本发明涉及地铁环境灾害预警的技术领域,具体而言涉及一种地铁地震信息采集和预警方法与系统。
背景技术
安全是铁路运输之本,地铁列车运行速度快,因此对安全保障体系提出了更高的要求。而在影响地铁安全运行的环境灾害中,地震是一种发生概率小、危害性大的突发性灾害。因此,获取地震波动的有效信息,对地震灾害程度进行合理评估,能够有效减少地震损失,为地铁列车的安全运行提供保障。
目前,日本，法国及我国台湾地区都建立了地铁地震预警系统。其中,日本和我国台湾采用的均是新干线地震预警技术,也是当前世界上最先进的“uredas”预警系统,uredas系统控制信号的传输环节少、可靠性高、实时性强,能在第一时间控制列车制动停车。法国采用地中海线地震预警系统,预警流程为当预警中心接收到地震监测点的报警信息后,经过与国家地震局验证传输至列车运行控制系统,根据设定的报警阈值向列车发出运行控制指令。该系统的报警准确率高,但信号的传输环节过多、延时长。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种地铁地震数据信息采集和预警方法与系统,旨在实现对地铁沿线的地震信息进行采集和分析,实现提前预警,提高地铁的行车安全性。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现,从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的,本发明一种地铁地震数据信息采集和预警方法,包括以下步骤：
步骤1:在地铁沿线布置地震波动信息采集装置,获取其所在位置的地表运动信息,以电流信号的形式传输至电流信号/数值信号转换装置；
步骤2:电流信号/数值信号转换装置接收前述电流信号,并将其转换为相应的地表运动数值信号；
步骤3:动态生成地震灾害风险的参考阈值,即根据前述地震波动信息采集装置所在位置的历史地震灾害发生情况数据和当前的地表运动情况进行比对,确定当前所在线路地区的地震灾害参考阈值；
步骤4:判断前述地震波动信息采集装置当前采集的地表运动数值信号即地震波信息是否超出所生成的参考阈值区间,如果超过则启动预警程序,否则重复前述步骤；
步骤5:在预警启动后,获取地震波动信息采集装置所在的空间坐标信息,以对受影响的线路地区进行地理位置定位；通过无线通讯方式发送地震灾害评估信息以及地铁应急措施信息,实现装置与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。
步骤6:定位成功后,启动控车模式,控制在该段线路地区所行驶列车的速度；
步骤7:判断列车速度是否得到控制,如果得到控制，则结束预警并将本次预警的地震波信息以及参考阈值存入历史数据库,否则返回步骤5重新进入预警程序。
本发明的另一方面提出一种地铁地震数据信息采集和预警系统,包括：
分布于地铁沿线的地震波动信息采集装置,用于获取其所在位置的地表运动信息,并以电流信号的形式表达和传输；
电流信号/数值信号转换装置,用于接收前述的电流信号,并将其转换为相应的地表运动数值信号；
用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置,被设置成根据前述地震波动信息采集装置所在位置的历史地震灾害发生情况数据和当前的地表运动情况进行比对,确定当前所在线路地区的地震灾害参考阈值；
预警程序启动的决定装置,被设置成根据前述地震波动信息采集装置当前采集的地表运动数值信号即地震波信息超出所生成的参考阈值区间的结果,决定启动预警程序：
定位装置,用于根据预警结果获取发生预警的地震波动信息采集装置所在的空间坐标信息,对受影响的地铁线路地区进行地理位置定位；
用于控制列车速度的控车装置,被设置成根据预警结果控制在受影响的地铁线路地区所行驶的列车的速度；
存储装置,被设置成用于存储由每一个所述地震波动信息采集装置所获取的地表运动数值信号以及所确定的当前所在线路地区的地震灾害参考阈值所形成的历史数据库,该历史数据库为前述用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；
控制装置,被设置用于执行对前述地震波动信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置、预警程序启动的决定装置、定位装置、用于控制列车速度的控车装置以及存储装置的运行,并且将本次预警对应的地震波信息以及参考阈值存入历史数据库。
