CN106184294A - 一种铁路沿线施工安全防护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路沿线施工安全防护系统，包括列车接近信息监测设备、手持报警器、中心服务器和客户端，列车接近信息监测设备和手持报警器与GPRS传输网络相连，GPRS传输网络与IP网络相连，IP网络分别与中心服务器和客户端相连。本发明解决了传统人工防护措施存在安全风险的弊端，能对列车接近进行准确报警，为既有营业铁路沿线的施工人员提供安全防护。

Description

一种铁路沿线施工安全防护系统及方法

技术领域

本发明涉及列车接近预警技术领域，特别是一种铁路沿线施工安全防护系统及方法。

背景技术

自20世纪80年代以来，随着中国铁路的快速发展，铁路运营里程不断创新高，既有营业线路的日常检修、养护、改造、增建、平交工程等沿线施工场景也不断增加。当施工人员在既有运营线施工作业时，时刻处于列车飞速接近的巨大威胁之中。反过来施工作业也影响着列车正常运行的安全。因此，如何为既有营业铁路沿线上的施工人员提供一种安全防护技术手段，从而降低列车飞速运行对施工人员产生的威胁，保障施工人员的人身安全，是一个重要的研究课题和亟待解决的难题。

当前普遍采用的施工安全防护技术手段是：当一个班组需要进行铁路施工时，需在铁路沿线的车站内设置驻站联络员，在施工现场前后800-2000m位置分别设置远端防护员，在施工现场设置施工负责人和工地防护员，还需根据实际的通讯情况安排中间联络防护员。为保证与施工现场的通讯畅通，驻站联络员与工地防护员必须保持3～5分钟通话一次，并进行车次运行情况的通知和确认。当列车靠近时，由远端防护员用对讲机通知工地防护员，再由工地防护员通知施工人员下道规避。

这种人工防护措施存在的问题，一是严重依赖防护员的职业素质，一旦发生脱岗、走神、臆测行车、漏报误报的情况，将对施工人员造成巨大的伤害。即使铁路公司每年都举行防护员安全培训，但是此类事故仍然时有发生。另一方面使用对讲机通讯，相邻工区干扰或非法电台串频干扰影响正常通讯，并且传输距离有限，无法满足较长施工区间的通讯要求。

近年来，互联网在我国发展迅速，成为我国经济和社会发展的重要推动力量。2015年7月4日，国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，旨在将互联网与传统行业深度融合，推动技术发展、提升生产效率，形成更有活力的创新发展新形态。

基于上述背景，本发明以“互联网+”的思维方式，以云服务器技术、移动通信技术、嵌入式系统技术为依托，提出一种铁路沿线施工安全防护系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铁路沿线施工安全防护系统及方法，本申请解决了传统人工防护措施存在安全风险的弊端，能对列车接近进行准确报警，为既有营业铁路沿线的施工人员提供安全防护。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种铁路沿线施工安全防护系统，包括列车接近信息监测设备、手持报警器、中心服务器和客户端，列车接近信息监测设备和手持报警器与GPRS传输网络相连，GPRS传输网络与IP网络相连，IP网络分别与中心服务器和客户端相连；

所述列车接近信息监测设备包括主控模块、超声波传感器、DTU数传模块、太阳能控制器、太阳能电池板和蓄电池，主控模块的信号端分别与超声波传感器、DTU数传模块、太阳能控制器的信号端相连，太阳能控制器与太阳能电池板相连，太阳能控制器还与蓄电池相连，蓄电池分别为列车接近信息监测设备中的其他设备提供电能，所述超声波传感器包括上行超声波传感器和下行超声波传感器；

所述手持报警器包括微控制器、通讯模块、存储模块、LCD显示模块、语音模块、报警模块、按钮模块和电源模块，通讯模块、存储模块、LCD显示模块、语音模块、报警模块、按钮模块的信号端分别与微控制器相连，电源模块分别为手持报警器中的其他模块供电，所述通讯模块包括GPRS无线网络模块和GPS定位模块，所述报警模块包括蜂鸣器、震动装置和报警闪光灯，所述按钮模块包括确认按钮和电源开关按钮；

所述中心服务器包括通讯服务单元、管理服务单元、报警运算单元和数据库存储单元，所述通讯服务单元用于管理列车接近信息监测设备与手持报警器的数据通信；所述管理服务单元用于监控列车接近信息监测设备和手持报警器的运行状态；所述报警运算单元用于对列车接近信息进行分析计算，并调用数据库存储单元的数据，查找需要报警的手持报警器；所述数据库存储单元用于存储通讯服务单元、管理服务单元、报警运算单元发来的日志信息和数据信息；

