CN102186052A - 基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法及*** - Google Patents

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史昊一
温士雅
汤恒亮
孟嘉
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Abstract

本发明公开了一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法及***。其中，该方法包括：地面监控***采集道路状态信息，并对道路状态信息进行封装；然后将封装后的数据包采用纠删码进行编码并分块，获取分块后的数据包；地面监控***将分块后的数据包发送给无线宽带中继网络；然后，无线宽带中继网络将分块后的数据包发送给列车监控台；列车监控台接收无线宽带中继网络发出的分块后的数据包，对分块后的数据包进行重建并采用纠删码进行解码，将解码后的信息显示在车载显示设备上。本发明及时可靠地将前方道路路况视频信息发送到高速运行的列车上，使列车司机能够实时掌握前方道路的状况信息，从而更好地保障高速铁路的行车控制安全。

Description

基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法及***
技术领域
本发明涉及铁路宽带无线通信领域，尤其涉及一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法及***。
背景技术
随着列车运行速度的不断提升，为了保障高速铁路安全行驶，有效的措施之一是让列车司机戴上“电子望远镜”遥望前方动态，保证有足够的视距，以便赢得充分的时间，采取列车控制措施。这就依靠有效的高速铁路智能监控***，能够把地面视频信息及环境信息及时传递到列车上。
高速铁路的视频监控有助于安全行驶。例如对车站站台、对沿线重要的道口路口的人流车流情况、对无人职守的路口，特别是在地理环境恶劣的地区布置一些道路环境传感器，在某些如隧道、急拐弯等关键之处安装一些视频采集设备，在列车与地面之间实时传输监控信号，使列车能即时实施列控。
高速意味着高移动性，视频意味着宽带。高速铁路对于传输视频信号要求2-10MB宽带，而且要实现跨区漫游，并保证一定冗余度。然而，基于对目前市场上流行的几种无线通信体制方式的比较，例如WLAN、WiMAX、GSM-R和卫星通信，均由于受到高移动性和漫游的制约，受到信号带宽的限制，尚不适合用于高速铁路视频监控数据的传输。
近年来，多址传输(Multicast)已成为通信网络的一个重要组成部分。大容量数据通过无线网络传送给众多用户时要求用多址传输或广播传输。ARQ(Automatic Repeat reQuest)技术和分层恢复等新技术可有效地提高数据传输的可靠性和避免网络拥塞的出现，但可能导致大的时延，这在大容量数据的实时传输中是不可接受的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，解决高速铁路的视频监控数据传输问题，本发明提供一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法及***，以及时可靠地将前方道路路况视频信息发送到高速运行的列车上，使列车司机能够实时掌握前方道路的状况信息，从而更好地保障高速铁路的行车控制安全。
一方面，本发明提供了一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法，所述方法基于如下控制***，该***包括地面监控***、无线宽带中继网络和列车监控台；所述方法包括如下步骤：编码步骤，所述地面监控***采集道路状态信息，并对所述道路状态信息进行封装；然后将封装后的数据包采用纠删码进行编码并分块，获取分块后的数据包；传输步骤，所述地面监控***将所述分块后的数据包发送给所述无线宽带中继网络；然后，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台；解码步骤，所述列车监控台接收所述无线宽带中继网络发出的分块后的数据包，对分块后的数据包进行重建并采用纠删码进行解码，将解码后的信息显示在车载显示设备上。
上述高速铁路视频智能监控方法，优选所述列车监控台包括车载多天线，所述无线宽带中继网络包括区域控制器和受所述区域控制器控制的多个中继器，所述中继器分布在铁路沿线，每一个所述中继器都与所述车载多天线中的一个天线构成一对一的无线信道；并且，所述传输步骤中，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台进一步为：在收到列车发出的激活信号后，所述无线宽带中继网络由休眠状态进入工作状态，通过所述无线信道，将所述分块后的数据包发送到所述车载多天线；随着列车的高速移动，所述中继器不断与车载多天线构成新的无线信道以完成分块后数据包的发送。
