CN104325996A - 铁路道口安全防护预警系统 - Google Patents
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Abstract
铁路道口安全防护预警系统，其特征是：由监控中心子系统、工务段子系统、现场子系统及连接各子系统的网络组成，所述监控中心子系统通过TDCS接口服务器获取信号设备状态和运行计划，它由道口安全防护模块、道口管理模块、应急通信模块组成；所述工务段子系统从所述监控中心子系统获取道口实时信息，实现对所管辖道口的实时监控，该子系统由外部接口模块、道口安全防护模块、身份认证模块、应急通信模块组成。提高列车定位的精度、可靠性、全面性和经济性，在中心和现场之间建立稳定可靠的通信链接，报警对象不仅包括机动车和行人，也包括列车司机，最大限度降低道口安全风险，相关要素组成一张闭环协同网络，从根源上解决了道口安全管理中的信息交互不畅问题。
Description
所属领域
本发明公开了一种用于铁路道口安全防护的预警系统。该系统基于TDCS、无线列调、GSM-R和北斗卫星导航等系统和技术，由中心子系统、工务段子系统和现场子系统三部分构成。本发明将道口相关的安全要素进行网络化管理，从根源上提高了道口的安全防护水平。
背景技术
道口，指道路与铁路的平面交叉处，铺面宽度在2.5米及以上，直接与道路贯通的平面交叉路口。道口是列车、机动车、蓄力车、行人和牲畜的通道，其管理涉及铁路、安检、公安、城建等多个部门。道口一直是铁路安全生产中的薄弱环节，也是道路运输的危险地段，直接威胁交通参与者的人身安全。道口事故往往不仅造成铁路行车中断和道路阻塞，而且会造成重大经济损失和人身伤害，带来恶劣的社会影响。
随着我国铁路运营里程的增加和公路运输的发展，机动车辆和行人穿越铁路道口的需求量越来越大。通过我国铁路不断提速，运营密度也逐步加大，道口安全防护问题愈显重要。“平改交”是实现铁路道口安全的最有效方式，但这一改造所需资金较多，只是逐步实施。平交道口的安全防护问题仍将是未来相当一段时间内铁路生产的关注焦点之一。
按有无防护人员划分，道口可分为无人看守道口和有人看守道口两类。对于无人看守道口，一般只设有道口标志、护桩、列车司机鸣笛标志和停车让行标志。列车司机见鸣笛标志后必须鸣笛，以通告道路上的车辆和行人避让。对于有人看守道口，看守员根据列车接近信息进行预警，同时阻止机动车辆和行人的违规行为，以降低事故发生概率。列车接近的判断方式包括自动报警机、电话通知和目测三种，其中自动报警机通过在钢轨远端加装感应器，当列车接近时将报警信号通过有线电缆传至道口。
对于无人看守道口，由于缺少有效的动态警示标志，主要取决于机动车驾驶员和行人的主观安全意识，道口的交通安全无法得到保障。
对于有人看守道口，其安全性更多地取决于看守员的工作责任心，而管理部门无法及时监管现场工作人员的工作状态。此外，看守员只知道列车的大概位置，无法获知列车的运行速度和到达时间；道口缺少面向机动车司机和行人的动态显示预警系统；道口对机动车和行人无法实时监控，不能有效遏制违规现象。这些都给道口安全保障埋下了隐患。
对于部分道口安装的自动报警机，其必须在道口两端一定距离的远端安装列车检测设备，并从两端往中心布线，实施难度和投入成本较大。此外，由于很多道口位于偏远地区，设备取电和系统维护都存在很多困难。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：提供一种铁路道口安全防护预警系统，提高列车定位的精度、可靠性、全面性和经济性，在中心和现场之间建立稳定可靠的通信链接，报警对象不仅包括机动车和行人，也包括列车司机，最大限度降低道口安全风险，相关要素组成一张闭环协同网络，从根源上解决了道口安全管理中的信息交互不畅问题。
本发明的技术解决方案是：铁路道口安全防护预警系统，其特征是：由监控中心子系统、工务段子系统、现场子系统及连接各子系统的网络组成，所述监控中心子系统通过TDCS接口服务器获取信号设备状态和运行计划，它由道口安全防护模块、道口管理模块、应急通信模块组成；所述工务段子系统从所述监控中心子系统获取道口实时信息，实现对所管辖道口的实时监控，该子系统由外部接口模块、道口安全防护模块、身份认证模块、应急通信模块组成。
