專利名稱：軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及軌道機車安防設備，特別涉及一種軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置。
背景技術：
幾年，隨著我國高速鐵路核心技術的突破，我國鐵路得到了飛速的發(fā)展，京-津、 滬-寧、滬-杭等高速鐵路相繼開通運行，標志著我國進入高鐵時代，國內列車速度已經達到了 350公里/小時。伴隨著鐵路的高速發(fā)展，安全運行始終是鐵路永恒的主題。如何解決高速運行中安全問題，尤其是機車防火安全和及時提供相關運行數據及遠程應急處理成為新的課題。 由于缺乏機車實時、多信息分析的防火系統(tǒng)，鐵路管理部門每年需要花費大量人力、財力， 用于防火安全及處理相關事故和糾紛。以2008年震驚全國的“4. 28，，山東膠濟鐵路火車事故為例，北京開往青島的T195 次旅客列車運行至山東省境內膠濟鐵路周村至王村間，火車因超速引起火災和脫軌，造成 71人死亡，416人受傷，直接損失巨大。2010年6月30日12時22分，由青島開往廣州的 T162次客運火車沿膠濟鐵路行至約350公里處車頭起火。120余名消防官兵趕赴現(xiàn)場進行救援，車上1000余名乘客被疏散至安全位置。除了傳統(tǒng)的內燃機車容易引發(fā)火災，電力機車和我國自主研發(fā)的新型電力機車和諧號和城市軌道地鐵交通也常有火災情況發(fā)生。2009年7月沈日上午8時15分左右，由西安開往烏魯木齊的1043次普快列車行至蘭新段，牽引列車的電力機車突然起火，2008年 9月3日上午，和諧3型電力機車HXD3型電力機車(“和諧”電3型)，于行駛京滬線10135 次貨運列車途中突然起火。2010年8月25日早8點40左右，北京地鐵1號線由西往東進入軍博站時，后部機車出現(xiàn)明火點。因此，無論是傳統(tǒng)的內燃機車，到新的和諧號和城市軌道交通，火災隱情的防范和應急處理是安全事故預防的重點部分之一，具有非常大的意義。在這一系列的事故中，我們可以看到軌道交通運營過程中除了企業(yè)安全生產認識不到位、責任不到位、隱患排查治理不到位和監(jiān)督管理不到位的嚴重問題外，還暴露了軌道交通運營中火災防范技術保障和應對火災突發(fā)事件技術支持手段的缺乏。目前軌道交通機車沒有同類的多參數、實時的防火監(jiān)控系統(tǒng)，已有的鐵路監(jiān)控設備主要是視頻監(jiān)控，附帶一些簡單的功能。主要通過兩種方案來實現(xiàn)。第一種為PC機上插音視頻壓縮卡的方式。音視頻壓縮卡插在PC機的PCI插槽上，壓縮好的數據通過PCI接口傳給PC主機，然后由PC主機把數據寫入硬盤。早期的音視頻記錄裝置都通過這種方式來保存音視頻數據。第二種方案為采用現(xiàn)有DVR(硬盤錄像機)的主板，并附加一些外部電源優(yōu)化的設備。這兩種方案都是以傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控為主，沒有與火災檢測設備做整合，而且無法向地面中心實時傳輸數據。傳統(tǒng)的煙霧報警主要被動的采集煙霧和溫度信息，由于空間上的距離，需要在煙霧和溫度到達一定濃度時才能起到效果，等到發(fā)現(xiàn)時已是火勢比較大了， 無法在火災初期準確判斷，并且在內燃機車這種煙霧和溫度比較高的地方有可能失效。
實用新型內容本實用新型要解決的問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提一種軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置。為解決技術問題，本實用新型的方案是提供一種軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置，包括煙霧及溫度采集模塊、音視頻采集模塊；該裝置有一個主CPU及數據存儲模塊；主CPU及數據存儲模塊與多參數分析比較模塊、WLAN/3G無線模塊、車內通信模塊、電源模塊、顯示及輸入模塊、煙霧及溫度采集模塊、音視頻采集模塊之間分別實現(xiàn)電連接。作為一種改進，所述煙霧及溫度采集模塊通過導線連接至設置于軌道機車內的煙感設備。作為一種改進，所述音視頻采集模塊通過導線連接至設置于軌道機車內的攝像頭。作為一種改進，所述電源模塊是雙冗余的電源模塊，內置嵌入式UPS。作為一種改進，所述WLAN/3G無線模塊和音視頻采集模塊整合在同一塊處理板上。本實用新型的有益效果是本實用新型是一種全新的防火監(jiān)控裝置，通過多種參數、多通道和無線通訊技術對機車的運行情況進行分析，為軌道機車提供準確、實時的火災預警、檢測及報警功能。該裝置不僅能用于軌道機車的防火，也可用于對防火要求較高的無人值守機房等地方。

