高原铁路无人区信号维修远程技术支撑系统

技术领域

本发明属于铁路信号领域，尤其是涉及一种高原铁路无人区信号维修远程技术支撑系统。

背景技术

新建新藏铁路线路正线长度约1919.1km。全线平均海拔4379m，最高点海拔5369m(红土达坂)，最低点海拔1380m(和田)，落差近4000米；线路85％位于海拔4000m以上，冬季气温最低达零下40℃。

线路省界段地处羌塘无人区，有约350km为无人区，气候寒冷、干旱，空气稀薄，平均氧气含量仅为内地的40％，人类生存都受严重影响，所以现场平时维修维护工作要少驻守人员或平时不驻守只定期巡查两种方式。在呼吸、动作都成为负担的情况下，要进行大量脑力计算分析、判断、确定、解决故障都在向生命极限进行挑战。

面对这样的困境，必须有新的维修维护理念与之匹配适应，那就是一旦故障以最少的技术水平要求不严苛维修人员迅速到现场，将现场情况通过系列技术手段与后方技术支持团队实时共享信息，共同分析、判断，由后方技术团队确定故障处理方案，不仅节省无人区人员技术压力，又能充分利用技术团队整体优势，实现整体团队配合快速定位故障、快速分析故障、快速定位故障、快速决断处理方案，现场人员只需要进行最简单的实际操作即可。

现有电务维护方式一般是在车站设置工区或车间等，运维人员长期在工区和车间驻守，对信号室内外设备进行周期性的巡检及维护，包括日常养护、集中检修等，运维工作量巨大，对现场运维人员数量、质量要求较高。

综上，川藏铁路、新藏铁路等西部高原铁路，沿线多有无人区、高海拔、严寒、干旱以及氧含量极低的环境，当信号设备出现故障时，需维护人员到现场进行故障排查，由于无人区、高海拔等恶劣条件及环境，无法派遣大量人员到达现场，信号设备故障排查及维护工作无法按时完成，造成长时间运营中断。故需要配备一种高原无人区铁路信号维修远程技术支撑系统来解决上述问题，用到的技术包括BIM技术、视频采集技术、VR技术、AI技术以及信号集中监测。

发明内容

本发明的目的在于解决恶劣环境下的信号维护问题，保证高原铁路信号设备的实时维护及运输效率，提供一种高原铁路无人区信号维修远程技术支撑系统，远期可运用信号维修远程支撑系统实现无人化维护，现场维护工作均由智能机器人完成。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高原铁路无人区信号维修远程技术支撑系统，基于信号维修远程支撑系统与信号集中监测系统，其特征在于，所述信号维修远程支撑系统包括中心设备、车站设备以及现场个人设备，所述信号集中监测系统包括信号集中监测系统站机和信号集中监测系统总机；

所述中心设备包括VR运算单元、AI计算单元、大数据单元、信号全生命周期三维可视化平台、通信单元以及外部系统接口单元，所述大数据单元包括分析及处理单元、视频数据高速处理单元和存储单元；

所述车站设备包括数据预处理单元、无线通信单元以及外部系统接口单元；

所述现场个人设备包括视频采集单元、高能电池单元、温度采集单元、无线通信单元以及外部系统接口单元，用于实时传输的现场高清视频及环境数据；

信号维修远程支撑系统与信号集中监测系统通过光纤通道传输数据，所述车站设备与中心设备间利用信号集中监测的百兆网传输数据，所述车站设备与现场个人设备通过无线通信方式传输数据；

所述中心设备实时获取车站设备以及信号集中监测系统的设备故障报警数据，所述车站设备实时接收所述中心设备的运算结果，并显示在车站终端界面上以及发送到所述现场个人设备显示界面上。

进一步的，还包括中心维护与现场维护，所述中心维护与现场维护通过无线和有线结合的通信方式实时通信。

进一步的，所述中心设备运用BIM技术，按照一一对应的原则，搭建所述信号BIM室内外全生命周期三维可视化平台；

所述中心设备运用VR运算单元的VR技术，搭建信号虚拟运维平台，用于中心维护人员与现场维护人员同步进行维护工作，并对现场维护人员进行实时指导；

所述中心设备运用AI计算单元的AI技术，搭建信号智能故障分析及预警平台，用于对现场故障情况进行预警及排查；

所述中心设备运用大数据技术，对信号数据进行整合及分析诊断，接合大数据智能分析结果。

进一步的，所述车站设备实时接收现场个人设备传输的数据，并对数据进行预处理，将预处理后的现场数据同步发送至信号维修远程支撑系统中心设备和信号集中监测系统站机，所述信号集中监测系统总机用于监测信号设备的运行状态和数据。

进一步的，所述现场个人设备通过所述视频采集单元和温度采集单元实时获取室内外信号设备的近距离高清视频信息以及现场设备运行环境温度，然后向所述车站设备实时传输高清视频、设备运行状态以及环境温度，并实时接收中心维护人员和车站设备的维修指令，所述高能电池技术用于为现场个人设备进行全工作周期供电。

