一种轨道交通远程监测系统的制作方法

本发明涉及交通测试领域，尤其涉及一种轨道交通远程监测系统。

背景技术

随着社会与经济的快速发展，轨道交通安全问题也日益严重，机车在预定轨道行驶，而经常会有落石、人员、动物等出现在机车行驶轨道内，上述情况会造成机车行驶安全隐患，而机车的行驶速度较快，单靠人眼睛识别机车行驶前方轨道是否存在安全隐患，则机车难以及时制动，容易造成机车出现事故，因此对机车在行驶中的过程检测成为解决机车行驶安全迫切需要解决的问题。

城市轨道交通建设正处于高速发展期，城市轨道交通是绿色出行的主要方式，同时也是解决大中城市交通拥堵的有效方法。在轨道交通系统中，轨道状态的变化是影响乘客的舒适度的重要因素，并且如果形态变化超出标准将导致列车的卡道和脱轨，可能会造成严重的生命财产损失。因此，检测轨道线路状态的变形情况已成为轨道运营部门必须随时掌握的重要内容。传统的检测手段由于耗时耗力、精度低等原因已经无法满足目前轨道状态检测的需求；采用新方法、新技术实现对轨道状态进行自动化、高速准确检测和实时监控，指导维修作业，对保障列车安全运行具有重大意义。

国外从事轨道状态检测方面的研究已有百余年的发展历史，到目前为止，他们已拥有成熟的检测技术，并开发了多种类型的检测产品，并取得了良好的经济效益。国内开展轨道状态检测的研究起步较晚，目前使用的轨检车主要进口自国外。我国轨检状态检测的手段及装置还存在一定问题，目前对机车在行驶过程中的速度检测主要是根据速度传感器进行，将速度传感器安装于机车上，以此测试机车的速度，但是，这仅仅是对机车的速度进行检测，而机车出现安全隐患往往不是因为速度问题，而是因为机车行驶的轨道出现质量问题，也就是说，在某段铁路轨道上运行的机车并不是以某一恒定的速度行驶就可以避免安全事故。

技术实现要素：

因此，为了克服上述问题，本发明提供一种轨道交通远程监测系统，利用机车行驶智能监测模块、振动传感器、图像采集单元、电流传感器、电压传感器、无线通讯单元以及移动用户端，对机车前方的环境信息、机车行驶过程中轨道的振动信号以及对机车内车载设备lkj、tax以及lais的电压信号和电流信号进行监测，以保障机车行驶安全。

根据本发明的一种轨道交通远程监测系统，其包括机车行驶智能监测模块、振动传感器、图像采集单元、电流传感器、电压传感器、无线通讯单元以及移动用户端；

其中，振动传感器的输出端、图像采集单元的输出端、电流传感器的输出端以及电压传感器的输出端均与机车行驶智能监测模块的输入端连接，无线通讯单元的输入端与机车行驶智能监测模块的输出端连接，无线通讯单元的输出端与移动用户端的输入端连接；

振动传感器安装在轨道的两侧，图像采集单元安装在机车前端，图像采集单元用于采集机车前端的图像信息，电流传感器和电压传感器用于采集车载设备lkj、tax以及lais的电流信号和电压信号。

优选的是，机车行驶智能监测模块包括中央处理单元、无线传输单元、图像处理单元、第一信号处理器、第二信号处理器、显示单元以及存储单元；

其中，显示单元的输入端、存储单元的输入端以及无线通讯单元的输入端均与中央处理单元的输出端连接，无线通讯单元的输出端与移动用户端的输入端连接，无线传输单元的输出端、图像处理单元的输出端、第一信号处理器的输出端以及第二信号处理器的输出端均与中央处理单元的输入端连接，振动传感器的输出端与无线传输单元的输入端连接，图像采集单元与图像处理单元的输入端连接，电流传感器的输出端与第一信号处理器的输入端连接，电压传感器的输出端与第二信号处理器的输入端连接。

优选的是，电流传感器将采集到的电流信号i0传输至第一信号处理器，经过第一信号处理器处理后的电压信号为v1，第一信号处理器包括电阻r1-r9，电容c1-c2以及集成运放a1-a2；

其中，电阻r1的一端与电流传感器的输出端连接，电阻r1的另一端与集成运放a1的反相输入端连接，电阻r1的另一端还与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与集成运放a1的输出端连接，电阻r2的一端接地，电阻r2的另一端与集成运放a1的同相输入端连接，电阻r2的另一端还与电阻r5的一端连接，电阻r5的一端还与电阻r4的一端连接，电阻r5的另一端接地，电阻r4的另一端与集成运放a1的输出端连接，电阻r6的一端与集成运放a1的输出端连接，电阻r6的另一端与电容c1的一端连接，电阻r6的另一端还与电容c2的一端连接，电容c1的另一端接地，电容c2的另一端与集成运放a2的反相输入端连接，电阻r9的一端与集成运放a2的反相输入端连接，电阻r9的另一端与集成运放a2的输出端连接，电阻r8的一端与集成运放a2的同相输入端连接，电阻r8的另一端接地，电阻r7的一端与电容c2的一端连接，电阻r7的另一端与集成运放a2的输出端连接。