所述工务段子系统外部接口模块与栏木、路障检测、信号机既有系统和设备进行信息交互，接口方式包括传感器电路或数据接口，该外部接口模块实时监测栏木的升落状态，并能够在无人看守道口对栏木进行控制，系统通过路障检测设备实时判断防护区内的机动车和行人是否清空，对于半自动闭塞区段，系统实时获取道口信号机的状态，以获取更精确的列车接近信息；
所述工务段子系统道口安全防护模块按设定频率将道口信息上传至中心，并根据中心下发的指令进行报警提示，同时根据现场机动车和行人的避让情况对列车司机进行报警提示；
所述工务段子系统身份认证模块用于对有人看守道口看守员的确认，认证方式包括指纹、动态口令；
所述工务段子系统应急通信模块应用于自然灾害、行车事故或其他突发性公共事件场景，系统可与中心间进行话音、图像、视频和业务数据的双向可靠传输。
所述工务段子系统通过GSM-R、GSM/3G和北斗短报文模块实现中心和现场的话音、图像、视频和业务数据双向通信，并且自动分析各类通道的传输质量，选择使用速度和可靠性最佳的通道，该子系统通过GSM-R和无线列调模块实现列车司机与现场的语音通信，当列车接近时，路障检测设备发现防护区域存在未及时撤离的机动车辆或行人，则系统发起对列车司机的呼叫，并播送预存的警示语音；对于GSM-R区段，系统根据车次号进行功能寻址呼叫；对于非GSM-R区段，系统根据设定通信频点，反复播送警示语音。
所述工务段子系统在使用过程中与所述监控中心保持在线连接状态，在与所述监控中心失去连接时，系统会以语音、光、振动方式持续提醒机动车辆、行人和看守员加强人工防护。
所述工务段子系统的网络可分为无线网络和有线网络，所述有线网络分为工务段、车间、工区之间通信的基层网和工务段对铁路局、铁路总公司的上层网，基层网采用专用的传输通道，应用环形组网冗余措施提高网络可靠性，上层网基于铁路既有基础通信平台和TCP/IP协议，铁路局、总公司与工务段之间采用星型专用通道连接。
所述工务段子系统将各工务段与道口安全防护相关的要素集中管理，包括看守员、现场安全防护设备、列车运行情况，各段根据所管辖道口的特点增加防护要素，并制定差异化的报警触发条件。
所述监控中心子系统道口安全防护模块定量分析列车定位信息的误差和时延影响，评估道口安全防护要素，构建面向各类道口的安全防护预警模型，根据列车位置、速度和应用场景，动态生成不同等级的防护区域；所述监控中心子系统道口管理模块实时监控道口的作业情况，采集和分析现场的语音、图像和视频信息，并将决策信息下发至相应工务段子系统；所述监控中心子系统应急通信模块应用于自然灾害、行车事故或其他突发性公共事件，该系统为指挥中心与现场间提供稳定可靠的通信保障，实现话音、图像、视频和业务数据的双向可靠传输。
所述监控中心子系统基于TDCS接口服务器、GSM-R接口服务器、GPRS/3G接口服务器、北斗民用运营平台和铁路GIS平台，实现道口安全防护功能；该监控中心子系统通过TDCS接口服务器获取信号设备状态和三小时阶段计划，掌握管辖范围内所有列车的当前位置和运行计划信息。
所述监控中心子系统在GSM-R覆盖区域，系统优先采用其作为语音和业务数据的传输通道；在其它区域，系统采用公网GSM/3G作为语音和业务数据的传输通道，系统采用公网GSM/3G作为图像和视频数据的传输通道，当GSM-R与公网信号皆未覆盖或故障时，系统采用北斗卫星导航系统作为业务数据的传输通道。
所述监控中心子系统通过铁路GIS平台进行道口安全防护相关要素空间数据的管理、编辑、维护，道口安全防护相关要素既包括铁路线路、区段、车站、站场配线、闭塞分区道口周界设施，也包括栏木、道口信号机、道口标志、司机鸣笛标志、看守房道口内部设施，还包括列车、看守员动态要素。
本发明与现有技术相比具有如下优点：1)与有人看守道口的人工防护方式相比，本发明可将最准确的列车接近信息自动发至现场并自动报警，从本源上解决了人工防护中存在的漏报、误报、效率低下等问题；同时本系统将现场异常情况发送列车司机，解决了人工防护中无法叫停列车的问题。2)与自动报警机相比，本发明在列车位置获取、报警信息可靠传送、报警信息有效性等方面具有明显的优势。本发明构建的监控中心、工务段和现场融合的闭环协同网络，这更是其它防护系统无法具备的功能特色。3)本发明基于TDCS系统获取列车实时位置及运行计划信息，这是当前精度最高也最可靠的列车定位方法，且无需在现场另加列车位置检测设备。TDCS的列车占用信息来源底层的信号系统，而三小时阶段计划信息直接用于指挥行车。与既有自动报警机相比，本系统在列车定位的精度、可靠性、全面性和经济性上具有明显的优势。4)本发明综合采用北斗短报文、GSM-R、GSM/3G等通信技术，力求在中心和现场之间建立稳定可靠的通信链接；综合采用GSM-R和无线列调等通信技术，力求在现场与列车司机间建立稳定可靠的通信链接。5)本发明的报警对象不仅包括机动车和行人，也包括列车司机，力求最大限度降低道口安全风险。6)本发明将监控中心、工务段、现场等道口安全防护相关要素组成了一张闭环的协同网络，从根源上解决了道口安全管理中的信息交互不畅问题。当系统某一部分或通信网络故障时，系统其它部分可自动感知，并提醒作业人员加强人工防护。
