一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)及其工作方法，防碰撞預(yù)警系統(tǒng)主要由隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器、定位標(biāo)簽、高精度距離探測(cè)裝置、車載報(bào)警裝置等組成。本系統(tǒng)與方法可有效實(shí)現(xiàn)大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)定位跟蹤和運(yùn)輸車輛防碰撞預(yù)警，為大坡度盾構(gòu)隧道施工中的水平運(yùn)輸作業(yè)安全提供了可靠保障。
【專利說(shuō)明】一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道施工領(lǐng)域，具體涉及一種基于RFID無(wú)線射頻技術(shù)和超聲探測(cè)技術(shù)的大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展，多個(gè)城市開始或者繼續(xù)進(jìn)行地鐵建設(shè)。在地鐵施工中，經(jīng)常采用的施工方法有明挖法、淺埋暗挖礦山法以及盾構(gòu)法。盾構(gòu)法因其施工速度快、安全性高以及對(duì)地層擾動(dòng)小等特點(diǎn)而得到廣泛使用。
[0003]隧道內(nèi)運(yùn)輸車水平運(yùn)輸作業(yè)作為盾構(gòu)施工工法的重要組成部分之一，承擔(dān)著盾構(gòu)管片、泥漿、作業(yè)人員以及施工材料物資連續(xù)運(yùn)輸?shù)闹厝?。安全而又高效的隧道?nèi)運(yùn)輸車水平運(yùn)輸作業(yè)是保證地鐵盾構(gòu)施工順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ)。然而，在經(jīng)過(guò)一些特殊地質(zhì)地形、受到既有預(yù)埋管線及外界環(huán)境限制等條件約束下，隧道線路必須設(shè)計(jì)成大坡度，一定程度上增加了隧道內(nèi)水平運(yùn)輸作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了保證大坡度隧道內(nèi)水平運(yùn)輸?shù)挠行нM(jìn)行，國(guó)家《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(2003版)明確指出，坡度在20%。以上的屬于大坡度隧道，在盾構(gòu)施工作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)監(jiān)控水平運(yùn)輸作業(yè)中運(yùn)輸車的安全運(yùn)行情況，嚴(yán)防溜車、追尾、車速過(guò)快脫軌撞人等碰撞事故對(duì)作業(yè)人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成重大損失等一系列要求。近年來(lái)，由于現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控不到位、不全面、不科學(xué)，作業(yè)人員的安全防患意識(shí)比較弱，使得隧道內(nèi)水平運(yùn)輸碰撞事故屢見不鮮。
[0004]所以，建立一套集“感、傳、知、控”為一體的防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行科學(xué)合理有效地監(jiān)控盾構(gòu)大坡度隧道內(nèi)運(yùn)輸車水平作業(yè)過(guò)程，消除潛在風(fēng)險(xiǎn)源，實(shí)現(xiàn)防碰撞預(yù)警，具有重要的工程價(jià)值與實(shí)用意義。
[0005]目前，我國(guó)盾構(gòu)施工隧道內(nèi)運(yùn)輸車行駛過(guò)程中主要是利用車載視頻監(jiān)控?cái)z像頭降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，這種手段依靠駕駛員在駕駛室內(nèi)觀看車頭或車尾監(jiān)控畫面采取制動(dòng)措施，其缺點(diǎn)是防碰撞預(yù)警效果較差，特別是在盾構(gòu)大坡度隧道中，由于存在粉塵、光線強(qiáng)度較暗，視頻監(jiān)控難以辨別軌行區(qū)存在的作業(yè)人員或障礙物，駕駛員容易誤判、誤操作；同時(shí)，隧道內(nèi)運(yùn)輸車?yán)忍嵝延熊囕v行駛的防碰撞手段單一，隧道內(nèi)軌行區(qū)和盾構(gòu)后配套區(qū)域的作業(yè)人員均不能及時(shí)知道車輛的相對(duì)距離和速度，難以及時(shí)反應(yīng)采取應(yīng)急規(guī)避措施。
[0006]綜上所述，鑒于傳統(tǒng)的大坡度隧道內(nèi)水平運(yùn)輸作業(yè)在安全預(yù)警方面存在的缺陷，采用本專利技術(shù)對(duì)水平運(yùn)輸?shù)陌踩珷顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全預(yù)警具有重要的工程意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大坡度隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)及其工作方法，能夠?qū)λ淼纼?nèi)的運(yùn)輸車、作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，運(yùn)輸車在快速行駛中可高精度探測(cè)軌行區(qū)上的施工作業(yè)人員和障礙物，根據(jù)定位算法、預(yù)警規(guī)則，進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)處理分祈，并進(jìn)行防碰撞預(yù)警，降低大坡度隧道水平運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0008]本發(fā)明所述的ー種大坡度隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，包括隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽、高精度距離探測(cè)裝置、車載報(bào)警裝置。