进一步的实施例中,前述用于控制列车速度的控车装置被设置成根据不同等级的地震灾害区间,控制使列车的车速降至预设的区间,并且在大于或等于5级的地震灾害区间内,控制使列车紧急制动并调度消防救援。
进一步的实施例中,前述用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置被设置成按照下述方式实现参考阈值的动态生成；
以前述历史地震灾害发生情况数据为基础,采用聚类算法得到地震波信息一地震灾害参考阈值的等级区间分布；
以地震波动信息采集装置所在位置当前的地表运动情况进行判断,确定其所属的等级区间以及
以其所属的等级区间的地震灾害参考阈值作为当前的地表运动情况的参考阈值。
进一步的实施例中,前述系统还包括：
无线通讯装置,连接至所述控制装置,用于无线通讯方式发送地震灾害评估信息以及地铁应急措施信息。
进一步的实施例中,前述地震波动信息采集装置由地震记录仪和力平衡传感器的组合来实现。
进一步的实施例中,前述系统还包括：
计算机处理装置,连接至前述的控制模块,该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元,其中：
前述控制装置通过前述接口单元提供的usb接口与计算机处理装置连接,实现计算机处理装置与控制装置之间的通信；
操作面板以触控式显示屏实现,用以接收用户输入的对前述控制装置的操作指令；
指示单元用以监控前述地震波动信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、存储装置、预警程序启动的决定装置以及无线通讯装置的工作状况,例如地震波动信息采集装置是否工作正常,无线通讯装置的信息传输是否正常等,并表征给用户,例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。
由以上本发明的技术方案可知,本发明的有益效果在于：
(1)安全方便、维护简易。本发明以强震仪作为信息监测器获取地震波动数据,利用工业单片机作为控制中心,分析所处环境的地震状况,利用无线发射模块发出预警信息,
整个装置实现了地铁地震信息采集和预警系统的便携式开发,具有安装方便的特点。同时,由于整个装置可采取分散式的布设,也降低了维护的难度。
(2)提高监测的精度。本发明采取的是地铁地表运动信息采集、分析以及发送的便携式集成设计,每一个实施例都是作为一个独立的系统形式存在,因此可以方便的布设在铁路沿线隧道、河流、山谷以及其它一些具有风险的地点,可以根据铁路线路具体情况选择布设精度,提高了铁路安全监控的精度。
(3)在确定地震灾害风险的比对阈值区间时,采用动态生成参考阈值的方式来生成,结合历史的灾害发生情况,并在最新的预警发生后不断地更新历史情况,从而与历史数据对比,更加完整而科学地考虑某一地区的风险预评估,使得评估结果更加科学、合理,具有更佳的可信度。
附图说明
图1为本发明实施例中地铁地震数据信息采集和预警装置系统结构示意图。
图2为本发明另一实施例中地铁地震数据信息采集和预警装置系统结构示意图。
图3为本发明实施例中地铁地震数据信息采集和预警方法与系统的实现流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面,附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不包括本发明的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
如图1所示,本发明提出一种地铁地震数据信息采集和预警装置系统,其包括地震波动信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置3、预警程序启动的决定装置4、定位装置5、用于控制列车速度的控车装置6、存储装置7以及控制装置10，其中，地震波动信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置3、预警程序启动的决定装置4、定位装置5、用于控制列车速度的控车装置6、存储装置7分别连接至控制模块10。
控制模块10作为整个系统的核心,一方面控制前述各装置的运行,另一方面用于和外部的计算机装置等外部设备进行连接,以实现整个系统与外部其他设备之间的通信和/或控制、调试等操作。