优选的是，电压传感器将采集到的电压信号v2传输至第二信号处理器，经过第二信号处理器处理后的电压信号为v3，第二信号处理器包括电阻r10-r20，电容c3-c4以及集成运放a3-a4；

其中，电阻r10的一端与电压传感器的输出端连接，电阻r10的另一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r10的另一端与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端与电阻r12的一端连接，电阻r11的另一端还与电阻r13的一端连接，电阻r13的另一端接地，电阻r12的另一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r14的一端接地，电阻r14的另一端与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r14的另一端还与电阻r16的一端连接，电阻r16的另一端还与集成运放a3的输出端连接，电阻r14的另一端还与电阻r17的一端连接，电阻r17的一端还与电阻r16的一端连接，电阻r17的另一端接地，电阻r15的一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r15的另一端与电阻r18的一端连接，电阻r18的一端还与电容c3的一端连接，电容c3的另一端接地，电阻r18的另一端与集成运放a4的反相输入端连接，电阻r18的另一端还与电容c4的一端连接，电容c4的另一端与集成运放a4的输出端连接，电阻r15的另一端、电阻r18的一端以及电容c3的一端均与电阻r19连接，电阻r19的另一端与集成运放a4的输出端连接，电阻r20的一端与集成运放a4的同相输入端连接，电阻r20的另一端接地。

优选的是，图像处理单元包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；

其中，图像采集单元的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像去噪模块的输入端连接，图像去噪模块的输出端与中央处理单元的输入端连接。

优选的是，振动传感器安装在轨道的两侧，用于采集轨道的振动信号，并将采集到的振动信号通过无线传输单元传输至中央处理单元，中央处理单元将接收到的振动信号传输至显示单元进行显示，中央处理单元将接收到的振动信号传输至存储单元进行存储，中央处理单元将接收到的振动信号通过无线通讯单元传输至移动用户端；电流传感器和电压传感器用于采集车载设备lkj、tax以及lais的电流信号和电压信号，并将采集到的电流信号和电压信号分别传输至第一信号处理器和第二信号处理器，第一信号处理器和第二信号处理器将经过处理后的电流信号和电压信号传输至中央处理单元，中央处理单元将接收到的电流信号和电压信号传输至显示单元进行显示，中央处理单元将接收到的电流信号和电压信号传输至存储单元进行存储，中央处理单元将接收到的电流信号和电压信号通过无线通讯单元传输至移动用户端；图像采集单元安装在机车前端，图像采集单元用于采集机车前端的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理单元，图像处理单元将经过图像处理后的图像信息传输至中央处理单元，中央处理单元将接收到的图像信息传输至显示单元进行显示，中央处理单元将接收到的图像信息传输至存储单元进行存储，中央处理单元将接收到的图像信息通过无线通讯单元传输至移动用户端。

优选的是，将图像采集单元采集的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像增强模块对图像f(x,y)进行图像增强处理，经过图像增强处理后的图像为g(x,y)，其中，

。

优选的是，图像平滑模块对图像增强模块处理后的图像g(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像为p(x,y)，其中，

。

优选的是，图像去噪模块对图像平滑模块处理后的图像p(x,y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像为s(x,y)，其中，对图像s(x,y)进行预处理后的图像为q(x,y)，

；

；

图像去噪模块将经过图像去噪处理后的图像s(x,y)传输至中央处理单元。

优选的是，图像采集单元为ccd图像传感器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的轨道交通远程监测系统，图像处理单元对图像采集单元采集的图像依次进行图像增强、图像平滑和图像去噪处理，可高效、快速的提取图像采集单元的图像信息，可提高对机车前方轨道的图像信息的辨识精度，有效地减少误判情况发生；

（2）本发明提供的轨道交通远程监测系统，利用机车行驶智能监测模块、振动传感器、图像采集单元、电流传感器、电压传感器、无线通讯单元以及移动用户端，对机车前方的环境信息、机车行驶过程中轨道的振动信号以及对机车内车载设备lkj、tax以及lais的电压信号和电流信号进行监测，以保障机车行驶安全。

