一种铁路调车顶送作业智能控制系统的制作方法

本发明涉及到一种铁路调车顶送作业安全智能控制系统，适用于铁路调车顶送作业的安全作业防护，尤其适用于铁路调车长距离顶送作业的安全防护。在铁路调车顶送作业中，实现推进方向上实时路况图像化显示和障碍物自动报警。属于机车和列车作业技术领域。

背景技术：

铁路调车顶送作业，是指利用铁路调车机车或者本务机车，从后端连挂一组货车车列进行推送的调车作业，即机车相对于推送方向，位于车列的尾部。由此带来的一个问题，是司机看不到车列前进方向上的线路情况，无法对线路断道、障碍物等各种意外情况做出及时反应，从而导致调车安全事故出现。为了解决司机瞭望不良的问题，全路主要采用人员扒车瞭望的方式，通过调车手台用语音将前方路况通知司机。人员扒车瞭望，是指调车长指定一名制动员或连接员，扒在车列前端第一辆车侧面，通过侧身瞭望前方路况，并在异常情况下发出语音报警。上述方式存在严重的安全隐患问题，且作业极为艰苦。作业人员扒车作业，属于露天作业，在极热极寒、雨雪雷电、光线不好等环境下，尤其在长距离顶送作业中对人员的体力也是极大的考验，由于疲劳、疏忽造成人员打滑从车上跌落，形成压死、压伤人员的安全事故。这是铁路调车顶送作业的一大安全痛点。因此，开发一种铁路调车顶送作业安全智能防护方法，用技防取代人防显得尤为重要。

铁路调车顶送作业安全事故的本质问题在于信息不对称，即司机无法准确掌握车列推进前方线路的情况。在信息技术快速发展的今天，利用现代信息技术，解决司机顶送作业的前方瞭望问题，成为调车作业安全防护技术的必然发展方向。铁路现场围绕调车顶送作业的前方瞭望电子化进行了很多技术探索，技术难点在于前端图像回传机车的延时太大，难以满足顶送作业安全防护的实时性要求。针对这个技术难点，可以从图像压缩算法、无线传输速度两个方面考虑，降低图像回传的延时。同时，根据调车作业现实需要，开发专门的铁路线路障碍物自动识别算法，实现异常情况自动报警。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为cn201610211531，名称为“一种铁路调车作业系统及方法”，申请人为：天津联合智选科技有限公司的发明专利，该专利公开了一种铁路调车作业系统及方法，包括接收平台和发射设备，所述接收平台放置与火车头驾驶室内，所述发射设备通过连接件固定在火车尾部车钩处，所述接收平台与发射设备采用无线传输方式，所述接收平台包括复视管理主机、数据接收模块、天线和显示设备，所述发射设备包括视频采集模块、数据发射模块、测距模块、辅助照明模块、供电模块、天线。

2、专利号为cn201120545619，名称为“铁路调车作业安全防护系统”，申请人为：河南蓝信科技有限公司的实用新型专利，该专利公开了一种铁路调车作业安全防护系统，在每条股道的前后两个调车信号机之间设置至少两个地面设备，所述的地面设备采集调车信号机的调车状态信号和机车行驶状态信号，并把采集到的上述信号传送给机车装置，上述信号经机车装置处理后发送给列车控制装置。

3、专利号为cn201410762010，名称为“铁路调车作业无线视频监控系统”，申请人为：柳州铁道职业技术学院的发明专利，该专利公开了一种无线视频监控系统，包括设置在调车监控室内的固定监控装置及设置在室外的活动监控装置，固定监控装置包括流媒体服务器ⅰ、解码器ⅰ、显示器ⅰ、硬盘录像机、高增益apⅰ，活动监控装置包括流媒体服务器ⅱ、解码器ⅱ、显示器ⅱ、高增益apⅱ、高增益apⅲ、机车前摄像头、机车后摄像头、移动摄像头。调车司机可以通过活动监控装置的显示装置看到机车前后状况及调车人员清楚，活动监控装置还可将图像传到调车监控室内的固定监控装置，调车长在监控室内即可看到调车情况。

