一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统。所述系统包括：传感模块、采集模块、前置监测信息处理模块、5G基站、5G网络、防护模块、处理分析模块、铁路数据中心、铁路公有云。本发明专利技术一方面降低了铁路基础设施监测系统的传输时延，提升了计算和处理效能，另一方面提升铁路5G通信系统的安全防护能力，通过对传输进行信息整合，提高了系统的传输速率，并完善了铁路系统的功能结构。并完善了铁路系统的功能结构。并完善了铁路系统的功能结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统


[0001]本专利技术属于铁路信息化
，具体涉及一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统。

技术介绍

[0002]目前，国内外对铁路基础设施检测监测的应用，紧密依托先进的通讯方式进行基础设施和设备状态的信号传输与监测预警，进而保障安全运营和指导养护维修。我国铁路建设运营积极利用各种新型高效的通讯技术手段，对铁路进行检测监测，并逐渐通过数据传输网络、地面数据处理分析系统和小型数据中心的建立，保障工务基础设施的运维、检测监测和铁路的安全运行。利用三维精测网、探地雷达、视频监控等监控手段，实现对路基、桥梁、隧道、过渡段、曲线、道岔等关键地段、主要设备和地质灾害的实时监测；利用轨道检查仪、全站仪等进行人工静态周期性检查和病害复核；利用有线通讯、蓝牙、ZigBee等接入铁路监测系统网络，从而全面掌握铁路设备质量状况，及时发现设备病害，为设备病害整治和质量评价提供数据支持。
[0003]铁路基础设施监测依赖于通信网络实现数据回传与数据挖掘。随着通信技术的进步与迭代发展，2G、3G设备的关键部件在市场上逐步短缺；而现有铁路通信技术难以满足铁路基础设施监测中大规模、广范围的通信终端接入需求。随着铁路基础设施检测监测技术智能化、信息化的高速发展，现在已经应用的通信技术难以满足铁路基础设施检测监测大容量、低时延的传输需求，现有的铁路基础设施检测监测技术具有数据量庞大、传输延时高、仍有海量物联网设备等待连接等痛点，亟需采用新的技术提供支撑。
[0004]随着5G通信技术的发展，移动通信技术将从移动互联网扩展到移动物联网领域，支持多种检测监测传感器形成互联互通的移动物联网体系。铁路新一代移动通信（5G
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R）技术的发展，将提供大带宽、低时延、高精度时间同步、灵活组网、网络切片及协同管控等新的功能和业务应用。现有的铁路基础设施检测监测技术具有数据量庞大、传输延时高、仍有海量物联网设备等待连接等痛点。而基于5G的大带宽、低时延、海量连接服务等特性的应用有利于满足铁路基础设施监测的应用需求。
[0005]现有技术中，CN113159475A公开了一种包括：基础设施全生命周期监测平台包括状态感知系统、网络传输系统及数据分析系统。状态感知系统获取高原高寒环境下的基础设施多源数据，网络传输系统将高原高寒环境下的基础设施多源数据传输至数据分析系统，数据分析系统对高原高寒环境下的基础设施多源数据进行分析，以实现对高原高寒环境下基础设施全生命周期的状态评估。CN113609070A公开了一种铁路线路动态检测数据协同采集方法、装置及系统，其中该装置包括：铁路线路动态检测数据采集器库；铁路线路动态检测数据接收模块，用于接收多种铁路线路动态检测数据采集器传输的铁路线路动态检测数据；铁路线路动态检测数据发布消息队列获取模块，用于：获取铁路线路动态检测数据发送消息队列；铁路线路动态检测数据分发模块，用于：按照铁路线路动态检测数据发送消息队列中的铁路线路动态检测数据的发送顺序，根据铁路线路动态检测数据的应用场景，
选择对应的数据发送渠道，将铁路线路动态检测数据进行分发。
[0006]但是上述技术中未能应用5G通信技术特点给铁路基础设施监测赋能，现有的铁路基础设施监测系统存在传输数据量大，但移动网络带宽能力不足，影响系统通讯。同时，目前涉及控车的铁路基础设施监测系统，对于系统的从传感端到数据处理中心的时延要求在几十纳秒级别，目前已有的检测系统难以满足需求。同时本系统对网络安全和系统安全防护提升，可以进一步满足铁路专网和办公网等敏感数据的网络安全防护。
[0007]可见，现有技术存在传输时延高、对铁路信息安全防护不够、对高带宽、大容量的数据传输速率慢、铁路基础设施监测系统结构不够合理等诸多缺陷。如何克服上述缺陷，成为本
亟待解决的课题。

