CN108189865A - 一种用于铁路的穿戴式报警系统及防护方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于铁路的穿戴式报警系统及防护方法，具有多重报警功能的可穿戴式智能手环、铁路指挥中心以及现场中控台。所述的具有多重报警功能的可穿戴式智能报警手环由施工人员佩戴，用于接收现场中控台分发的报警信息；所述的多重报警功能分别通过OLED屏幕显示、灯光闪烁、振动以及电脉冲刺激对工人进行提醒。所述的层层递进的安全保护方式为现场中控台声光报警器，报警手环所具备的四种报警手段以及报警手环在超时无应答的情况下所传递给指挥中心的施工人员接收情况，并且现场中控台会根据接收情况再次发出报警信息。本发明能够有效保障铁路施工人员的人身安全。
Description
技术领域
本发明涉及铁路安全报警技术领域，具体涉及一种用于铁路的穿戴式报警系统及防护方法。
背景技术
铁路是国民经济的大动脉，兼顾客运与货运，占有举足轻重的地位。随着经济飞速发展，铁路系统也大面积提速，列车的运行密度、速度及载重不断提高。由铁路产生的人员伤亡和财产损失事故数不胜数，为确保列车安全运行，铁路工作者们时刻坚守在铁路旁对铁路进行检修工作，可是这样的危险性极高，倘若铁路工人们专心于检修铁路而忽略了高速行驶过来的火车，那么后果不堪设想。因此这样一个不仅关乎铁路工作者的生命，还关乎整个列车安全的问题，值得我们去认真思考。
过去在线作业时为了保证现场施工人员的安全，都是预先设置一个防护区，并派防护员站在防护区的两端，一旦列车进入防护区，防护员必须及时以声音信号或灯光信号通知维修人员暂时离开。由于防护区间较长，以及气候等自然条件和人为因素的影响，往往通知不到现场施工人员，对施工人员的人身安全构成严重威胁。
近年来，铁路部门运用科技手段，建设和应用了一大批相对成熟、可靠的安全检查技术装备和系统；但从整体来看，目前的铁路安全检测系统缺乏自动化、智能化的规范，并且对于相对安全可靠的设备与系统而言，安全防护措施不够，在设备无法正常工作或没能在第一时间进行有效报警的情况下，不能及时进行多重反馈，
比如说，近年来视频监控作为铁路的重要安全保障方法，得到了广泛应用，但基本上所有的视频监控系统都需要由专人监视，专人启动报警装置，示意相关人员撤离。但在这个过程中，是否有施工人员未通知到，没有一个反馈机制来监督；另外，由于连续监视会使人变得疲倦，容易产生疏漏，造成重大的铁路交通事故，为铁路交通安全埋下隐患。除此之外，现有的铁路报警系统常常存在以下几个弊端：
1）铁路报警设备常常为固定式、依赖于220V交流供电，不方便携带，对于施工作业环境的迁移更是不便于移动。
2）铁路报警系统报警方式单一，常常为信号灯、蜂鸣器一类的非接触式报警装置，在施工人员过于专注施工作业的情况下很有可能忽视其报警信号，无法保证报警信号直接通知到了施工人员。
3）铁路报警系统的安全可靠性不强，没有统一的监管措施，无法判断列车驶进信号是否被准确传输，不具有反馈通信机制。
4）智能化的铁路报警设备通信方式的可靠性不强，往往使用3G、4G信号进行通信，依赖于运营商，并且信号不稳定，对于列车时常经过隧道、高架桥等遮蔽物的情况，更是无法通信，无法在野外无电信信号的情况下正常通信。
发明内容
本发明的目的是针对铁路施工人员人身安全，提供一种便携式自动报警装置，以多重、高效、准确的方式进行报警，并具备反馈机制，提示施工人员列车正在靠近，帮助施工人员紧急撤离施工现场，减少铁路交通事故的发生，从而保障铁路施工人员人身安全。因此，针对以上弊端设计一款可靠性强，具有层层递进的安全防护功能，智能的便携式可穿戴铁路报警系统尤为重要。
为了实现所述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于铁路的穿戴式报警系统，包括布置在铁路调度中心的指挥台，所述指挥台通过无线方式发送列车信息到现场中控台，且具有反馈通信功能，是第一层的安全报警装置；布置在施工区域的现场中控台，所述中控台与所有可穿戴式智能手环连接，用于在列车靠近施工区域时接收指挥台信息并分发到工人佩戴的可穿戴智能手环上；所述中控台还可具有声光报警功能，用于作为第二层安全报警装置进行预警；由施工人员佩戴的可穿戴式智能手环，用于接收现场中控台分发的报警信息、根据该报警信息发出不同程度的报警提示，作为第三层的安全报警装置进行预警；