[0009]隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽，主要是用于復(fù)雜環(huán)境下地鐵深埋隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛與施工作業(yè)人員的地下空間實(shí)時(shí)定位跟蹤。該裝置通過(guò)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)三維立體空間定位與聲/光報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)一般情況下地鐵隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛行駛過(guò)程中的防碰撞預(yù)警。在隧道內(nèi)每隔一定距離安裝RFID無(wú)線閱讀器，由此構(gòu)成隧道內(nèi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊，隧道內(nèi)的作業(yè)人員身上佩戴定位標(biāo)簽，運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)設(shè)置定位標(biāo)簽，該定位標(biāo)簽由RFID標(biāo)簽和聲光預(yù)警模塊組成；所述RFID無(wú)線閱讀器包括信號(hào)處理模塊。
[0010]高精度距離探測(cè)裝置，主要是用于大坡度地鐵隧道內(nèi)軌行區(qū)車輛與前后方障礙物、作業(yè)人員的相對(duì)距離實(shí)時(shí)探測(cè)。該裝置利用超聲定位功能提高車輛快速移動(dòng)下的碰撞識(shí)別精度，消除大坡度隧道內(nèi)的駕駛盲區(qū)，提高運(yùn)輸車輛駕駛?cè)藛T與作業(yè)人員的安全感知能力。在運(yùn)輸車輛的駕駛室前端與拖車尾部設(shè)置高精度距離探測(cè)裝置，該裝置由依次連接的超聲波探測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成；所述高精度距離探測(cè)裝置與車載報(bào)警裝置和RFID無(wú)線閱讀器實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊。
[0011]車載報(bào)警裝置，主要是用于實(shí)時(shí)讀取RFID無(wú)線閱讀器、高精度距離探測(cè)裝置發(fā)送的空間位置信息，井根據(jù)預(yù)設(shè)的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷，進(jìn)行不同級(jí)別的聲/光報(bào)警，提醒運(yùn)輸車輛駕駛員采取防碰撞控制措施；同時(shí)，利用車載裝置自帶的軟硬件對(duì)上傳的空間信息進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，為大坡度隧道水平作業(yè)安全培訓(xùn)和行為控制提供重要依據(jù)。該車載報(bào)警裝置由依次連接的信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊和聲光預(yù)警模塊組成；所述車載報(bào)警裝置與高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊。
[0012]本發(fā)明提供的一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，其使用安裝標(biāo)準(zhǔn)如下:
(I)首先確保RFID無(wú)線閱讀器電路板的接ロ線路連接正確，接線作業(yè)過(guò)程中，保證線路接觸良好與走線清晰。然后，進(jìn)行調(diào)試檢測(cè)，達(dá)到正常工作要求以后，便可安裝盒蓋；作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一佩戴，位置可選取上衣ロ袋。同吋，運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)的定位標(biāo)簽應(yīng)安裝在駕駛員觸手可及、無(wú)遮擋物的地方。
[0013](2)將高精度距離探測(cè)裝置安裝在金屬防護(hù)盒內(nèi)，金屬防護(hù)盒起現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的作用。在安裝過(guò)程中，保持超聲波探測(cè)頭干凈、無(wú)雜物灰塵堵塞，前方無(wú)障礙物阻擋。安裝完畢之后，高精度距離探測(cè)裝置應(yīng)處于水平狀態(tài)，不得傾斜。
[0014](3)車載報(bào)警裝置應(yīng)安裝在駕駛員容易接觸到的位置，便于手動(dòng)操作車載報(bào)警裝置。安裝過(guò)程中，調(diào)試檢測(cè)聲光報(bào)警的效果，確保報(bào)警內(nèi)容與內(nèi)嵌的預(yù)警規(guī)則相一致。