上述高速铁路视频智能监控方法，优选所述列车监控台中的车载多天线包括一个主天线；并且，所述传输步骤中，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台进一步包括：所述主天线向中继器发送所述分块数据包更新记录；并且，当前中继器收到该记录后将删除保留在缓存中、但已经由之前中继器成功发送出去的分块后的数据包。
另一方面，本发明还提供了一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控***，包括地面监控***、无线宽带中继网络和列车监控台；所述地面监控***采集道路状态信息，并对所述道路状态信息进行封装；然后将封装后的数据包采用纠删码进行编码并分块，获取分块后的数据包；所述地面监控***将所述分块后的数据包发送给所述无线宽带中继网络；然后，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台；所述列车监控台接收所述无线宽带中继网络发出的分块后的数据包，对分块后的数据包进行重建并采用纠删码进行解码，将解码后的信息显示在车载显示设备上。
上述高速铁路视频智能监控***，优选所述列车监控台包括依次相连接的车载多天线、解码器和车载显示设备；所述无线宽带中继网络包括区域控制器和受所述区域控制器控制的多个中继器；每一个所述中继器都与所述车载多天线中的一个天线构成一对一的无线信道。
上述高速铁路视频智能监控***，优选所述列车监控台包括相连接的车载多天线、解码器和车载显示设备，多天线包括主天线，所述主天线用于向中继器发送数据包更新记录，当前中继器收到该记录后将删除保留在缓存中、但已经由之前中继器成功发送出去的分块后的数据包。
上述高速铁路视频智能监控***，优选所述地面监控***分布在铁路沿线，包括视频采集设备、道路信息采集传感器和编码器；所述视频采集设备和所述道路信息采集传感器用于道路信息的实时采集，所述编码器对采集到的信息进行编码、封装和拆分。
上述高速铁路视频智能监控***，优选所述无线宽带中继网络中，所述区域控制器与所述地面监控***通过光纤电缆有线连接；所述区域控制器与所述中继器间通过光纤电缆有线连接。
本发明的有益效果主要有以下三点：
其一，本发明采用了纠删编码的方式，能够很好的替代传统编码方式中检错和纠错的过程；在接收时，由于纠删码的特性，车载多天线不需要收集全部的分块信息，只要收集到一定数量的特定分块信息就能够恢复重建出原始数据包，提高了***的可靠性和稳定性。
其二，本发明采用了车载多天线与铁路沿线中继器配对构建无线信道的方式，随着列车的高速移动，铁路旁的中继器不断与车载天线构成新的无线信道，有效解决了高速列车面临的快速切换问题。
其三，本发明在中继器中设置了多余分块信息删除程序，有效提升了***吞吐量。
附图说明
图1为本发明基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法一个实施例的步骤流程图；
图2为本发明基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法另一实施例的步骤流程图；
图3为本发明基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控***实施例的结构示意图；
图4为本发明基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控***实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法实施例
实施例一
本实施例公开了一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法实施例，该实施例基于如下控制***，该***包括地面监控***、无线宽带中继网络和列车监控台；该实施例包括如下步骤：
编码步骤S110，地面监控***采集道路状态信息，并对道路状态信息进行封装；然后将封装后的数据包采用纠删码进行编码并分块，获取分块后的数据包；传输步骤S120，地面监控***将分块后的数据包发送给无线宽带中继网络；然后，无线宽带中继网络将分块后的数据包发送给列车监控台；解码步骤S130，列车监控台接收无线宽带中继网络发出的分块后的数据包，对分块后的数据包进行重建并采用纠删码进行解码，将解码后的信息显示在车载显示设备上。
该实施例采用了纠删编码的方式，能够很好的替代传统编码方式中检错和纠错的过程；在接收时，由于纠删码的特性，车载多天线不需要收集全部的分块信息，只要收集到一定数量的特定分块信息就能够恢复重建出原始数据包，提高了***的可靠性和稳定性。
