本發(fā)明涉及列車接近預警技術領域，特別是一種鐵路沿線施工安全防護系統(tǒng)及方法。

背景技術：

自20世紀80年代以來，隨著中國鐵路的快速發(fā)展，鐵路運營里程不斷創(chuàng)新高，既有營業(yè)線路的日常檢修、養(yǎng)護、改造、增建、平交工程等沿線施工場景也不斷增加。當施工人員在既有運營線施工作業(yè)時，時刻處于列車飛速接近的巨大威脅之中。反過來施工作業(yè)也影響著列車正常運行的安全。因此，如何為既有營業(yè)鐵路沿線上的施工人員提供一種安全防護技術手段，從而降低列車飛速運行對施工人員產生的威脅，保障施工人員的人身安全，是一個重要的研究課題和亟待解決的難題。

當前普遍采用的施工安全防護技術手段是：當一個班組需要進行鐵路施工時，需在鐵路沿線的車站內設置駐站聯(lián)絡員，在施工現(xiàn)場前后800-2000m位置分別設置遠端防護員，在施工現(xiàn)場設置施工負責人和工地防護員，還需根據(jù)實際的通訊情況安排中間聯(lián)絡防護員。為保證與施工現(xiàn)場的通訊暢通，駐站聯(lián)絡員與工地防護員必須保持3～5分鐘通話一次，并進行車次運行情況的通知和確認。當列車靠近時，由遠端防護員用對講機通知工地防護員，再由工地防護員通知施工人員下道規(guī)避。

這種人工防護措施存在的問題，一是嚴重依賴防護員的職業(yè)素質，一旦發(fā)生脫崗、走神、臆測行車、漏報誤報的情況，將對施工人員造成巨大的傷害。即使鐵路公司每年都舉行防護員安全培訓，但是此類事故仍然時有發(fā)生。另一方面使用對講機通訊，相鄰工區(qū)干擾或非法電臺串頻干擾影響正常通訊，并且傳輸距離有限，無法滿足較長施工區(qū)間的通訊要求。

近年來，互聯(lián)網在我國發(fā)展迅速，成為我國經濟和社會發(fā)展的重要推動力量。2015年7月4日，國務院印發(fā)《關于積極推進“互聯(lián)網+”行動的指導意見》，旨在將互聯(lián)網與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，推動技術發(fā)展、提升生產效率，形成更有活力的創(chuàng)新發(fā)展新形態(tài)。

基于上述背景，本發(fā)明以“互聯(lián)網+”的思維方式，以云服務器技術、移動通信技術、嵌入式系統(tǒng)技術為依托，提出一種鐵路沿線施工安全防護系統(tǒng)及方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種鐵路沿線施工安全防護系統(tǒng)及方法，本申請解決了傳統(tǒng)人工防護措施存在安全風險的弊端，能對列車接近進行準確報警，為既有營業(yè)鐵路沿線的施工人員提供安全防護。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種鐵路沿線施工安全防護系統(tǒng)，包括列車接近信息監(jiān)測設備、手持報警器、中心服務器和客戶端，列車接近信息監(jiān)測設備和手持報警器與GPRS傳輸網絡相連，GPRS傳輸網絡與IP網絡相連，IP網絡分別與中心服務器和客戶端相連；

所述列車接近信息監(jiān)測設備包括主控模塊、超聲波傳感器、DTU數(shù)傳模塊、太陽能控制器、太陽能電池板和蓄電池，主控模塊的信號端分別與超聲波傳感器、DTU數(shù)傳模塊、太陽能控制器的信號端相連，太陽能控制器與太陽能電池板相連，太陽能控制器還與蓄電池相連，蓄電池分別為列車接近信息監(jiān)測設備中的其他設備提供電能，所述超聲波傳感器包括上行超聲波傳感器和下行超聲波傳感器；

所述手持報警器包括微控制器、通訊模塊、存儲模塊、LCD顯示模塊、語音模塊、報警模塊、按鈕模塊和電源模塊，通訊模塊、存儲模塊、LCD顯示模塊、語音模塊、報警模塊、按鈕模塊的信號端分別與微控制器相連，電源模塊分別為手持報警器中的其他模塊供電，所述通訊模塊包括GPRS無線網絡模塊和GPS定位模塊，所述報警模塊包括蜂鳴器、震動裝置和報警閃光燈，所述按鈕模塊包括確認按鈕和電源開關按鈕；

