一种用于铁轨的灾害预警监测系统、方法及存储介质与流程

1.本发明涉及铁轨的监测，尤其涉及一种用于铁轨的灾害预警监测系统、方法及存储介质。

背景技术：

2.由于铁轨很多部分处于山体附近，很容易由于地质灾害导致铁轨上出现障碍物，影响列车的正常运行。比如当出现山体滑坡、泥石流等，会使得铁轨上出现大量的泥沙、碎石，若列车在高速行驶过程中，不能及时发现时很容易撞上侵入铁轨线路的泥石流以及碎石，更甚会导致列车冲出铁轨，影响生命安全。

技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于铁轨的灾害预警系统，其能够实现对铁轨的自然灾害预警。
4.本发明的目的之二在于提供一种用于铁轨的灾害预警方法，其能够实现对铁轨的自然灾害预警。
5.本发明的目的之三在于提供一种存储介质，其能够实现对铁轨的自然灾害预警。
6.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
7.一种用于铁轨的灾害预警监测系统，包括：
8.监测主机，安装于铁轨的监测点，用于实时获取所述监测点的实时位移信息，并根据所述监测点的实时位移信息和所述监测点的初始位移信息得出所述监测点的实时位移变化量，进而根据所述监测点的实时位移变化量判断是否触发预警；
9.电台预警黑匣子，与所述监测主机连接，用于当触发预警时，接收所述监测主机发送的预警信号并向外辐射所述预警信号，以使得对应列车的列车员接收到所述预警信号。
10.进一步地，还包括：电台接收预警器，设于对应列车的驾驶室内，用于当对应列车行驶到所述电台预警黑匣子的信号覆盖范围内时，接收所述电台预警黑匣子的预警信号并向对应列车的驾驶室内的列车员发送预警提示。
11.进一步地，所述监测主机包括gnss oem板卡、gnss天线、mpu模块、通讯模块和预警触发模块；
12.其中，所述gnss oem板卡，与所述mpu模块、gnss天线电性连接，用于通过所述gnss天线接收gnss卫星的原始观测数据并发送给所述mpu模块；
13.所述mpu模块通过所述通讯模块与远程的cors服务器通信连接，用于接收所述cors服务器下发的差分改正数据，并根据所述差分改正数据和原始观测数据进行定位解算以得出所述监测点的实时位置信息，以及根据所述监测点的实时位置信息和初始位置信息得出所述监测点的实时位置变化量；
14.所述mpu模块通过所述预警触发模块与所述电台预警黑匣子电性连接，用于根据所述监测点的实时位置变化量判断是否触发预警，以及当触发预警时，通过所述预警触发
模块向所述电台预警黑匣子发送预警信号，以使得所述电台预警黑匣子启动并向外发送预警信号；
15.所述电台预警黑匣子，在未接收到所述预警信号时，处于低功耗状态。
16.进一步地，所述监测主机还包括倾角传感器；所述倾角传感器与所述mpu模块电性连接，用于实时获取所述监测点的角度信息并发送给所述mpu模块，从而使得所述mpu模块根据所述监测点的初始角度信息计算得出所述监测点的实时角度变化量；
17.所述mpu模块，还用于根据所述监测点的实时角度变化量和/或所述监测点的实时位置变化量判断是否触发预警。
18.进一步地，还包括：远程服务器；所述预警触发模块通过所述通讯模块与所述远程服务器通信连接，用于当触发预警时，将预警信号通过所述通讯模块上传至所述远程服务器。
19.进一步地，还包括电台发射天线，所述电台发射天线通过电缆线与所述电台预警黑匣子电性连接。
20.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
21.一种用于铁轨的灾害预警监测方法，应用于如本发明的目的之一采用的一种用于铁轨的灾害预警监测系统，所述预警监测方法包括：
22.数据处理步骤：实时获取监测点的实时位移信息，并根据所述监测点的初始位移信息得出所述监测点的实时位移变化量；
