铁路安全监测技术的应用规划

物联网在铁路安全监测上的应用设想

摘要： “十二五”期间，中国铁路建设继续加快推进。与“十一五”相比，铁路投产新线增长87.5%。因此，

怎样更安全地运行列车成了亟待解决的问题。铁路的机车车辆、供电、线路以及通信信号设备以及各种可能发生的灾害，如自然灾害(强风、暴雨、大雪、地震)、突发事故(坍方落石、异物侵限)、列车及设备故障、突发的大规模群体事件等，都要实施全面监测。本文就如何解决存在的安全监测问题提出了设想与规划，并结合一个视频监控的设想进行说明。 关键字：铁路 安全监测 视频

一 铁路运输的安全监测

我国地域辽阔，地形复杂，气候变化大，致使铁路灾害分布广泛、类型众多、发生频繁，铁路灾害的分

布遍及全国，基本上凡有铁路的地方均受程度不同的灾害侵袭，由此平均每年造成铁路运输中断100余次，累计10002000h，最高峰曾达到年断道211次。已发生灾害路段占全路总运营里程的20%以上，尚有许多线路灾害处于潜伏状态，严重威胁铁路的行车安全。世界各国已建成和正在建成的高速铁路均将综合安全保障体系的研究放在首位。如何针对可能发生的各类危及行车安全的灾害，建立安全、可靠、实时、准确的铁路安全防灾监控和信息传输体系，制定科学有效的预警机制和应急预案，在灾害发生前或发生后及时控制运行列车减速或停车，使各种多发、随机的铁路灾害造成的破坏力降低到最小程度或避免灾害的发生，这对铁路部门科学、合理地调度列车、指挥运行，确保铁路客运专线运行安全有着重大的实践意义。根据人-机-环境系统工程理论，可以将铁路运输涉及的安全信息分为人员信息、设备信息、环境信息3类。人员信息包括司乘、站段、场段、铁路局等工作人员的工作情况及旅客相关信息。设备信息可以细分为地面设备信息和车载设备信息两部分。铁路运输系统中包含各设备，其信息量尤为大。例如：轨道状态信息、轨道电路信息、牵引供电信息、车站信号信息、道岔状态信息、列车轴温信息、机车信号信息、机车运行状态信息、机车列控信息等。环境信息包括可能对列车正常运行造成影响的预警和状态信息，如地震、滑坡、雨雪等信息。 二 应用设想

基于物联网智能技术的视频分析技术： 2.1. 智能视频分析的实现过程和原理 2.1.1 视频的获取

视频的获取主要是指系统将输入模拟视频信号进行数字化，为计算机进行计算和分析提供原始数据。一幅原始照片的灰度值是空间变量（位置的连续值）的连续函数，在M ×N 点阵上对照片灰度采样并加以量化（归为2b 个灰度等级之一），可以得到计算机能够处理的数字图像。

为了使数字图像能重建原来的图像, 对M 、N 和b 值的大小有一定的要求。在接收装置的空间和灰度分辨能力范围内, M 、N 和b 的数值越大,重建图像的质量就越好。由于M 、N 和b 三者的乘积决定一幅图像在计算机中的存储量，因此，在存储量一定的条件下需要根据图像的不同性质选择合适的M 、N 和b 值，以获取最好的处理效果。 2．1.2 预处理

视频的预处理是指在视频分析中对输入图像进行特征抽取、分割和匹配前所进行的处理。预处理过程一般有几何变换、图像归一化、图像平滑、图像复原和图像增强等步骤。 2.1.3 运动分割

通常有3 种方法进行运动检测和分割：光流法、相邻帧差法和背景差分法。光流法的计算量非常大, 对硬件要求比较高；相邻帧差法能够适应环境的动态变化，实现实时的运动检测，但分割出的运动目标不完整；背景差分法克服了相邻帧差法的缺点。现有的视频分析产品一般都采用背景差分法。 2.2.4智能判断

这部分首先加载用户的预定义规则进行视频分析的判断，根据规则追踪目标，例如桥梁是否出现裂痕，铁轨是否出现沉降等。如果出现了违反设置的情况，系统将利用物联网的智能技术进行分析判断。

2.1.5 输出显示

有了之前的背景、目标跟踪及识别分类等过程，视频分析是利用以上过程的结果，根据目标出现的时间、位置、速度和大小等因素，并结合之前设置好的行为规则，实现视频分析结果的输出和显示，如入侵、丢包和越界等。 2.1.6 存储调用

所有的监测资料都将通过云平台进行存储，用户可在任意计算机上调用需要的监测资料。 2.1.7 云平台操作

用户不需要再特定的终端对摄像头进行操作，只需要连接到云平台上对设备进行设置。

2 功能：

2.2.1针对固定场景中的进入禁入区域的目标进行分析、定位、跟踪，并根据规则触发告警的检测模式。 2.2.2针对进入保护区域的目标进行跟踪，并对逗留（滞留）时间超过用户设定时间的目标触发告警的检测模式。

2.2.3针对违反规定的运动方向的目标进行检测并触发告警的检测模式。 2.2.4出站旅客流向的方向、数量管理，帮助最优化的控制公共场所的人群。 2.2.5旅客站台、进出站地道等区域发生拥塞时的警告。

2.2.6 当人、车辆或者其他物体穿越第一条警戒线时，不产生报警；在规定时间内，再次穿越第二条警戒线时，立刻产生穿越双警戒线报警。可以用双警戒线来判断车辆的非法转弯，也可通过双警戒线报警检测翻越围墙等情况。

2.2.7人、车辆或者物体从某个特定区域中离开时智能分析设备产生离开识别报警。离开识别和进入识别都是为了保护某些禁区在一定时间内不允许人和物体进入或者离开。

8当有人、车辆或者物体出现在画面中的某个区域中，被认定为出现行为发生。出现识别与入侵检测都是针对画面中的虚拟区域产生的分析识别，两者的区别在于入侵检测强调物体从外部进入到区域，而出现识别强调物体突然出现在特定区域（如盗贼可能从地下挖一个洞钻出来，符合出现识别而不符合入侵检测）。 3 系统结构

铁路综合视频监视系统由视频区域节点、视频接入节点、视频采集点、视频网络和用户终端构成。视频系统在车站设置存储设备，视频业务由IP数据网承载。

系统总体结构图如下：

三 结语

安全运营是铁路永远的主题，而物联网技术强项正是铁路所需的的信息获取、传输、处理。通过物联网对各种信息的获取处理，在保障铁路运输安全、可靠的同时，还能通过对海量历史据发掘和处理，建立相应的智能专家系统，对提高运力做出进一步优化，对可能发生的安全隐患做出预警。随着铁路的飞速发展，物联网的应用必定会在今后产生很大的影响，期待更多更新的创意和技术为铁路安全保驾护航。

参考文献：

1智能视频分析技术在铁路视频监控工程中的应用探讨 2高速铁路综合安全监控系统设计 3浅谈物联网技术及应用领域

戴威 [中图分类号】TP393 [文献标识码】A [文章编号】1009—(2010)27-0188-01

4 基于物联网的铁路安全信息保障系统 钟章队 倪明