所述客户端为PC机，客户端用于显示设备的连接信息、设备状态信息、GPS定位信息、当前报警信息和报警持续时间；客户端还用于支持查询监测设备和手持报警器运行状态、列车接近记录、监测设备自检信息、报警记录和手持设备连接记录。

在本发明中，列车接近信息监测设备按a公里的间距等距离安装在铁路沿线，列车接近信息监测设备按b公里的间距分别安装于施工现场的两端，a的取值范围为2-4，b的取值范围为2-4。

在本发明中，列车接近信息监测设备还包括红外传感器。

一种铁路沿线施工安全防护方法，包括以下步骤：

S1、将列车接近信息监测设备安装位置的GPS定位信息推送至中心服务器，中心服务器建立监测设备信息数据库，当列车接近信息监测设备开启后，开始自动搜寻网络信息，并通过GPRS传输网络和IP网络发送登录ID至中心服务器，创建通信连接，列车接近信息监测设备的超声波传感器开始采集铁路沿线的列车接近信息，并将列车接近信息监测设备的心跳包或设备状态信息推送给中心服务器；

S2、手持报警器开启后自动搜寻网络信号，通过GPRS传输网络和IP网络发送登录ID至中心服务器，创建通信链接通道后，自检设备是否正常，并发送设备状态信息和GPS定位信息给中心服务器；

S3、中心服务器接收列车接近信息监测设备和手持报警器的心跳包、设备状态信息、设备自检信息和GPS定位信息，并监控列车接近信息监测设备和手持报警器的运行状态；

S4、当列车接近信息监测设备获取有列车接近，立即获取列车接近信息反馈给中心服务器，所述列车接近信息包括列车行进方向和速度信息，中心服务器根据获取的列车接近信息、步骤S1和步骤S2中获取的GPS定位信息，分析计算处于危险区域的手持报警器并发送报警信息；

S5、手持报警器获取中心服务器发送的报警信息，启动手持报警器上的报警模块，语音模块进行语音播报，LCD显示模块显示报警信息，施工人员获取报警信息，撤离轨道到安全区域后，须长按按钮模块解除报警。

在本发明中，设定列车接近信息监测设备未检测到列车接近时，发送心跳包给中心服务器以保持通信连接的畅通，并发送设备状态信息给中心服务器，所述设备状态信息包括太阳能电压信息、蓄电池电压信息、设备温度信息和设备通信信号质量信息。

在本发明中，设定手持报警器接受到中心服务器的报警信息，施工人员退出危险区域并解除报警后，手持报警器将解除报警信息反馈给中心服务器。

在本发明中，设定列车接近信息监测设备通过立杆安装于距铁轨1.5m的路肩上。

本发明中，设定列车接近信息监测设备高于轨面2m。。

本发明的有益效果是：

（1）本发明利用超声波传感技术实时采集铁轨上的列车接近信息，运用时差测速法对列车行进方向和速度进行计算，数据准确可靠，同时采用太阳能供电，节约能源，避免传统通过市电供电远程布线困难的弊端；

（2）采用GPRS传输网络和IP网络构建数据传输网络，其相应速度快，传输速率高，抗干扰性强，有利于施工人员及时准确获取报警信息；

（3）手持报警器有利于施工人员随身携带，能提供语音播报、蜂鸣报警、震动报警、闪光报警和屏幕显示功能，从听觉、触觉和视觉方面增加了施工人员获取报警信息的途径，有利于保障施工人员的人身安全；

（4）采用云服务器技术，通过中心服务器提供通信连接管理、设备管理、运行状态监控、报警运算和数据存储查询等服务，有利于实现列车接近信息监测设备和手持报警器的集中管理；

（5）智能化程度高，有利于及时获取列车接近信息、列车速度信息、施工人员的定位信息，能有效解决人工防护措施中防护员脱岗、走神、臆测列车和漏报误报的问题，增强了铁路沿线施工安全的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的安全防护系统结构示意框图；