附图说明

图1为本发明的轨道交通的示意图。

图2为本发明的轨道交通远程监测系统的示意图；

图3为本发明的第一信号处理器的电路图；

图4为本发明的第二信号处理器的电路图；

图5为本发明的图像处理单元的示意图。

附图标记：

1-中央处理单元；2-振动传感器；3-无线传输单元；4-图像采集单元；5-图像处理单元；6-电流传感器；7-第一信号处理器；8-电压传感器；9-第二信号处理器；10-显示单元；11-存储单元；12-无线通讯单元；13-移动用户端；14-轨道；15-机车。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的轨道交通远程监测系统进行详细说明。

如图1-2所示，本发明提供的轨道交通远程监测系统包括机车行驶智能监测模块、振动传感器2、图像采集单元4、电流传感器6、电压传感器8、无线通讯单元12以及移动用户端13；

其中，振动传感器2的输出端、图像采集单元4的输出端、电流传感器6的输出端以及电压传感器8的输出端均与机车行驶智能监测模块的输入端连接，无线通讯单元12的输入端与机车行驶智能监测模块的输出端连接，无线通讯单元12的输出端与移动用户端13的输入端连接；

振动传感器2安装在轨道14的两侧，图像采集单元4安装在机车15前端，图像采集单元4用于采集机车15前端的图像信息，电流传感器6和电压传感器8用于采集车载设备lkj、tax以及lais的电流信号和电压信号。

上述实施方式中，利用机车行驶智能监测模块、振动传感器2、图像采集单元4、电流传感器6、电压传感器8、无线通讯单元12以及移动用户端13，对机车前方的环境信息、机车行驶过程中轨道的振动信号以及对机车内车载设备lkj、tax以及lais的电压信号和电流信号进行监测，以保障机车15行驶安全。

其中，机车行驶智能监测模块包括中央处理单元1、无线传输单元3、图像处理单元5、第一信号处理器7、第二信号处理器9、显示单元10以及存储单元11；

其中，显示单元10的输入端、存储单元11的输入端以及无线通讯单元12的输入端均与中央处理单元1的输出端连接，无线通讯单元12的输出端与移动用户端13的输入端连接，无线传输单元3的输出端、图像处理单元5的输出端、第一信号处理器7的输出端以及第二信号处理器9的输出端均与中央处理单元1的输入端连接，振动传感器2的输出端与无线传输单元3的输入端连接，图像采集单元4与图像处理单元5的输入端连接，电流传感器6的输出端与第一信号处理器7的输入端连接，电压传感器8的输出端与第二信号处理器9的输入端连接。

上述实施方式中，显示单元10和存储单元11均设置于机车15监控室内，显示单元10具体为一液晶显示器，存储单元11还包括一usb端口，工作人员能够通过usb端口读取存储单元11内存储的数据，移动用户端13可以为手机或平板电脑等移动电子设备，便于工作人员随身携带。

第一信号处理器7将电流信号传输中央处理单元1的a/d端口，第一信号处理器9将电流信号传输中央处理单元1的a/d端口。

作为上述的进一步优先，如图3所示，电流传感器6将采集到的电流信号i0传输至第一信号处理器7，经过第一信号处理器7处理后的电压信号为v1，第一信号处理器7包括电阻r1-r9，电容c1-c2以及集成运放a1-a2；

其中，电阻r1的一端与电流传感器6的输出端连接，电阻r1的另一端与集成运放a1的反相输入端连接，电阻r1的另一端还与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与集成运放a1的输出端连接，电阻r2的一端接地，电阻r2的另一端与集成运放a1的同相输入端连接，电阻r2的另一端还与电阻r5的一端连接，电阻r5的一端还与电阻r4的一端连接，电阻r5的另一端接地，电阻r4的另一端与集成运放a1的输出端连接，电阻r6的一端与集成运放a1的输出端连接，电阻r6的另一端与电容c1的一端连接，电阻r6的另一端还与电容c2的一端连接，电容c1的另一端接地，电容c2的另一端与集成运放a2的反相输入端连接，电阻r9的一端与集成运放a2的反相输入端连接，电阻r9的另一端与集成运放a2的输出端连接，电阻r8的一端与集成运放a2的同相输入端连接，电阻r8的另一端接地，电阻r7的一端与电容c2的一端连接，电阻r7的另一端与集成运放a2的输出端连接。

上述实施方式中，电阻r1的阻值为1kω，电阻r2的阻值为10kω，电阻r3的阻值为15kω，电阻r4的阻值为4kω，电阻r5的阻值为6kω，电阻r6的阻值为10kω，电阻r7的阻值为15kω，电阻r8的阻值为5kω，电阻r9的阻值为10kω，电容c1的电容值为1μf，电容c2的电容值为0.1μf。

第一信号处理器7通过电阻r1-r5以及集成运放a1对电流传感器6输出的信号进行放大处理，然后再使用电阻r6-r9，电容c1-c2以及集成运放a2对经过放大后的电压信号进行滤波处理，从而提高了电流检测的精度。

