CN114466315A - 一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，涉及铁路施工技术领域，包括监控中心，所述监控中心通信连接有信息库、数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块，通过将车辆或作业人员的所在位置的坐标进入至影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围时，则获取车辆或作业人员的位置信号的强度；当所获取车辆和作业人员的位置信号的强度低于信号强度的阈值时，则对作业人员或车辆的行为进行预测，根据预测结果对作业人员和车辆的位置进行更新，从而使得作业人员或车辆在影响通信信号质量的位置及区域内时，也能获得作业人员和车辆的位置，避免了在复杂环境中，因为信号弱，而无法对车辆和作业人员的位置进行监控的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铁路施工技术领域，具体是一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统。
背景技术
随着信息化技术在铁路行业的快速发展，加之北斗行业快速崛起，地理信息技术在铁路行业的快速应用，铁路行业信息化和智能化水平快速发展，在铁路人员安全防护作业中，调度中心、驻站防护人员需要精准卡控人员、车辆位置，以及他们之间的相互危险关系，对于他们之间的距离、速度、接触时间等信息需要非常直观、准确的获取到，才能够及时发出预警通知，告知人员及时撤离，车辆及时采取制动措施。
现有技术主要是通过人工盯控，而人工盯控存在人为因素太多，不可预知，同时在黑夜、大雾、暴雨、喧闹等恶劣环境下，人工识别准确度降低，发生安全事故的概率增大，给人员作业带来了较大的安全隐患；同时人工盯控不能准确知道作业人员的位置，车辆的位置，对二者之间的关系无法量化，无法精准判断是否会存在安全隐患，存在巨大的不确定性，如何提高在不同环境中的监测精度，是我们需要解决的问题，为此，现提供一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有信息库、数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块；
通过建立信息库将铁路路线布局图、铁路作业人员信息和车辆信息进行导入，并根据导入的铁路作业人员信息和车辆信息分别建立接入端口；
所述数据采集模块用于获取铁路路线上的作业信息；
所述数据处理模块用于对数据采集模块所获取到的数据进行处理，获得作业人员和车辆的位置，并对作业人员和车辆的行为进行预测；
所述数据分析模块用于对作业人员和车辆的位置的相互关系进行分析，对作业人员和车辆发生碰撞的可能性做出预警。
进一步的，所述信息库的建立过程具体包括：
分别建立人员信息子库、车辆信息子库以及铁路路线信息子库；
将在铁路路线上进行作业的作业人员基本信息导入至人员信息子库内，并根据导入的作业人员基本信息完成对作业人员的系统认证，作业人员通过建立与信息库相连接的接入端口，进入系统；
将在铁路路线上进行作业的车辆基本信息导入至车辆信息子库，并根据导入的车辆基本信息完成对车辆的系统认证。
进一步的，所述铁路路线布局图的建立过程包括：
通过北斗卫星，划定铁路路线的作业范围，并生成具有时间与空间信息的施工范围地图；影响通信信号质量的位置及区域进行标记，并映射至施工范围地图内；
获得在影响通信信号的位置及区域内的信号强度区间，并将该信号强度区间标记为铁路路线布局图。
进一步的，作业人员在进入至系统时，系统自动获取用于登录系统的设备的定位权限，通过数据采集模块实时获取作业人员的位置信息。
进一步的，所述数据采集模块获取作业信息的过程包括：
获取作业人员和车辆的位置信号，并获得作业人员和车辆的位置信号的强度，同时获得作业人员和车辆的移动速度。
进一步的，所述数据处理模块对数据采集模块所获取到的数据进行处理的过程包括：
建立三维坐标系，并将铁路路线布局图的作业范围映射至三维坐标系上；
获取作业人员和车辆的位置信号，并根据接收到的作业人员和车辆的位置信号将作业人员和车辆的所在位置进行标记；
获取影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围；