图2为本发明安全防护实施例1的结构示意框图；

图3为本发明安全防护系统列车接近信息监测设备的结构示意框图；

图4为本发明手持报警器的结构示意框图；

图5为本发明中心服务器的结构示意框图；

图6为本发明实施例2的系统结构框图；

图中，10-列车接近信息监测设备，20-手持报警器，30-中心服务器，40-GPRS传输网络，50-IP网络，60-客户端，101-主控模块，102-传感器A，103-传感器B，104-DTU数传模块，105-太阳能控制器，106-太阳能电池板，107-蓄电池，201-微控制器，202-GPRS无线网络模块，203-GPS定位模块，204-存储模块，205-报警闪光灯，206-蜂鸣器，207-震动装置，208-语音模块，209-LCD显示模块，210-电源模块，211-按钮模块，301-通讯单元，302-管理单元，303-报警运算单元，304-数据库存储单元。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1：

如图1所示，一种铁路沿线施工安全防护系统，包括列车接近信息监测设备10、手持报警器20、中心服务器30和客户端60，列车接近信息监测设备10和手持报警器20分别通过GPRS传输网络40相连，GPRS传输网络40与IP网络50相连，IP网络50分别与中心服务器30和客户端60相连。

实施例2：

本实施例为既有营业铁路沿线施工提供长期安全防护的实施例，在本实施例中，沿铁路路线每隔2-4公里固定安装一台列车接近信息监测设备（在本实施例中简称监测设备），每两台监测设备构成一段安全防护区域，从而组成大范围的整体安全防护区域，不受距离的限制提供全面安全防护。如图2所示，监测设备1、监测设备2、监测设备3、监测设备4以及手持报警器组分别与GPRS传输网络相连，GPRS传输网络与IP网络相连，IP网络分别与中心服务器和客户端相连，在实际应用中，监测设备1和监测设备2、监测设备2和监测设备3、监测设备3和监测设备4分别构成一段安全防护区域，手持报警器由施工人员每人随身携带一台，携带手持报警器的施工人员在整体安全防护区域内任一位置均能得到安全防护；当监测设备1采集到列车接近信息时，系统及时向位于监测设备2和监测设备3构成的安全防护区域内的手持报警器发出报警信息，以此类推，当监测设备n采集到列车接近信息时，系统即向位于监测设备n+1和监测设备n+2构成的安全防护区域内的手持报警器发出报警信息，施工人员得到报警提示后即刻撤退到安全区域，避免事故的发生。

如图3所示，列车接近信息监测设备10包括主控模块101、超声波传感器、DTU数传模块104、太阳能控制器105、太阳能电池板106和蓄电池107，主控模块101的信号端分别与超声波传感器、DTU数传模块104、太阳能控制器105的信号端相连，太阳能控制器105与太阳能电池板106相连，太阳能控制器105还与蓄电池107相连，蓄电池107分别为列车接近信息监测设备10中的其他设备提供电能，所述超声波传感器包括上行超声波传感器和下行超声波传感器。

在图3中，太阳能控制器105、太阳能电池板106和蓄电池107构成太阳能供电系统，能在白天阳光强度足够时，将太阳能转换为电能，并将电能存储在蓄电池中，另一部份电能为监测设备各个模块供电。当夜晚或阴雨天，蓄电池107将存储的电能释放，为监测设备提供电能，以保证监测设备不间断工作。该设计避免传统需要市电供电时，铺设电缆困难的弊端，同时节约了电线电缆等材料，节约成本，绿色环保。

在图3中，上行超声波传感器和下行超声波传感器分别为传感器A102和传感器B103，传感器A102和传感器B103可统一采用超声波传感器，也可采用红外传感器，在本发明中，利用时差测速法实时采集列车接近信息。

如图4所示，手持报警器20包括包括微控制器201、通讯模块、存储模块204、LCD显示模块209、语音模块208、报警模块、按钮模块211和电源模块210，通讯模块、存储模块204、LCD显示模块209、语音模块208、报警模块、按钮模块211的信号端分别与微控制器201相连，电源模块210分别为手持报警器20中的其他模块供电，所述通讯模块包括GPRS无线网络模块202和GPS定位模块203，所述报警模块包括蜂鸣器206、震动装置207和报警闪光灯205，所述按钮模块211包括确认按钮和电源开关按钮。列车接近信息监测设备10中的DTU数传模块104与手持报警器20的GPRS无线网络模块202均为内置TCP/IP协议栈，能够通过自动拨号方式创建数据链路，再发送ID验证信息登录到中心服务器，从而建立与中心服务器的通信，所述GPS定位模块能够实时搜索GPS卫星，实现高精度、短距离定位。