作为上述的进一步优先，如图4所示，电压传感器8将采集到的电压信号v2传输至第二信号处理器9，经过第二信号处理器9处理后的电压信号为v3，第二信号处理器9包括电阻r10-r20，电容c3-c4以及集成运放a3-a4；

其中，电阻r10的一端与电压传感器8的输出端连接，电阻r10的另一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r10的另一端与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端与电阻r12的一端连接，电阻r11的另一端还与电阻r13的一端连接，电阻r13的另一端接地，电阻r12的另一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r14的一端接地，电阻r14的另一端与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r14的另一端还与电阻r16的一端连接，电阻r16的另一端还与集成运放a3的输出端连接，电阻r14的另一端还与电阻r17的一端连接，电阻r17的一端还与电阻r16的一端连接，电阻r17的另一端接地，电阻r15的一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r15的另一端与电阻r18的一端连接，电阻r18的一端还与电容c3的一端连接，电容c3的另一端接地，电阻r18的另一端与集成运放a4的反相输入端连接，电阻r18的另一端还与电容c4的一端连接，电容c4的另一端与集成运放a4的输出端连接，电阻r15的另一端、电阻r18的一端以及电容c3的一端均与电阻r19连接，电阻r19的另一端与集成运放a4的输出端连接，电阻r20的一端与集成运放a4的同相输入端连接，电阻r20的另一端接地。

上述实施方式中，电阻r10的阻值为2kω，电阻r11的阻值为12kω，电阻r12的阻值为12kω，电阻r13的阻值为15kω，电阻r14的阻值为4kω，电阻r15的阻值为16kω，电阻r16的阻值为10kω，电阻r17的阻值为15kω，电阻r18的阻值为15kω，电阻r19的阻值为12kω，电阻r20的阻值为17kω，电容c3的电容值为1μf，电容c4的电容值为0.1μf。

第二信号处理器9通过电阻r10-r17以及集成运放a3对电压传感器8输出的电压v2进行放大处理，然后再使用电阻r18-r20，电容c3-c4以及集成运放a4对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了电压检测的精度。

作为上述的进一步优先，如图5所示，图像处理单元5包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；

其中，图像采集单元4的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像去噪模块的输入端连接，图像去噪模块的输出端与中央处理单元1的输入端连接。

上述实施方式中，图像处理单元5对图像采集单元4采集的图像依次进行图像增强、图像平滑和图像去噪处理，可高效、快速的提取图像采集单元4的图像信息，可提高对机车15前方轨道的图像信息的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

具体地，振动传感器2安装在轨道14的两侧，用于采集轨道14的振动信号，并将采集到的振动信号通过无线传输单元3传输至中央处理单元1，中央处理单元1将接收到的振动信号传输至显示单元10进行显示，中央处理单元1将接收到的振动信号传输至存储单元11进行存储，中央处理单元1将接收到的振动信号通过无线通讯单元12传输至移动用户端13；电流传感器6和电压传感器8用于采集车载设备lkj、tax以及lais的电流信号和电压信号，并将采集到的电流信号和电压信号分别传输至第一信号处理器7和第二信号处理器9，第一信号处理器7和第二信号处理器9将经过处理后的电流信号和电压信号传输至中央处理单元1，中央处理单元1将接收到的电流信号和电压信号传输至显示单元10进行显示，中央处理单元1将接收到的电流信号和电压信号传输至存储单元11进行存储，中央处理单元1将接收到的电流信号和电压信号通过无线通讯单元12传输至移动用户端13；图像采集单元4安装在机车15前端，图像采集单元4用于采集机车15前端的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理单元5，图像处理单元5将经过图像处理后的图像信息传输至中央处理单元1，中央处理单元1将接收到的图像信息传输至显示单元10进行显示，中央处理单元1将接收到的图像信息传输至存储单元11进行存储，中央处理单元1将接收到的图像信息通过无线通讯单元12传输至移动用户端13。

上述实施方式中，工作人员能够通过移动用户端13实时获知车载设备lkj、tax以及lais的电流信号和电压信号、轨道振动信号、机车15前端的图像信息。

具体地，将图像采集单元4采集的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像增强模块对图像f(x,y)进行图像增强处理，经过图像增强处理后的图像为g(x,y)，其中，

。

具体地，图像平滑模块对图像增强模块处理后的图像g(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像为p(x,y)，其中，

。

具体地，图像去噪模块对图像平滑模块处理后的图像p(x,y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像为s(x,y)，其中，对图像s(x,y)进行预处理后的图像为q(x,y)，

；

；

图像去噪模块将经过图像去噪处理后的图像s(x,y)传输至中央处理单元1。

具体地，图像采集单元4为ccd图像传感器。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。