通过对上述专利的梳理分析，这些专利虽然都涉及一些铁路调车作业安全防护的方法及装置，但都无法解决调车顶送作业前方瞭望的实时性问题。因此，该领域的技术难题尚未解决，仍有待进一步研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决铁路调车顶送作业前方路况瞭望不良的业务痛点问题，提出通过集成应用监控视频图片压缩技术和高速点对点无线传输技术的方法，开发无损图片压缩算法和调车线路障碍物智能识别算法，实现司机实时监控调车顶送作业前方路况信息回传延时控制在0.5秒以内的目标，解决电子瞭望数据回传延时的技术难题，同时实现调车线路上障碍物自动识别、报警的目标，为铁路调车顶送作业，尤其是长距离调车顶送作业，提供全新的智能化技术解决方案。

为了达到这一目的，本发明提供了一种铁路调车顶送作业智能控制系统，包括信息感知和处理设备、车载监控设备、地面服务器、点对点高速无线传输系统和互联网通讯系统；信息感知和处理设备安装在调车顶送作业车列推进的最前方车辆端壁上，信息感知和处理设备采集顶送作业时的前端作业信息，并将采集的前端作业信息通过高速点对点无线数据传输系统回传到安装在司机室内的车载监控设备，由司机根据回传的前端作业信息进行调车顶送作业实时控制，并将前端作业信息以及司机操作信息通过互联网通讯系统传输到地面服务器，由地面控制人员对调车顶送作业进行实时监控，实现铁路调车顶送作业智能控制。

进一步地，所述的信息感知和处理设备为可拆卸信息感知和处理设备，采取可拆卸方式安装在调车顶送作业车列推进的最前方车辆端壁上；当一辆最前方车辆调车作业完毕后，取下再安装在新的最前方车辆调车的车辆端壁上。

进一步地，所述的信息感知和处理设备包括信息感知系统和信息处理传送系统两部分，信息感知系统和信息处理传送系统两部分集成安装在一个可拆卸的壳体内，采取可拆卸的方式安装在整个列车最后一节车的车尾部的侧壁上。

进一步地，所述的壳体上设有为带有磁力的吸盘，通过带有磁力的吸盘的磁力将信息感知和处理设备安装在最尾部的车辆尾部的侧壁上，形成可拆卸结构。

进一步地，所述的信息感知系统包括高清摄像系统装置，高清摄像系统装置拍摄列车尾部的调车的图像情况，并利用无损压缩算法将图片压缩处理后传输到车载监控设备，供调车司机实时查看顶送前方路况，以及为车载监控设备自动报警提供实时数据。

进一步地，所述的点对点高速无线传输系统为采用5.8ghz高速无线传输系统，在信息感知和处理设备中信息感知系统采集前端作业信息后，通过信息感知和处理设备中的信息处理传送系统，以5.8ghz高速无线传输方式，将车列前端监控信息回传司机室车载监控设备。

进一步地，所述的5.8ghz高速无线传输系统的传输条件为调度车速不超过15km/h、传输距离50-1200m，传输速度控制在0.5秒以内。

进一步地，所述的点对点高速无线传输系统传输介质为图像和音频数据信息，由信息感知和处理设备中信息感知系统采集前端作业的图像和音频信息，通过图像智能识别，结合图像无损压缩算法对采集的图像进行压缩，再用5.8ghz高速无线传输系统将车列前端监控信息回传司机室车载监控设备中。

进一步地，所述的图像智能识别是采用计算机视觉获取方式，利用卷积神经元网络识别人体、车辆等障碍物位置，将识别到的障碍物位置和轨道位置进行位置对比，如果位置重叠则向司机、调车长及地面监控人员发出报警；所述的无损压缩算法是在摄像头获取图像信息以后，检测哪些像素点的颜色信息与上一次图像相同像素点位置的颜色信息一致，如果一致则此像素将不会进行传输，以减少图像传输的数据量。

进一步地，所述的车载监控设备通过4gh或5g无线网络通讯方式与地面服务器进行数据传输，将调车顶送前方路况及司机操作的信息，传输到地面监控系统中，由司机和地面监控人员共同实时监控调车作业情况，保证调车作业安全运行和管理。