附图说明
图1为本发明铁路道口安全防护预警系统结构；
图2为本发明监控中心子系统模块组成；
图3本发明现场子系统模块组成。
具体实施方案
下面结合附图详细描述本发明的实施例。
本发明由监控中心子系统、工务段子系统、现场子系统及连接各子系统的网络组成。
监控中心子系统是本系统的信息处理中枢，既可设置于铁路总公司，也可设置于各铁路局，亦可按两层结构同时设置于总公司和铁路局。该子系统基于TDCS接口服务器、GSM-R接口服务器、GPRS/3G接口服务器、北斗民用运营平台和铁路GIS平台，实现道口安全防护功能。
监控中心子系统通过TDCS接口服务器获取信号设备状态和三小时阶段计划，从而掌握管辖范围内所有列车的当前位置和运行计划信息。信号设备状态包括进站、出站、区间、调车信号机显示，轨道电路的空闲与占用，进路空闲、锁闭与占用，接近、离去区段的空闲与占用信息。三小时阶段计划包括列车车次、列车等级、列车长度、运行方向、运行路径、运行时分、停站时分和停靠股道信息。
监控中心子系统通过GSM-R接口服务器、GSM/3G接口服务器、北斗民用运营平台建立中心与现场间的通信链路。中心实时接收现场的语音、图像、视频及栏木、报警灯、报警喇叭设备状态信息，并实时向现场下发语音及报警数据业务信息。在GSM-R覆盖区域，系统优先采用其作为语音和业务数据的传输通道；在其它区域，系统采用公网GSM/3G作为语音和业务数据的传输通道；系统采用公网GSM/3G作为图像和视频数据的传输通道。当GSM-R与公网信号皆未覆盖或故障时，系统采用北斗卫星导航系统作为业务数据的传输通道。
监控中心子系统通过铁路GIS平台进行道口安全防护相关要素空间数据的管理、编辑、维护。道口安全防护相关要素既包括铁路线路、区段、车站、站场配线、闭塞分区道口周界设施，也包括栏木、道口信号机、道口标志、司机鸣笛标志、看守房道口内部设施，还包括列车、看守员动态要素。
监控中心子系统道口安全防护模块定量分析列车定位信息的误差和时延影响，统筹研究和评估道口安全防护要素，构建面向各类道口的安全防护预警模型。系统根据列车位置、速度和应用场景，动态生成不同等级的防护区域；如道口位于该区域内，系统向其下发不同等级的报警信息。
监控中心子系统道口管理模块实时监控道口的作业情况，采集和分析现场的语音、图像和视频信息，并将决策信息下发至相应工务段子系统。
监控中心子系统应急通信模块应用于自然灾害、行车事故或其他突发性公共事件场景。系统可为指挥中心与现场间提供稳定可靠的通信保障，实现话音、图像、视频和业务数据的双向可靠传输。
工务段子系统用于各工务段的道口安全管理，可在工务段、工务车间或工务工区设置相应操作终端。
工务段子系统将各工务段与道口安全防护相关的要素集中管理，包括看守员、现场安全防护设备、列车运行情况。各段可根据所管辖道口的特点增加防护要素，并制定差异化的报警触发条件。
工务段子系统从监控中心子系统获取道口的实时信息，实现对所管辖道口的实时监控。监控信息包括道口行车状况、防护设备工作状态、看守员工作状态和现场子系统工作状态，其中道口行车状况包括列车速度、方向、通过道口时间，防护设备工作状态包括栏木升落状态、路障检测设备状态、报警灯和报警喇叭开关状态，看守员工作状态包括当前看守员姓名、交接班时间、当前动作行为，现场子系统工作状态指本系统现场设备设备的工作状态，包括电源、通讯、控制模块的指标参数。
工务段子系统是本系统的关键设备，既可安装于有人看守道口的看守房内，也可露天安装于无人看守道口。该子系统配备GSM-R、无线列调、GSM/3G、北斗短报文、太阳能供电、外部接口模块，实现道口安全防护、身份认证、应急通信功能。