地震波动信息采集装置1，分布于地铁的沿线,用于获取其所在位置的地表运动信息，并以电流信号的形式表达和传输。每个地震波动信息采集装置1监测结果的电流信号传输至对应的电流信号/数值信号转换装置2中。
在整个系统中,布置有多个前述的地震波动信息采集装置1,可以按照等距离间隔设置,还可以根据历史的重点灾害发生区、历史灾害发生频率等情况进行重点布置。相应地,电流信号/数值信号转换装置的数量与所述地震波动信息采集装置1的设置相配套。
作为优选的实施方式,所述地震波动信息采集装置1由用于检测地震波动的地震振动器和力平衡传感器组合来实现地表运动信息的采集。
本例中,电流信号/数值信号转换装置2,用于接收前述地震波动信息采集装置1发送的电流信号，并将其转换为相应的地表运动数值信号,以利后续的地震灾害发生的风险评估。
作为示例,前述的电流信号/数值信号转换装置2采用模数转换器来实现。
用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置3,被设置成根据前述地震波动信息采集装置所在位置的历史地震灾害发生情况数据和当前的地表运动情况进行比对,确定当前所在线路地区的地震灾害参考阈值。
预警程序启动的决定装置4,被设置成根据前述地震波动信息采集装置当前采集的地表运动数值信号即地震波信息超出所生成的参考阈值区间的结果,决定启动预警程序。
定位装置5，用于根据预警结果获取发生预警的地震波动信息采集装置所在的空间坐标信息,从而对受影响的地铁线路地区进行地理位置定位。
在一些可选的例子中,定位装置5可采用gps定位模块来实现,当然还可以采用基于的glonass定位模块、基于北斗的定位模块来实现。
用于控制列车速度的控车装置6，被设置成根据预警结果控制在受影响的地铁线路地区所行驶的列车的速度。
存储装置7，被设置成用于存储由每一个所述地震波动信息采集装置所获取的地表运动数值信号以及所确定的当前所在线路地区的地震灾害参考阈值所形成的历史数据库,该历史数据库为前述用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；
控制装置10，被设置用于执行对前述地震波动信息采集装置1、电流信号/数值信号转换装置2、用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置3、预警程序启动的决定装置4、定位装置5、用于控制列车速度的控车装置6以及存储装置7的运行,并且将本次预警对
应的地震波信息以及参考阈值存入前述的历史数据库。
本例中,利用前述的方案,在确定地震灾害风险的比对阈值区间时,采用动态生成参考阈值的方式来生成，结合历史的灾害发生情况，并在最新的预警发生后不断地更新历史情况,从而与历史数据对比,更加完整而科学地考虑某一地区的风险预评估,使得评估结果更加科学、合理,具有更佳的可信度。随着历史数据的积累,阈值范围将越来越精确。
优选地,控制装置10采用单片机来实现,更佳地,选用工业级单片机。
如图1所示,作为优选的方式,前述系统还包括：
无线通讯装置11，连接至所述控制装置10，用于无线通讯方式发送地震灾害评估信息以及地铁应急措施信息。
诸如,前述的无线通讯装置11包括无线发射单元和3g通信接口单元,分别实现无线发射数据和通过移动通信基站发射信息。
也即,无线通讯装置11作为整个信息采集和预警系统的对外通信装置,在预警发生时,在控制模块的控制下还通过无线通讯方式发送地震灾害评估信息以及地铁应急措施信息,诸如通过无线发射天线以无线信号方式向外界发送,或者通过移动基站接口以短信的形式传输编码信息和短信信息,实现装置与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。
车站上位机终端或者列车驾驶室上位机终端还可通过无线网络向整个系统的无线通讯装置11发送指令编码,无线通讯装置11将指令编码传输到控制装置10中,无线通讯装置11根据指令命令控制其他装置工作。
本实施例中,所述控制装置10可采用工业单片机实现,存储装置7采用非挥发性存储介质实现,例如sd卡、tf卡、mmc卡等。
优选地,前述用于控制列车速度的控车装置6被设置成根据不同等级的地震灾害区间,控制使列车的车速降至预设的区间,并且在大于或等于5级的地震灾害区间内,控制使列车紧急制动并调度消防救援。