圖1為本實用新型中防火監(jiān)控裝置的總體架構圖；圖2為視頻采集模塊流程圖；圖3為高溫煙感軟件工作流程圖；圖4為明火識別軟件算法流程圖；圖5為預警實現(xiàn)流程圖；圖6為異常斷電自動監(jiān)測保護的電源系統(tǒng)軟件流程圖；圖7為WLAN/3G板卡設計原理圖；圖8為主CPU工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的實現(xiàn)方式進行詳細表述。本實用新型主要通過以下兩個技術方面來實現(xiàn)1、采用多參數實時監(jiān)測分析技術，構建了多通道數據采集與雙備份冗余合成的結構體系，開發(fā)了機車防火數據實時監(jiān)測與綜合監(jiān)管分析系統(tǒng)，包括設計開發(fā)了基于數據通道方式的溫度、煙霧濃度等參數實時采集模塊，基于視音頻通道方式的車內明火圖像實時采集模塊，通道狀態(tài)分析與異常切換模塊。通過智能算法，對明火和煙霧信息進行智能分析，融合了煙霧、明火、溫度三個數據來達到防火的目的，往往能在火災的初期得到準確的判斷，提高火災報警的精度。2、設計了基于WLAN/3G無線數據傳輸技術和網絡速率自適應技術的機車與地面實時數據通信系統(tǒng)，解決了地面在線監(jiān)控機車實時狀態(tài)的問題。當機車進站或進機務段時， 通過WLAN自動與地面分析系統(tǒng)建立數據交換連接，免去一般車載設備產品必須將數據存儲模塊取下來之后才能進行數據讀取的弊端。通過3G模塊可向地面發(fā)送實時的數據和圖像信息，為火災事故發(fā)生時組織快速有效的救援行動提供條件。(1)系統(tǒng)架構設計軌道交通機車安全運行多參數防火監(jiān)控系統(tǒng)，是利用先進的計算機、網絡通信、物聯(lián)網數據采集技術以及視音頻編碼等多項技術開發(fā)的一套專用機車安全防火運行系統(tǒng)，其總體架構如圖1所示。軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置，有一個主CPU及數據存儲模塊，與多參數分析比較模塊、WLAN/3G無線模塊、車內通信模塊、電源模塊、顯示及輸入模塊、煙霧及溫度采集模塊、音視頻采集模塊之間分別實現(xiàn)電連接。(2)系統(tǒng)主要功能模塊采集子系統(tǒng)該子系統(tǒng)主要負責機車內相關火災隱患信息的數據采集，主要包括以下幾個功能模塊(a)音視頻采集模塊該模塊主要由攝像頭和數據采集板組成，通過監(jiān)控攝像頭對所要監(jiān)控的設備間及相關火災隱患點的圖像和音頻進行實時數據采集，將采集到的音視頻數據壓縮存儲在數據存儲設備上，音視頻數據采集采用H. 264標準。同時提供多參數分析子系統(tǒng)進行實時分析處理；(b)煙霧及溫度采集模塊主要由高溫煙感設備和數據采集板組成，通過高溫煙感設備對設備間和相關火災隱患點的煙霧濃度、溫度數據進行實時數據采集，將采集到的數據進行存儲，同時提供給多參數分析子系統(tǒng)進行實時分析處理。多參數分析比較模塊該模塊采用多參數分析處理機制，主要負責對采集子系統(tǒng)提供的數據進行實時分析處理。該模塊通過內嵌DSP中的智能算法對圖像進行分析，可以判斷煙霧和明火信息。同時，通過溫度、煙霧采集模塊的數據，可以對機車內煙霧和溫度進行分析；通過圖像分析的得到的數據和溫度、煙霧采集模塊數據分析比較，提供告警信息，提高了預警的準確性，同時對火災現(xiàn)場實時狀況做到了清晰的判斷，對火災后處理提供了可靠的保障。傳輸子系統(tǒng)提供車內火災預警信息的實時傳輸和遠程信息的實時傳輸功能，該系統(tǒng)設計采用了多通道的設計理念，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(a)車內通信模塊車內通信模塊主要包括通信的標準選擇和電器接口標準選擇。在通信標準方面使用MODBUS通信標準，485總線作為通信載體，雙向的數據通信，帶 CRC數據校驗，杜絕誤報漏報等情況發(fā)生。在電器接口方面采用了鐵路標準的航空頭接口設計，同時為了避免操作錯誤，對不同類別的通信線纜進行了單獨的設計，電源、溫度、煙霧、 視頻、通信等采用了 4 9芯不同的接口設計，提高了設備的易用性。