进一步地，所述的图像解压算法是车载终端接收到压缩后的视频数据后，通过像素差异比较算法，检测图片缺失的像素点，并调用上一张图片的相关像素点进行图像还原，在车载终端显示，以及利用图像获取算法，进行障碍物识别和报警。

进一步地，所述的图像获取算法是采用计算机视觉获取方式，利用卷积神经元网络识别人体、车辆等障碍物位置，将识别到的障碍物位置与轨道位置进行对比，如果位置重叠则发出报警。

进一步地，所述的信息感知和处理设备是通过高清摄像系统装置，实时拍摄车列推进前方路况，利用无损压缩算法将图片压缩后传输到车载监控设备，将数据传输规模压缩为原图的5%以内。

本发明的优点在于：

本发明通过图像无损压缩算法将调车顶送推进前方路况视频数据压缩为原图的5%以下，利用高速点对点无线数据传输系统将视频数据传输到司机室车载设备，由图像解压算法还原图像，并利用图像获取算法进行障碍物智能识别和报警，实现了调车顶送作业的智能安全防护，具有传输延时小、传输数据少、运营成本低、安全性能好。本发明具有以下一些优点：

1、相比现有技术方法，延时能够控制在0.5秒以内，能够满足铁路生产业务需要；

2、专门研发的图像压缩和解压算法，能够将传输数据量压缩到5%以内，提高了传输效率，具备很好的推广应用价值；

3、采用5.8ghz高速点对点无线数据传输技术，不产生通信流量费用，具有很好的经济性；

4、利用计算机图像获取技术，能够实现调车顶送线路上障碍物的自动识别和安全报警，能够有效防止由于司机疏忽造成的调车安全事故，同时，由于能够有效解决顶送前方瞭望问题，可以取消车列前端领车人员，大大提高作业安全水平，改造职工劳动环境。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图1可以看出，本发明涉及一种机车智能调车作业系统，由车载控制系统1和地面控制系统2两大部分组成，其中，车载控制系统1包括红外补光灯（图中未标出）、5.8ghz图像传送模块（图中未标出）、车尾摄像机3、机车司机室监控设备4组成。可以实时将车尾图像数据通过5.8ghz无线传送到司机室，无线传输距离可达到700米以上，调车机车的司机可以通过屏幕看到车尾图像画面。当在光线较暗和夜晚时，模块自动开启红外补光灯进行补光，使在夜晚也能清楚的看到线路画面。

地面控制系统1为一套通过4g网络进行控制的拓展功能部分，拓展功能部分由4g图像采集模块（图中未标出）、中心服务器5、数据存储管理平台6、实时指控平台7（实时视频、定位模块、语音模块等）部分组成。

所述的实时图传包括将调车作业的尾部图像实时传输到调车机车司机室，方便司机判断线路情况。

所述的高清音视频录制实现对调车作业尾部车辆运行的全程音视频采集和存储，方便后期查看。

所述的实时定位实现对车尾摄像头的精确卫星定位，并可在指挥平台地图8上实时显示位置。

所述的轨迹回放是通过后台服务器系统可对每位工作人员的历史行动轨迹进行回放，在地图上显示工作人员在某一时刻的位置信息。

4g车尾摄像机能够采集车辆尾部的音视频数据，摄像机一共采集三路视频数据流，一路通过5.8ghz传至机车司机室监控室，一路通过４ｇ网络传输到列车控制中心，一路存储至本地ｔｆ卡中。

4g图像采集模块安装在车尾摄像头上，用于对调车过程进行记录和实时监控。

中心服务器布置在列控中心并配备有外网固定ｉｐ，负责接收ｒｔｐ网络数据流。

数据存储管理平台负责存储相关的音视频数据，并提供分类查询接口，便于后期查阅文件。

实时指控平台负责指挥和控制每一个４ｇ终端设备，可实现设备组网数字对讲功能。

实施例二

实施例二与实施例一的原理是基本一样的，只是结构有些不同，一种机车智能调车作业方法，由红外补光灯、5.8ghz图像传送模块、车尾摄像机、机车司机室监控设备组成。可以实时将车尾图像数据无线传送到司机室，无线传输距离可达到700米以上，调车机车的司机可以通过屏幕看到车尾图像画面。当在光线较暗和夜晚时，模块自动开启红外补光灯进行补光，使在夜晚也能清楚的看到线路画面。