实施例二
在一个更为优选的实施例中，车载监控台包括车载多天线，无线宽带中继网络包括区域控制器和受控制器控制的多个中继器，每一个中继器都与车载多天线中的一个天线构成一对一的无线信道；并且传输步骤中，无线宽带中继网络将分块后的数据包发送给列车监控台进一步为：在收到列车发出的激活信号后，无线宽带中继网络由休眠状态进入工作状态，通过无线信道，将分块后的数据包发送到车载多天线；随着列车的高速移动，中继器不断与车载多天线构成新的无线信道以完成分块后数据包的发送。
该实施例采用了车载多天线与铁路沿线中继器配对构建无线信道的方式，随着列车的高速移动，铁路旁的中继器不断与车载天线构成新的无线信道，有效解决了高速列车面临的快速切换问题。
实施例三
在一个更为优选的实施例中，车载监控台中的车载多天线包括一个主天线；并且，传输步骤中，无线宽带中继网络将分块后的数据包发送给列车监控台进一步包括：主天线向中继器发送数据包更新记录；在中继器中设置了多余分块信息删除程序，当前中继器收到该记录后将删除保留在缓存中、但已经由之前中继器成功发送出去的分块后的数据包。
参照图2，对该实施例进行详细的说明。
地面监控***首先将采集到的道路状况信息封装为源数据包，大小为k个分块；再对此源数据包进行纠删编码，编码后的数据包大小为n个分块，n≥k。最后再将编码后的数据包发送给无线宽带中继网络。
无线宽带中继网络闲时处于“休眠”状态，在接收到列车发送的激活信号的进入工作状态。此时区域控制器已把前方地面监控***传来的n个分块道路状况数据包发送给铁路沿线中继器。首先查找记录，把已存储的被之前中继器成功传输的分块(如第i个分块)删除，发送其他分块，如i+1分块给列车监控台，直到n个分块信息全部发送出去为止。
当列车驶近一个中继器时，首先由车载主天线向中继器发送激活信号，使其处于工作状态，然后车载多天线开始接收路旁中继器发送的分块信息。当接收到第i个分块信息时，若该信息能被成功接收，则由主天线向中继器发送成功接收信号，并开始接收其他分块信息(如第i+1个分块信息)；否则继续接收第i个分块信息，直到接收到k个分块信息为止。对接收到的k个分块信息进行纠删译码，并将译码后的数据显示在车载显示器上。
该实施例在中继器中设置了多余分块信息删除程序，有效提升了***吞吐量。
综上所述，上述方法实施例及时可靠地将前方道路路况视频信息发送到高速运行的列车上，使列车司机能够实时掌握前方道路的状况信息，从而更好地保障高速铁路的行车控制安全。
基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控***实施例
参照附图3，一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控***，其包括：地面监控***、无线宽带中继网络和列车监控台。地面监控***设置在铁路沿线，包括视频采集设备、道路环境传感器和纠删编码器。无线宽带中继网络包括区域控制器和中继器，区域控制器管理并控制一定区域内的中继器，中继器分布在铁路沿线。区域控制器通过光纤电缆与地面监控***连接。列车监控台包括车载多天线、解码器和车载显示设备，车载显示设备用以显示信息，通常为显示器。每一个中继器都与车载多天线中的一个天线构成一对一的无线信道。列车监控台中的车载多天线包括主天线，主天线用于向中继器发送数据包更新记录，当前中继器收到该记录后将删除保留在缓存中、但已经由之前中继器成功发送出去的分块后的数据包。
参照附图4，地面监控***分布在铁路沿线，主要由视频采集设备和道路环境传感器获取前方道路状况信息，地面监控***中的编码器对获取的道路状态信息进行封装，并将封装后的数据包纠删编码并拆分为若干个分块，再经由光纤电缆传输给宽带无线中继网络中的区域控制器。
宽带无线中继网络分布在铁路沿线，包括区域控制器和中继器，每个区域控制管理和控制一定地理区域范围内的中继器。区域控制器在接收到地面监控***发送的分块数据包后，通过有线连接的方式发送给自身管理范围内的所有中继器。当有列车驶近时，中继器接收到列车监控台通过主天线发送的激活标识信号后，激活中继器，并将收到的分块信息发送到空中接口，再随机发送出去。
列车监控平台包括车载多天线、纠删解码器和车载显示设备。车载多天线接收到一定数量特定的分块信息，对收集到的分块信息进行重建，恢复出原始数据包，并将数据包发送给解码器。解码器对数据包进行纠删解码，并将解码后的前方道路状态信息显示在车载显示设备上。车载显示设备用以显示信息，通常为显示器。
具体工作过程参照图2所示。
地面监控***首先将采集到的道路状况信息封装为源数据包，大小为k个分块；再对此源数据包进行纠删编码，编码后的数据包大小为n个分块，n≥k。最后再将编码后的数据包发送给无线宽带中继网络。
