一种列车运行线路环境预警系统及其应用的制作方法

本发明涉及轨道交通信号系统，尤其是涉及一种列车运行线路环境预警系统及其应用。

背景技术：

1、轨道交通是国家重要的基础设施之一，近年来其运营里程快速增加，伴随着自动化和智能化水平的提升，轨道交通的便捷性、安全性、准时性等特点成为人们日常出行的首选。轨道交通相比航空运输和公路运算，有着专用路权和封闭式运营的特点，其受天气因素的影响较少，也成为特殊天气下人们日常出行的最后保障。

2、轨道交通线路按照空间位置的不同，通常有地面线路、高架线路和地下线路。近年来极端天气、地质灾害频发且呈逐年上升趋势，地面线路和高架线路的运行列车受到极端天气的影响越来越突出，如因极端降温冰冻灾害，导致了列车运行制动距离变长、出现打滑等现象，甚至出现安全事故。因此，在极端恶劣天气环境下，传统的控车方式已不能满足当前高速、高密度的运营要求。在列车高速运行中，如何能提前获取列车运行线路前方的异常气候状况及突发地质灾害，对前方危险状况进行提前预警，辅助列车驾驶员进行提前干预，并做到平稳地驾驶列车安全降速运行或停车，对列车和乘客的出行安全有着重要作用。

3、轨道交通线路按照服务对象，可分为国家铁路线路和城市轨道交通线路。运行在国家铁路线路的列车通常称为铁路列车，运行在城市轨道交通线路的列车则称为地铁列车。铁路列车和地铁列车分别由中国列车运行控制系统(ctcs)和基于通信的列车自动控制系统(cbtc)保证其安全、快速、可靠的运行。目前，列车运行线路出现极端天气和自然灾害险情时，路网中心调度员接收到气象系统、地质灾害等系统预警，逐级下达调度命令来传达至车站，同时在调度中心的调度台在相关线路下达线路限速命令传达至列车，列车降速运行或线路禁止行车。地铁车站调度员和国铁列车司机也是被动接收调度命令并执行，以便对于地震、滑坡等突发的地质灾害进行防护，如不能做到及时、准确、有效地传达，那么对于高速运行中的列车来说增加了运行的安全风险，严重时可能发生重大地灾难。另外，气象灾害和地质灾害预警主要是较大区域内预警，铁路线路侧的灾害信息并未准确监测，依靠气象预报长时间大面积进行列车限速运行，大大降低了运行效率，且线路的气候环境和自然环境也瞬息万变，总体调度不能跟随线路环境变化及时灵活应变。目前列车运行虽在自动驾驶、自动防护等方面有很成熟的技术，但仍存在如下问题：

4、(1)线路侧预防突发灾害传达效率低，不能实时获取运行前方气象和地质灾害信息；

5、(2)列车运行线路周围的环境状况监测不完善且不精准，未达到信息共享；

6、(3)司机对列车运行线路前方环境无法提前知晓，不能提前做有效预防措施；

7、(4)在同一调度区域内发生灾害，调度员调度工作强度大。

8、经过检索中国专利公开号cn115187048a公开了一种轨道线路多域限界异物侵限事件状况识别方法及系统，具体公开了根据异物侵限事件发生全过程监测要求，选择轨面状态采集传感器设备对轨面状态数据进行采集；将轨面限界区域划分为关注域、预警域、安全域，对入侵限界的异物进行识别、跟踪、特征提取；定义侵限事件状态描述模型；基于侵限事件状态特征，利用识别到的侵限异物特征数据作为侵限事件状态描述模型动态特征参数量化风险值，计算轨面限界安全域、预警域、关注域的侵限异物事件检出率。但是该现有专利并不能反映列车前方线路侧的自然气候环境和危险源。

9、作为列车驾驶员，时刻掌握列车的运行状态、列车运行前方的线路状况和周围环境是驾驶列车安全运行的前提，不能仅依靠列控系统的自动驾驶功能等机械驾驶列车，需要根据驾驶经验并综合列车和线路状况，时刻警惕，在出现特殊情况下时及时介入以确保列车的安全运行。我国铁路线路分布广、线路侧地质条件复杂且线路长，因此如何来实现一种能够反映列车前方线路侧的自然气候环境和危险源的辅助系统非常有必要，可实时预警地震、滑坡、水淹、横风等自然和突发地震灾害预警防护，不仅能增长列车驾驶员“视距”，实时了解线路前方危险源采取必要措施增加列车运行系统的，也能减少运输调度员的强度，满足现有铁路以人为本、智慧铁路的发展需要。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种列车运行线路环境预警系统及其应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种列车运行线路环境预警系统，包括：

4、线路环境预警地面设备，用于气象监测、地震监测、滑坡坍塌监测、水淹监测、桥梁位移监测和异物侵限监测；

5、线路预警车载设备，接收整个运行线路环境基本信息、即将运行前方线路的气象信息、地质灾害预警、列车运行计划信息、列车控车信息和车辆状态，综合分析列车前方的危险预警或报警、列车自身状态和列控车载atp防护运行曲线信息，并经过专家系统分析给出辅助列车驾驶最优方式。

6、作为优选的技术方案，所述线路环境预警地面设备包括：

7、线路侧采集单元设备，用于采集气象、地震、滑坡坍塌、水淹、桥梁位移和异物侵限信息；

8、防灾中心，同时接收地震局和气象中心信息，并将信息发送给运行中的列车；

9、线路侧地面监测单元，分别与各线路侧采集单元设备连接，汇集各采集单元设备原始信息，将灾害或预警信息及时发送给地面列控中心，并通过灾害信息网络实时发送至线路防灾中心。