所述的实时图传包括将调车作业的尾部图像实时传输到调车机车司机室，方便司机判断线路情况。

所述的高清音视频录制实现对调车作业尾部车辆运行的全程音视频采集和存储，方便后期查看。

所述的实时定位实现对车尾摄像头的精确卫星定位，并可在指挥平台地图上实时显示位置。

所述的轨迹回放是通过后台服务器系统可对每位工作人员的历史行动轨迹进行回放，在地图上显示工作人员在某一时刻的位置信息。

拓展功能部分由4g图像采集模块、中心服务器、数据存储管理平台、实时指控平台（实时视频、定位模块、语音模块等）部分组成。

4g车尾摄像机能够采集车辆尾部的音视频数据，摄像机一共采集三路视频数据流，一路通过5.8ghz传至机车司机室监控室，一路通过４ｇ网络传输到列车控制中心，一路存储至本地ｔｆ卡中。

4g图像采集模块安装在车尾摄像头上，用于对调车过程进行记录和实时监控。

中心服务器布置在列控中心并配备有外网固定ｉｐ，负责接收ｒｔｐ网络数据流。

数据存储管理平台负责存储相关的音视频数据，并提供分类查询接口，便于后期查阅文件。

实时指控平台负责指挥和控制每一个４ｇ终端设备，可实现设备组网数字对讲功能。

实施例三

实施例三的基本原理与实施例一是一样的，只是所采取的具体结构有所不同，为基于计算机视觉和高速无线视频透传的机车智能调车作业方法，在调车作业列车的最尾部车辆上安装可拆卸的信息感知和处理设备，并利用高速无线数据传输方式，通过信息感知和处理设备与司机室点对点的无线传输，将车辆最尾部的调车作业信息传送到司机室，再由司机室利用无线网络传输方式，将调车作业以及司机室操控作业信息传输到地面监控室，实现整个调车作业的智能调车作业。

整个系统采用分布式，基础设置于业务支持分离设计，可方便融入现有行业系统；整个系统基于soa架构，系统统一采用webservice，同时支持bs/cs模式。接入服务实现统一信令和路由，支持移动设备动态入网；流媒体服务器：电信级转发，可支持大量并发设备和用户；接入服务可根据路由跳数与系统各服务器负载情况智能调整流服务器。

车列推进前端监控图像回传后端司机室1000米距离延时0.5秒以内，监控图像采用线路障碍物自动识别算法，实现对推进方向上人员、车辆等障碍物的自动识别和报警。通过无线点对点传输方式直接将列车尾部的安全情况数据传送到司机室，再利用5ｇ无线网络传输将调车信息传送到地面监控室，进行调车作业的远程智能控制，具有检测方便，操作简单，响应速度快，测试结果显示简明的特点

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过上述实施例，可以看出本发明主要涉及一种铁路调车顶送作业智能控制系统，包括信息感知和处理设备、车载监控设备、地面服务器、点对点高速无线传输系统和互联网通讯系统；信息感知和处理设备安装在调车顶送作业车列推进的最前方车辆端壁上，信息感知和处理设备采集顶送作业时的前端作业信息，并将采集的前端作业信息通过高速点对点无线数据传输系统回传到安装在司机室内的车载监控设备，由司机根据回传的前端作业信息进行调车顶送作业实时控制，并将前端作业信息以及司机操作信息通过互联网通讯系统传输到地面服务器，由地面控制人员对调车顶送作业进行实时监控，实现铁路调车顶送作业智能控制。

进一步地，所述的信息感知和处理设备为可拆卸信息感知和处理设备，采取可拆卸方式安装在调车顶送作业车列推进的最前方车辆端壁上；当一辆最前方车辆调车作业完毕后，取下再安装在新的最前方车辆调车的车辆端壁上。