23.判断步骤：根据所述监测点的实时位移变化量判断是否触发预警，若是，执行预警触发步骤；若否，则继续执行数据处理步骤；
24.预警触发步骤：生成预警信号并将所述预警信号发送给电台预警黑匣子，以启动所述电台预警黑匣子，从而使得所述电台预警黑匣子向外发射预警信号。
25.进一步地，所述数据处理步骤还包括：
26.位置解算步骤：实时获取gnss卫星的原始观测数据及cors服务器的差分改正数据，并根据所述原始观测数据和差分改正数据对所述监测点进行定位解算以得出所述监测点的实时位置信息，以及根据所述监测点的实时位置信息和初始位置信息得出所述监测点的实时位置变化量；
27.角度解算步骤：通过倾角传感器获取所述监测点的角度信息，并根据所述监测点的初始角度信得出所述监测点的实时角度变化量；
28.所述判断步骤还包括：根据所述监测点的实时位置变化量和/或监测点的实时角度变化量判断是否触发预警。
29.进一步地，所述预警触发步骤还包括：将所述预警信号实时上传至远程服务器。
30.本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
31.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有灾害预警监测程序，所述灾害预警监测程序为计算机程序，所述灾害预警监测程序被处理器执行时实现如本发明的目的之二采用的一种用于铁轨的灾害预警监测方法的步骤。
32.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
33.本发明通过在铁轨的监测点安装监测主机，以监测监测点的位移变化量，进而根据位移变化量来判断是否触发预警，以便及时预警；同时在触发预警时，通过电台的方式向
外辐射预警信号，以便对监测点附近的列车进行预警，使得列车员及时采取措施，避免事故的发生；同时，将电台设为黑匣子的方式，保证电台不会轻易被损坏，保证预警信号的稳定发送。
附图说明
34.图1为本发明提供的一种用于铁轨的灾害预警系统模块图；
35.图2为图1中的监测主机的各个模块、电台预警黑匣子、远程服务器的连接示意图；
36.图3为本发明提供的一种用于铁轨的灾害预警方法流程图；
37.图4为图3中步骤s2的流程图之一；
38.图5为图3中的步骤s2的流程图之二。
具体实施方式
39.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
40.实施例一
41.本发明提供一种用于铁轨的灾害预警监测系统，如图1和图2所示，包括监测主机和电台预警黑匣子。
42.其中，监测主机，设于铁轨的监测点，用于获取监测点的位移变化量，从而根据监测点的位移变化量来判断是否触发预警。具体地，在设置铁轨的监测点时，监测点均具有一个初始位移信息，包括经度、纬度和高程(山体的海拔高度)。因此，当监测主机安装于对应监测点时，监测主机也具有对应的初始位移信息。
43.一旦当发生山体滑坡、泥石流、山体松动等时，会使得监测点发生位移，监测主机也会发生位移。当位移比较大时，说明监测点产生较大偏移，也即山体滑坡、泥石流较为严重，则需要向列车发送预警提醒。
44.本实施例中还通过设置位移变化量阈值来判断是否触发预警。设置合适的位移变化量阈值，既可以保证灾害的预警，又可以避免不必要的预警。比如当山体只是发生山体松动，并不会对铁轨造成影响，监测点的位移变化量较小，此时则不需要触发预警，设置对应的位移变化量预警可避免不必要的预警。
45.电台预警黑匣子与监测主机电性连接，用于当判断得出触发预警时，接收监测主机发送的预警信息并向外辐射预警信息，以使得对应列车的列车员接收到预警信号。本发明还通过在监测点附近设置电台预警黑匣子，通过电台预警黑匣子直接向外辐射预警信号，这样行驶到附近的列车可通过接收该预警信号提前采取措施，以避免事故的发生。
