CN109466590A - 由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统，包括首通讯节点、多个中间通讯节点、尾通讯节点、以及多个终端节点，首通讯节点、多个中间通讯节点、尾通讯节点依次组成主网络，主网络中的各个通讯节点之间是以LoRa透传方式进行通信，各个通讯节点以LoRa透传方式、并使用第一信道向其对应的终端节点传输轮询信令和报警信令，终端节点以LoRa透传方式、并使用第二信道向其对应的通讯节点传输应答信令，从而共同组成一个局域网络，首通讯节点在检测到列车到来时生成报警信令，通过Lora接力透传的方式、并在主网络中使用第一信道和第三信道将报警信令传输到尾通讯节点。本发明能解决现有报警系统无法对防护路段列车具体位置报警的技术问题。

Description

由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统和方法

技术领域

本发明属于铁路运营安全领域，更具体地，涉及一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统和方法。

背景技术

铁路轨道维修、改造一直都是铁路部门的一项重要工作，尤其是近年来，随着电气化、信息化的铁路运营管理的需求，以及列车普遍提速的步伐加快，使得铁路轨道施工作业更加频繁，给铁路轨道施工安全防护工作带来了巨大挑战。特别在隧道、弯道、山区等特殊环境下作业，受限与可视距离短，通讯状况较差等因素，给列车接近施工人员及时准确进行报警带来极大困难。

目前普遍使用的一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近报警系统，该系统通过传感器采集列车到达信息，通过Lora自组网络对列车经过防护区域进行报警，可以较好的解决隧道、弯道、山区等特殊路段列车经过施工路段无法及时准确报警的问题。

然而，上述基于LoRa局域组网的低功耗列车接近报警系统在使用过程中，仍然存在一些不可忽略的技术问题：

1、该报警系统只要在列车进入防护路段时便发出报警，但无法预报列车与施工人员之间的准确距离，这可能会导致施工人员过早离开施工现场，从而减少了施工人员的有效工作时长，降低了工作效率；

2、由于该报警系统采用单一频道通信，因此信道内部会存在同频干扰；

3、该报警系统报警信令传输采用410MHz单频信道传输，铁路系统中也存在工作于该频段的通讯设备，因此会存在系统外部的同频干扰影响报警信令传输的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于LoRa三信道局域组网的列车位置报警系统和方法，其目的在于，解决现有报警系统无法对防护路段列车具体位置报警、信道内部同频干扰导致系统时效性低、以及报警信令传输过程存在干扰的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统，包括首通讯节点、多个中间通讯节点、尾通讯节点、以及多个终端节点，首通讯节点、多个中间通讯节点、尾通讯节点依次组成主网络，主网络中的各个通讯节点之间是以LoRa透传方式进行通信，各个通讯节点以LoRa透传方式、并使用第一信道向其对应的终端节点传输轮询信令和报警信令，终端节点以LoRa透传方式、并使用第二信道向其对应的通讯节点传输应答信令，从而共同组成一个局域网络，首通讯节点在检测到列车到来时生成报警信令，通过Lora接力透传的方式、并在主网络中使用第一信道和第三信道将报警信令传输到尾通讯节点。

优选地，第一信道、第二信道、以及第三信道工作频点是在100MHz到900MHz之间，且三者的工作频点各不相同。

优选地，首通讯节点用于使用其动态工作表维护所在局域网的工作状态，根据该动态工作表生成轮询信令，并在检测到该节点处有列车到来时生成报警信令，首通讯节点的动态工作表包括通讯节点信息表和终端节点信息表，通讯节点信息表用于监测和维护每个中间通讯节点的当前状态及其对应的终端节点，终端节点信息表用于监测和维护每个终端节点的在线状态、终端节点对应的中间通讯节点、以及终端节点收到报警信令的信息、以及终端节点确认收到报警信令的信息。

优选地，报警信令包括报警里程坐标字段，用于指示当前列车所在位置，即检测到列车当前位置的通讯节点所在的铁路里程编号，轮询信令用于对终端节点信息表中的终端节点进行轮询，并包括当前首通讯节点字段，当前首通讯节点字段用于指示主网络当前的首通讯节点的编号，应答信令用于将终端节点在线状态、收到报警信令的信息、以及确认收到报警信令的信息传输给其对应的通讯节点，且包括在线状态字段、是否收到报警字段、以及是否确认报警字段，其中在线状态字段用于指示终端节点是否在线，是否收到报警字段用于指示该终端节点是否收到了报警信令，是否确认报警字段用于指示终端节点是否对该报警信令进行确认。

