[發明專利]一種鐵路沿線雪災無人機雪深智能測量和預測方法與系統

有效

• 申請號: 201710299459.X
• 申請日: 2017-04-30
• 公開（公告）號: CN107054411B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 劉輝;李燕飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B61L27/00
• 分類號: B61L27/00;B61L23/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 龔燕妮

技術領域

本發明屬于鐵路軌道監測領域，特別涉及一種鐵路沿線雪災無人機雪深智能測量和預測方法與系統。

背景技術

隨著鐵路網絡的日趨密集，國民經濟對鐵路的依賴也在逐步提高。然而我國遼闊的土地，復雜多樣的地理、氣候環境給鐵路的運行帶來了不小的挑戰。這其中，寒冷地區特有的積雪給鐵路建設和運營帶來了一系列特殊問題。我國的東北、新疆北部及青藏高原的部分地區，冬季氣候寒冷，降雪量較大，受自然降雪和風吹雪的影響，地面經常形成較厚的積雪，對鐵路運輸產生影響較大。特別是寒區鐵路客運專線的建設，對雪害防治提出了更高的要求。為減輕雪害對鐵路運輸的影響，必須正確認識寒區鐵路的雪害特點，采取有效的防治措施。

鐵路雪害分風吹雪和雪崩兩種。風吹雪現象的存在使得積雪速度大大加快，而雪崩的突發性和難以預測性更是嚴重地影響到了正常的行車作業。我國北方地區降雪豐富,其中西北地區的降雪量約占全國總降雪量的40％,尤其是新疆的降雪更加豐富,約占全國總量的33.9％,而其降雪又大部分集中在北天山地區。豐富的降雪雖然為該地區提供了豐富的淡水資源,但是大量的降雪和積雪引發的風吹雪和雪崩給該地區的生產和生活尤其是交通運輸帶來災害性影響。

為了降低鐵路沿線雪害對對列車運行的影響，加強列控系統的災害預警能力，我國進行了多種預警與應對系統的研制。對于風吹雪，我國研建了一類雪深監測與預警系統，該類系統的工作原理多類似：在鐵路沿線按區間設置監測點實時監測積雪的深度，當雪深超過預警閾值時發出警報。對于雪崩，目前常用的方法是在雪崩易發區建設阻隔壁，是一種被動的防護方式。

發明內容

本發明提出了一種鐵路沿線雪災無人機雪深智能測量和預測方法與系統，其目的在于，通過引入無人機進行實時監控，鐵路調度部分可以獲得有關于軌道冰雪積累情況的實時動態信息，填補了之前缺乏對軌道冰雪積累情況進行監控的盲區。

一種鐵路沿線雪災無人機雪深智能測量和預測方法，包括以下步驟：

步驟1：依據列車沿鐵路沿線軌道上運行時軌道上的歷史冰雪積累數據與列車運行事故數據，選出軌道上冰雪積累超過安全值和運行事故對應的連續軌道區間，對所選軌道區間進行等間距劃分，并在每個軌道區間單元設置工作站，每個工作站配置兩組無人機雪深測量裝置；

所述無人機雪深測量裝置包括飛行裝置以及裝載在飛行裝置上的超聲波雪深測量儀、Kinect傳感器、距離傳感器以及列車測速裝置；

所述無人機雪深測量裝置與所述工作站進行通信，所述工作站、雪災監測大數據中心和地面控制中心依次進行通信；

步驟2：對步驟1獲得的每個軌道區間單元進行編號，并記錄每個軌道區間單元的開始里程、結束里程、區間單元內列車安全速度、工作站編號和無人機雪深測量裝置編號；

步驟3：目標列車進入雪災危險軌道區間，啟動軌道雪深監測任務；

當目標列車進入雪災危險軌道區間時，地面列車控制中心將被監控的雪災危險軌道區間單元編號和目標受控列車的列車編號發送給雪災監測大數據中心，雪災監測大數據中心向該雪災危險軌道區間單元內的工作站發出測量指令，進行無人機軌道雪深監測任務的初始化；

工作站控制站內的兩組無人機雪深測量裝置同步起飛并跟蹤目標列車；

步驟4：并利用無人機雪深測量裝置上的Kinect傳感器采集列車編號，將其發送至雪災監測大數據中心與地面列車控制中心事先所發的目標受控列車編號進行比對，若比對結果一致，則進入步驟5，否則，2組無人機雪深測量裝置返回工作站，停止跟蹤，等待下一次指令；

步驟5：兩組無人機雪深測量裝置實時采集軌道雪深數據、列車速度以及與列車的相對距離，并實時傳輸至所屬工作站；

步驟6：雪災監測大數據中心依據工作站將接收的消息，以列車編號為檢索關鍵字，實時地對列車車速、積雪深度數據與預先存儲的安全數據進行比較，利用實時的積雪深度數據尋找對應列車的安全車速，若列車的實時車速超過實時的積雪深度數據對應安全車速時，則雪災監測大數據中心發出警報信息；

地面列車控制中心收到警報信息時，對列車進行對應的實時調度；

步驟7：當目標列車駛出雪災危險軌道區間后，地面列車控制中心向雪災監測大數據中心發送任務完成的信號，雪災監測大數據中心向工作站發送任務完成的信號，工作站向兩組無人機雪深測量裝置發送任務完成的信號，兩組無人機雪深測量裝置返回工作站進入待機狀態。