工务段子系统通过GSM-R、GSM/3G和北斗短报文模块实现中心和现场的话音、图像、视频和业务数据双向通信。本子系统自动分析各类通道的传输质量，选择使用速度和可靠性最佳的通道。北斗短报文模块可根据实际应用场景选配。如本系统设置于看守房内，则天线需外置于室外。
工务段子系统通过GSM-R和无线列调模块实现列车司机与现场的语音通信。当列车接近时，系统如通过路障检测设备发现防护区域存在未及时撤离的机动车辆或行人，则系统发起对列车司机的呼叫，并播送预存的警示语音。对于GSM-R区段，系统根据车次号进行功能寻址呼叫；对于非GSM-R区段，系统根据设定通信频点，反复播送警示语音。
对于取电困难的偏远道口，本子系统提供太阳能供电模块，包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池。
工务段子系统通过外部接口模块可与栏木、路障检测、信号机既有系统和设备进行信息交互，接口方式包括传感器电路和数据接口。系统可实时监测栏木的升落状态，并可在无人看守道口对栏木进行控制；系统通过路障检测设备可实时判断防护区内的机动车和行人是否清空；对于半自动闭塞区段，系统实时获取道口信号机的状态，以获取更精确的列车接近信息。
工务段子系统道口安全防护模块按设定频率将道口信息上传至中心，并根据中心下发的指令进行报警提示，同时根据现场机动车和行人的避让情况对列车司机进行报警提示。道口信息包括语音、图像、视频及栏木、报警灯、报警喇叭设备状态信息。对于机动车和行人，报警方式包括语音、光、数字动态显示牌，报警内容包括列车距离、速度和预计到达时间；对于列车司机，报警方式为电话呼叫，报警内容包括道口名称、公里标和操作建议。系统按设定频率与中心同步时间信息，并保存最近一个月的报警信息。
工务段子系统身份认证模块用于对有人看守道口看守员的确认。认证方式包括指纹、动态口令。
工务段子系统应急通信模块应用于自然灾害、行车事故或其他突发性公共事件场景。系统可与中心间进行话音、图像、视频和业务数据的双向可靠传输。
工务段子系统统在使用过程中与中心保持在线连接状态。如与中心失去连接，系统会以语音、光、振动方式持续提醒机动车辆、行人和看守员加强人工防护。
工务段子系统的网络可分为无线和有线两个部分。无线网络基于GSM-R、无线列调、GSM/3G、北斗既有系统，在中心和现场之间直接建立通信链路。有线网络分为工务段、车间、工区之间的通信基层网和工务段对铁路局、铁路总公司的上层网。基层网采用专用的传输通道，可应用环形组网冗余措施提高网络可靠性。上层网基于铁路既有基础通信平台和TCP/IP协议，铁路局、总公司与工务段之间可采用星型专用通道连接。
TDCS:Train Dispatching Command System，列车调度指挥系统，是覆盖我国铁路的调度管理支撑系统，由铁路总公司、各铁路局和基层车站三级构成，可实现对列车在车站和区间运行的实时集中监视和运行计划动态调整。
列车无线调度电话系统：简称无线列调，是重要的铁路行车通信设备，工作频率在450MHz附近，具备话音和数据传输能力。
GSM-R:Global System for Mobile Communications–Railway，铁路移动通信系统，是基于GSM平台、专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。
北斗民用服务运营平台：本平台依托于北斗卫星导航定位系统，为覆盖范围内的入网注册用户提供双向短报文通信和增值信息服务。
Claims (10)
1.铁路道口安全防护预警系统，其特征是：由监控中心子系统、工务段子系统、现场子系统及连接各子系统的网络组成，所述监控中心子系统通过TDCS接口服务器获取信号设备状态和运行计划，它由道口安全防护模块、道口管理模块、应急通信模块组成；所述工务段子系统从所述监控中心子系统获取道口实时信息，实现对所管辖道口的实时监控，该子系统由外部接口模块、道口安全防护模块、身份认证模块、应急通信模块组成。
2.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述工务段子系统外部接口模块与栏木、路障检测、信号机既有系统和设备进行信息交互，接口方式包括传感器电路或数据接口，该外部接口模块实时监测栏木的升落状态，并能够在无人看守道口对栏木进行控制，系统通过路障检测设备实时判断防护区内的机动车和行人是否清空，对于半自动闭塞区段，系统实时获取道口信号机的状态，以获取更精确的列车接近信息；