本发明实施例带来了以下有益效果：

(1)首创了高原铁路无人区的信号设备维护方式新的维修思路。

(2)首创了高原铁路无人区信号维修远程支撑系统结构图。

(3)首创了高原铁路无人区信号维修处理远程支撑系统数据流转方案。

(4)通过以上技术措施，对克服高原铁路生命极限无人区信号设备维护困难，对保证高原无人区铁路正常运营意义重大。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分特征从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的信号维修远程支撑系统架构图；

图2为本发明实施例所提供的信号维修远程支撑系统数据流转图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种高原铁路无人区信号维修远程技术支撑系统，包括中心设备、车站设备和现场个人设备，

信号集中监测系统包括信号集中监测系统站机和信号集中监测系统总机；

在车间、段或电务处设置中心设备，在车站设置车站设备和可穿戴式个人设备，中心设备与车站设备、信号集中监测系统等系统设置接口。

所述中心设备包括VR运算单元、AI计算单元、大数据分析及处理单元、视频数据高速处理单元、信号全生命周期三维可视化单元、通信单元、大数据存储单元和外部系统接口单元。

车站设备包括数据存储及预处理单元、无线通信单元和外部系统接口单元。

个人设备包括视频采集单元、高能电池单元、无线通信单元、温度采集单元和外部系统接口单元。

信号维修远程支撑系统车站设备与中心设备间利用信号集中监测的百兆网传输数据；车站设备与现场个人设备间通过无线通信方式传输数据；中心维护人员与现场维护人员通过无线和有线结合的通信方式实现实时通信；信号维修远程支撑系统与信号集中监测系统间通过光纤通道传输数据。

所述中心设备实时获取车站设备以及信号集中监测系统的设备故障报警数据，所述车站设备实时接收所述中心设备的运算结果，并显示在车站终端界面上以及发送到所述现场个人设备显示界面上。

如图2所示，本实施例的工作原理如下：

1)中心设备运用BIM技术，按照一一对应的原则，创建与现场一致的室内外所有信号设备模型，包括信号机械室内的机柜、机柜间配线、电缆等以及机械室外的信号机、转辙机和室外电缆等，搭建信号BIM室内外全生命周期三维可视化平台。

同时，结合个人设备实时传输的现场高清视频及环境数据，利用信号BIM室内外全生命周期三维可视化平台，通过VR技术，搭建信号虚拟运维平台，中心维护人员利用信号虚拟运维平台与现场维护人员同步进行维护工作，并对现场维护人员进行实时指导。

中心设备实时获取车站设备以及信号集中监测系统的设备故障报警数据，结合自有信号BIM室内外全生命周期三维可视化平台数据，运用大数据技术，对信号数据进行整合及分析诊断，接合大数据智能分析结果，运用AI技术，对现场故障情况进行预警及排查，为现场维护人员提供维修方案及详细作业流程。

中心设备具备支持多人同时在线的远程支撑功能，满足多处故障同时抢修的需求。

2)在各站均配备车站设备，所述车站设备实时接收现场个人设备传输的数据，并对数据进行预处理，将处理完成的数据同步发送至信号维修远程支撑系统中心设备和集中监测站机设备，集中监测站机可查询现场个人设备传输数据。

3)现场个人设备具备视频采集单元、温度传感器等，视频数据采用H.264视频编码技术或其他先进编码技术，能够实时获取室内外信号设备的近距离高清视频信息以及现场设备运行环境温度等。现场个人设备可穿戴，当维护人员到达现场进行维护时，需穿戴个人设备后进行维护工作，个人设备向车站设备实时传输高清视频、环境温度等，并实时接收中心维护人员和车站设备的维修指令；采用高能电池技术为个人设备进行全工作周期供电。

本实施例用到的技术包括以下内容；

(1)建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)技术是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便工程各参与方的使用。BIM不是简单的将数字信息进行集成，而是一种数字信息的应用，可以用于设计、建造、管理的数字化方法。

(2)视频采集技术是利用电子技术通过传感设备和其他待测设备，对视频数据的自动采集过程。其主要构成的设备包括数据收集设备、数据传输设备等。其主要工作原理是将采集来的视频信号转化为数字信号。视频数据采集的方法很多，主要分为2大类：自动图像采集和基于处理器的图像采集。

(3)虚拟现实技术又叫作VR技术，该技术的实现是以计算机为载体，利用计算机系统中的图形渲染能力创造出虚拟的三维世界，并在此环境中增加人体的触觉、视觉以及听觉等模拟元素，让身处其中的人们感觉处于真实世界一样，能够带给人们非常强烈的感官震撼，此外，人们还可以对虚拟现实环境中的物体进行浏览和改动，能够有效地和虚拟三维空间进行信息交互。

(4)信号集中监测是信号设备的集中监测和智能诊断分析平台，通过全面汇集地面信号设备、车载信号设备等相关设备的运行状态和监测数据，实现信号设备健康状态及维护信息的集中存储、安全监督、智能诊断、综合分析功能。其监测范围包括联锁、闭塞、TDCS/CTC、等信号设备和子系统。

(5)AI技术(人工智能技术)其本质是模拟人类意识和思维信息的过程，通过机器实现，模拟人类感知、识别、和决策功能的技术。在大数据挖掘，云计算以及深度学习等理论支持下，人工智能呈现出跨界融合、人机协同、自主操纵等特征。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经展示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。