所述的指挥台布置于火车站调度室，通过无线通信方式，自动向中控台发送列车距离与车速信息，并实时查询反馈信息；
所述的中控台布置在铁路施工现场，视施工范围设置一个以上的中控台，且该中控台具有报警功能；
所述的可穿戴式智能手环由施工人员佩戴，每个中控台可向一个以上的可穿戴式智能手环分发报警信息；所述可穿戴式智能手环具备防水防尘设计并具有多重报警功能。
所述的中控台具有报警功能，能够产生声光报警。
所述的可穿戴式智能手环根据报警信息的等级发出不同程度的报警，所述可穿戴式智能手环的报警包括：光闪烁报警、OLED屏幕文字显示报警信息报警、振动报警、以及电脉冲刺激报警。
所述的中控台可以通过无线方式接收指挥台发送的列车信息，并在列车靠近时通过无线方式发送给多个便携式中控台，每个中控台可以连接多个便携式智能手环。
所述的便携式报警手环与中控台间使用LoRa无线通信方式进行通信。
所述的便携式手环的电脉冲刺激部分通过弹簧顶针或导电树脂与佩戴者皮肤接触，提供电脉冲刺激。
所述的便携式智能报警手环，包括主控芯片选用STM32芯片，硬件设计包括了电源模块、OLED显示模块、报警模块、按键模块、433M无线模块、高压脉冲模块、MCU，该部分具备接收功能，接收来自现场收发器的信号，以串口或总线方式将数据发送到主控中心，在列车接近时提供光、电脉冲报警信息，警示工人撤离。
一种用于铁路的报警防护方法，包括以下步骤：
1）当列车驶近施工区域时，指挥台向中控台发送报警信号；
2）中控台将列车驶近施工区域的报警信号通过无线通信传递给可穿戴式智能手环；同时，中控台发出声光报警信号，即第一层安全预警措施；
3）可穿戴式智能手环接收到中控台的报警信号后，根据该报警信号紧急程度由低至高，分别给出OLED屏幕上文字性的提示、LED灯闪烁、振动、以及电脉冲刺激，确保施工人员接收到报警信号；
4）中控台向可穿戴式智能手环发出列车驶近施工区域的报警信号后，若可穿戴式智能手环超过规定的时长未向中控台发出反馈信号，则提醒有设备为确认接收，中控台再一次发送报警信号给报警手环。
所述的层层递进的安全防护措施还包括系统具有信息反馈功能，将可将施工人员是否接收到报警信息的结果传递给中控台，若施工人员未全部接收，系统则再一次发送报警信息，直至所有人员都接收到为止。
所述的步骤（2）中，无线通信方式的选择，考虑到列车信号的传递情况以及铁路所处环境的复杂程度，使用433MHz LoRa广域无线通信方式进行通信，它具有体积小、低功耗、稳定性高、穿透性强，并且在野外无电信信号的情况下，依旧能够正常通信的优点。
本发明的有益效果在于：
1）智能化、自动化、一体化的铁路工作面紧急信息传递系统：将检测、通信、报警功能三位一体化，减轻了人们的工作压力，增添了铁路检测报警的准确性；
2）通信模块：考虑到对通信要求很高，特采用433MHz LoRa广域无线通信方式进行通信，体积小、低功耗、稳定性高、穿透性强，在野外无电信信号的情况下仍能正常通信；
3）便携式装置：本系统体积小、重量轻、具有防水、防尘的特点，十分适合野外施工人员佩戴，且不会影响工作人员正常作业；
4）报警模块：该系统具有文字提示、LED灯闪烁、振动以及电脉冲刺激四种不同程度报警提示，施工人员的人身安全的到多重保障；
5）反馈系统：该系统可将接收到报警信息的施工人员的数量与为接受到报警信息的施工人员的数量进行统计，若有未接收到报警信息的施工人员，系统则会再一次发送报警信息，直至所有人员都接收到为止，确保每一个施工人员的人身安全。
附图说明
图1 是本发明的铁路工作紧急信息传递系统总示意图；
图2 是本发明的中控台的结构示意图；
图3是本发明的手环的结构示意图；
图4是本发明的铁路工作面紧急信息传递系统软件设计系统框图；
图5是本发明的手环外观效果图；
图6是本发明的最远端稳定通信距离测试图。
具体实施方式
本发明是一种紧急情况下铁路安全报警系统的层层递进安全防护手段，根据附图对其叙述如下，但是应当注意，以下阐述仅是对于发明内容的进一步的说明，而非对于技术方案的进一步的限定：