[0015]本發(fā)明還提供一種大坡度隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作方法，該方法包括以下步驟:
(1)建立隧道內(nèi)的三維空間定位坐標(biāo)體系，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)大坡度隧道內(nèi)水平運(yùn)輸防碰撞預(yù)警設(shè)備部署方案，確定每個(gè)設(shè)備的具體安裝位置；
(2)為了能夠識(shí)別和掌控大坡度隧道內(nèi)水平運(yùn)輸作業(yè)中所遇到的各種風(fēng)險(xiǎn)類型，制定符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工要求的預(yù)警規(guī)則； (3)按設(shè)計(jì)的部署方案在隧道內(nèi)每隔一定距離進(jìn)行RFID無(wú)線閱讀器的安裝，構(gòu)成隧道內(nèi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)RFID無(wú)線閱讀器內(nèi)存儲(chǔ)有自身的空間坐標(biāo)信息；
(4)隧道內(nèi)的作業(yè)人員身上佩戴定位標(biāo)簽，并在運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)安裝定位標(biāo)簽；
(5)根據(jù)定位算法對(duì)RFID無(wú)線閱讀器、定位標(biāo)簽進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)定以及硬件調(diào)試；
(6)在運(yùn)輸車駕駛室前端與拖車尾部后端安裝高精度距離探測(cè)裝置；
(7)在運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)安裝車載報(bào)警裝置；
(8)根據(jù)定位算法對(duì)高精度距離探測(cè)裝置、車載報(bào)警裝置進(jìn)行調(diào)試；
(9)通過(guò)車載報(bào)警裝置內(nèi)嵌的相關(guān)軟件平臺(tái)，將各種定位信息、預(yù)警報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，得出大坡度隧道內(nèi)水平運(yùn)輸作業(yè)的規(guī)律，對(duì)作業(yè)人員的施工行為進(jìn)行糾偏與培訓(xùn)。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述的隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽的信息處理流程如下:
第一歩，隧道內(nèi)的RFID無(wú)線閱讀器通過(guò)內(nèi)置天線以一定的工作頻率發(fā)送射頻信號(hào)，對(duì)附近的范圍進(jìn)行掃描，以確定其工作區(qū)域內(nèi)是否存在定位標(biāo)簽。如果存在，RFID無(wú)線閱讀器將與定位標(biāo)簽建立無(wú)線射頻通信鏈路，進(jìn)行信息的傳輸交流；
第二步，針對(duì)于每個(gè)不同的定位標(biāo)簽，RFID無(wú)線閱讀器進(jìn)行計(jì)算處理，利用RSSI(received signal strength indicatorノ與 TDOA itime difference of arrival)的混合測(cè)距加權(quán)定位算法，計(jì)算出定位標(biāo)簽相對(duì)于RFID無(wú)線閱讀器的空間位置。根據(jù)定位標(biāo)簽的ID屬性，對(duì)這些空間位置信息進(jìn)行存儲(chǔ)；
第三歩，RFID無(wú)線閱讀器利用已建立的隧道內(nèi)三維空間定位坐標(biāo)體系，將上述相對(duì)位置信息進(jìn)行處理計(jì)算，得出隧道內(nèi)定位標(biāo)簽的實(shí)時(shí)空間坐標(biāo)信息；
第四步，結(jié)合隧道內(nèi)人、車定位標(biāo)簽的實(shí)時(shí)空間坐標(biāo)信息，RFID無(wú)線閱讀器通過(guò)預(yù)先設(shè)定的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行綜合判斷，判斷是否發(fā)出預(yù)警指令啟動(dòng)作業(yè)人員定位標(biāo)簽的預(yù)警模塊進(jìn)行相應(yīng)的聲/光報(bào)警，從而提醒作業(yè)人員采取應(yīng)急措施，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域；
第五步，整個(gè)信息處理流程中的定位信息可通過(guò)車載報(bào)警裝置中內(nèi)嵌的相關(guān)軟件平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的培訓(xùn)和施工行為管理。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述的高精度距離探測(cè)裝置的信息處理流程如下:
第一歩，運(yùn)輸車開始啟動(dòng)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，駕駛室前端與拖車尾部的高精度距離探測(cè)裝置
啟動(dòng)，超聲波探測(cè)模塊以一定的工作頻率發(fā)射超聲波信號(hào)，對(duì)軌行區(qū)進(jìn)行定向掃描探測(cè)，以此感知軌行區(qū)域內(nèi)是否存在障礙物或作業(yè)人員；