所述中心服務器包括通訊服務單元、管理服務單元、報警運算單元和數(shù)據(jù)庫存儲單元，所述通訊服務單元用于管理列車接近信息監(jiān)測設備與手持報警器的數(shù)據(jù)通信；所述管理服務單元用于監(jiān)控列車接近信息監(jiān)測設備和手持報警器的運行狀態(tài)；所述報警運算單元用于對列車接近信息進行分析計算，并調用數(shù)據(jù)庫存儲單元的數(shù)據(jù)，查找需要報警的手持報警器；所述數(shù)據(jù)庫存儲單元用于存儲通訊服務單元、管理服務單元、報警運算單元發(fā)來的日志信息和數(shù)據(jù)信息；

所述客戶端為PC機，客戶端用于顯示設備的連接信息、設備狀態(tài)信息、GPS定位信息、當前報警信息和報警持續(xù)時間；客戶端還用于支持查詢監(jiān)測設備和手持報警器運行狀態(tài)、列車接近記錄、監(jiān)測設備自檢信息、報警記錄和手持設備連接記錄。

在本發(fā)明中，列車接近信息監(jiān)測設備按a公里的間距等距離安裝在鐵路沿線，列車接近信息監(jiān)測設備按b公里的間距分別安裝于施工現(xiàn)場的兩端，a的取值范圍為2-4，b的取值范圍為2-4。

在本發(fā)明中，列車接近信息監(jiān)測設備還包括紅外傳感器。

一種鐵路沿線施工安全防護方法，包括以下步驟：

S1、將列車接近信息監(jiān)測設備安裝位置的GPS定位信息推送至中心服務器，中心服務器建立監(jiān)測設備信息數(shù)據(jù)庫，當列車接近信息監(jiān)測設備開啟后，開始自動搜尋網絡信息，并通過GPRS傳輸網絡和IP網絡發(fā)送登錄ID至中心服務器，創(chuàng)建通信連接，列車接近信息監(jiān)測設備的超聲波傳感器開始采集鐵路沿線的列車接近信息，并將列車接近信息監(jiān)測設備的心跳包或設備狀態(tài)信息推送給中心服務器；

S2、手持報警器開啟后自動搜尋網絡信號，通過GPRS傳輸網絡和IP網絡發(fā)送登錄ID至中心服務器，創(chuàng)建通信鏈接通道后，自檢設備是否正常，并發(fā)送設備狀態(tài)信息和GPS定位信息給中心服務器；

S3、中心服務器接收列車接近信息監(jiān)測設備和手持報警器的心跳包、設備狀態(tài)信息、設備自檢信息和GPS定位信息，并監(jiān)控列車接近信息監(jiān)測設備和手持報警器的運行狀態(tài)；

S4、當列車接近信息監(jiān)測設備獲取有列車接近，立即獲取列車接近信息反饋給中心服務器，所述列車接近信息包括列車行進方向和速度信息，中心服務器根據(jù)獲取的列車接近信息、步驟S1和步驟S2中獲取的GPS定位信息，分析計算處于危險區(qū)域的手持報警器并發(fā)送報警信息；

S5、手持報警器獲取中心服務器發(fā)送的報警信息，啟動手持報警器上的報警模塊，語音模塊進行語音播報，LCD顯示模塊顯示報警信息，施工人員獲取報警信息，撤離軌道到安全區(qū)域后，須長按按鈕模塊解除報警。

在本發(fā)明中，設定列車接近信息監(jiān)測設備未檢測到列車接近時，發(fā)送心跳包給中心服務器以保持通信連接的暢通，并發(fā)送設備狀態(tài)信息給中心服務器，所述設備狀態(tài)信息包括太陽能電壓信息、蓄電池電壓信息、設備溫度信息和設備通信信號質量信息。