(b)WLAN/3G無線模塊該模塊主要負責車內系統(tǒng)和遠程地面指揮系統(tǒng)間的傳輸、 通信。通過鐵路系統(tǒng)的WLAN/3G網絡，將機車內的圖像、煙霧濃度、溫度等相關信息傳輸到地面指揮系統(tǒng)。同時該模塊設計采用了自適應的速率調整機制，通過內嵌DSP模塊的智能分析軟件，測試網絡質量，根據不同的傳輸帶寬進行傳輸信息碼流的自適應調整，提高了傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電源模塊對整個系統(tǒng)的設備(包括本機架設備、外接設備)供電，具有寬廣的電源適應性和實時的主備電源切換功能，確保整個系統(tǒng)在機車內部復雜的供電環(huán)境下正常穩(wěn)定地工作。主CPU及數據存儲模塊是整套裝置的大腦，其主要負責音視頻數據和煙霧、溫度報警數據的存儲及各個數據模塊間的數據傳輸，一個主CPU可以接1-2個硬盤，工作系統(tǒng)可根據需要配制成單模塊、雙模塊負荷分擔、雙模塊主從備份、雙模塊全實時備份等各種儲存模式。數據采集外設數據采集外設主要包括攝像頭及封裝支架、液晶顯示器(含鍵盤控制板)、拾音器、高溫煙感、電纜等。(3)系統(tǒng)主要功能模塊的工作流程煙霧及溫度采集模塊使用MODBUS通信標準，485總線作為通信載體，最多能連接1 個煙霧報警終端。 具備聲光顯示報警功能，當某個煙感報警時，監(jiān)控主機相對應的LED顯示紅色，并附帶聲音報警。預留與機車TAX箱接口，可進行機車時間里程的讀取。預留存儲功能，可將報警事件信息存儲，已被時候調用。預留串口輸出，用戶可通過電腦讀取監(jiān)控主機內報警數據。采用工業(yè)級總線設計，線路和監(jiān)控主機煙霧報警具有光電隔離，滿足電磁兼容的要求。具備復位按鈕，可人工進行報警復位。音視頻采集模塊一塊音視頻采集模塊負責8到16路(可根據需要進行配置)的視頻圖像采集和壓縮，并傳輸給主CPU模塊。其工作流程如圖2所示。煙感設備本實施例中選用高溫數字煙感，它跟傳統(tǒng)的煙感報警器比有以下特點耐高溫，工作溫度為-10 120°c，產品使用的芯片，電源屬于機車級別(符合國家鐵路標準)，電阻， 電容，線路板都按照該級別標準做了挑選，外殼使用耐高溫材料，引出線使用耐高溫硅膠線等。使用MODBUS通信標準，485總線作為通信載體，雙向的數據通信，帶CRC數據校驗，杜絕誤報，漏報等情況發(fā)生?？砂床樵兎绞椒祷責煾袪顟B(tài)，主機可隨時知道各個煙感狀態(tài)。采用 4線總線布線方式，2根電源線，2根信號線，使用屏蔽雙絞線最遠無中繼距離可達1000M，一個報警主機最多可掛載1 個數字煙感。預留煙感敏感度調節(jié)功能，可通過煙感傳感器上面的旋鈕調節(jié)，也可通過報警主機輸入調節(jié)(需要報警主機支持)。煙感帶有測試及靜音模式，測試模式可以模擬報警信號發(fā)出報警，靜音模式適用于排煙及滅火過程中消除煩人的報警聲。靜音模式可通過煙感傳感器上按鈕或者報警主機設置。采用防暴電容，杜絕意外； 接口防雷，防浪涌設計，最高耐壓可達觀；防蟲式光學迷宮設計；機殼采用耐高溫屏蔽材料設計；二重指令碼確認，防止誤報誤發(fā)；ADC均值處理，防止短時外界干擾。其工作流程如圖 3所示。多參數分析比較模塊為了達到高準確性要求，傳統(tǒng)的單一數據采集來源無法達到99. 9%的要求，因此，在系統(tǒng)設計時采用了煙霧、溫度傳感和視頻分析兩種不同的分析機制，即多參數實時監(jiān)測分析技術，通過DSP算法對音視頻通道采集的圖像和音頻信息進行分析，提供明火和煙霧告警信息，與另一通道采集的煙霧、溫度信息進行對比，以提高系統(tǒng)的準確性要求；同時視頻圖像的分析還能夠提供乘務員現(xiàn)場火災的實時程度，提高了判斷的準確性。(1)視頻智能分析作為高可靠性要求的一個重要保障-視頻分析是系統(tǒng)的核心功能之一，明火信息通過視頻圖像的智能分析進行采集，圖像的智能分析采用嵌入式DSP 軟件算法，其明火識別軟件算法實現(xiàn)的流程如圖4所示。(2)多參數分析在視頻分析處理過程中，系統(tǒng)自動和高溫煙感采集的數據進行比較，通過系統(tǒng)的不同信息源的判斷，給出報警信息，提高了系統(tǒng)的準確率，根據測試，系統(tǒng)的準確性可達到99. 9%的設計要求。預警實現(xiàn)流程如圖5所示.