第二步，當(dāng)超聲波遇到軌行區(qū)上的障礙物或作業(yè)人員之后，立即反射到探測(cè)裝置，探測(cè)裝置的信號(hào)處理模塊利用TDOA算法進(jìn)行分析處理，根據(jù)超聲波的傳播時(shí)間，計(jì)算出車輛與障礙物或作業(yè)人員之間的實(shí)時(shí)相對(duì)距離；
第三步，高精度距離探測(cè)裝置可以將實(shí)時(shí)相對(duì)距離信息傳輸至車載報(bào)警裝置做進(jìn)ー步分析處理，根據(jù)預(yù)警規(guī)則進(jìn)行不同級(jí)別的聲/光報(bào)警，提醒運(yùn)輸車駕駛員及時(shí)采取應(yīng)急措施、避免事故發(fā)生；
第四步，高精度距離探測(cè)裝置也可以將實(shí)時(shí)相對(duì)距離信息傳輸至隧道內(nèi)的RFID無(wú)線閱讀器，RFID無(wú)線閱讀器對(duì)上述信息進(jìn)行分析處理，對(duì)作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽發(fā)出預(yù)警指令，進(jìn)行不同級(jí)別的聲/光報(bào)警，提醒軌行區(qū)上的人員及時(shí)采取行動(dòng)，遠(yuǎn)離軌行區(qū)域； 第五步，整個(gè)信息處理流程中的超聲波傳播時(shí)間信息和實(shí)時(shí)相對(duì)距離信息傳輸至車載報(bào)警裝置，由其內(nèi)嵌的軟件平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的培訓(xùn)和施工行為管理。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述的車載報(bào)警裝置的信息處理流程如下:
第一歩，隧道內(nèi)運(yùn)輸車開始啟動(dòng)運(yùn)輸時(shí)，車載報(bào)警裝置也會(huì)隨之啟動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，與高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器建立無(wú)線射頻通信鏈路，進(jìn)行射頻信號(hào)的通訊傳輸；
第二步，高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器通過(guò)無(wú)線射頻通信鏈路，將自身采集到的各種實(shí)時(shí)定位信息傳輸至車載報(bào)警裝置，車載報(bào)警裝置與預(yù)先設(shè)定的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行一一匹配判斷，進(jìn)行不同級(jí)別的聲/光報(bào)警，提醒運(yùn)輸車駕駛員采取應(yīng)急措施，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)；
第三歩，運(yùn)輸車駕駛員根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)車載報(bào)警裝置可以查詢水平運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中的報(bào)警信息記錄；
第四歩，駕駛員與作業(yè)人員采取應(yīng)急措施、成功規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)之后，車載報(bào)警裝置可根據(jù)預(yù)警規(guī)則中的警報(bào)解除條件，自動(dòng)解除報(bào)警；如果應(yīng)急措施采取不及時(shí)，車載報(bào)警裝置將進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警升級(jí)，直至采取措施消除危險(xiǎn)狀態(tài)為止；
第五步，車載報(bào)警裝置對(duì)高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器發(fā)送的各種信息進(jìn)行集中存儲(chǔ)和綜合分析處理，可用于作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的培訓(xùn)和施工行為管理。
[0019]本發(fā)明提出了一種基于無(wú)線射頻技術(shù)以及超聲波探測(cè)技術(shù)的地鐵盾構(gòu)大坡度隧道內(nèi)運(yùn)輸車水平運(yùn)輸作業(yè)防碰撞預(yù)警的系統(tǒng)及其工作方法，系統(tǒng)主要是由隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽、高精度距離探測(cè)裝置、車載報(bào)警裝置組成。盾構(gòu)大坡度水平運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中，在隧道內(nèi)每隔一定距離進(jìn)行RFID無(wú)線定位閱讀器的安裝，運(yùn)輸車駕駛室前端與拖車尾部后端安裝高精度距離探測(cè)裝置，運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)安裝車載報(bào)警裝置，隧道內(nèi)人員身上佩戴定位標(biāo)簽。在運(yùn)輸車進(jìn)行水平運(yùn)輸作業(yè)時(shí)，隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器對(duì)運(yùn)輸車和作業(yè)人員進(jìn)行定位，通過(guò)預(yù)警規(guī)則實(shí)現(xiàn)一般情況下的聲/光報(bào)警。與此同吋，高精度距離探測(cè)裝置對(duì)軌行區(qū)前后方障礙物和作業(yè)人員進(jìn)行超聲波探測(cè)，結(jié)合車載報(bào)警裝置、定位標(biāo)簽分別對(duì)運(yùn)輸車駕駛員以及作業(yè)人員作出相應(yīng)級(jí)別的聲/光預(yù)警，進(jìn)ー步提高安全感知能力，以達(dá)到規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的目的。本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
