一种铁路线路边坡灾害预警系统及方法与流程

本发明涉及铁路运输安全监测及防护，具体涉及一种铁路线路边坡灾害预警系统及方法。

背景技术：

1、由于我国复杂的地理环境，铁路多建于高山丘陵地带，铁路沿线的护坡、隧道口山体斜坡，在极端气候温差变化或山洪降水情况下，易出现开裂、膨胀，出现岩石、砖块脱落至轨行区间的危险情况。就列车行驶来讲，在行驶过程中遇到极端气候，司机的视野范围会受限，可视距离变短，此时遇到塌方落石泥石流等突发情况，司机得知情况时效性差，无法避免事故发生。

2、铁路运输环境灾害安全防护主要由人防、物防、技防三个方面构成。人防主要指铁路管理部门定期安排人员进行现场巡视。物防是指通过在现场设置物理防护设施设备进行防护，例如在铁路沿线布设防护栅栏，在裸露的山体、坡面处铺设防护网。技防是指通过技术手段，结合物联网、人工智能等相关技术进行智能化防护。

3、而在我国铁路运输边坡灾害防护领域主要还是通过人防和物防，但灾害的出现往往具有突发性、随机性，其一如果仅仅依靠人的巡视，效率较低，范围也很有限。其二物防方面，如在铁路线路地质灾害多发地安装防护栏，这种防护方式维护较麻烦，且这种物理屏障虽然能够减弱地质灾害发生中对列车的影响，但是却没有事前的预警效果。其三现有技术在铁路边坡灾害防护，采用铁路多线激光雷达的边坡灾害监测，还有就是依托铁路防护栏倾斜变化而判断是否发生地质灾害的监测报警装置等。但是激光雷达存在不能全天候工作，遇浓雾、雨、雷天气无法工作的缺点，而我国铁路沿线地形地貌多样，地质复杂，特别在一些山区激光雷达显然不能较好的做到铁路边坡灾害防护。而依靠铁路防护栏安装的监测报警装置，本身就是灾害发生时才能达到监测的效果，此时再报警，也为时已晚。因此，为了防患于未然，必须对边坡变形进行实时监测，进而实现对边坡滑坡危害的早期预警。

技术实现思路

1、本发明提供一种铁路线路边坡灾害预警系统及方法，当铁路机车前方出现塌方、落石、泥石流等地质灾害时，系统通过毫米波雷达探测技术结合图像识别分析技术自动识别灾害发生情况并向机车预警，带出现场位置的影像，并根据行车中实际情况向机车输出控车数据，确保人员及行车安全。

2、一方面，本发明提供一种铁路线路边坡灾害预警系统，包括安装于铁路沿线边坡灾害区域的轨道边的现场环境监测装置，所述现场环境监测装置包括采集模块、数据处理模块及传输模块，所述采集模块获取铁路沿线边坡灾害区域的三维边坡形变数据及边坡环境影像数据；数据处理模块对三维边坡形变数据及边坡环境影像数据进行分析处理获得安全预警信息；传输模块将安全预警信息及边坡环境影像数据上传至中心服务器；中心服务器接收发送的安全预警信息和边坡环境影像数据，结合机车定位数据、联锁信息及车站行车计划，定位需要报警机车位置，向需要报警的机车发送安全预警及边坡环境影像数据。

3、上述技术方案通过在灾害现场对采集模块采集的三维边坡形变数据及边坡环境影像数据进行处理分析实现对滑坡等地质灾害的准确判断，向中心服务器发送安全预警信息，减小了大量图像上传的带宽需求，克服山区通信条件差的外在限制，发送的安全预警信息预警行驶中的机车并能在安全距离外平稳停车，确保设备和人员安全。