10、作为优选的技术方案，所述线路侧采集单元设备包括：

11、气象监测单元，在特殊线路区域增加气象监测点，其中监测点采用多点布置；

12、地震监测单元，通过网络获取地震具体位置和地震等级信息，并在预警有效范围内提醒列车采取有效措施；

13、滑坡坍塌监测单元，通过雷达、gnss位移监测、视频的多重技术，实时监测铁路线路重点区域滑坡或坍塌的发生情况；

14、水淹监测单元，通过压力水位计、电子水尺和摄像头的多重技术，获取线路桥面和低洼易积水路段的水位情况，当水位接近预警阈值系统自动触发报警装置且给列车发出预警；

15、桥梁位移监测单元，用于从工务桥梁位移监测系统获取大桥水平和垂直方向位移，评估对列车运行的安全影响；

16、异物侵限监测单元，通过光栅传感器技术和视频图像识别技术，在线路周围形成检测棚洞，对侵入线界的物体进行识别。

17、作为优选的技术方案，所述特殊线路区域包括隧道出口和山谷峡缝，通过对同组多点监测数据同时对比，得出监测结果。

18、作为优选的技术方案，所述防灾中心通过接收到各线路侧采集单元设备的数据及地震局和气象中心数据，确认灾害等级和位置，通过无线网络技术将数据及时发送给相关列车和铁路调度中心行车调度台。

19、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备包括：

20、安全预警计算机，根据列车轨道电路和速度传感器定位列车位置，接收列车调度命令和运行计划、列车运行前方线路线路参数、线路侧气象信息、突发地质灾害信息、异物侵线详细线路坐标和灾害强度信息，对接收的信息进行处理后给出列车运行最高速度提醒建议和最优停车位置；

21、预警显示人机交互模块，用于实时动态显示列车即将运行前方线路详细参数、线路侧异常灾害预警、在gis地图实时更新列车运行信息以及本次列车运行线路需途径车站停站信息；

22、通信模块，用于完成车-地间列车运行控制、线路侧运行环境、调度命令信息交互；

23、接口单元，用于接收列车车载控车信息。

24、作为优选的技术方案，所述预警显示人机交互模块获取线路预警主机发送的驾驶列车运行操作提醒，并通过三维或二维界面显示重点关注的驾车信息。

25、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备安装于列车车头驾驶室，并采用列车提供的独立电源。

26、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备根据bds和列控车载实时动态更新列车在gis的位置。

27、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备根据列车当前运行速度，预判并显示到站时间以及动态更新调度中心的运行计划和实际到站差异，并对列车运行过程的全线数据进行记录。

28、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备通过gsm-r和lte实时接收到列车计划运行前方线路区间内所有监测点的气象信息，并准确显示列车运行线路侧的天气情况和列车环境信息。

29、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备及时从调度中心获取列车运行前方线路空闲情况、停站信息、限速、运行图调整信息，并实时显示给列车驾驶员。

30、作为优选的技术方案，所述线路预警车载设备配置北斗定位或与既有定位技术共享列车定位位置，并且在gis地图中实时显示列车位置。

31、作为优选的技术方案，所述系统实现线路信息实时共享。

32、根据本发明的第二方面，提供了一种采用所述列车运行线路环境预警系统的应用，该应用在雨雪冰冻灾害极端天气下，所述预警系统根据灾害级别以及前方线路风速等级，给出线路安全运行最高运行曲线，列车降速安全运行或在车站或安全区域避险，并根据线路侧的变化实时调整建议曲线。

33、根据本发明的第三方面，提供了一种采用所述列车运行线路环境预警系统的应用，该应用在突发地震或滑坡的地质灾害下，所述预警系统收到地震预警信息后，判断地震等级并及时给司机提醒降速或预判前方线路有利的安全停车位置，给出异常防护运行曲线辅助提醒司机提供操作以及应对措施；

34、当预判前方线路出现异物侵限和滑坡预警时，提醒司机低速手动驾驶通过预警线路区段，将信息及时传送给控制中心，提醒中心调度员调度救援和调整运行计划。

35、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

36、1)本发明列车运行线路环境预警系统是集成列车运行控制技术、天气预报技术、北斗列车定位技术、地震等地质灾害监测技术为一体，以铁路运输为核心的辅助环境预警系统，能极大地减少恶劣天气和地质灾害等危险因素导致的列车运行安全隐患。

37、2)本发明列车运行线路环境预警系统打破了铁路工务、电务和机务间的信息壁垒，利用现有的铁路线路灾害和异物侵线监测系统，以及特殊路线新增气象和地质灾害信息采集，提前预警或报警列车即将运行线路的危险源，实时显示给列车司机，增长列车司机的“视距”，有效辅助列车安全运行，形成中心-列车-地面多维度安全防护，缩短调度中心各类专业间沟通以及下达调度限速或停车命令的时间，减少了中心调度的工作任务。

38、3)本发明能准确显示列车运行线路侧的天气情况，增加列车对环境感知时效性，并定位列车位置并反馈至地图，为司机提供驾驶列车提供可靠依据。

39、4)本发明能及时感应和收到地震、滑坡坍塌、水淹、异物侵限等灾害信息，为司机提供降速运行或停车在安全线路确保整列车安全。

40、5)本发明实时显示列车运行前方线路空闲情况、停站信息、运行图调整等列车运行信息。

41、6)本发明缓解特殊天气下列车运行调度强度，规避了因司机经验不足和对线路不熟悉对列车驾驶的影响，为列车自动驾驶和智慧列车提供环境数据。

42、7)本发明列车司乘实时掌握列车周围气象和环境状况，为特殊情况下铁路线路抢修和紧急抢险救援提供依据。

43、8)本发明线路信息实时共享，打破车务、机务、电务、工务、车辆等部门及公安应急部门信息壁垒。