优选地，首通讯节点包括第一列车检测模块、第一LoRa无线模块、第二LoRa无线模块、第三LoRa无线模块、第一存储模块、第一蜂窝通讯模块、第一电量检测模块、以及第一ARM微处理器模块，第一列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号，第一LoRa无线模块用于使用第一信道实现从首通讯节点到主网络中其余的通讯节点、以及终端节点的轮询信令和报警信令传输，第二LoRa无线模块用于使用第二信道接收从其下一个中间通讯节点发送的辅助轮询信令、辅助报警信令和报警静默信令，以及终端节点发送到首通讯节点的应答信令；其中辅助轮询信令包括终端在线状态字段，报警静默信令包括终端收到报警字段、以及终端确认收到报警字段；终端在线状态字段用于指示终端节点当前是否处于在线状态；线路空闲字段用于指示列车是否已经离开，辅助报警信令用于在尾通讯节点检测到列车离开时，将线路列车是否离开、终端节点收到报警信令信息以及终端节点确认收到报警信令信息传输至首通讯节点，辅助报警信令包括线路是否空闲字段和确认报警字段，其中线路空闲字段用于指示列车是否已经离开，确认报警字段用于指示终端节点收到报警信令的信息、以及终端节点确认收到报警信令的信息；报警静默信令用于使接收到该信令的通讯节点，在一段时间内停止发送或转发报警信令；，第三LoRa无线模块用于使用第三信道实现从首通讯节点到尾通讯节点的报警信令传输，第一存储模块用于存储首通讯节点的本地工作日志，第一蜂窝通讯模块与外部服务器通信，用于定时将首通讯节点的本地工作日志传送给服务器，第一电量检测模块用于监测首通讯节点的电池电量使用情况，第一ARM微处理器模块用于对第一列车检测模块、第一LoRa无线模块、第二LoRa无线模块、第三LoRa无线模块、第一存储模块、第一蜂窝通讯模块、以及第一电量检测模块进行控制。

优选地，中间通讯节点用于在检测到该节点处有列车到来时，对来自首通讯节点的报警信令进行更新，并将更新后的报警信令传递给主网络中该中间通讯节点的下一个通讯节点、以及其对应的终端节点；其中在向其下一个通讯节点传送报警信令的同时，该中间通讯节点通过第二信道向主网络中其上一个中间通讯节点发送报警静默信令，要求该上一个中间通讯节点在一段时间间隔内，不再向其继续发送报警信令，以避免同一保护路段同时出现两列火车时所可能出现的同频干扰。中间通讯节点包括第二列车检测模块、第四LoRa无线模块、第五LoRa无线模块、第六LoRa无线模块、第二存储模块、第二电量检测模块、以及第二ARM微处理器模块，第二列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号，第四LoRa无线模块用于使用第一信道实现从中间通讯节点到主网络中尾通讯节点、以及终端节点的轮询信令和报警信令传输，第五LoRa无线模块用于使用第二信道接收从尾通讯节点2发送的辅助轮询信令和报警静默信令，以及终端节点发送到首通讯节点的应答信令，第六LoRa无线模块用于使用第三信道实现从中间通讯节点到尾通讯节点的报警信令传输，第二存储模块用于存储中间通讯节点的本地工作日志，第二电量检测模块用于监测中间通讯节点的电池电量使用情况，第二ARM微处理器模块用于对第二列车检测模块、第四LoRa无线模块、第五LoRa无线模块、第六LoRa无线模块、第一存储模块、以及第二电量检测模块进行控制。

优选地，尾通讯节点用于检测列车是否离开，在检测到列车离开后产生辅助报警信令，并利用第二信道将该辅助报警信令传送到首通讯节点，辅助报警信令包括线路是否空闲字段和确认报警字段，其中线路空闲字段用于指示列车是否已经离开，确认报警字段用于指示终端节点收到报警信令的信息、以及终端节点确认收到报警信令的信息，尾通讯节点包括第三列车检测模块、第七LoRa无线模块、第八LoRa无线模块、第九LoRa无线模块、第三存储模块、第三电量检测模块、以及第三ARM微处理器模块，第三列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号，第七LoRa无线模块用于使用第一信道接收从中间通讯节点发来的轮询信令和报警信令，并将轮询信令和报警信令发送到对应的终端节点，第八LoRa无线模块使用第二信道产生辅助轮询信令和报警静默信令并转发到中间通讯节点，并接收终端节点发送的应答信令，第九LoRa无线模块用于使用第三信道接收中间通讯节点发送的报警信令，第三存储模块用于存储尾通讯节点的本地工作日志，第三电量检测模块用于监测尾通讯节点的电池电量使用情况，第三ARM微处理器模块用于对第三列车检测模块、第七LoRa无线模块、第八LoRa无线模块、第九LoRa无线模块、第三存储模块、以及第三电量检测模块进行控制。

优选地，终端节点用于使用第一信道接收主网络中对应的通讯节点发送的报警信令和轮询信令，根据该报警信令执行对应的报警操作，切换至第二信道，并使用第二信道向主网络中对应的通讯节点发送应答信令。

优选地，终端节点包括第十LoRa无线模块、第四电量检测模块、第四ARM微处理器模块、对讲模块、以及报警响应模块，第十LoRa无线模块用于实现终端节点与局域网中不同通讯节点之间的信令传输，第四电量检测模块用于监测终端节点的电池电量使用情况，第四ARM微处理器模块用于对第十LoRa无线模块以及第四电量检测模块进行控制，对讲模块用于提供终端节点之间的对讲功能，报警响应模块用于根据终端节点接收到的报警信令中的列车信息字段执行相应的报警动作。