将车辆或作业人员的所在位置的坐标进入至影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围时，则获取车辆或作业人员的位置信号的强度；设置信号强度阈值，当所获取车辆或作业人员的位置信号的强度低于信号强度的阈值时，则对作业人员或车辆的行为进行预测。
进一步的，对作业人员或车辆的行为进行预测的过程包括：
分别获取作业人员脚底和头顶以及车辆车底和车顶的海拔高度，获得作业人员或车辆的横坐标预测值和纵坐标预测值；当获得作业人员或车辆的预测位置，再根据预测位置的坐标对应的横坐标和纵坐标的值重新获得新的预测位置，以此类推，获得作业人员或车辆在影响通信信号质量的位置及区域内的运动情况及位置。
进一步的，所述数据分析模块对作业人员和车辆的位置的相互关系的分析过程包括：
获取当前作业人员和车辆的坐标位置，并将作业人员的横坐标和纵坐标进行分别比对；
设置坐标距离阈值L；
当作业人员与车辆所在位置的横坐标或纵坐标的任一项距离小于L时，则分别获取作业人员和车辆的移动速度和方向，根据作业人员和车辆的移动速度和方向，判断作业人员与车辆之间是否存在碰撞风险。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将车辆或作业人员的所在位置的坐标进入至影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围时，则获取车辆或作业人员的位置信号的强度；当所获取车辆或作业人员的位置信号的强度低于信号强度的阈值时，则对作业人员或车辆的行为进行预测，根据预测结果对作业人员和车辆的位置进行更新，从而使得作业人员或车辆在影响通信信号质量的位置及区域内时，也能获得作业人员和车辆的位置，避免了在复杂环境中，因为信号弱，而无法对车辆和作业人员的位置进行监控的问题。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有信息库、数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块；
在具体实施过程中，通过建立信息库将铁路路线布局图、铁路作业人员信息和车辆信息进行导入，并根据导入的铁路作业人员信息和车辆信息分别建立接入端口，所述信息库的建立过程具体包括：
分别建立人员信息子库、车辆信息子库以及铁路路线信息子库；
将在铁路路线上进行作业的作业人员基本信息导入至人员信息子库内，并根据导入的作业人员基本信息完成对作业人员的系统认证，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，作业人员基本信息包括姓名、性别、年龄以及实名认证的手机号码，并根据实名认证的手机号码生成用于登录系统的个人账号；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，作业人员的基本信息被导入至人员信息子库内后，作业人员可使用个人账号通过建立与信息库相连接的接入端口，完成个人账户的验证后，即进入系统；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，作业人员在进入至系统时，系统自动获取用于登录系统的设备的定位权限，通过数据采集模块实时获取作业人员的位置信息；
将在铁路路线上进行作业的车辆基本信息导入至车辆信息子库，并根据导入的车辆基本信息完成对车辆的系统认证，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，车辆在完成系统认证后，当车辆处于启动状态时，则产生相应通信信号，并将车辆的通信信号发送至系统内，然后通过数据采集模块实时获取车辆的位置信息；
所述铁路路线布局图的建立过程包括：
通过北斗卫星，划定铁路路线的作业范围，并生成具有时间与空间信息的施工范围地图；
根据作业范围内的实际情况，将影响通信信号质量的位置及区域进行标记，并映射至施工范围地图内；
获得在影响通信信号的位置及区域内的信号强度区间，并将该信号强度区间进行标记，从而获得铁路路线布局图。
所述数据采集模块用于获取铁路路线上的作业信息，具体过程包括：
获取作业人员的位置信号，并获得作业人员的位置信号的强度，将作业人员的位置信号的强度标记为RQ，同时获得作业人员的移动速度，并将作业人员的移动速度标记为RV；
获取车辆的位置信号，并获得车辆的位置信号的强度，将车辆的位置信号的强度标记为CQ，同时获得车辆的移动速度，将车辆的移动速度标记为CV；
将所述采集模块所获取到的数据发送至数据处理模块。
所述数据处理模块用于对数据采集模块所获取到的数据进行处理，具体处理过程包括：