优选地,前述用于动态生成地震灾害风险的参考阈值的装置3被设置成按照下述方式实现参考阈值的动态生成；
以前述历史地震灾害发生情况数据为基础,采用聚类算法得到地震波信息—地震灾害参考阈值的等级区间分布；
以地震波动信息采集装置所在位置当前的地表运动情况进行判断,确定其所属的等级区间；以及
以其所属的等级区间的地震灾害参考阈值作为当前的地表运动情况的参考阈值。
本实施例的整个系统可以放置在便携式的壳体内部单独使用,其优点是可以随时携带、安置在不同的线路使用。
如图2所示为本发明另一实施例地铁地震数据信息采集和预警装置的结构原理图,其中,本实施例的地铁地震数据信息采集和预警装置系统包括上述图1实施例所述的各部件、组件或其他组合(本实施例中,与图实施例功能、形状、位置均相同的部分采用同一标号),本实施例的地铁地震数据信息采集和预警装置系统还包括与控制装置10连接的计算机处理装置20,尤其是微型计算机处理装置,该计算机处理装置20包括接口单元21、操作面板22和指示单元23。
计算机处理装置,连接至前述的控制模块,该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元,其中:
前述控制装置10通过前述接口单元21提供的usb接口与计算机处理装置20连接,实现计算机处理装置20与控制装置10之间的通信；
操作面板22优选以触控式显示屏实现,用以接收用户输入的对前述控制装置的操作指令；
指示单元23用以监控前述地震波动信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、存储装置、预警程序启动的决定装置以及无线通讯装置的工作状况,例如地震波动信息采集装置是否工作正常,无线通讯装置的信息传输是否正常等,并表征给用户,例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。
结合前述说明,本发明还提出一种地铁地震数据信息采集和预警装置方法,结合图3所示,该方法的实现包括:
在地铁沿线布置地震波动信息采集装置,获取其所在位置的地表运动信息,并以电流信号的形式传输至—电流信号/数值信号转换装置；
电流信号/数值信号转换装置接收前述电流信号,并将其转换为相应的地表运动数值信号；
动态生成地震灾害风险的参考阈值，即根据前述地震波动信息采集装置所在位置的历史地震灾害发生情况数据和当前的地表运动情况进行比对,确定当前所在线路地区的地震灾害参考阈值；
判断前述地震波动信息采集装置当前采集的地表运动数值信号即地震波信息是否超出所生成的参考阈值区间,如果超过则启动预警程序,否则重复前述步骤；
在预警启动后，获取地震波动信息采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的线路地区进行地理位置定位；
定位成功后,启动控车模式,控制在该段线路地区所行驶列车的速度；
判断列车速度是否得到控制,如果得到控制则结束预警并将本次预警的地震波信息以及参考阈值存入历史数据库,否则返回前述步骤重新进入预警程序。
优选地,前述方法更加包含以下步骤：
预先存储每一个所述地震波动信息采集装置所获取的地表运动数值信号以及所确定的当前所在线路地区的地震灾害参考阈值,形成历史数据库。
优选地,前述方法中,在所述的控车模式下,控制在该段线路所行驶列车的速度,其实现包括：
根据不同等级的地震灾害区间,控制使列车的车速降至预设的区间,并且在大于或等于5级的地震灾害区间内,控制使列车紧急制动并调度消防救援。
优选地,前述方法的动态生成地震灾害风险的参考阈值,其具体实现包括；
以前述历史地震灾害发生情况数据为基础,采用聚类算法得到地震波信息一地震灾害参考阈值的等级区间分布；
以地震波动信息采集装置所在位置当前的地表运动情况进行判断,确定其所属的等级区间；以及
以其所属的等级区间的地震灾害参考阈值作为当前的地表运动情况的参考阈值。
优选地,前述方法更加包含以下步骤：
在启动预警程序后,还通过无线通讯方式发送地震灾害评估信息以及地铁应急措施信息,诸如通过无线发射天线以无线信号方式向外界发送,或者通过移动基站接口以短信的形式传输编码信息和短信信息,实现装置与车站上位机终端、列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当以权利要求书所界定者为准。