按照本发明的另一方面，提供了一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的方法，包括以下步骤：

(1)首通讯节点检测是否有列车到达该首通讯节点，如果是，则首通讯节点产生报警信令，通过第一信道向其对应的终端节点发送报警信令，并进入步骤(2)，否则进入步骤(9)；

(2)终端节点在接收到报警信令后切换至第二信道向首通讯节点发送应答信令；

(3)首通讯节点使用第一信道和第三信道向其下一个通讯节点传递报警信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则进入步骤(4)，否则进入步骤(10)；

(4)中间通讯节点检测是否有列车到达该中间通讯节点，如果是则使用其所在的铁路里程编号更新报警信令中报警里程坐标字段中的对应信息，使用第一信道向其所对应的终端节点发送更新后的报警信令，并进入步骤(5)，否则进入步骤(7)。

(5)终端节点在接收到更新后的报警信令后切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(6)中间通讯节点通过第二信道向其上一个通讯节点发送报警静默信令，使用第一信道和第三信道向其下一个通讯节点传递更新后的报警信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，并返回步骤(4)，否则进入步骤(7)。

(7)中间通讯节点使用第一信道向其对应的终端节点发送其前一个通讯节点传来的报警信令；

(8)终端节点在接收到更新后的报警信令后，切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(9)中间通讯节点使用第一信道和第三信道将其前一个通讯节点发来的报警信令发送到其下一个通讯节点，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，并返回步骤(4)，否则进入步骤(10)；

(10)尾通讯节点检测是否有列车到达该尾通讯节点，如果是则使用其所在的铁路里程编号更新报警信令中报警里程坐标字段中的信息，通过第一信道向其对应的终端节点发送更新后的报警信令，并进入步骤(11)，否则进入步骤(14)。

(11)终端节点使用第一信道接收更新后的报警信令，并切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令；

(12)尾通讯节点使用第二信道向其上一个通讯节点发送报警静默信令，同时生成辅助报警信令，并通过第二信道将辅助报警信令传输至首通讯节点；

(13)首通讯节点根据接收到的辅助报警信令更新其动态工作表，然后进入步骤(16)；

(14)尾通讯节点使用第一信道向其所对应的终端节点发送其前一个通讯节点传来的报警信令；

(15)终端节点在接收到报警信令后切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令，然后返回步骤(10)；

(16)首通讯节点产生轮询信令，并通过第一信道向其所对应的终端节点发送该轮询信令；

(17)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向首通讯节点发送应答信令；

(18)首通讯节点通过第一信道向其下一个通讯节点传递轮询信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间节点，如果是则进入步骤(19)，否则进入步骤(22)；

(19)中间通讯节点通过第一信道向其所对应的终端节点发送轮询信令；

(20)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(21)中间通讯节点通过第一信道向其下一个通讯节点传递轮询信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，返回步骤(19)，否则进入步骤(22)。

(22)尾通讯节点通过第一信道向其所对应的终端节点发送轮询信令；

(23)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令；

(24)尾通讯节点产生辅助轮询信令，并通过第二信道将辅助轮询信令传输至首通讯节点；

(25)首通讯节点根据辅助轮询信令更新其动态工作表，并判断更新后的动态工作表的终端节点信息表中是否还有终端节点在线，如果还有，则返回步骤(1)，否则过程结束。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明融合多点检测和Lora局域组网技术，能够准确、稳定的将列车与施工人员的距离及时告知铁路施工现场的工作人员，从而能够解决现有列车接近预警方法中存在的报警过于提前导致工人的有效工作时间和工作效率降低的技术问题；

(2)本发明采用频差较大的第一信道和第三信道实现双信道传输报警信令，能有效提高报警信令传输信道的抗干扰能力，从而确保报警信令在主网络的正常传递；

(3)本发明通过第一信道和第二信道实现双信道局域组网，区分了信令传输的信道和优先级，提高了系统时效性，并能够避免信道内的同频干扰。

附图说明

图1是本发明由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统的示意框图。

图2是本发明由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统，包括：首通讯节点1、多个中间通讯节点2、尾通讯节点3、以及多个终端节点4，其中首通讯节点1、多个中间通讯节点2、尾通讯节点3依次组成一个链接的双向网络(将这个链接的双向网络称为主网络)，主网络中的各个通讯节点之间是以LoRa透传方式进行通信；各个通讯节点以LoRa透传方式、并使用第一信道向其对应的终端节点4传输轮询信令和报警信令，且终端节点4以LoRa透传方式、并使用第二信道向其对应的通讯节点传输应答信令，从而共同组成一个局域网络，首通讯节点1在检测到列车到来时生成报警信令，通过Lora接力透传的方式、并在主网络中使用第一信道和第三信道将报警信令传输到尾通讯节点。

在本发明中，所使用的第一信道、第二信道、以及第三信道的工作频点是不同的，第一信道的工作频点范围是100MHz到900MHz(优选为410MHz)，第二信道的工作频点范围是100MHZ到900MHz(优选为420MHz)，第三信道的工作频点范围是100MHZ到900MHz(优选为900MHz)。