在本發(fā)明中，設定手持報警器接受到中心服務器的報警信息，施工人員退出危險區(qū)域并解除報警后，手持報警器將解除報警信息反饋給中心服務器。

在本發(fā)明中，設定列車接近信息監(jiān)測設備通過立桿安裝于距鐵軌1.5m的路肩上。

本發(fā)明中，設定列車接近信息監(jiān)測設備高于軌面2m。。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明利用超聲波傳感技術實時采集鐵軌上的列車接近信息，運用時差測速法對列車行進方向和速度進行計算，數(shù)據(jù)準確可靠，同時采用太陽能供電，節(jié)約能源，避免傳統(tǒng)通過市電供電遠程布線困難的弊端；

（2）采用GPRS傳輸網絡和IP網絡構建數(shù)據(jù)傳輸網絡，其相應速度快，傳輸速率高，抗干擾性強，有利于施工人員及時準確獲取報警信息；

（3）手持報警器有利于施工人員隨身攜帶，能提供語音播報、蜂鳴報警、震動報警、閃光報警和屏幕顯示功能，從聽覺、觸覺和視覺方面增加了施工人員獲取報警信息的途徑，有利于保障施工人員的人身安全；

（4）采用云服務器技術，通過中心服務器提供通信連接管理、設備管理、運行狀態(tài)監(jiān)控、報警運算和數(shù)據(jù)存儲查詢等服務，有利于實現(xiàn)列車接近信息監(jiān)測設備和手持報警器的集中管理；

（5）智能化程度高，有利于及時獲取列車接近信息、列車速度信息、施工人員的定位信息，能有效解決人工防護措施中防護員脫崗、走神、臆測列車和漏報誤報的問題，增強了鐵路沿線施工安全的可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的安全防護系統(tǒng)結構示意框圖；

圖2為本發(fā)明安全防護實施例1的結構示意框圖；

圖3為本發(fā)明安全防護系統(tǒng)列車接近信息監(jiān)測設備的結構示意框圖；

圖4為本發(fā)明手持報警器的結構示意框圖；

圖5為本發(fā)明中心服務器的結構示意框圖；

圖6為本發(fā)明實施例2的系統(tǒng)結構框圖；

圖中，10-列車接近信息監(jiān)測設備，20-手持報警器，30-中心服務器，40-GPRS傳輸網絡，50-IP網絡，60-客戶端，101-主控模塊，102-傳感器A，103-傳感器B，104-DTU數(shù)傳模塊，105-太陽能控制器，106-太陽能電池板，107-蓄電池，201-微控制器，202-GPRS無線網絡模塊，203-GPS定位模塊，204-存儲模塊，205-報警閃光燈，206-蜂鳴器，207-震動裝置，208-語音模塊，209-LCD顯示模塊，210-電源模塊，211-按鈕模塊，301-通訊單元，302-管理單元，303-報警運算單元，304-數(shù)據(jù)庫存儲單元。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

實施例1：

如圖1所示，一種鐵路沿線施工安全防護系統(tǒng)，包括列車接近信息監(jiān)測設備10、手持報警器20、中心服務器30和客戶端60，列車接近信息監(jiān)測設備10和手持報警器20分別通過GPRS傳輸網絡40相連，GPRS傳輸網絡40與IP網絡50相連，IP網絡50分別與中心服務器30和客戶端60相連。

實施例2：

本實施例為既有營業(yè)鐵路沿線施工提供長期安全防護的實施例，在本實施例中，沿鐵路路線每隔2-4公里固定安裝一臺列車接近信息監(jiān)測設備（在本實施例中簡稱監(jiān)測設備），每兩臺監(jiān)測設備構成一段安全防護區(qū)域，從而組成大范圍的整體安全防護區(qū)域，不受距離的限制提供全面安全防護。如圖2所示，監(jiān)測設備1、監(jiān)測設備2、監(jiān)測設備3、監(jiān)測設備4以及手持報警器組分別與GPRS傳輸網絡相連，GPRS傳輸網絡與IP網絡相連，IP網絡分別與中心服務器和客戶端相連，在實際應用中，監(jiān)測設備1和監(jiān)測設備2、監(jiān)測設備2和監(jiān)測設備3、監(jiān)測設備3和監(jiān)測設備4分別構成一段安全防護區(qū)域，手持報警器由施工人員每人隨身攜帶一臺，攜帶手持報警器的施工人員在整體安全防護區(qū)域內任一位置均能得到安全防護；當監(jiān)測設備1采集到列車接近信息時，系統(tǒng)及時向位于監(jiān)測設備2和監(jiān)測設備3構成的安全防護區(qū)域內的手持報警器發(fā)出報警信息，以此類推，當監(jiān)測設備n采集到列車接近信息時，系統(tǒng)即向位于監(jiān)測設備n+1和監(jiān)測設備n+2構成的安全防護區(qū)域內的手持報警器發(fā)出報警信息，施工人員得到報警提示后即刻撤退到安全區(qū)域，避免事故的發(fā)生。