(1)既可以進(jìn)行大坡度隧道內(nèi)軌行區(qū)全線范圍內(nèi)的運(yùn)輸車輛、作業(yè)人員的實(shí)時(shí)定位，也可在車輛快速移動(dòng)過(guò)程中對(duì)車輛前后一定范圍內(nèi)軌行區(qū)進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)探測(cè)；
(2)車載報(bào)警裝置和定位標(biāo)簽具有聲、光多種報(bào)警提醒方式，與傳統(tǒng)手段相比，能夠使運(yùn)輸車輛駕駛員和軌行區(qū)作業(yè)人員均能及時(shí)掌握大坡度隧道內(nèi)的安全風(fēng)險(xiǎn)情況，及時(shí)做出安全控制措施；
(3)可以存儲(chǔ)和分析隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛和作業(yè)人員的時(shí)空信息，便于提取駕駛員、作業(yè)人員的行為特征和規(guī)律，有助于進(jìn)行安全培訓(xùn)和行為糾偏。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0021]圖2是大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛與盾構(gòu)尾部防溜車、防碰撞的預(yù)警流程圖。
[0022]圖3是一般情況下盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車行駛過(guò)程中與軌行區(qū)施工作業(yè)人員防碰撞的預(yù)警流程圖。
[0023]圖4是大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車快速行駛時(shí)與軌行區(qū)施工作業(yè)人員防碰撞的預(yù)警流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，其使用安裝標(biāo)準(zhǔn)如下:
(I)在隧道內(nèi)每隔50-60米的距離安裝RFID無(wú)線閱讀器，以及在盾構(gòu)機(jī)的尾部等間隔安裝4個(gè)RFID無(wú)線閱讀器。采用電動(dòng)螺絲刀進(jìn)行RFID無(wú)線閱讀器內(nèi)部線路的連接，確保RFID無(wú)線閱讀器電路板的接ロ線路連接正確，接線作業(yè)過(guò)程中，保證線路接觸良好與走線清晰。同時(shí)，采用萬(wàn)用表對(duì)定位閱讀器進(jìn)行調(diào)試檢測(cè)。滿足工作要求的，蓋上盒蓋，采用扎帶將定位閱讀器的位置固定好。最后，進(jìn)行定位閱讀器相關(guān)安裝信息的記錄、存檔；作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一佩戴，位置可選取工作服的右臂ロ袋之中。同時(shí)，運(yùn)輸車內(nèi)駕駛室的定位標(biāo)簽采用AB膠粘結(jié)在車輛的操作平臺(tái)上。
[0026](2)對(duì)高精度距離探測(cè)裝置進(jìn)行充電，保證足夠的充電時(shí)間，待充電指示燈滅掉后，即為電源充滿狀態(tài)。將整個(gè)探測(cè)裝置固定在金屬防護(hù)盒內(nèi)，用盒蓋將已充電的高精度距離探測(cè)裝置蓋好，并用螺栓擰緊，金屬防護(hù)盒起現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的作用。采用人工電弧焊的方式，在運(yùn)輸車的駕駛室前端和拖車尾部焊接好高精度距離探測(cè)裝置盒體，使裝置處于水平方向。最后，清理探測(cè)頭，并記錄下相關(guān)的安裝信息。
[0027](3)在運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)的電源控制面板中，接入DC-DC轉(zhuǎn)換器(直流電壓轉(zhuǎn)換器)，使得運(yùn)輸車的工作電壓值轉(zhuǎn)換為車載報(bào)警裝置所需的小額度工作伏值。然后，將車載報(bào)警裝置與DC-DC轉(zhuǎn)換器串接好，并用電エ膠帶粘結(jié)好，以免丟失破壞。用扎帶將車載報(bào)警裝置固定在操作平臺(tái)的右上角處，便于駕駛員手動(dòng)操作。安裝過(guò)程中，調(diào)試檢測(cè)聲光報(bào)警的效果，確保報(bào)警內(nèi)容與內(nèi)嵌的預(yù)警規(guī)則相一致。最后，記錄下相關(guān)的安裝信息。
[0028]本實(shí)施例提供的一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)中所采用的預(yù)警規(guī)則如下:
(I)大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車與盾構(gòu)尾部防溜車、防碰撞的預(yù)警流程，如圖2所示: 第一歩，隧道內(nèi)運(yùn)輸車采用型號(hào)JXK35-9/540型交流窄軌蓄電池式電瓶車，其正常持