设置第三信道的目的，是用于对主网络的第一信道(即主信道)中的报警信令作备份传递。

终端节点4为用户手持设备或读表设备，也可以根据用户不同的需求来定义不同的终端节点4。

首通讯节点1用于使用其动态工作表维护所在局域网的工作状态，并根据该动态工作表生成轮询信令，在检测到该节点处有列车到来时生成报警信令。

如下表1所示，首通讯节点1的动态工作表包括通讯节点(包括用于首通讯节点1、中间通讯节点2、尾通讯节点3)信息表和终端节点信息表。进一步优选地，动态工作表还可包括用户自定义数据表，用于根据用户的不同需求维护用户所需数据。

表1

通讯节点信息表用于监测和维护通讯节点(即首通讯节点1、中间通讯节点2、以及尾通讯节点3)的当前状态(即正常工作或是出现故障)及其对应的终端节点4。

终端节点信息表用于监测和维护每个终端节点4的在线状态、终端节点4对应的通讯节点以及终端节点4收到报警信令的信息、以及终端节点4确认收到报警信令的信息。

报警信令包括信令头字段、信令类型字段、报警里程坐标字段、以及校验码字段。

其中，信令头字段用于指示主网络中通讯节点的地址、信令的方向、以及信令号等信令基本信息，例如某个信令头字段为00001111，其中前四位0000表示节点在主网络中的地址，第五位1表示信令方向是从主节点1到尾节点3，最后三位111表示信令本身的编号。

信令类型字段用于指示通讯中的通讯节点所使用的信令类型。可选地，可根据具体用户需求提供其他的信令类型。局域网内可以允许不同的信令之间进行通信和信息交互，也可以根据不同的信令类型做出相应的响应动作。

报警里程坐标字段用于指示当前列车所在位置，即检测到列车当前位置的通讯节点所在的铁路里程编号。

校验码字段用于指示对局域网中通讯节点之间传输的数据进行加密和校验所采用的方式(例如循环冗余校验算法，即CRC)。

轮询信令用于对终端节点信息表中的终端节点4进行轮询，

轮询信令包括信令头字段、信令类型字段、当前首通讯节点字段、以及校验码字段。

其中，信令头字段、信令类型字段、校验码字段和上述的报警信令相同，当前首通讯节点字段用于指示主网络当前的首通讯节点的编号。

应答信令用于将终端节点4在线状态、收到报警信令的信息、以及确认收到报警信令的信息传输给其对应的通讯节点。

应答信令包括信令头字段、信令类型字段、在线状态字段、是否收到报警字段、是否确认报警字段、以及校验码字段。

其中，信令头字段、信令类型字段、以及校验码字段和上述的报警信令相同，在线状态字段用于指示终端节点是否在线，是否收到报警字段用于指示该终端节点是否收到了报警信令，是否确认报警字段用于指示终端节点是否对该报警信令进行确认。

首通讯节点1还用于将动态工作表中内容存储在本地工作日志，并根据需要将本地工作日志上传到服务器。

首通讯节点1包括第一列车检测模块11、第一LoRa无线模块12、第二LoRa无线模块13、第三LoRa无线模块14、第一存储模块15、第一蜂窝通讯模块16、第一电量检测模块17、以及第一ARM微处理器模块18。

第一列车检测模块11用于接收列车检测传感器(其设置在铁轨附近，也可以设置在铁轨上)发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号。

具体而言，列车检测传感器可以是磁电转换传感器、红外检测传感器、声光检测传感器、光电检测传感器，并可以根据不同的应用需求来选择不同的列车检测传感器。

第一LoRa无线模块12用于使用第一信道实现从首通讯节点1到主网络中其余的通讯节点、以及终端节点4的轮询信令和报警信令传输。

第二LoRa无线模块13用于使用第二信道接收从其下一个中间通讯节点2发送的辅助轮询信令、辅助报警信令和报警静默信令，以及终端节点4发送到首通讯节点1的应答信令；

辅助轮询信令包括信令头字段、信令类型字段、终端在线状态字段、以及校验码字段。

报警静默信令用于使接收到该信令的通讯节点，在一段时间内停止发送或转发报警信令。报警静默信令包括信令头字段、信令类型字段、终端收到报警字段、终端确认收到报警字段、以及校验码字段。

其中，信令头字段、信令类型字段、校验码字段和上述的报警信令相同，终端在线状态字段用于指示终端节点当前是否处于在线状态，终端收到报警字段用于指示终端节点收到报警信令，终端确认报警字段用于指示终端节点确认接收到报警信令。

辅助报警信令包括信令头字段、信令类型字段、线路是否空闲字段、确认报警字段、以及校验码字段。

其中，信令头字段、信令类型字段、以及校验码字段和上述的报警信令相同，线路空闲字段用于指示列车是否已经离开，确认报警字段用于指示终端节点收到报警信令的信息、以及终端节点确认收到报警信令的信息。

第三LoRa无线模块14用于使用第三信道实现从首通讯节点1到尾通讯节点3的报警信令传输。

第一存储模块15用于存储首通讯节点1的本地工作日志。

第一蜂窝通讯模块16与服务器(未示出)通信，用于定时将首通讯节点1的本地工作日志传送给服务器。

第一电量检测模块17用于监测首通讯节点1的电池电量使用情况。

第一ARM微处理器模块18用于对第一列车检测模块11、第一LoRa无线模块12、第二LoRa无线模块13、第三LoRa无线模块14、第一存储模块15、第一蜂窝通讯模块16、以及第一电量检测模块17进行控制。