如圖3所示，列車接近信息監(jiān)測設備10包括主控模塊101、超聲波傳感器、DTU數(shù)傳模塊104、太陽能控制器105、太陽能電池板106和蓄電池107，主控模塊101的信號端分別與超聲波傳感器、DTU數(shù)傳模塊104、太陽能控制器105的信號端相連，太陽能控制器105與太陽能電池板106相連，太陽能控制器105還與蓄電池107相連，蓄電池107分別為列車接近信息監(jiān)測設備10中的其他設備提供電能，所述超聲波傳感器包括上行超聲波傳感器和下行超聲波傳感器。

在圖3中，太陽能控制器105、太陽能電池板106和蓄電池107構成太陽能供電系統(tǒng)，能在白天陽光強度足夠時，將太陽能轉換為電能，并將電能存儲在蓄電池中，另一部份電能為監(jiān)測設備各個模塊供電。當夜晚或陰雨天，蓄電池107將存儲的電能釋放，為監(jiān)測設備提供電能，以保證監(jiān)測設備不間斷工作。該設計避免傳統(tǒng)需要市電供電時，鋪設電纜困難的弊端，同時節(jié)約了電線電纜等材料，節(jié)約成本，綠色環(huán)保。

在圖3中，上行超聲波傳感器和下行超聲波傳感器分別為傳感器A102和傳感器B103，傳感器A102和傳感器B103可統(tǒng)一采用超聲波傳感器，也可采用紅外傳感器，在本發(fā)明中，利用時差測速法實時采集列車接近信息。

如圖4所示，手持報警器20包括包括微控制器201、通訊模塊、存儲模塊204、LCD顯示模塊209、語音模塊208、報警模塊、按鈕模塊211和電源模塊210，通訊模塊、存儲模塊204、LCD顯示模塊209、語音模塊208、報警模塊、按鈕模塊211的信號端分別與微控制器201相連，電源模塊210分別為手持報警器20中的其他模塊供電，所述通訊模塊包括GPRS無線網絡模塊202和GPS定位模塊203，所述報警模塊包括蜂鳴器206、震動裝置207和報警閃光燈205，所述按鈕模塊211包括確認按鈕和電源開關按鈕。列車接近信息監(jiān)測設備10中的DTU數(shù)傳模塊104與手持報警器20的GPRS無線網絡模塊202均為內置TCP/IP協(xié)議棧，能夠通過自動撥號方式創(chuàng)建數(shù)據(jù)鏈路，再發(fā)送ID驗證信息登錄到中心服務器，從而建立與中心服務器的通信，所述GPS定位模塊能夠實時搜索GPS衛(wèi)星，實現(xiàn)高精度、短距離定位。

手持報警器20的LCD顯示模塊209能夠顯示報警信息內容，語音模塊能夠播放報警信息內容，蜂鳴器206、震動裝置207、報警閃光燈在接收報警信息后分別開始蜂鳴、震動、閃光燈報警操作，長按確認按鈕能夠發(fā)出確認收到報警信息的信號，并將該信息反饋到中心服務器。

