了代码的重复量，降低了编写难度；利用分离电路来把一路模拟视频信号进行分离成场同步信号和行同步信号来控制命令的开始和中断，同时把一路模拟视频信号经过视频信号放大缓冲电路来获得稳定视频信号；利用视频字符叠加模块把处理过的视频信号和代表温度变化的字符进行叠加，来获得视频字符叠加信号，并传输给显示模块。摄像头传输的模拟视频信号通过视频放大缓冲电路减小了视频信号的失真和阻抗，提高了传输效率，保证了该方法的可靠性和高适应性。

本发明采用硬件字符叠加的实现方式,对系统整体的硬件要求不高,网络布线简单,安装简便，成本低，处理速度快，可靠性高,使用方便,易于管理,显示内容和控制设置修改方便；在快速行驶的列车上，实施价格低廉,效果较好,使用场合要求宽松，一条通路使用一套电路板,互不影响。

附图说明

图1为本发明的高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加方法流程图。

图2为本发明中字符叠加模块程序流程图。

图3为本发明的高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统的结构框图。

图中：1-实时监控摄像头；2-视频放大缓冲电路；3-梁温传感器；4-轨温传感器；5-无线接收主机；6-开关信号发生器；7-同步信号分离电路；8-字符存储模块；9-视频字符叠加模块；10-显示模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：

如图3所示，本发明的高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统，包括高铁行驶的实时监控摄像头1、视频放大缓冲电路2、梁温传感器3、轨温传感器4、无线接收主机5、开关信号发生器6、同步信号分离电路7、字符存储模块8、视频字符叠加模块9和显示模块10；其中高铁行驶的实时监控摄像头1设置在高铁车头上，用以收集高铁固定车身所在位置信息。高铁行驶的实时监控摄像头1的视频信号通过视频放大缓冲电路2与视频字符叠加模块9接收端连接，高铁行驶的实时监控摄像头1一路实时监控视频的模拟视频信号通过同步信号分离电路7分离出场同步信号和行同步信号，其中行同步信号直接与视频字符叠加模块9接收端连接，场同步信号通过开关信号发生器6与视频字符叠加模块9接收端连接；所述无线接收主机5通过字符存储模块8与视频字符叠加模块9相连接，所述梁温传感器3设置在列车车头处并且只设一处，所述轨温传感器4设置在高铁列车经过的多处轨道梁上，梁温传感器3和轨温传感器4分别通过无线信号与无线接收主机5相连接，并将梁温信号和轨温信号通过无线信号发送给视频字符叠加模块9，视频字符叠加模块9将梁温信号和轨温信号通过字符的形式叠加在高铁行驶的实时监控摄像头1的视频中输出在显示模块10上显示；高铁行驶的实时监控摄像头1一路实时监控视频通过同步信号分离电路7分离出场同步信号和行同步信号，场同步信号确定一场的开始，行同步信号确定一行的开始。

所述字库存储模块8为md27c512芯片，字库存储模块8接收温度数据并进行储存，在字库编辑生成软件的控制下，把提前烧录芯片的字符进行筛选填充，并且把字符信息转化为ascii码值。梁温传感器3、轨温传感器4的型号均为sd123-t20温湿度智能无线传感器，配合fsk433mhz无线传输，方便静止固定在列车车头处的轨温传感器4和固定在各处轨道梁上的梁温传感器3把温度信息传输至移动到该位置轨道或轨道梁处的无线接收主机5。无线接收主机5采用dts500型号主机，其置于快速移动的高铁之上，接收来自梁温传感器3、轨温传感器4的温度信息，并且连接字库存储模块8，把温度信息以有线的形式传输给字库存储模块。所述同步信号分离电路7采用型号为lm1881n的智能视频分离芯片，使用视频同步信号分离电路7把同步信号分离为行同步信号和场同步信号，行同步信号确定一行的开始，场同步确定一场的开始。所述视频放大缓冲电路2的型号为ad812an的芯片，用于信号前后级输入输出阻抗匹配的放大器，起到阻抗匹配的作用，减小信号失真、抗干扰。所述开关信号发生器6，用于检测视频信号是否正常传输，当实时监控摄像头1一旦被切断，视频信号同步分离电路会检测不到视频场同步信号，将此信号输送至视频叠加模块9并停止字符与视频的叠加，同时发出报警信息，并且当异常被处理后则继续正常工作。所述视频字符叠加模块9的字符库只能识别ascii码，因此须将要转换的字符信息转换成ascii码值，通过visualbasi语言完成字符存储模块8和视频字符叠加模块9间的串口通讯。