技术实现思路

[0008]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，具体采用如下技术方案：一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，所述系统包括：传感模块、采集模块、前置监测信息处理模块、5G基站、5G网络、防护模块、处理分析模块、铁路数据中心、铁路公有云；所述传感模块、采集模块、前置监测信息处理模块、5G基站依次连接，再通过所述5G基站接入5G网络；所述防护模块、处理分析模块、铁路公有云依次连接，通过所述防护模块接入5G网络；所述铁路公有云接入互联网，并连接所述5G网络。
[0009]进一步，所述传感模块包括数据传感器、摄像头；所述数据传感器包括光纤传感器、倾角传感器、压力传感器、位置传感器、加速度传感器、热敏传感器；所述摄像头包括4k高清摄像头、8K+3D超高清摄像头。
[0010]进一步，所述传感模块用于下列三类监测场景：第一类为大带宽场景，表现为高清视频和多种监测数据传输；第二类为低时延场景，表现为涉及控车的基础设施监测隧道掉落影响行车的异物；第三类为广连接场景，表现为多重传感设备的物联网连接。
[0011]进一步，所述采集模块包括数据采集卡和数据采集仪表；所述采集模块用于将多种传感器的数据转化为前置监测信息处理模块所需求的数据格式；所述的数据格式包括视频格式REDCODE RAW—R3D—XAVC
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S、ProRes RAW 5,并且其中数据保留原始十六进制或二进制的bat，并采用纳秒级别的交互频率与所述前置监测信息处理模块进行读写交互。
[0012]进一步，所述前置监测信息处理模块将监测信息按照对5G通信能力的需求区分为高带宽信息、低时延信息、广连接信息；所述高带宽信息为单位时间内产生的巨量监测信息，需要高带宽进行传输，包括
超高清的4K视频数据信息和8K视频监测数据信息；所述前置监测信息处理模块将高所述高带宽信息进行压缩合并，从而降低对5G网络的通信带宽需求；所述低时延信息为涉及行车安全的报警信息；所述低时延信息传输的时延要求在纳秒级别，所述前置监测信息处理模块会对所述低时延信息进行简单整合以及时传输；所述广连接信息为多种传感与计算模块的互相传输的信息，所述前置监测信息处理模块对所述广连接信进行整合处理。
[0013]进一步，所述前置监测信息处理模块包括内部处理器；所述内部处理器分为第一级处理器和第二级处理器，所述第一级处理器对监测信息进行分类识别，所述分类识别的算法特征包含数据的格式、数据的传输接口、数据的标签。
[0014]进一步，所述第二级处理器的数量为三个；第一个第二级处理器用于处理高带宽数据，在不损害输数据完整性的情况下，针对视频或图片，将每一帧传输的信息进行II型离散余弦变换和矩阵运算，合并矩阵的行列同位置的像素点，进行压缩合并；第二个第二级处理器为低时延处理器，为运算频率与吞吐量较高的处理装置，用于实时处理超高频数据，并且与直接CPE连接传输；第三个第二级处理器为广连接处理器，该处理器的运算算法包括统一数据标签和数据时间。
[0015]进一步，所述防护模块用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，其特征在于，所述系统包括：传感模块、采集模块、前置监测信息处理模块、5G基站、5G网络、防护模块、处理分析模块、铁路数据中心、铁路公有云；所述传感模块、采集模块、前置监测信息处理模块、5G基站依次连接，再通过所述5G基站接入5G网络；所述防护模块、处理分析模块、铁路公有云依次连接，通过所述防护模块接入5G网络；所述铁路公有云接入互联网，并连接所述5G网络。2.根据权利要求1所述的一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，其特征在于，所述传感模块包括数据传感器、摄像头；所述数据传感器包括光纤传感器、倾角传感器、压力传感器、位置传感器、加速度传感器、热敏传感器；所述摄像头包括4k高清摄像头、8K+3D超高清摄像头。3.根据权利要求2所述的一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，其特征在于，所述传感模块用于下列三类监测场景：第一类为大带宽场景，表现为高清视频和多种监测数据传输；第二类为低时延场景，表现为涉及控车的基础设施监测隧道掉落影响行车的异物；第三类为广连接场景，表现为多重传感设备的物联网连接。4.根据权利要求1所述的一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，其特征在于，所述采集模块包括数据采集卡和数据采集仪表；所述采集模块用于将多种传感器的数据转化为前置监测信息处理模块所需求的数据格式；所述的数据格式包括视频格式REDCODE RAW—R3D—XAVC
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S、ProRes RAW 5,并且其中数据保留原始十六进制或二进制的bat，并采用纳秒级别的交互频率与所述前置监测信息处理模块进行读写交互。5.根据权利要求1所述的一种基于5G的铁路基础设施监测及信息安全防护的系统，其特征在于，所述前置监测信息处理模块将监测信息按照对5G通信能力的需求区分为高带宽信息、低时延信息、广连接信息；所述高带宽信息为单位时间内产生的巨量监测信息，需要高带宽进行传输，包括超高清的4K视频数据信息和8K视频监测数据信息；所述前置监测信息处理模块将高所述高带宽信息进行压缩合并，从而降低对5G网络的通信带宽需求；所述低时延信息为涉及行车安全的报警信息；所述低时延信息传输的时延要求在纳秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：代晓景，柴金川，柴雪松，张士奎，段培勇，时佳斌，王文华，吴健，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所中国铁道科学研究院集团有限公司东郊分院，
类型：发明
国别省市：