如圖5所示，中心服務器30包括通訊服務單元301、管理服務單元302、報警運算單元303、數(shù)據(jù)庫存儲單元304；所述通訊服務單元301用于管理列車接近信息監(jiān)測設備10與手持報警器20的數(shù)據(jù)通信；所述管理服務單元302用于監(jiān)控列車接近信息監(jiān)測設備10和手持報警器20的運行狀態(tài)；所述報警運算單元303用于對列車接近信息進行分析計算，并調用數(shù)據(jù)庫存儲單元304的數(shù)據(jù)，查找需要報警的手持報警器20；所述數(shù)據(jù)庫存儲單元304用于存儲通訊服務單元301、管理服務單元302、報警運算單元303發(fā)來的日志信息和數(shù)據(jù)信息。

通信服務單元301、管理服務單元302、數(shù)據(jù)庫存儲單元304協(xié)同工作，管理監(jiān)測設備302和手持報警器20的連接請求，錄入并存儲監(jiān)測設備安裝位置的GPS定位信息，接收并存儲監(jiān)測設備推送的心跳包、設備狀態(tài)信息、列車接近信息，接收并存儲手持報警器20發(fā)送的GPS定位信息、設備自檢信息、心跳包和報警確認反饋信息，根據(jù)報警運算單元303的運算結果發(fā)送報警信息給手持報警器20。

一種鐵路沿線施工安全防護方法，包括以下步驟：

S1、將列車接近信息監(jiān)測設備10安裝位置的GPS定位信息推送至中心服務器30，中心服務器30建立監(jiān)測設備信息數(shù)據(jù)庫，當列車接近信息監(jiān)測設備10開啟后，開始自動搜尋網絡信息，并通過GPRS傳輸網絡40和IP網絡50發(fā)送登錄ID至中心服務器30，創(chuàng)建通信連接，列車接近信息監(jiān)測設備10的超聲波傳感器開始采集鐵路沿線的列車接近信息，并將列車接近信息監(jiān)測設備10的心跳包或設備狀態(tài)信息推送給中心服務器；

S2、手持報警器20開啟后自動搜尋網絡信號，通過GPRS傳輸網絡40和IP網絡50發(fā)送登錄ID至中心服務器30，創(chuàng)建通信鏈接通道后，自檢設備是否正常，并發(fā)送設備狀態(tài)信息和GPS定位信息給中心服務器；

S3、中心服務器30接收列車接近信息監(jiān)測設備10和手持報警器20的心跳包、設備狀態(tài)信息、設備自檢信息和GPS定位信息，并監(jiān)控列車接近信息監(jiān)測設備10和手持報警器20的運行狀態(tài)；

S4、當列車接近信息監(jiān)測設備10獲取有列車接近，立即獲取列車接近信息反饋給中心服務器30，所述列車接近信息包括列車行進方向和速度信息，中心服務器30根據(jù)獲取的列車接近信息、步驟S1和步驟S2中獲取的GPS定位信息，分析計算處于危險區(qū)域的手持報警器20并發(fā)送報警信息；

S5、手持報警器20獲取中心服務器30發(fā)送的報警信息，啟動手持報警器20上的報警模塊，語音模塊208進行語音播報，LCD顯示模塊209顯示報警信息，施工人員獲取報警信息，撤離軌道到安全區(qū)域后，須長按按鈕模塊解除報警。

實施例3：

本實施例在既有營業(yè)鐵路沿線偶發(fā)或突發(fā)情況下出現(xiàn)的臨時施工場景提供臨時安全防護的實施例，本實施例與實施例1和實施例2的區(qū)別之處在于，如圖6所示，監(jiān)測設備A、監(jiān)測設備B以及手持報警器組分別與GPRS傳輸網絡相連，GPRS傳輸網絡與IP網絡相連，IP網絡分別與中心服務器和客戶端相連，本實施例將監(jiān)測設備A和監(jiān)測設備B分別安裝于距離施工現(xiàn)場兩端2-4公里處，監(jiān)測設備A和監(jiān)測設備B之間形成一段安全防護區(qū)域，該安全防護區(qū)域將臨時施工現(xiàn)場區(qū)域整體包含在內，施工人員每人隨身攜帶一臺手持報警器，當監(jiān)測設備A或監(jiān)測設備B采集到列車接近信息時，系統(tǒng)即向處于當前安全防護雨區(qū)內的施工人員的手持報警器發(fā)出報警信息，施工人員得到報警信息提示后即可撤離到安全區(qū)域，避免事故的發(fā)生。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。