46.更为优选地，电台预警黑匣子是采用电台的方式发送预警信号，该预警信号具有一定的辐射范围，也即，只有当列车行驶到电台的信号辐射范围内才会接收到预警信号，通过设置合适的电台的辐射范围，可避免向不在对应线路的列车发送预警，造成资源的浪费。通过，本发明还通过黑匣子的方式对电台进行设置，可增强电台的抗损性，避免电台损坏，影响预警。
47.更为优选地，本发明中的电台预警黑匣子，还采用触发启动的工作方式。也即，在
监测主机判断得出触发预警时，向电台预警黑匣子发送预警信号时，电台预警黑匣子才启动信号的辐射。相反，在正常情况下，电台预警黑匣子处于低功耗状态或不工作状态，以保证电台预警黑匣子的电池电量，避免因电池电量不足导致无法预警。
48.优选地，本发明还包括电台接收预警器，设于列车的驾驶室内，用于当对应列车行驶到电台预警黑匣子的信号覆盖范围内时，接收电台预警黑匣子的预警信号并向对应列车的驾驶室内的列车员发送预警提示。以提醒列车员前方存在危险，从而使得列车及时采取措施，如提前进行制动等，避免事故的发生。这种通过电台信号直接实时通知预警的方式，更快更准更及时，可以有效地防止事故的发生，进一步保障乘客的生命财产安全。
49.更为优选地，本发明还包括远程服务器，监测主机与远程服务器通信连接，用于在触发预警时，将预警信号上传至远程服务器，实现远程监控，以便及时通知维护人员去现场维护，同时也可以通过远程工作人员及时通知经过监测点的列车采取对应措施，进一步避免事故的发生。
50.本发明在对铁轨预警时，既可以通过电台直接预警，又可以通过远程预警，可保证列车避免由于网络信号的问题导致未能及时接收到远程服务器下发的预警信号时，还可以通过电台预警黑匣子进行预警，保证列车的运行安全。
51.更为优选地，本发明中的监测主机包括gnss oem板卡、gnss(global navigation satellite system，全球卫星导航系统)天线、mpu(micro processor unit，)模块、通讯模块和预警触发模块。也即，本实施例中的监测主机为带有gnss功能的一体化监测设备。
52.其中，gnss oem板卡，与gnss天线、mpu模块电性连接，用于通过gnss天线接收gnss卫星的原始观测数据并发送给mpu模块。
53.同时，mpu模块通过通讯模块与cors服务器通信连接，用于接收cors服务器播发的差分改正数据，进而根据差分改正数据和原始观测数据对监测点进行定位解算，以得出监测点的实时位置信息，然后根据监测点的初始位置信号得出监测点的实时位置变化量。这样，mpu模块，可根据监测点的实时位置变化量来判断监测点是否存在异常，是否触发预警。
54.本发明通过采用差分定位的方式来实现对监测点的位置的实时检测，提高监测点的位置检测精度。更为优选地，监测点的实时位置信息包括纬度、经度和高程，实时位置变化量是指监测点的纬度变化量、经度变化量和高程变化量，可分别通过
△
x、
△
y、
△
h表示。
55.mpu模块还通过预警触发模块与电台预警黑匣子电性连接，用于当触发预警时，通过预警触发模块向电台预警黑匣子发送预警信号，以启动电台预警黑匣子。
56.更为优选地，预警触发模块还通过通讯模块与远程服务器通信连接，用于在触发预警时，将预警信号上传至远程服务器，实现远程预警。
57.优选地，监测主机还包括倾角传感器，与mpu模块电性连接，用于获取监测点的实时角度信息，并发送给mpu模块。mpu模块，根据监测点的实时角度信息和监测点的初始角度信息计算得出监测点的实时角度变化量，进而判断监测点是否存在异常，是否触发预警。
58.更为优选地，mpu模块，在判断是否触发预警时，不仅考虑到监测点的位置变化量，同时还考虑到监测点的角度变化量，可提高监测的精准度。在实际使用过程中，若监测点的位移变化量比较小，但是监测点的角度变化较大(比如监测主机颠倒)时，也可能认为存在泥石流或山体滑坡等风险，及时触发预警，避免事故发生。更为具体地，倾角传感器会实时输出三个坐标轴的角度信息，这样，mpu模块即可根据倾角传感器输出的三个坐标轴的角度