續(xù)速度大約為3.0m/s。隧道內(nèi)運(yùn)
輸車行駛過(guò)程中，高精度距離探測(cè)裝置處于實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。
[0029]第二歩，運(yùn)輸車前后兩端的高精度距離探測(cè)裝置進(jìn)行超聲波定向探測(cè)掃描，當(dāng)運(yùn)輸車尾部高精度距離探測(cè)裝置的超聲波信號(hào)由盾構(gòu)尾部反射回來(lái)，經(jīng)信號(hào)處理模塊利用TDOA到達(dá)時(shí)間差算法進(jìn)行分析處理，相對(duì)距離小于50米時(shí)，駕駛室內(nèi)的車載報(bào)警裝置指示燈呈黃色閃爍狀態(tài)，并伴有短促的蜂鳴，提醒運(yùn)輸車駕駛員，此時(shí)運(yùn)輸車正在靠近盾構(gòu)尾部，應(yīng)減速行駛。
[0030]第三歩，當(dāng)運(yùn)輸車行駛至與距離盾構(gòu)尾部小于25米吋，車載報(bào)警裝置指示燈呈紅色常亮狀態(tài)，并伴有長(zhǎng)鳴，提醒駕駛員應(yīng)減速慢慢制停，并注意前方區(qū)域是否存在障礙物或者作業(yè)人員。與此同時(shí)，盾構(gòu)尾部作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽進(jìn)行相應(yīng)的聲/光報(bào)警，提醒施工人員運(yùn)輸車已緩慢駛?cè)攵軜?gòu)尾部，注意規(guī)避。
[0031]第四步，當(dāng)運(yùn)輸車慢慢駛?cè)攵軜?gòu)尾部，直至在管片拼裝區(qū)域停穩(wěn)以前，車載報(bào)警裝置一直處于報(bào)警狀態(tài)；待運(yùn)輸車停穩(wěn)后，高精度距離探測(cè)裝置停止接收反射波，車載報(bào)警裝置與定位標(biāo)簽自動(dòng)解除報(bào)警。
[0032](2)—般情況下盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車行駛過(guò)程中與軌行區(qū)施工作業(yè)人員防碰撞的預(yù)警流程，如圖3所示:
第一歩，當(dāng)運(yùn)輸車開始啟動(dòng)進(jìn)入盾構(gòu)隧道內(nèi)進(jìn)行水平運(yùn)輸作業(yè)時(shí)，一般行駛速度大約
為3.0 m/s , RFID無(wú)線閱讀器進(jìn)行實(shí)時(shí)全域掃描，利用RSSI與TDOA的混合測(cè)距加權(quán)定位
算法，計(jì)算出定位標(biāo)簽的空間位置，經(jīng)發(fā)現(xiàn)軌行區(qū)前方距離運(yùn)輸車100米處有作業(yè)人員，此時(shí)，預(yù)警啟動(dòng)，作業(yè)人員身上以及駕駛室內(nèi)的定位標(biāo)簽為安全提示狀態(tài)，定位標(biāo)簽指示燈呈綠色閃爍狀態(tài)，提醒駕駛員注意前方存在作業(yè)人員。
[0033]第二步，當(dāng)運(yùn)輸車行駛至作業(yè)人員80米時(shí)人、車上的定位標(biāo)簽自動(dòng)升級(jí)為預(yù)警狀態(tài)，指示燈呈黃色閃爍狀態(tài)，并伴有短促的蜂鳴。此時(shí)，提醒駕駛員減速行駛并進(jìn)行鳴笛，也提醒作業(yè)人員遠(yuǎn)離軌行區(qū)。
[0034]第三步，當(dāng)運(yùn)輸車行駛至作業(yè)人員60米時(shí)人、車上的定位標(biāo)簽自動(dòng)進(jìn)一歩升級(jí)為報(bào)警狀態(tài)，指示燈呈紅色常亮狀態(tài)，并伴有長(zhǎng)鳴。此時(shí)，提醒駕駛員應(yīng)立即制停并進(jìn)行鳴笛，以及警告作業(yè)人員遠(yuǎn)離軌行區(qū)。
[0035]第四歩，當(dāng)運(yùn)輸車安全行駛過(guò)作業(yè)人員所在軌行區(qū)域吋，RFID無(wú)線閱讀器發(fā)出報(bào)警解除指令，作業(yè)人員身上以及運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)的定位標(biāo)簽自動(dòng)解除報(bào)警。
[0036](3)大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車快速行駛時(shí)與軌行區(qū)施工作業(yè)人員防碰撞的預(yù)警流程，如圖4所不:
第一歩，當(dāng)運(yùn)輸車處于大坡度盾構(gòu)隧道段時(shí)，其車速甚至可以到達(dá)最高速度大約為
6.0 m(s。此時(shí)，預(yù)警規(guī)則將比一般情況下的隧道內(nèi)的行駛更為苛刻、嚴(yán)格ー些。
[0037]第二歩，RFID無(wú)線閱讀器進(jìn)行實(shí)時(shí)全域掃描，利用RSSI與TDOA的混合測(cè)距加權(quán)定位算法，計(jì)算出定位標(biāo)簽的空間位置，經(jīng)發(fā)現(xiàn)軌行區(qū)前方200米有作業(yè)人員，此時(shí)，直接進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，人員身上以及運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)的定位標(biāo)簽指示燈呈黃色閃爍狀態(tài)，并伴有短促的蜂鳴。此時(shí)，提醒駕駛員減速行駛，并警告作業(yè)人員遠(yuǎn)離軌行區(qū)。