4、可选地，所述采集模块包括：ai摄像机及毫米波雷达设备，

5、所述ai摄像机，安装于监测杆上，ai摄像机镜头对准铁路沿线边坡灾害易发区域，用于高速连续多帧采集边坡环境影像数据；

6、所述毫米波雷达设备，安装于监测杆上，毫米波雷达发射器对准铁路沿线边坡灾害易发区域，用于感知探测和采集边坡形变数据，生成三维边坡形变数据。

7、可选地，所述数据处理模块包括：现场处理器，

8、所述现场处理器，安装于监测杆上的现场设备箱内，用于对毫米波雷达设备采集的数据及ai摄像机采集的数据进行分析处理，当毫米波雷达设备监测到边坡表面发生形变且形变程度超过设定阈值时，或，当ai摄像机监测到有落石且轨迹是朝向轨道时，生成安全预警信息。

9、可选地，所述传输模块包括：通讯设备，

10、所述通讯设备，安装于监测杆的现场设备箱内，通讯设备与现场处理器连接，通讯设备通过无线通讯传输向中心服务器发送安全预警信息和边坡环境影像数据，所述监测杆杆体内部通过内部走线将现场设备箱分别与ai摄像机及毫米波雷达设备连接。

11、可选地，还包括：车载设备，所述车载设备包括：定位单元、定位天线、车载通讯设备及车载终端，

12、所述定位天线和定位单元，安装于机车上，用于采集机车高精度位置数据；

13、所述车载通讯设备，安装于机车内，用于车载设备与中心服务器之间的无线通讯传输；

14、所述车载终端，安装于机车司机室，用于接收显示安全预警信息和边坡环境影像数据，控制机车减速并在灾害点前安全距离停车，确保行车安全。

15、可选地，所述车载终端根据定位单元的数据设置虚拟电子围栏。

16、可选地，根据虚拟电子围栏的宽度设置所述现场环境监测装置与轨道的间距。

17、可选地，所述虚拟电子围栏的长度和宽度根据监测环境自动调整。

18、可选地，还包括中心数据处理设备，所述中心数据处理设备包括：接口设备、微机联锁设备及调度终端，所述接口设备，用于中心服务器从现有微机联锁设备接入联锁信息和从调度终端接收车站行车计划。

19、另一方面，本发明提供一种铁路线路边坡灾害预警方法，采用所述的铁路线路边坡灾害预警系统实现，所述方法包括：

20、采集边坡环境影像数据及边坡形变数据，对采集的三维边坡形变数据及边坡环境影像数据进行分析处理，得到安全预警信息；

21、无线传输安全预警信息及边坡环境影像数据；

22、获取车载设备发送的实时机车位置数据及车站所属铁路区段机车状态信息；

23、根据获取的机车位置数据及车站所属铁路区段机车状态信息，得到需告警机车的位置信息，进而将安全预警信息及边坡环境影像数据发送至需告警机车；

24、车载终端接收显示安全预警信息及边坡环境影像数据，进而对机车发布控车命令，使机车在灾害点前适当安全距离平稳停车。

25、上述技术方案实现当铁路机车前方出现塌方、落石、泥石流等地质灾害时，系统通过毫米波雷达探测技术结合图像识别分析技术自动识别灾害发生情况并向机车预警，带出现场位置的影像，并根据行车中实际情况向机车输出控车数据，确保人员及行车安全。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1、本发明通过在灾害现场对采集模块采集的三维边坡形变数据及边坡环境影像数据进行处理分析实现对滑坡等地质灾害的准确判断，向中心服务器发送安全预警信息，减小了大量图像上传的带宽需求，克服山区通信条件差的外在限制，发送的安全预警信息预警行驶中的机车并能在安全距离外平稳停车，确保设备和人员安全。

28、2、毫米波雷达同超声波雷达相比，具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点；与红外、激光、摄像头等光学传感器相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点，适合于我国铁路沿线复杂的地质环境和气候环境；另外，毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他车载传感器。且与ai图像识别技术结合，保证了灾害识别的正确性、稳定性。

29、3、将环境控车运用在边坡防护领域，通过机车的定位综合运用了车载定位模块、联锁信息及行车计划，确保了控制机车的正确性、精确性。

30、4、将虚拟电子围栏概念运用在在边坡防护领域，避免物理栅栏容易受到环境破坏和维护成本高等问题。