信息来得出三个坐标轴的角度变化量，分别采用﹠x、﹠y、﹠z表示。其中，三个坐标轴是指监测主机本体构建的三维坐标系的坐标轴。
59.其中，通讯模块优选为4g通讯模块。该4g通信模块，一方面，用于从cors服务器上下载rtcm差分改正数据并发送给mpu模块，以便mpu模块根据rtcm差分改正数据和获取的原始观测数据进行定位解算；另一方面，用于将预警触发模块发送的预警信号上传至远程服务器，实现远程预警。采用4g通讯模块，可保证网络信号的稳定性。
60.优选地，电台预警黑匣子包括微控制器、电池和电台发射装置。通过预警触发模块与微控制器电性连接，以实现启动电台预警黑匣子的电台发射装置接通电池，以启动电台发射装置的信号发射功能。更为具体地，在正常情况下，电台预警黑匣子处于低功耗状态或不工作状态，此时电台发射装置不与电池连接，不会向外发射信号。微控制器与预警触发模块保持连接即可。一旦预警触发模块接收到mpu模块的预警信号后，及时向电台黑匣子的微控制器发送预警信号，以使得微控制器控制电台发射装置与电池连接，从而使得电台发射装置向外辐射预警信号。这样，可在铁轨正常的情况下，保证电台预警黑匣子的电池电量。这样，在铁轨出现异常时，电台预警黑匣子的电池电量充足，以发射预警信号。
61.另外，为了保证电台预警黑匣子的预警信号的强度和稳定性，本发明还为电台预警黑匣子设置电台发射天线，并将电台发射天线固定安装于监测点较远的位置，以保证电台发射天线的稳固工作，避免因发生泥石流或山体滑坡时导致电台发射天线损坏，而无法发射预警信号的问题。
62.进一步地，电台发射天线通过电缆线与电台预警黑匣子电性连接。其中，电缆线具有长且软的特性，可以保证电缆线在受到外界影响时，不会与预警电台天线和电台预警黑匣子断开。这样，当发生泥石流等险情时，被泥石流埋没的电台预警黑匣子依然可通过电缆线与电台发射天线连接，以向外辐射预警信号。本发明通过"黑匣子"和长电缆线结合，保证在山体滑波等灾害发生，不会因监测主机受到滑波体的损坏，导致无法上传预警信号的问题。同时，本发明既采用远程预警，通知列车控制室的工作人员，同时还通过电台直接发送预警信号给在铁轨附近正在行驶的列车的驾驶室，以使得列车的驾驶人员快速获取到预警信息并做类似制动等紧急措施，避免不必要的事故发生，大大提高了预警信号的实时性与准确性。
63.实施例二
64.基于实施例一，本发明还提供一种铁轨的灾害预紧方法，如图3所示，包括以下步骤：
65.步骤s1、实时获取监测点的实时位移信息，并根据监测点的初始位移信息和监测点的实时位移信息得出监测点的实时位移变化量。
66.步骤s2、根据监测点的实时位移变化量判断是否触发预警，若是，执行步骤s3；若否，则继续执行步骤s1。
67.步骤s3、生成预警信号并将预警信号发送给电台预警黑匣子，以启动电台预警黑匣子，从而使得电台预警黑匣子向外发射预警信号。
68.通过在触发预警时，再启动电台预警黑匣子，可保证电台预警黑匣子的电池电量充足，同时还可节省资源。
69.优选地，本发明中的位移信息包括位置信息和角度信息。其中，位移信息可通过
mpu模块根据gnss oem板接收的原始观测数据和从cors服务器下载的差分改正数据计算得出。而角度信息是由安装的倾角传感器测量得到。具体地，如图4和图5所示，步骤s1还具体包括：
70.步骤s11、实时获取gnss卫星的原始观测数据。
71.具体地，通过监测主机的gnss oem板卡接收gnss卫星的原始观测数据。gnss oem板卡还与gnss天线连接，实现数据的接收。
72.步骤s12、实时获取cors服务器的差分改正数据。
73.具体地，通过监测主机的mpu模块从cors服务器上下载差分改正数据。
74.步骤s13、根据原始观测数据和差分改正数据对监测点进行定位解算以得出监测点的实时位置信息，以及根据监测点的实时位置信息和初始位置信息得出监测点的实时位置变化量。
75.mpu模块，对接收到的数据进行差分解算后可得出监测点的实时位置信息，进而可得出监测点的位移变化量，包括纬度变化量、经度变化量和高程变化量。