无线宽带中继网络闲时处于“休眠”状态，在接收到列车发送的激活信号的进入工作状态。此时区域控制器已把前方地面监控***传来的n个分块道路状况数据包发送给铁路沿线中继器。首先查找记录，把已存储的被之前中继器成功传输的分块(如第i个分块)删除，发送其他分块，如i+1分块给列车监控台，直到n个分块信息全部发送出去为止。
当列车驶近一个中继器时，首先由车载主天线向中继器发送激活信号，使其处于工作状态，然后车载多天线开始接收路旁中继器发送的分块信息。当接收到第i个分块信息时，若该信息能被成功接收，则由主天线向中继器发送成功接收信号，并开始接收其他分块信息(如第i+1个分块信息)；否则继续接收第i个分块信息，直到接收到k个分块信息为止。对接收到的k各分块信息进行纠删译码，并将译码后的数据显示在车载显示器上。
以上对本发明所提供的一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法及***进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控方法，其特征在于，所述方法基于如下控制***，该***包括地面监控***、无线宽带中继网络和列车监控台；所述方法包括如下步骤：
编码步骤，所述地面监控***采集道路状态信息，并对所述道路状态信息进行封装；然后将封装后的数据包采用纠删码进行编码并分块，获取分块后的数据包；
传输步骤，所述地面监控***将所述分块后的数据包发送给所述无线宽带中继网络；然后，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台；
解码步骤，所述列车监控台接收所述无线宽带中继网络发出的分块后的数据包，对分块后的数据包进行重建并采用纠删码进行解码，将解码后的信息显示在车载显示设备上。
2.根据权利要求1所述的高速铁路视频智能监控方法，其特征在于，所述列车监控台包括车载多天线，所述无线宽带中继网络包括区域控制器和受所述区域控制器控制的多个中继器，所述中继器分布在铁路沿线，每一个所述中继器都与所述车载多天线中的一个天线构成一对一的无线信道；并且，
所述传输步骤中，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台进一步为：
在收到列车发出的激活信号后，所述无线宽带中继网络由休眠状态进入工作状态，通过所述无线信道，将所述分块后的数据包发送到所述车载多天线；随着列车的高速移动，所述中继器不断与车载多天线构成新的无线信道以完成分块后数据包的发送。
3.根据权利要求2所述的高速铁路视频智能监控方法，其特征在于，所述列车监控台中的车载多天线包括一个主天线；并且，
所述传输步骤中，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台进一步包括：所述主天线向中继器发送所述分块数据包更新记录；并且，当前中继器收到该记录后将删除保留在缓存中、但已经由之前中继器成功发送出去的分块后的数据包。
4.一种基于分块信息传输的高速铁路视频智能监控***，其特征在于，包括地面监控***、无线宽带中继网络和列车监控台；
所述地面监控***采集道路状态信息，并对所述道路状态信息进行封装；然后将封装后的数据包采用纠删码进行编码并分块，获取分块后的数据包；所述地面监控***将所述分块后的数据包发送给所述无线宽带中继网络；然后，所述无线宽带中继网络将所述分块后的数据包发送给所述列车监控台；所述列车监控台接收所述无线宽带中继网络发出的分块后的数据包，对分块后的数据包进行重建并采用纠删码进行解码，将解码后的信息显示在车载显示设备上。
5.根据权利要求4所述的高速铁路视频智能监控***，其特征在于，
所述列车监控台包括依次相连接的车载多天线、解码器和车载显示设备；
所述无线宽带中继网络包括区域控制器和受所述区域控制器控制的多个中继器；
每一个所述中继器都与所述车载多天线中的一个天线构成一对一的无线信道。
6.根据权利要求5所述的高速铁路视频智能监控***，其特征在于，
所述列车监控台包括相连接的车载多天线、解码器和车载显示设备，多天线包括主天线，所述主天线用于向中继器发送数据包更新记录，当前中继器收到该记录后将删除保留在缓存中、但已经由之前中继器成功发送出去的分块后的数据包。
7.根据权利要求6所述的高速铁路视频智能监控***，其特征在于，
所述地面监控***分布在铁路沿线，包括视频采集设备、道路信息采集传感器和编码器；所述视频采集设备和所述道路信息采集传感器用于道路信息的实时采集，所述编码器对采集到的信息进行编码、封装和拆分。
8.根据权利要求7所述的高速铁路视频智能监控***，其特征在于，
所述无线宽带中继网络中，所述区域控制器与所述地面监控***通过光纤电缆有线连接；所述区域控制器与所述中继器间通过光纤电缆有线连接。
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