所述工务段子系统道口安全防护模块按设定频率将道口信息上传至中心，并根据中心下发的指令进行报警提示，同时根据现场机动车和行人的避让情况对列车司机进行报警提示；
所述工务段子系统身份认证模块用于对有人看守道口看守员的确认，认证方式包括指纹、动态口令；
所述工务段子系统应急通信模块应用于自然灾害、行车事故或其他突发性公共事件场景，系统可与中心间进行话音、图像、视频和业务数据的双向可靠传输。
3.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述工务段子系统通过GSM-R、GSM/3G和北斗短报文模块实现中心和现场的话音、图像、视频和业务数据双向通信，并且自动分析各类通道的传输质量，选择使用速度和可靠性最佳的通道，该子系统通过GSM-R和无线列调模块实现列车司机与现场的语音通信，当列车接近时，路障检测设备发现防护区域存在未及时撤离的机动车辆或行人，则系统发起对列车司机的呼叫，并播送预存的警示语音；对于GSM-R区段，系统根据车次号进行功能寻址呼叫；对于非GSM-R区段，系统根据设定通信频点，反复播送警示语音。
4.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述工务段子系统在使用过程中与所述监控中心保持在线连接状态，在与所述监控中心失去连接时，系统会以语音、光、振动方式持续提醒机动车辆、行人和看守员加强人工防护。
5.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述工务段子系统的网络可分为无线网络和有线网络，所述有线网络分为工务段、车间、工区之间通信的基层网和工务段对铁路局、铁路总公司的上层网，基层网采用专用的传输通道，应用环形组网冗余措施提高网络可靠性，上层网基于铁路既有基础通信平台和TCP/IP协议，铁路局、总公司与工务段之间采用星型专用通道连接。
6.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述工务段子系统将各工务段与道口安全防护相关的要素集中管理，包括看守员、现场安全防护设备、列车运行情况，各段根据所管辖道口的特点增加防护要素，并制定差异化的报警触发条件。
7.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述监控中心子系统道口安全防护模块定量分析列车定位信息的误差和时延影响，评估道口安全防护要素，构建面向各类道口的安全防护预警模型，根据列车位置、速度和应用场景，动态生成不同等级的防护区域；所述监控中心子系统道口管理模块实时监控道口的作业情况，采集和分析现场的语音、图像和视频信息，并将决策信息下发至相应工务段子系统；所述监控中心子系统应急通信模块应用于自然灾害、行车事故或其他突发性公共事件，该系统为指挥中心与现场间提供稳定可靠的通信保障，实现话音、图像、视频和业务数据的双向可靠传输。
8.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述监控中心子系统基于TDCS接口服务器、GSM-R接口服务器、GPRS/3G接口服务器、北斗民用运营平台和铁路GIS平台，实现道口安全防护功能；该监控中心子系统通过TDCS接口服务器获取信号设备状态和三小时阶段计划，掌握管辖范围内所有列车的当前位置和运行计划信息。
9.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述监控中心子系统在GSM-R覆盖区域，系统优先采用其作为语音和业务数据的传输通道；在其它区域，系统采用公网GSM/3G作为语音和业务数据的传输通道，系统采用公网GSM/3G作为图像和视频数据的传输通道，当GSM-R与公网信号皆未覆盖或故障时，系统采用北斗卫星导航系统作为业务数据的传输通道。
10.根据权利要求1所述的铁路道口安全防护预警系统，其特征是：所述监控中心子系统通过铁路GIS平台进行道口安全防护相关要素空间数据的管理、编辑、维护，道口安全防护相关要素既包括铁路线路、区段、车站、站场配线、闭塞分区道口周界设施，也包括栏木、道口信号机、道口标志、司机鸣笛标志、看守房道口内部设施，还包括列车、看守员动态要素。
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