[0038]第三歩，當(dāng)運(yùn)輸車行駛至距離作業(yè)人員150米吋，報(bào)警手段進(jìn)ー步升級(jí)為超聲波探測(cè)預(yù)警，由高精度距離探測(cè)裝置進(jìn)行定向掃描探測(cè)，車載報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。此時(shí)，車載報(bào)警裝置指示燈呈黃色閃爍狀態(tài)，并伴有短促蜂鳴。此時(shí)提醒駕駛員應(yīng)立即減速并進(jìn)行鳴笛，警告作業(yè)人員遠(yuǎn)離軌行區(qū)。同時(shí)，作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽進(jìn)行相應(yīng)的聲/光報(bào)警。
[0039]第四歩，當(dāng)運(yùn)輸車行駛至距離作業(yè)人員100米吋，車載報(bào)警裝置指示燈呈紅色常亮并伴有長(zhǎng)鳴。此時(shí)提醒駕駛員應(yīng)立即制停進(jìn)行鳴笛，警告作業(yè)人員遠(yuǎn)離軌行區(qū)。同時(shí)，作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽進(jìn)行相應(yīng)的聲/光報(bào)警。
[0040]第五歩，當(dāng)運(yùn)輸車安全行駛過(guò)作業(yè)人員所在軌行區(qū)域吋，高精度探測(cè)裝置停止接收反射波，車載報(bào)警裝置、定位標(biāo)簽自動(dòng)解除報(bào)警。[0041]在上述實(shí)施例中，所采用的定位算法如下:
(I)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽采用的是RSSI與TDOA的混合測(cè)距加權(quán)定位算法，該算法的公式描述如下:
假設(shè)隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器的個(gè)數(shù)為《 ,: = 1,…3，坐標(biāo)分別為，定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為(ぁグス)。其中，有?^個(gè)RFID無(wú)線閱讀器采用TDOA測(cè)距算法分別測(cè)得自身與定位標(biāo)簽的距離為式，s = …Jc ,其余B個(gè)RFID無(wú)線閱讀器采用RSSI測(cè)距算法分別測(cè)得自身與定位標(biāo)簽的距離為‘:=た+レ"3。
[0042]根據(jù)三維空間兩點(diǎn)之間的距離公式可知，RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽之間的真實(shí)距離為:
【權(quán)利要求】
1.一種大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽、高精度距離探測(cè)裝置、車載報(bào)警裝置； RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽，用于地鐵隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛與施工作業(yè)人員的實(shí)時(shí)定位跟蹤；在隧道內(nèi)每隔一定距離安裝RFID無(wú)線閱讀器，由此構(gòu)成隧道內(nèi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊，隧道內(nèi)的作業(yè)人員身上佩戴定位標(biāo)簽，運(yùn)輸車駕駛室內(nèi)設(shè)置定位標(biāo)簽，該定位標(biāo)簽由RFID標(biāo)簽和聲光預(yù)警模塊組成；所述RFID無(wú)線閱讀器包含信號(hào)處理模塊； 高精度距離探測(cè)裝置，用于地鐵隧道內(nèi)軌行區(qū)車輛與前后方障礙物、作業(yè)人員的相對(duì)距離實(shí)時(shí)探測(cè)；在運(yùn)輸車輛的駕駛室前端與拖車尾部設(shè)置高精度距離探測(cè)裝置，該裝置由依次連接的超聲波探測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成；所述高精度距離探測(cè)裝置與車載報(bào)警裝置和RFID無(wú)線閱讀器實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊； 車載報(bào)警裝置，用于實(shí)時(shí)讀取RFID無(wú)線閱讀器、高精度距離探測(cè)裝置發(fā)送的空間位置信息，并根據(jù)嵌入的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行不同級(jí)別的聲光報(bào)警，同時(shí)，利用車載裝置自帶的軟硬件對(duì)上傳的空間位置信息進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，為大坡度隧道作業(yè)安全培訓(xùn)和行為控制提供重要依據(jù)；該車載報(bào)警裝置由依次連接的信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊和聲光預(yù)警模塊組成；所述車載報(bào)警裝置與高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊。