76.步骤s14、通过倾角传感器获取监测点的角度信息。
77.步骤s15、根据监测点的初始角度信息得出监测点的实时角度变化量。
78.同理，通过倾角传感器获取监测点的角度信息，进而计算得出监测点的实时角度变化量。
79.进一步地，步骤s2还具体包括：根据监测点的实时位置变化量和/或监测点的实时变化量判断是否触发预警。在判断是否触发预警时，根据上述两个变化量中的一种或多种来判断，具体可根据实际的需求选择。
80.优选地，步骤s3还包括：将预警信号实时上传至远程服务器。通过及时上传预警信号，以通知远程工作人员，实现远程预警。
81.实施例三
82.基于实施例二，本发明还通过一种实施例，一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有灾害预警监测程序，所述灾害预警监测程序为计算机程序，所述灾害预警监测程序被处理器执行时实现如以下步骤：
83.数据处理步骤：实时获取监测点的实时位移信息，并根据所述监测点的初始位移信息得出所述监测点的实时位移变化量；
84.判断步骤：根据所述监测点的实时位移变化量判断是否触发预警，若是，执行预警触发步骤；若否，则继续执行数据处理步骤；
85.预警触发步骤：生成预警信号并将所述预警信号发送给电台预警黑匣子，以启动所述电台预警黑匣子，从而使得所述电台预警黑匣子向外发射预警信号。
86.进一步地，所述数据处理步骤还包括：
87.位置解算步骤：实时获取gnss卫星的原始观测数据及cors服务器的差分改正数据，并根据所述原始观测数据和差分改正数据对所述监测点进行定位解算以得出所述监测点的实时位置信息，以及根据所述监测点的实时位置信息和初始位置信息得出所述监测点的实时位置变化量；
88.角度解算步骤：通过倾角传感器获取所述监测点的角度信息，并根据所述监测点的初始角度信得出所述监测点的实时角度变化量；
89.所述判断步骤还包括：根据所述监测点的实时位置变化量和/或监测点的实时角度变化量判断是否触发预警。
90.进一步地，所述预警触发步骤还包括：将所述预警信号实时上传至远程服务器。
91.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：

1.一种用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，包括：监测主机，安装于铁轨的监测点，用于实时获取所述监测点的实时位移信息，并根据所述监测点的实时位移信息和所述监测点的初始位移信息得出所述监测点的实时位移变化量，进而根据所述监测点的实时位移变化量判断是否触发预警；电台预警黑匣子，与所述监测主机连接，用于当触发预警时，接收所述监测主机发送的预警信号并向外辐射所述预警信号，以使得对应列车的列车员接收到所述预警信号。2.根据权利要求1所述的用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，还包括：电台接收预警器，设于对应列车的驾驶室内，用于当对应列车行驶到所述电台预警黑匣子的信号覆盖范围内时，接收所述电台预警黑匣子的预警信号并向对应列车的驾驶室内的列车员发送预警提示。3.根据权利要求1所述的用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，所述监测主机包括gnss oem板卡、gnss天线、mpu模块、通讯模块和预警触发模块；其中，所述gnss oem板卡，与所述mpu模块、gnss天线电性连接，用于通过所述gnss天线接收gnss卫星的原始观测数据并发送给所述mpu模块；所述mpu模块通过所述通讯模块与远程的cors服务器通信连接，用于接收所述cors服务器下发的差分改正数据，并根据所述差分改正数据和原始观测数据进行定位解算以得出所述监测点的实时位置信息，以及根据所述监测点的实时位置信息和初始位置信息得出所述监测点的实时位置变化量；所述mpu模块通过所述预警触发模块与所述电台预警黑匣子电性连接，用于根据所述监测点的实时位置变化量判断是否触发预警，以及当触发预警时，通过所述预警触发模块向所述电台预警黑匣子发送预警信号，以使得所述电台预警黑匣子启动并向外发送预警信号；所述电台预警黑匣子，在未接收到所述预警信号时，处于低功耗状态。