建立三维坐标系，并将铁路路线布局图的作业范围映射至三维坐标系上；
获取作业人员的位置信号，并根据接收到的作业人员的位置信号将作业人员的所在位置的做标记为(Xr，Yr，Zr)；
获取车辆的位置信号，并根据接收到的车辆的位置信号将车辆的所在位置的坐标记为(Xc，Yc，Zc)；
获取影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围，并将影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围进行标记；
将车辆或作业人员的所在位置的坐标进入至影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围时，则获取车辆或作业人员的位置信号的强度；设置信号强度阈值，当所获取车辆或作业人员的位置信号的强度低于信号强度的阈值时，则对作业人员或车辆的行为进行预测，根据预测结果对作业人员和车辆的位置进行更新，从而使得作业人员或车辆在影响通信信号质量的位置及区域内时，也能获得作业人员和车辆的位置。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对作业人员或车辆的行为进行预测的过程包括：
分别获取作业人员脚底和头顶的海拔高度，并分别将作业人员脚底和头顶的海拔高度标记为ZR1和ZR2；
分别获取车辆车底和车顶的海拔高度，并分别将车底和车顶的海拔高度标记为ZC1和ZC2；
通过公式
获得横坐标预测值X预测；
通过公式Y预测＝Yk-K*Hk*Yk获得纵坐标预测值Y预测；
实时获取车辆和作业人员在三维坐标系内对应海拔高度的变化，并获取高程坐标预测值Z预测；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，其中Xk为当前时刻作业人员或车辆的所在位置的横坐标，Yk为当前时刻作业人员或车辆的所在位置的纵坐标；即在具体实施过程中，将同一时刻的作业人员或车辆的横坐标或纵坐标代入公式进行计算，即Xk＝Xr或Xk＝Xc，Yk＝Yr或Yk＝Yc；
为作业人员或车辆的沿着移动方向的单位向量；
当获得一组预测值时，即获得作业人员或车辆的预测位置的坐标为(X预测，Y预测，Z预测)，再将预测位置的坐标(X预测，Y预测，Z预测)对应的横坐标和纵坐标的值重新代入公式，以此类推，获得作业人员或车辆在影响通信信号质量的位置及区域内的运动情况及位置。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，K为纠正系数，根据作业人员或车辆的所在位置获得，具体获得方式为：
分别获得在作业人员脚底和头顶的海拔高度或车底和车顶的海拔高度对应的气压值，并将气压值标记为p1和p2；
将所获得的作业人员或车辆的气压值，获得作业人员或车辆的高程系数Hk；
Hk＝8000*(1+αt)ln(p1/p2)，其中α为系统常量，且α＝1/273，t表示对应气层的平均温度；
举例说明：当所需要进行预测的对象为作业人员时，则获得作业人员脚底海拔高度ZR1对应的温度以及头顶海拔高度ZR2对应的温度，取两者数值的平均值，即为t的值；
则根据公式K＝(v*Hk T)2*Hk，其中T为预测数据更新周期时长；在具体实施过程中v根据所预测的对象为作业人员或车辆，将v替换为作业人员或车辆的移动速度，即v＝RV或v＝CV。
所述数据分析模块用于对作业人员和车辆的位置的相互关系进行分析，对作业人员和车辆发生碰撞的可能性做出预警，具体过程包括：
获取当前作业人员和车辆的坐标位置，并将作业人员的横坐标和纵坐标进行分别比对；
设置坐标距离阈值L；
当作业人员与车辆所在位置的横坐标或纵坐标的任一项距离小于L时，则分别获取作业人员和车辆的移动速度和方向；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，若CV＝0时，则不生成预警信息；
若CV＞0时，则沿着车辆的运动方向做延长线，然后以作业人员为起点做延长线的垂线，并将垂足进行标记，若作业人员与垂足之间的距离≥L，则不生成预警，若作业人员与垂足之间的距离＜L，则获得车辆到达垂足的时间T车，
当T车≤T0时，判断作业人员与车辆存在碰撞风险，则生成预警信息，其中T0为系统预设响应时间阈值；
沿作业人员和车辆的运动方向分别做延长线；
若延长线不产生交点，则不发生预警；若延长线存在交点，则将交点标记为P，并将P点的坐标标记为(XP，YP)；
则分别获得车辆和作业人员到达P点的时间为T人和T车；