如图1所示，一种高速铁路轨温、梁温状态温度与视频的叠加系统的叠加方法，其步骤为：使用梁温传感器3、轨温传感器4和高铁行驶的实时监控摄像头1分别监控轨温梁温及实时环境变化，梁温传感器3设置在列车车头处并且只设一处，所述轨温传感器4设置在高铁列车所必须经过的多处轨道梁上，无线接收主机5接收梁温传感器3、轨温传感器4发来的温度数据信息并传送给字库存储模块8进行储存，然后将字库存储模块8内的数据发送到视频字符叠加模块9与温度数据同步的图像数据进行叠加，同时与视频信息匹配实施更新温度字符，字符存储模块8和视频字符叠加模块9之间通过串口通讯；使用视频同步信号分离电路7把同步信号分离为行同步信号和场同步信号，利用开关信号发生器6检测场同步信号从而判断铁行驶的实时监控摄像头1通过视频放大缓冲电路2向视频字符叠加模块9发送放大的视频信号是否正常传输，最后视频字符叠加模块9将字符存储模块8和视频信号同步发送的数据进行叠加并向视频至显示模块10输出叠加后的视频；

具体步骤如下：

步骤a、首先利用梁温传感器3、轨温传感器4分别实时测量轨温、梁温的温度，并且把温度数据通过无线信号向与视频字符叠加模块9连接的无线接收主机5进行传输；

步骤b、利用高铁行驶的实时监控摄像头1对高铁运行时所到达位置的车头前方环境进行实时监控；

步骤c、无线接收主机5将接收温度数据传输给字库存储模块8；

步骤d、字库存储模块8接收温度数据并进行储存，在fontcreatorprogram程序控制下的徽标字库编辑生成软件的控制下，把提前烧录芯片的字符进行筛选并且填充到字符存储模块8的存储芯片中；

步骤e、字库存储模块8将筛选出来的字符转化为ascii码后发送给视频字符叠加模块9，视频字符叠加模块9的字符库将接收到的ascii码转化为字符；

步骤f、同步信号分离电路7将来自实时监控摄像头1实时监控视频的模拟信号同步信号分离为行同步信号和场同步信号，行同步信号确定实时监控摄像头1模拟信号一行的开始，场同步确定实时监控摄像头1模拟信号一场的开始；

步骤g、行同步信号直接传输至视频字符叠加模块9，场同步信号通过开关信号发生器6传输至视频字符叠加模块9，若高铁行驶的实时监控摄像头1一旦被切断，视频信号同步分离电路7则无法检测到视频场同步信号，视频信号同步分离电路7将异常信号输送至视频字符叠加模块9并停止字符与视频的叠加工作，同时发出报警信息，直到异常被处理后系统才开始继续正常工作；

步骤h、同时视频信号经过放大缓冲电路2，用于信号前后级输入输出阻抗匹配的放大器，起到阻抗匹配的作用，减小信号失真、抗干扰。视频信号之后传送至视频字符叠加模块9；

步骤i、在视频字符叠加模块9把温度字符与经过视频放大缓冲电路2处理过的视频信息在视频字符叠加模块9中进行实时叠加，最后将叠加了温度字符的视频输入至显示模块10显示。

如图2所示，所述字库存储模块8，将无线接收主机5所接受的温度数据来控制字符的显示，并与处理过的视频信号、行同步信号和场同步信号在视频字符叠加模块9上利用c语言程序进行实时叠加，在视频字符叠加模块9的叠加主程序中判断flag1＝＝1？，sen指示灯亮，表示是否从上位机接收到数据，等待定时器10ms中断的到来，在定时器中断中查询串口接收事件，若接收到数据，接收标志flag1＝1并且run灯亮，并将接收到的数据记录下来，在程序的控制下显示要叠加的字符。若字符叠加成功，则flag＝1并且run指示灯常亮，否则flag1＝＝0？字符与视频叠加失败，run指示灯不亮。并且最后把叠加后的信号传输给显示模块10，协助高铁工作人员更好地管理高铁的安全行驶。