中间通讯节点2用于在检测到该节点处有列车到来时，对来自首通讯节点1的报警信令进行更新，并将更新后的报警信令传递给主网络中该中间通讯节点2的下一个通讯节点、以及其对应的终端节点4。

其中，在向其下一个通讯节点传送报警信令的同时，该中间通讯节点2通过第二信道向主网络中其上一个中间通讯节点发送报警静默信令，要求该上一个中间通讯节点在一段时间内(在本实施方式中，该时间间隔等于首通讯节点1和尾通讯节点3之间的距离除以列车通过该两点时的平均速度)不再向其继续发送报警信令，以避免同一保护路段同时出现两列火车时，所可能出现的同频干扰。

在本实施方式中，相邻通讯节点之间的距离是1公里。

中间通讯节点2包括第二列车检测模块21、第四LoRa无线模块22、第五LoRa无线模块23、第六LoRa无线模块24、第二存储模块25、第二电量检测模块26、以及第二ARM微处理器模块27。

第二列车检测模块21用于接收列车检测传感器(其设置在铁轨附近，也可以设置在铁轨上)发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号。

具体而言，列车检测传感器可以是磁电转换传感器、红外检测传感器、声光检测传感器、光电检测传感器，并可以根据不同的应用需求来选择不同的列车检测传感器。

第四LoRa无线模块22用于使用第一信道实现从中间通讯节点2到主网络中尾通讯节点3、以及终端节点4的轮询信令和报警信令传输。

第五LoRa无线模块23用于使用第二信道接收从尾通讯节点2发送的辅助轮询信令和报警静默信令，以及终端节点4发送到首通讯节点1的应答信令。

第六LoRa无线模块24用于使用第三信道实现从中间通讯节点2到尾通讯节点3的报警信令传输。

第二存储模块25用于存储中间通讯节点2的本地工作日志。

第二电量检测模块26用于监测中间通讯节点2的电池电量使用情况。

第二ARM微处理器模块27用于对第二列车检测模块21、第四LoRa无线模块22、第五LoRa无线模块23、第六LoRa无线模块24、第一存储模块25、以及第二电量检测模块26进行控制。

尾通讯节点3用于检测列车是否离开，并在检测到列车离开后产生辅助报警信令，并利用第二信道将该辅助报警信令传送到首通讯节点1。

尾通讯节点3包括第三列车检测模块31、第七LoRa无线模块32、第八LoRa无线模块33、第九LoRa无线模块34、第三存储模块35、第三电量检测模块36、以及第三ARM微处理器模块37。

第三列车检测模块31用于接收列车检测传感器(其设置在铁轨附近，也可以设置在铁轨上)发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号。

具体而言，列车检测传感器可以是磁电转换传感器、红外检测传感器、声光检测传感器、光电检测传感器，并可以根据不同的应用需求来选择不同的列车检测传感器。

第七LoRa无线模块32用于使用第一信道接收从中间通讯节点2发来的轮询信令和报警信令，并将轮询信令和报警信令发送到对应的终端节点4。

第八LoRa无线模块33使用第二信道产生辅助轮询信令和报警静默信令并转发到中间通讯节点2，并接收终端节点4发送的应答信令。

第九LoRa无线模块34用于使用第三信道接收中间通讯节点2发送的报警信令。

第三存储模块35用于存储尾通讯节点3的本地工作日志。

第三电量检测模块36用于监测尾通讯节点3的电池电量使用情况。

第三ARM微处理器模块37用于对第三列车检测模块31、第七LoRa无线模块32、第八LoRa无线模块33、第九LoRa无线模块34、第三存储模块35、以及第三电量检测模块36进行控制。

终端节点用于使用第一信道接收主网络中对应的通讯节点发送的报警信令和轮询信令，根据该报警信令执行对应的报警操作(如列车距离播报、距离显示、灯光报警、震动报警等)，切换至第二信道，并使用第二信道向主网络中对应的通讯节点发送应答信令。

终端节点4包括第十LoRa无线模块41、第四电量检测模块41、第四ARM微处理器模块42、对讲模块43、以及报警响应模块44。

第十LoRa无线模块41用于实现终端节点与局域网中不同通讯节点之间的信令传输。

第四电量检测模块42用于监测终端节点的电池电量使用情况。

第四ARM微处理器模块43用于对第十LoRa无线模块41以及第四电量检测模块42进行控制。

对讲模块44用于提供终端节点之间的对讲功能。

报警响应模块45用于根据终端节点接收到的报警信令中的列车信息字段执行相应的报警动作，例如列车距离播报、距离显示、灯光报警、震动报警等。

如图2所示，本发明还提供了一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的方法，其是应用在上述系统中，且包括以下步骤：

(1)首通讯节点检测是否有列车到达该首通讯节点，如果是，则首通讯节点产生报警信令，通过第一信道向其对应的终端节点发送报警信令，并进入步骤(2)，否则进入步骤(9)；