4.根据权利要求3所述的用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，所述监测主机还包括倾角传感器；所述倾角传感器与所述mpu模块电性连接，用于实时获取所述监测点的角度信息并发送给所述mpu模块，从而使得所述mpu模块根据所述监测点的初始角度信息计算得出所述监测点的实时角度变化量；所述mpu模块，还用于根据所述监测点的实时角度变化量和/或所述监测点的实时位置变化量判断是否触发预警。5.根据权利要求3所述的用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，还包括：远程服务器；所述预警触发模块通过所述通讯模块与所述远程服务器通信连接，用于当触发预警时，将预警信号通过所述通讯模块上传至所述远程服务器。6.根据权利要求1所述的用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，还包括电台发射天线，所述电台发射天线通过电缆线与所述电台预警黑匣子电性连接。7.一种用于铁轨的灾害预警监测方法，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的一种用于铁轨的灾害预警监测系统，其特征在于，所述预警监测方法包括：数据处理步骤：实时获取监测点的实时位移信息，并根据所述监测点的初始位移信息得出所述监测点的实时位移变化量；判断步骤：根据所述监测点的实时位移变化量判断是否触发预警，若是，执行预警触发
步骤；若否，则继续执行数据处理步骤；预警触发步骤：生成预警信号并将所述预警信号发送给电台预警黑匣子，以启动所述电台预警黑匣子，从而使得所述电台预警黑匣子向外发射预警信号。8.根据权利要求7所述的用于铁轨的灾害预警监测方法，其特征在于，所述数据处理步骤还包括：位置解算步骤：实时获取gnss卫星的原始观测数据及cors服务器的差分改正数据，并根据所述原始观测数据和差分改正数据对所述监测点进行定位解算以得出所述监测点的实时位置信息，以及根据所述监测点的实时位置信息和初始位置信息得出所述监测点的实时位置变化量；角度解算步骤：通过倾角传感器获取所述监测点的角度信息，并根据所述监测点的初始角度信得出所述监测点的实时角度变化量；所述判断步骤还包括：根据所述监测点的实时位置变化量和/或监测点的实时角度变化量判断是否触发预警。9.根据权利要求8所述的用于铁轨的灾害预警监测方法，其特征在于，所述预警触发步骤还包括：将所述预警信号实时上传至远程服务器。10.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有灾害预警监测程序，其特征在于，所述灾害预警监测程序为计算机程序，所述灾害预警监测程序被处理器执行时实现如权利要求7-8中任意一项所述的一种用于铁轨的灾害预警监测方法的步骤。

技术总结

本发明公开了一种用于铁轨的灾害预警监测系统、方法及存储介质，应用于铁轨的灾害预警；其中，灾害预警监测系统包括：监测主机，安装于铁轨的监测点，用于实时获取监测点的实时位移信息，并根据监测点的实时位移信息和监测点的初始位移信息得出监测点的实时位移变化量，进而根据监测点的实时位移变化量判断是否触发预警；电台预警黑匣子，与监测主机连接，用于当触发预警时，接收监测主机发送的预警信号并向外辐射预警信号，以使得对应列车的列车员接收到预警信号。本发明能够解决铁轨的实时预警，以保证列车的安全运行。以保证列车的安全运行。以保证列车的安全运行。