进一步地，所述的信息感知和处理设备包括信息感知系统和信息处理传送系统两部分，信息感知系统和信息处理传送系统两部分集成安装在一个可拆卸的壳体内，采取可拆卸的方式安装在整个列车最后一节车的车尾部的侧壁上。

进一步地，所述的壳体上设有为带有磁力的吸盘，通过带有磁力的吸盘的磁力将信息感知和处理设备安装在最尾部的车辆尾部的侧壁上，形成可拆卸结构。

进一步地，所述的信息感知系统包括高清摄像系统装置，高清摄像系统装置拍摄列车尾部的调车的图像情况，并利用无损压缩算法将图片压缩处理后传输到车载监控设备，供调车司机实时查看顶送前方路况，以及为车载监控设备自动报警提供实时数据。

进一步地，所述的点对点高速无线传输系统为采用5.8ghz高速无线传输系统，在信息感知和处理设备中信息感知系统采集前端作业信息后，通过信息感知和处理设备中的信息处理传送系统，以5.8ghz高速无线传输方式，将车列前端监控信息回传司机室车载监控设备。

进一步地，所述的5.8ghz高速无线传输系统的传输条件为调度车速不超过15km/h、传输距离50-1200m，传输速度控制在0.5秒以内。

进一步地，所述的点对点高速无线传输系统传输介质为图像和音频数据信息，由信息感知和处理设备中信息感知系统采集前端作业的图像和音频信息，通过图像智能识别，结合图像无损压缩算法对采集的图像进行压缩，再用5.8ghz高速无线传输系统将车列前端监控信息回传司机室车载监控设备中。

进一步地，所述的图像智能识别是采用计算机视觉获取方式，利用卷积神经元网络识别人体、车辆等障碍物位置，将识别到的障碍物位置和轨道位置进行位置对比，如果位置重叠则向司机、调车长及地面监控人员发出报警；所述的无损压缩算法是在摄像头获取图像信息以后，检测哪些像素点的颜色信息与上一次图像相同像素点位置的颜色信息一致，如果一致则此像素将不会进行传输，以减少图像传输的数据量。

进一步地，所述的车载监控设备通过4gh或5g无线网络通讯方式与地面服务器进行数据传输，将调车顶送前方路况及司机操作的信息，传输到地面监控系统中，由司机和地面监控人员共同实时监控调车作业情况，保证调车作业安全运行和管理。

进一步地，所述的图像解压算法是车载终端接收到压缩后的视频数据后，通过像素差异比较算法，检测图片缺失的像素点，并调用上一张图片的相关像素点进行图像还原，在车载终端显示，以及利用图像获取算法，进行障碍物识别和报警。

进一步地，所述的图像获取算法是采用计算机视觉获取方式，利用卷积神经元网络识别人体、车辆等障碍物位置，将识别到的障碍物位置与轨道位置进行对比，如果位置重叠则发出报警。

进一步地，所述的信息感知和处理设备是通过高清摄像系统装置，实时拍摄车列推进前方路况，利用无损压缩算法将图片压缩后传输到车载监控设备，将数据传输规模压缩为原图的5%以内。

本发明的优点在于：

本发明通过图像无损压缩算法将调车顶送推进前方路况视频数据压缩为原图的5%以下，利用高速点对点无线数据传输系统将视频数据传输到司机室车载设备，由图像解压算法还原图像，并利用图像获取算法进行障碍物智能识别和报警，实现了调车顶送作业的智能安全防护，具有传输延时小、传输数据少、运营成本低、安全性能好。本发明具有以下一些优点：

1、相比现有技术方法，延时能够控制在0.5秒以内，能够满足铁路生产业务需要；

2、专门研发的图像压缩和解压算法，能够将传输数据量压缩到5%以内，提高了传输效率，具备很好的推广应用价值；

3、采用5.8ghz高速点对点无线数据传输技术，不产生通信流量费用，具有很好的经济性；

4、利用计算机图像获取技术，能够实现调车顶送线路上障碍物的自动识别和安全报警，能够有效防止由于司机疏忽造成的调车安全事故，同时，由于能够有效解决顶送前方瞭望问题，可以取消车列前端领车人员，大大提高作业安全水平，改造职工劳动环境。