具体而言，首通讯节点是通过诸如磁电转换传感器、红外检测传感器、声光检测传感器、光电检测传感器来检测列车的到达。

(2)终端节点在接收到报警信令后切换至第二信道向首通讯节点发送应答信令；

(3)首通讯节点使用第一信道和第三信道向其下一个通讯节点(可能是中间通讯节点或尾通讯节点)传递报警信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则进入步骤(4)，否则进入步骤(10)。

(4)中间通讯节点检测是否有列车到达该中间通讯节点，如果是则使用其所在的铁路里程编号更新报警信令中报警里程坐标字段中的对应信息，使用第一信道向其所对应的终端节点发送更新后的报警信令，并进入步骤(5)，否则进入步骤(7)。

(5)终端节点在接收到更新后的报警信令后切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(6)中间通讯节点通过第二信道向其上一个通讯节点(可能为中间通讯节点或首通讯节点)发送报警静默信令，使用第一信道和第三信道向其下一个通讯节点(其可能为中间通讯节点或尾通讯节点)传递更新后的报警信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，并返回步骤(4)，否则进入步骤(7)。

(7)中间通讯节点使用第一信道向其对应的终端节点发送其前一个通讯节点(其可能是首通讯节点或中间通讯节点)传来的报警信令；

(8)终端节点在接收到更新后的报警信令后，切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(9)中间通讯节点使用第一信道和第三信道将其前一个通讯节点发来的报警信令发送到其下一个通讯节点(其可能为尾通讯节点或中间通讯节点)，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，并返回步骤(4)，否则进入步骤(10)；

(10)尾通讯节点检测是否有列车到达该尾通讯节点，如果是则使用其所在的铁路里程编号更新报警信令中报警里程坐标字段中的信息，通过第一信道向其对应的终端节点发送更新后的报警信令，并进入步骤(11)，否则进入步骤(14)。

(11)终端节点使用第一信道接收更新后的报警信令，并切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令；

(12)尾通讯节点使用第二信道向其上一个通讯节点(其可能是中间通讯节点或首通讯节点)发送报警静默信令，同时生成辅助报警信令，并通过第二信道将辅助报警信令传输至首通讯节点；

(13)首通讯节点根据接收到的辅助报警信令更新其动态工作表，然后进入步骤(16)；

具体而言，辅助报警信令中包括有线路是否空闲字段，一旦尾通讯节点检测到列车离开，即认为该线路空闲，此时需要将动态工作表的用户自定义数据表中的对应字段进行对应的更新。

(14)尾通讯节点使用第一信道向其所对应的终端节点发送其前一个通讯节点(其可能是首通讯节点或中间通讯节点)传来的报警信令；

(15)终端节点在接收到报警信令后切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令，然后返回步骤(10)；

(16)首通讯节点产生轮询信令，并通过第一信道向其所对应的终端节点发送该轮询信令；

(17)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向首通讯节点发送应答信令；

(18)首通讯节点通过第一信道向其下一个通讯节点(其可能是中间通讯节点或尾通讯节点)传递轮询信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间节点，如果是则进入步骤(19)，否则进入步骤(22)；

(19)中间通讯节点通过第一信道向其所对应的终端节点发送轮询信令；

(20)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(21)中间通讯节点通过第一信道向其下一个通讯节点(其可能是中间通讯节点或尾通讯节点)传递轮询信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，返回步骤(19)，否则进入步骤(22)。

(22)尾通讯节点通过第一信道向其所对应的终端节点发送轮询信令；

(23)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令；

(24)尾通讯节点产生辅助轮询信令，并通过第二信道将辅助轮询信令传输至首通讯节点；

(25)首通讯节点根据辅助轮询信令更新其动态工作表，并判断更新后的动态工作表的终端节点信息表中是否还有终端节点在线，如果还有，则返回步骤(1)，否则过程结束。

具体而言，更新动态工作表是使用辅助轮询信令中的终端在线状态更新动态工作表中的对应信息。

终端节点信息表中记录了所有终端节点的在线状态，当所有终端节点都不在线(即不在局域网中)，此时过程结束。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统，包括首通讯节点、多个中间通讯节点、尾通讯节点、以及多个终端节点，其特征在于，

首通讯节点、多个中间通讯节点、尾通讯节点依次组成主网络，主网络中的各个通讯节点之间是以LoRa透传方式进行通信；

各个通讯节点以LoRa透传方式、并使用第一信道向其对应的终端节点传输轮询信令和报警信令，终端节点以LoRa透传方式、并使用第二信道向其对应的通讯节点传输应答信令，从而共同组成一个局域网络；

首通讯节点在检测到列车到来时生成报警信令，通过Lora接力透传的方式、并在主网络中使用第一信道和第三信道将报警信令传输到尾通讯节点。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，优选地，第一信道、第二信道、以及第三信道工作频点是在100MHz到900MHz之间，且三者的工作频点各不相同。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