通過多通道、多參數的數據采集、比較，可以大幅度提高系統(tǒng)的預警準確性和防火系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)了防火系統(tǒng)的綜合監(jiān)管分析，多通道、多參數的系統(tǒng)設計思路，打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)的設計理念，提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。特別需要指出的是，本實用新型中所述的多參數分析比較模塊是一個內置于嵌入式DSP的軟件功能模塊。其具體的實現(xiàn)方式可以有很多種，本領域技術人員在了解本實用新型設計思路及該模塊功能描述之后，完全可以根據其掌握的基本技能實現(xiàn)該功能模塊的編程與運行，不存在無法理解或無法再現(xiàn)的可能性。電源模塊電力機車由27000V的牽引電對機車進行供電，高壓經過變壓器等一些列降壓措施，減低到IlOV對電器系統(tǒng)進行供電。然而由于變壓器等一系列降壓設備對瞬間脈沖和瞬態(tài)浪涌不能完全過濾，所以Iiov電壓會經常伴隨著大于1800V的直接瞬態(tài)電壓和大于正常輸入電壓3倍以上的浪涌電壓。當電車升弓時，會出現(xiàn)電源的波動范圍在DC 77V 137V之間。通過采用VICOR的雙冗余的電源模塊，增加了抗浪涌抗尖峰電路，同時設計內置嵌入式UPS，重點考慮了系統(tǒng)在浪涌時的充放電處理。因而使電源具有以下幾點性能具備耐瞬態(tài)尖峰電壓2000V以上功能；具備抗正常輸入電壓3. 5倍以上浪涌的功能； 具備內置UPS功能。與之配套的異常斷電自動監(jiān)測保護的電源系統(tǒng)軟件工作流程如圖6所WLAN/3G無線模塊主要用于機車內的圖像和數據進行實時的傳輸，系統(tǒng)設計重點解決圖像的傳輸，在設計上將WLAN/3G無線模塊和音視頻采集模塊整合在同一塊處理板上，通過板卡上的處理器對要進行傳輸的圖像進行處理，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。WLAN/3G板卡設計原理圖如圖7所示。主CPU及數據存儲模塊其中的主CPU負責控制整個系統(tǒng)，協(xié)調各個模塊間的數據傳輸；其中的數據存儲設備負責存儲音視頻監(jiān)控數據和煙感溫度的報警信息。主CPU工作流程如圖8所示。
權利要求1.軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置，包括煙霧及溫度采集模塊、音視頻采集模塊，其特征在于，該裝置有一個主CPU及數據存儲模塊；主CPU及數據存儲模塊與多參數分析比較模塊、WLAN/3G無線模塊、車內通信模塊、電源模塊、顯示及輸入模塊、煙霧及溫度采集模塊、 音視頻采集模塊之間分別實現(xiàn)電連接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述煙霧及溫度采集模塊通過導線連接至設置于軌道機車內的煙感設備。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述音視頻采集模塊通過導線連接至設置于軌道機車內的攝像頭。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源模塊是雙冗余的電源模塊，內置嵌入式UPS。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述WLAN/3G無線模塊和音視頻采集模塊整合在同一塊處理板上。
專利摘要本實用新型涉及軌道機車安防設備，旨在提供一種軌道機車多參數實時防火監(jiān)控裝置。該裝置包括煙霧及溫度采集模塊、音視頻采集模塊、主CPU及數據存儲模；主CPU及數據存儲模塊與多參數分析比較模塊、WLAN/3G無線模塊、車內通信模塊、電源模塊、顯示及輸入模塊、煙霧及溫度采集模塊、音視頻采集模塊之間分別實現(xiàn)電連接。本實用新型是一種全新的防火監(jiān)控裝置，通過多種參數、多通道和無線通訊技術對機車的運行情況進行分析，為軌道機車提供準確、實時的火災預警、檢測及報警功能。該裝置不僅能用于軌道機車的防火，也可用于對防火要求較高的無人值守機房等地方。
文檔編號B61K13/04GK202093640SQ20112015974
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者鄭軍 申請人:杭州智群科技有限公司