当|T人-T车|≤T0时，则判断作业人员与车辆存在碰撞风险，并生成预警信息，若|T人-T车|＞T0时，则判断作业人员与车辆不存在碰撞风险，不生成预警信息。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，包括监控中心，其特征在于，所述监控中心通信连接有信息库、数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块；
通过建立信息库将铁路路线布局图、铁路作业人员信息和车辆信息进行导入，并根据导入的铁路作业人员信息和车辆信息分别建立接入端口；
所述数据采集模块用于获取铁路路线上的作业信息；
所述数据处理模块用于对数据采集模块所获取到的数据进行处理，获得作业人员和车辆的位置，并对作业人员和车辆的行为进行预测；
所述数据分析模块用于对作业人员和车辆的位置的相互关系进行分析，对作业人员和车辆发生碰撞的可能性做出预警。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，所述信息库的建立过程具体包括：
分别建立人员信息子库、车辆信息子库以及铁路路线信息子库；
将在铁路路线上进行作业的作业人员基本信息导入至人员信息子库内，并根据导入的作业人员基本信息完成对作业人员的系统认证，作业人员通过建立与信息库相连接的接入端口，进入系统；
将在铁路路线上进行作业的车辆基本信息导入至车辆信息子库，并根据导入的车辆基本信息完成对车辆的系统认证。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，所述铁路路线布局图的建立过程包括：
通过北斗卫星，划定铁路路线的作业范围，并生成具有时间与空间信息的施工范围地图；将影响通信信号质量的位置及区域进行标记，并映射至施工范围地图内；
获得在影响通信信号的位置及区域内的信号强度区间，并将该信号强度区间标记为铁路路线布局图。
4.根据权利要求3所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，作业人员在进入至系统时，系统自动获取用于登录系统的设备的定位权限，通过数据采集模块实时获取作业人员的位置信息。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，所述数据采集模块获取作业信息的过程包括：
获取作业人员和车辆的位置信号，并获得作业人员和车辆的位置信号的强度，同时获得作业人员和车辆的移动速度。
6.根据权利要求5所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，所述数据处理模块对数据采集模块所获取到的数据进行处理的过程包括：
建立三维坐标系，并将铁路路线布局图的作业范围映射至三维坐标系上；
获取作业人员和车辆的位置信号，并根据接收到的作业人员和车辆的位置信号将作业人员和车辆的所在位置进行标记；
获取影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围；
将车辆或作业人员的所在位置的坐标进入至影响通信信号质量的位置及区域的坐标范围时，则获取车辆或作业人员的位置信号的强度；设置信号强度阈值，当所获取车辆或作业人员的位置信号的强度低于信号强度的阈值时，则对作业人员或车辆的行为进行预测。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，对作业人员或车辆的行为进行预测的过程包括：
分别获取作业人员脚底和头顶以及车辆车底和车顶的海拔高度，获得作业人员或车辆的横坐标预测值和纵坐标预测值；当获得作业人员或车辆的预测位置，再根据预测位置的坐标对应的横坐标和纵坐标的值重新获得新的预测位置，以此类推，获得作业人员或车辆在影响通信信号质量的位置及区域内的运动情况及位置。
8.根据权利要求7所述的一种基于北斗高精度的铁路线上作业人员安全防护系统，其特征在于，所述数据分析模块对作业人员和车辆的位置的相互关系的分析过程包括：
获取当前作业人员和车辆的坐标位置，并将作业人员的横坐标和纵坐标进行分别比对；
设置坐标距离阈值L；
当作业人员与车辆所在位置的横坐标或纵坐标的任一项距离小于L时，则分别获取作业人员和车辆的移动速度和方向，根据作业人员和车辆的移动速度和方向，判断作业人员与车辆之间是否存在碰撞风险。
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