首通讯节点用于使用其动态工作表维护所在局域网的工作状态，根据该动态工作表生成轮询信令，并在检测到该节点处有列车到来时生成报警信令；

首通讯节点的动态工作表包括通讯节点信息表和终端节点信息表；

通讯节点信息表用于监测和维护每个通讯节点的当前状态及其对应的终端节点；

终端节点信息表用于监测和维护每个终端节点的在线状态、终端节点对应的中间通讯节点、以及终端节点收到报警信令的信息、以及终端节点确认收到报警信令的信息。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

报警信令包括报警里程坐标字段，用于指示当前列车所在位置，即检测到列车当前位置的通讯节点所在的铁路里程编号；

轮询信令用于对终端节点信息表中的终端节点进行轮询，并包括当前首通讯节点字段，当前首通讯节点字段用于指示主网络当前的首通讯节点的编号。

应答信令用于将终端节点在线状态、收到报警信令的信息、以及确认收到报警信令的信息传输给其对应的通讯节点，且包括在线状态字段、是否收到报警字段、以及是否确认报警字段，其中在线状态字段用于指示终端节点是否在线，是否收到报警字段用于指示该终端节点是否收到了报警信令，是否确认报警字段用于指示终端节点是否对该报警信令进行确认。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

首通讯节点包括第一列车检测模块、第一LoRa无线模块、第二LoRa无线模块、第三LoRa无线模块、第一存储模块、第一蜂窝通讯模块、第一电量检测模块、以及第一ARM微处理器模块；

第一列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号。

第一LoRa无线模块用于使用第一信道实现从首通讯节点到主网络中其余的通讯节点、以及终端节点的轮询信令和报警信令传输。

第二LoRa无线模块用于使用第二信道接收从其下一个中间通讯节点发送的辅助轮询信令、辅助报警信令和报警静默信令，以及终端节点发送到首通讯节点的应答信令；

其中辅助轮询信令包括终端在线状态字段，报警静默信令包括终端收到报警字段、以及终端确认收到报警字段；终端在线状态字段用于指示终端节点当前是否处于在线状态；线路空闲字段用于指示列车是否已经离开；

辅助报警信令用于在尾通讯节点检测到列车离开时，将线路列车是否离开、终端节点收到报警信令信息以及终端节点确认收到报警信令信息传输至首通讯节点，辅助报警信令包括线路是否空闲字段和确认报警字段，其中线路空闲字段用于指示列车是否已经离开，确认报警字段用于指示终端节点收到报警信令的信息、以及终端节点确认收到报警信令的信息；

报警静默信令用于使接收到该信令的通讯节点，在一段时间内停止发送或转发报警信令；

第三LoRa无线模块用于使用第三信道实现从首通讯节点到尾通讯节点的报警信令传输；

第一存储模块用于存储首通讯节点的本地工作日志。

第一蜂窝通讯模块与外部服务器通信，用于定时将首通讯节点的本地工作日志传送给服务器；

第一电量检测模块用于监测首通讯节点的电池电量使用情况；

第一ARM微处理器模块用于对第一列车检测模块、第一LoRa无线模块、第二LoRa无线模块、第三LoRa无线模块、第一存储模块、第一蜂窝通讯模块、以及第一电量检测模块进行控制。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

中间通讯节点用于在检测到该节点处有列车到来时，对来自首通讯节点的报警信令进行更新，并将更新后的报警信令传递给主网络中该中间通讯节点的下一个通讯节点、以及其对应的终端节点；其中在向其下一个通讯节点传送报警信令的同时，该中间通讯节点通过第二信道向主网络中其上一个中间通讯节点发送报警静默信令，要求该上一个中间通讯节点在一段时间间隔内，不再向其继续发送报警信令，以避免同一保护路段同时出现两列火车时所可能出现的同频干扰。

中间通讯节点包括第二列车检测模块、第四LoRa无线模块、第五LoRa无线模块、第六LoRa无线模块、第二存储模块、第二电量检测模块、以及第二ARM微处理器模块；

第二列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号；

第四LoRa无线模块用于使用第一信道实现从中间通讯节点到主网络中尾通讯节点、以及终端节点的轮询信令和报警信令传输；

第五LoRa无线模块用于使用第二信道接收从尾通讯节点2发送的辅助轮询信令和报警静默信令，以及终端节点发送到首通讯节点的应答信令；

第六LoRa无线模块用于使用第三信道实现从中间通讯节点到尾通讯节点的报警信令传输；

第二存储模块用于存储中间通讯节点的本地工作日志；

第二电量检测模块用于监测中间通讯节点的电池电量使用情况；

第二ARM微处理器模块用于对第二列车检测模块、第四LoRa无线模块、第五LoRa无线模块、第六LoRa无线模块、第一存储模块、以及第二电量检测模块进行控制。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