参照图1，本发明主要包括指挥台、无线报警系统设计，无线通信系统设计三大部分。根据系统基本需要，设计由指挥台、现场中控台、便携式报警手环三部分组成的铁路工作面紧急信息传递系统；指挥台为台式结构，布置在调度中心，与铁路系统连接；现场中控台接收指挥台发送的数据并分发给便携接收器；便携接收器（以手环形式提供）由施工人员佩戴，实现多重报警提醒功能。
系统要实现的紧急情况下铁路的安全报警，主控单元对数据量进行处理分析，并通过无线方式传输到手环终端上。
参照图2，本发明中硬件平台总体分为中控台和手环两个部分。中控台包括主控模块、通信模块、电源模块以及声光报警器。手环结构包括OLED显示模块、电脉冲刺激模块、无线模块、电源模块以及主控中心。
参照图3，本发明软件部分主要由指挥台、控制台、手环三部分组成。指挥台主要完成和铁路系统的通信，并发送信息到中控台。中控台主要完成信息的判断和转发；手环部分主要由手环初始化模块和报警提示模块两部分组成，报警提示模块主要OLED显示、马达震动、电脉冲刺激、LED闪烁报警四个模块组成。
在整个系统中，中控台模块接收来自指挥台的列车信息，中控台根据来自指挥台的列车信息，做出列车报警或者列车驶离的判断，并将该信息通过无线电广播的方式发送给手环。中控台信息发送结束后，通过轮询反馈的方式判断工人是否接收到报警信息，如果判断表明工人未接收到报警信息，则重新发送。直到工人接收到报警信息为止。
手环通过无线电通讯的方式接收来自中控台的报警信息和列车驶离信息，并做出相应的判断。手环首先进行初始化工作，显示时间日期电量等信息。然后手环进入等待接收来自中控台的信息，如果接收到的信息是报警信息则依次启动OLED显示模块、LED灯闪烁模块、马达震动模块、电刺激模块。如果员工接收到报警信息，则取消本次报警，回到手环初始化界面，否则持续报警。若手环接收到列车驶离信息，则调用OLED显示列车驶离信息模块，提醒员工列车已经驶离。提醒完毕后，回到手环主界面。
参照图4，本发明的便携式手环部分，该部分正面为OLED显示屏，用来显示文字性的报警提示以及平时待机状态下会显示日期、时间及电量。手环的两侧则分别为充电口，唤醒屏幕以及取消报警的按键。
参照图5，本发明对通信模块的稳定通信距离有一定的要求，因此特做了相关通信距离实验，实验结果表明，通信距离在700米内收发准确无误。而在空旷的地区，该通信距离可以达到5km。
为了便于说明本发明的有效性，下面举例说明：
系统采用LoRa低功耗广域网进行无线通信，运行在433MHz全球免费频段，为测试稳定通信距离，特携带两个手环终端由西安浐灞大桥出发，沿大桥方向前行，从400米左右位置开始，每隔50米左右测试一次，确认两个终端是否能够同时接收信号，并及时应答回传。参照图5是本次试验最远端稳定测试距离，超过此距离，则会出现接收等待、数据丢包等问题，但是据调查发现，在市区包含有大量的建筑物以及干扰通信的因素，因此缩短了通信距离，在空旷的地区，该通信模块实测距离可以达到5km。
针对铁路隧道野外的环境，为了能够更加真实的还原铁路现场，结合当前试验环境等实际因素，特选择在地下停车场内进行试验。实验结果表明，该无线通信方式大约可以穿透100米的阻挡，具有较强的穿透效果。
通过上述测试可以看出，本发明的选择了LoRa无线通信方式，在传输距离、穿透性以及耗电量方面有很大的改进。
基于上述原理，本发明的优点包括：
1）设计并实现了一套铁路工作面紧急信息传递系统；
2）实现了一种便携式铁路工作面安全防护装置的多重安全报警功能；
3）具备了层层递进的安全防护措施，以保证该系统不会因其他外力作用而影响报警信息的传递；
4）本系统搭建了基于LoRa无线通信技术的多机通信平台，可挂载多个手环从机，具有传输距离远，稳定性好、穿透力强、在野外无电信信号的情况下依旧可以正常通信的特点；
5）针对于铁路施工情况的复杂性，设计了具有防水防尘功能的便携式报警手环与便携式中控台；
6）针对于传统的铁路作业人工报警系统，本系统实现了自动报警并采用了多重报警方式，可以确保铁路施工人员及时准确的收到报警信息。
Claims (10)