2.一種如權(quán)利要求1所述的大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作方法，其特征在于該方法包括隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器與定位標(biāo)簽的信息處理方法，其步驟如下: 第一步，建立隧道內(nèi)三維空間定位坐標(biāo)體系，在隧道內(nèi)每隔一定距離安裝RFID無(wú)線閱讀器，各個(gè)RFID無(wú)線閱讀器內(nèi)存儲(chǔ)有自身的空間坐標(biāo)信息； 第二步，RFID無(wú)線閱讀器通過(guò)內(nèi)置天線以一定的工作頻率發(fā)送射頻信號(hào)，對(duì)工作區(qū)域的范圍進(jìn)行掃描，以確定其工作`區(qū)域內(nèi)是否存在定位標(biāo)簽，如果存在，RFID無(wú)線閱讀器將與定位標(biāo)簽建立無(wú)線射頻通信鏈路，進(jìn)行信息的傳輸交流； 第三步，針對(duì)于每個(gè)不同的定位標(biāo)簽，RFID無(wú)線閱讀器進(jìn)行計(jì)算處理，利用RSSI與TDOA的混合測(cè)距加權(quán)定位算法，計(jì)算出定位標(biāo)簽相對(duì)于RFID無(wú)線閱讀器的空間位置，根據(jù)定位標(biāo)簽的ID屬性，對(duì)這些空間位置信息進(jìn)行存儲(chǔ)； 第四步，RFID無(wú)線閱讀器利用已建立的隧道內(nèi)三維空間定位坐標(biāo)體系，將上述相對(duì)空間位置信息進(jìn)行計(jì)算，得出隧道內(nèi)定位標(biāo)簽的實(shí)時(shí)空間坐標(biāo)信息； 第五步，結(jié)合隧道內(nèi)人、車定位標(biāo)簽的實(shí)時(shí)空間坐標(biāo)信息，RFID無(wú)線閱讀器通過(guò)預(yù)先設(shè)定的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行綜合判斷，判斷是否發(fā)出預(yù)警指令啟動(dòng)定位標(biāo)簽的預(yù)警模塊進(jìn)行相應(yīng)的聲/光報(bào)警。
3.—種如權(quán)利要求1所述的大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作方法，其特征在于該方法包括高精度距離探測(cè)裝置的信息處理方法，其步驟如下: 第一步，運(yùn)輸車輛開始啟動(dòng)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，駕駛室前端與拖車尾部的高精度距離探測(cè)裝置啟動(dòng)，超聲波探測(cè)模塊以一定的工作頻率發(fā)射超聲波信號(hào)，對(duì)軌行區(qū)進(jìn)行定向掃描探測(cè)，以此感知軌行區(qū)域內(nèi)是否存在障礙物或作業(yè)人員； 第二步，當(dāng)超聲波遇到軌行區(qū)上的障礙物或作業(yè)人員后，立即反射回探測(cè)裝置，探測(cè)裝置的信號(hào)處理模塊利用TDOA算法進(jìn)行分析處理，根據(jù)超聲波的傳播時(shí)間，計(jì)算出車輛與障礙物或作業(yè)人員之間的實(shí)時(shí)相對(duì)距離； 第三步，高精度距離探測(cè)裝置通過(guò)其數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將實(shí)時(shí)相對(duì)距離信息傳輸至車載報(bào)警裝置做進(jìn)一步分析處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行不同級(jí)別的聲/光報(bào)警； 第四步，高精度距離探測(cè)裝置通過(guò)其數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將實(shí)時(shí)相對(duì)距離信息傳輸至隧道內(nèi)的RFID無(wú)線閱讀器，RFID無(wú)線閱讀器對(duì)上述信息進(jìn)行分析處理，對(duì)作業(yè)人員身上的定位標(biāo)簽發(fā)出預(yù)警指令，進(jìn)行不同級(jí)別的聲/光報(bào)警。
4.一種如權(quán)利要求1所述的大坡度盾構(gòu)隧道內(nèi)運(yùn)輸車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作方法，其特征在于該方法包括車載報(bào)警裝置的信息處理方法，其步驟如下: 第一步，隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛開始啟動(dòng)運(yùn)輸時(shí)，車載報(bào)警裝置也會(huì)隨之啟動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，與高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器建立無(wú)線射頻通信鏈路，進(jìn)行射頻信號(hào)的通訊傳輸； 第二步，高精度距離探測(cè)裝置、隧道內(nèi)RFID無(wú)線閱讀器通過(guò)無(wú)線射頻通信鏈路，將自身采集到的各種實(shí)時(shí)空間位置信息傳輸至車載報(bào)警裝置，車載報(bào)警裝置與預(yù)先設(shè)定的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行一一匹配判斷，進(jìn)行不同`級(jí)別的聲/光報(bào)警。
【文檔編號(hào)】B61L23/06GK103523055SQ201310433842
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】丁烈云, 周誠(chéng), 駱漢賓, 郭譜, 宋鋆 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)