尾通讯节点用于检测列车是否离开，在检测到列车离开后产生辅助报警信令，并利用第二信道将该辅助报警信令传送到首通讯节点；

尾通讯节点包括第三列车检测模块、第七LoRa无线模块、第八LoRa无线模块、第九LoRa无线模块、第三存储模块、第三电量检测模块、以及第三ARM微处理器模块；

第三列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将该电信号转换为数字信号。

第七LoRa无线模块用于使用第一信道接收从中间通讯节点发来的轮询信令和报警信令，并将轮询信令和报警信令发送到对应的终端节点；

第八LoRa无线模块使用第二信道产生辅助轮询信令和报警静默信令并转发到中间通讯节点，并接收终端节点发送的应答信令；

第九LoRa无线模块用于使用第三信道接收中间通讯节点发送的报警信令；

第三存储模块用于存储尾通讯节点的本地工作日志；

第三电量检测模块用于监测尾通讯节点的电池电量使用情况；

第三ARM微处理器模块用于对第三列车检测模块、第七LoRa无线模块、第八LoRa无线模块、第九LoRa无线模块、第三存储模块、以及第三电量检测模块进行控制。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，终端节点用于使用第一信道接收主网络中对应的通讯节点发送的报警信令和轮询信令，根据该报警信令执行对应的报警操作，切换至第二信道，并使用第二信道向主网络中对应的通讯节点发送应答信令。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

终端节点包括第十LoRa无线模块、第四电量检测模块、第四ARM微处理器模块、对讲模块、以及报警响应模块；

第十LoRa无线模块用于实现终端节点与局域网中不同通讯节点之间的信令传输；

第四电量检测模块用于监测终端节点的电池电量使用情况；

第四ARM微处理器模块用于对第十LoRa无线模块以及第四电量检测模块进行控制；

对讲模块用于提供终端节点之间的对讲功能；

报警响应模块用于根据终端节点接收到的报警信令中的列车信息字段执行相应的报警动作。

10.一种由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的方法，其是应用在根据权利要求1至9中任意一项所述的由三信道构建的LoRa局域网实现列车位置报警的系统中，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)首通讯节点检测是否有列车到达该首通讯节点，如果是，则首通讯节点产生报警信令，通过第一信道向其对应的终端节点发送报警信令，并进入步骤(2)，否则进入步骤(9)；

(2)终端节点在接收到报警信令后切换至第二信道向首通讯节点发送应答信令；

(3)首通讯节点使用第一信道和第三信道向其下一个通讯节点传递报警信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则进入步骤(4)，否则进入步骤(10)；

(4)中间通讯节点检测是否有列车到达该中间通讯节点，如果是则使用其所在的铁路里程编号更新报警信令中报警里程坐标字段中的对应信息，使用第一信道向其所对应的终端节点发送更新后的报警信令，并进入步骤(5)，否则进入步骤(7)。

(5)终端节点在接收到更新后的报警信令后切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(6)中间通讯节点通过第二信道向其上一个通讯节点发送报警静默信令，使用第一信道和第三信道向其下一个通讯节点传递更新后的报警信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，并返回步骤(4)，否则进入步骤(7)。

(7)中间通讯节点使用第一信道向其对应的终端节点发送其前一个通讯节点传来的报警信令；

(8)终端节点在接收到更新后的报警信令后，切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(9)中间通讯节点使用第一信道和第三信道将其前一个通讯节点发来的报警信令发送到其下一个通讯节点，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，并返回步骤(4)，否则进入步骤(10)；

(10)尾通讯节点检测是否有列车到达该尾通讯节点，如果是则使用其所在的铁路里程编号更新报警信令中报警里程坐标字段中的信息，通过第一信道向其对应的终端节点发送更新后的报警信令，并进入步骤(11)，否则进入步骤(14)。

(11)终端节点使用第一信道接收更新后的报警信令，并切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令；

(12)尾通讯节点使用第二信道向其上一个通讯节点发送报警静默信令，同时生成辅助报警信令，并通过第二信道将辅助报警信令传输至首通讯节点；

(13)首通讯节点根据接收到的辅助报警信令更新其动态工作表，然后进入步骤(16)；

(14)尾通讯节点使用第一信道向其所对应的终端节点发送其前一个通讯节点传来的报警信令；

(15)终端节点在接收到报警信令后切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令，然后返回步骤(10)；

(16)首通讯节点产生轮询信令，并通过第一信道向其所对应的终端节点发送该轮询信令；

(17)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向首通讯节点发送应答信令；

(18)首通讯节点通过第一信道向其下一个通讯节点传递轮询信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间节点，如果是则进入步骤(19)，否则进入步骤(22)；

(19)中间通讯节点通过第一信道向其所对应的终端节点发送轮询信令；

(20)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向该中间通讯节点发送应答信令；

(21)中间通讯节点通过第一信道向其下一个通讯节点传递轮询信令，并判断其下一个通讯节点是否是中间通讯节点，如果是则将该下一个通讯节点作为中间通讯节点，返回步骤(19)，否则进入步骤(22)。

(22)尾通讯节点通过第一信道向其所对应的终端节点发送轮询信令；

(23)终端节点在接收到轮询信令后切换至第二信道向尾通讯节点发送应答信令；

(24)尾通讯节点产生辅助轮询信令，并通过第二信道将辅助轮询信令传输至首通讯节点；

(25)首通讯节点根据辅助轮询信令更新其动态工作表，并判断更新后的动态工作表的终端节点信息表中是否还有终端节点在线，如果还有，则返回步骤(1)，否则过程结束。