手持报警器20的LCD显示模块209能够显示报警信息内容，语音模块能够播放报警信息内容，蜂鸣器206、震动装置207、报警闪光灯在接收报警信息后分别开始蜂鸣、震动、闪光灯报警操作，长按确认按钮能够发出确认收到报警信息的信号，并将该信息反馈到中心服务器。

如图5所示，中心服务器30包括通讯服务单元301、管理服务单元302、报警运算单元303、数据库存储单元304；所述通讯服务单元301用于管理列车接近信息监测设备10与手持报警器20的数据通信；所述管理服务单元302用于监控列车接近信息监测设备10和手持报警器20的运行状态；所述报警运算单元303用于对列车接近信息进行分析计算，并调用数据库存储单元304的数据，查找需要报警的手持报警器20；所述数据库存储单元304用于存储通讯服务单元301、管理服务单元302、报警运算单元303发来的日志信息和数据信息。

通信服务单元301、管理服务单元302、数据库存储单元304协同工作，管理监测设备302和手持报警器20的连接请求，录入并存储监测设备安装位置的GPS定位信息，接收并存储监测设备推送的心跳包、设备状态信息、列车接近信息，接收并存储手持报警器20发送的GPS定位信息、设备自检信息、心跳包和报警确认反馈信息，根据报警运算单元303的运算结果发送报警信息给手持报警器20。

一种铁路沿线施工安全防护方法，包括以下步骤：

S1、将列车接近信息监测设备10安装位置的GPS定位信息推送至中心服务器30，中心服务器30建立监测设备信息数据库，当列车接近信息监测设备10开启后，开始自动搜寻网络信息，并通过GPRS传输网络40和IP网络50发送登录ID至中心服务器30，创建通信连接，列车接近信息监测设备10的超声波传感器开始采集铁路沿线的列车接近信息，并将列车接近信息监测设备10的心跳包或设备状态信息推送给中心服务器；

S2、手持报警器20开启后自动搜寻网络信号，通过GPRS传输网络40和IP网络50发送登录ID至中心服务器30，创建通信链接通道后，自检设备是否正常，并发送设备状态信息和GPS定位信息给中心服务器；

S3、中心服务器30接收列车接近信息监测设备10和手持报警器20的心跳包、设备状态信息、设备自检信息和GPS定位信息，并监控列车接近信息监测设备10和手持报警器20的运行状态；

S4、当列车接近信息监测设备10获取有列车接近，立即获取列车接近信息反馈给中心服务器30，所述列车接近信息包括列车行进方向和速度信息，中心服务器30根据获取的列车接近信息、步骤S1和步骤S2中获取的GPS定位信息，分析计算处于危险区域的手持报警器20并发送报警信息；

S5、手持报警器20获取中心服务器30发送的报警信息，启动手持报警器20上的报警模块，语音模块208进行语音播报，LCD显示模块209显示报警信息，施工人员获取报警信息，撤离轨道到安全区域后，须长按按钮模块解除报警。

实施例3：

本实施例在既有营业铁路沿线偶发或突发情况下出现的临时施工场景提供临时安全防护的实施例，本实施例与实施例1和实施例2的区别之处在于，如图6所示，监测设备A、监测设备B以及手持报警器组分别与GPRS传输网络相连，GPRS传输网络与IP网络相连，IP网络分别与中心服务器和客户端相连，本实施例将监测设备A和监测设备B分别安装于距离施工现场两端2-4公里处，监测设备A和监测设备B之间形成一段安全防护区域，该安全防护区域将临时施工现场区域整体包含在内，施工人员每人随身携带一台手持报警器，当监测设备A或监测设备B采集到列车接近信息时，系统即向处于当前安全防护雨区内的施工人员的手持报警器发出报警信息，施工人员得到报警信息提示后即可撤离到安全区域，避免事故的发生。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁路沿线施工安全防护系统，其特征在于，包括列车接近信息监测设备、手持报警器、中心服务器和客户端，列车接近信息监测设备和手持报警器与GPRS传输网络相连，GPRS传输网络与IP网络相连，IP网络分别与中心服务器和客户端相连；

所述列车接近信息监测设备包括主控模块、超声波传感器、DTU数传模块、太阳能控制器、太阳能电池板和蓄电池，主控模块的信号端分别与超声波传感器、DTU数传模块、太阳能控制器的信号端相连，太阳能控制器与太阳能电池板相连，太阳能控制器还与蓄电池相连，蓄电池分别为列车接近信息监测设备中的其他设备提供电能，所述超声波传感器包括上行超声波传感器和下行超声波传感器；