1.一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，包括布置在铁路调度中心的指挥台，所述指挥台通过无线方式发送列车信息到现场中控台，且具有反馈通信功能，是第一层的安全报警装置；布置在施工区域的现场中控台，所述中控台与所有可穿戴式智能手环连接，用于在列车靠近施工区域时接收指挥台信息并分发到工人佩戴的可穿戴智能手环上；所述中控台还可具有声光报警功能，用于作为第二层安全报警装置进行预警；由施工人员佩戴的可穿戴式智能手环，用于接收现场中控台分发的报警信息、根据该报警信息发出不同程度的报警提示，作为第三层的安全报警装置进行预警；
所述的指挥台布置于火车站调度室，通过无线通信方式，自动向中控台发送列车距离与车速信息，并实时查询反馈信息；
所述的中控台布置在铁路施工现场，视施工范围设置一个以上的中控台，且该中控台具有报警功能；
所述的可穿戴式智能手环由施工人员佩戴，每个中控台可向一个以上的可穿戴式智能手环分发报警信息；所述可穿戴式智能手环具备防水防尘设计并具有多重报警功能。
2.根据权利要求1所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，中控台具有报警功能，能够产生声光报警。
3.根据权利要求1所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，所述可穿戴式智能手环根据报警信息的等级发出不同程度的报警，所述可穿戴式智能手环的报警包括：光闪烁报警、OLED屏幕文字显示报警信息报警、振动报警、以及电脉冲刺激报警。
4.根据权利要求3所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，所述中控台可以通过无线方式接收指挥台发送的列车信息，并在列车靠近时通过无线方式发送给多个便携式中控台，每个中控台可以连接多个便携式智能手环。
5.根据权利要求4所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，所述便携式报警手环与中控台间使用LoRa无线通信方式进行通信。
6.根据权利要求3所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，便携式手环的电脉冲刺激部分通过弹簧顶针或导电树脂与佩戴者皮肤接触，提供电脉冲刺激。
7.根据权利要求1所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，所述的便携式智能报警手环，包括主控芯片选用STM32芯片，硬件设计包括了电源模块、OLED显示模块、报警模块、按键模块、433M无线模块、高压脉冲模块、MCU，该部分具备接收功能，接收来自现场收发器的信号，以串口或总线方式将数据发送到主控中心，在列车接近时提供光、电脉冲报警信息，警示工人撤离。
8.一种用于铁路的报警防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）当列车驶近施工区域时，指挥台向中控台发送报警信号；
2）中控台将列车驶近施工区域的报警信号通过无线通信传递给可穿戴式智能手环；同时，中控台发出声光报警信号，即第一层安全预警措施；
3）可穿戴式智能手环接收到中控台的报警信号后，根据该报警信号紧急程度由低至高，分别给出OLED屏幕上文字性的提示、LED灯闪烁、振动、以及电脉冲刺激，确保施工人员接收到报警信号；
4）中控台向可穿戴式智能手环发出列车驶近施工区域的报警信号后，若可穿戴式智能手环超过规定的时长未向中控台发出反馈信号，则提醒有设备为确认接收，中控台再一次发送报警信号给报警手环。
9.根据权利要求8所述的一种用于铁路的报警防护方法，其特征在于，所述的层层递进的安全防护措施还包括系统具有信息反馈功能，将可将施工人员是否接收到报警信息的结果传递给中控台，若施工人员未全部接收，系统则再一次发送报警信息，直至所有人员都接收到为止。
10.根据权利要求8所述的一种用于铁路的穿戴式报警系统，其特征在于，所述的步骤（2）中，无线通信方式的选择，考虑到列车信号的传递情况以及铁路所处环境的复杂程度，使用433MHz LoRa广域无线通信方式进行通信，它具有体积小、低功耗、稳定性高、穿透性强，并且在野外无电信信号的情况下，依旧能够正常通信的优点。
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