所述手持报警器包括微控制器、通讯模块、存储模块、LCD显示模块、语音模块、报警模块、按钮模块和电源模块，通讯模块、存储模块、LCD显示模块、语音模块、报警模块、按钮模块的信号端分别与微控制器相连，电源模块分别为手持报警器中的其他模块供电，所述通讯模块包括GPRS无线网络模块和GPS定位模块，所述报警模块包括蜂鸣器、震动装置和报警闪光灯，所述按钮模块包括确认按钮和电源开关按钮；

所述中心服务器包括通讯服务单元、管理服务单元、报警运算单元和数据库存储单元，所述通讯服务单元用于管理列车接近信息监测设备与手持报警器的数据通信；所述管理服务单元用于监控列车接近信息监测设备和手持报警器的运行状态；所述报警运算单元用于对列车接近信息进行分析计算，并调用数据库存储单元的数据，查找需要报警的手持报警器；所述数据库存储单元用于存储通讯服务单元、管理服务单元、报警运算单元发来的日志信息和数据信息；

所述客户端为PC机，客户端用于显示设备的连接信息、设备状态信息、GPS定位信息、当前报警信息和报警持续时间；客户端还用于支持查询监测设备和手持报警器运行状态、列车接近记录、监测设备自检信息、报警记录和手持设备连接记录。

2.根据权利要求1所述一种铁路沿线施工安全防护系统，其特征在于，列车接近信息监测设备按a公里的间距等距离安装在铁路沿线，列车接近信息监测设备按b公里的间距分别安装于施工现场的两端，a的取值范围为2-4，b的取值范围为2-4。

3.根据权利要求1所述一种铁路沿线施工安全防护系统，其特征在于，列车接近信息监测设备还包括红外传感器。

4.一种铁路沿线施工安全防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将列车接近信息监测设备安装位置的GPS定位信息推送至中心服务器，中心服务器建立监测设备信息数据库，当列车接近信息监测设备开启后，开始自动搜寻网络信息，并通过GPRS传输网络和IP网络发送登录ID至中心服务器，创建通信连接，列车接近信息监测设备的超声波传感器开始采集铁路沿线的列车接近信息，并将列车接近信息监测设备的心跳包或设备状态信息推送给中心服务器；

S2、手持报警器开启后自动搜寻网络信号，通过GPRS传输网络和IP网络发送登录ID至中心服务器，创建通信链接通道后，自检设备是否正常，并发送设备状态信息和GPS定位信息给中心服务器；

S3、中心服务器接收列车接近信息监测设备和手持报警器的心跳包、设备状态信息、设备自检信息和GPS定位信息，并监控列车接近信息监测设备和手持报警器的运行状态；

S4、当列车接近信息监测设备获取有列车接近，立即获取列车接近信息反馈给中心服务器，所述列车接近信息包括列车行进方向和速度信息，中心服务器根据获取的列车接近信息、步骤S1和步骤S2中获取的GPS定位信息，分析计算处于危险区域的手持报警器并发送报警信息；

S5、手持报警器获取中心服务器发送的报警信息，启动手持报警器上的报警模块，语音模块进行语音播报，LCD显示模块显示报警信息，施工人员获取报警信息，撤离轨道到安全区域后，须长按按钮模块解除报警。

5.根据权利要求4所述一种铁路沿线施工安全防护方法，其特征在于，设定列车接近信息监测设备未检测到列车接近时，发送心跳包给中心服务器以保持通信连接的畅通，并发送设备状态信息给中心服务器，所述设备状态信息包括太阳能电压信息、蓄电池电压信息、设备温度信息和设备通信信号质量信息。

6.根据权利要求4所述一种铁路沿线施工安全防护方法，其特征在于，设定手持报警器接受到中心服务器的报警信息，施工人员退出危险区域并解除报警后，手持报警器将解除报警信息反馈给中心服务器。

7.根据权利要求4所述一种铁路沿线施工安全防护方法，其特征在于，设定列车接近信息监测设备通过立杆安装于距铁轨1.5m的路肩上。

8.根据权利要求4所述一种铁路沿线施工安全防护方法，其特征在于，设定列车接近信息监测设备高于轨面2m。