一种铁路营运线施工智能防护系统的制作方法

[0001]
本发明属于铁路安全设施技术领域，尤其涉及一种铁路营运线施工智能防护系统。


背景技术：

[0002]
在铁路营运线的施工作业(包括维修作业)领域，施工作业人员的安全是重中之重。根据《铁路工务安全规则》的规定，营运线施工和维修作业须设置驻站联络员和现场防护员。其中，现场防护员应根据作业现场地形条件、列车车辆运行特点、作业人员和机具布置等情况确定站位及移动路径，并做好自身防护。封锁或慢行施工作业应办理施工手续，设置移动停车或移动减速信号防护。作业负责人、驻站联络员、现场防护员，必须携带列车无线调度电话等通信设备并保持沟通，通过沟通活动对来车情况进行通报，令施工人员和维修人员及时规避。
[0003]
现有的防护措施中，防护人员通常由四名成员组成。其中一名成员负责驻站联络，一名成员负责施工/维修现场防护，另外两名成员在距离施工/维修现场远端各800m处进行防护。此种防护措施一是防护人员较多，二是远端两名防护人员若突发意外将导致防护失败，三是当施工地段较长或施工人员较多时，现场防护指令难以传达至每个作业人员，也就是无法提供可靠的安全防护功能。具体地，(1)防护人员通常是单人单岗作业，自身身体健康情况、责任心和防护作用缺乏有效监督；(2)作业现场的工作电台和防护电台都在使用同一频道，由于电台的信号传输是单向传输，无法实现多部电台同时实时传输，只有一部电台可以占用输出工况，其它电台接收，存在信息传输的误传和漏传隐患；(3)恶劣环境下(如雾天、夜间、曲线地段等)瞭望条件不良，存在作业人员不能及时发现来车的隐患；(4)山区作业时瞭望更加不利、电台信号稳定性较差，防护风险加大；(5)现场工作距离较长，列车车辆通过时，存在一列车通过多个作业地点的情况，当第一个作业地点列车通过时，第二个或第n个作业地点才刚刚接近，存在防护的不同步问题；(6)整个防护系统的建立都是假定系统每个环节都全部正常的情况下，才能保证系统的正常运转，任何一个环节出问题，都将导致防护风险发生。
[0004]
防护系统某个环节出现问题在安全事故原因中所占的比例达到80％以上，再叠加作业人员判断失误未能及时规避、车辆司机瞭望不良而无法及时刹车等因素，令安全事故发生概率增加，此种安全事故轻则人员伤亡，重则车毁人亡，通常会导致极大的损失。
[0005]
因此，通过为铁路营运线施工和维修作业配置合理的防护系统，转变现有过渡依赖人员和现有通信方式的安全防护方式，将对铁路营运线的安全施工作业和安全维修作业提供极大的帮助。与此同时，随着智能监测、智能预警技术的长足发展，智能技术在各个领域的应用愈加广泛，这为设计和搭建铁路营运线施工智能防护系统提供了基础。


技术实现要素：

[0006]
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种对人工依赖度低、自动化程
度高、在恶劣环境下也能稳定发挥防护功能、防护效果稳定且可靠的铁路营运线施工智能防护系统，提升铁路营运线施工作业的安全防护能力，保证作业人员及邻线列车安全通过作业区段。
[0007]
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种铁路营运线施工智能防护系统包括用于检测上行轨道和下行轨道上车辆驶入和驶出情况的多组检测器，各组检测器安装在上行轨道和下行轨道上划定的防护区段的端部位置，还包括接收各组检测器发送的检测信号并以无线方式发送检测信号的两个发射器，还包括由作业人员持有的以无线方式从发射器接收检测信号并输出防护提示信息的接收器，接收器包括一个主接收器和多个从接收器，主接收器与发射器通信连接，各从接收器与主接收器通信连接。
[0008]
本发明的优点和积极效果是：
[0009]
本发明提供了一种结构设计合理的铁路营运线施工智能防护系统，与现有的防护系统及防护方式相比，本发明中通过设置防护系统由多组检测器、两个发射器和主接收器、多个从接收器构成，实现了对轨道上车辆通过情况的自动检测、检测信号的自动发送以及防护提示信息的自动输出，是一种智能化的防护系统。
[0010]
与现有的过度依赖人工的防护操作方式相比，本智能防护系统首先解决了现有操作方式下由于人员责任心等问题所导致的防护失败问题，通过采用智能化、自动化的系统代替人工，令安全防护工作更加可靠。本智能防护系统摆脱了对现有电台设施的依赖，由于不产生通信频道占用等问题，因而不存在信息传输的误传和漏传隐患，信息传输的可靠性和准确性更高。本智能防护系统在恶劣气候条件下以及山区等作业条件下也能够稳定工作运转，因此与施工现场的适应性更强，能够在各种施工场合中充分发挥防护功能。由于本智能防护系统与所在的防护区段匹配，因此当列车车辆顺次通过多个作业区段时，各防护系统各自为本防护区段内的施工作业人员提供安全防护的功能，互不干扰，因此克服了现有防护模式下的防护不同步问题。本智能防护系统在设置后即可以自动化的方式运转，运行稳定可靠，提升了铁路营运线施工作业的安全防护能力，保证了作业人员及邻线列车安全地通过作业区段。
[0011]
优选地：两个发射器分别位于防护区段两端位置的轨道侧方，位于防护区段一端的各组检测器与其中一个发射器连接，位于防护区段另一端的各组检测器与另一个发射器连接。
[0012]
优选地：在上行轨道和下行轨道上、防护区段的两端位置各设置有一组检测器，每组检测器沿轨道的长度方向设置有前后两个。
[0013]
优选地：检测器包括由超声探头及其驱动电路构成的探头模块以及对探头模块输出的信号进行处理和转发的检测模块。
[0014]
优选地：检测模块包括用于输出检测信号的继电器输出单元，每个发射器所对应的各检测器在布线上其中一个与该发射器直接连接，其它各检测器通过导连线串行连接。
[0015]
优选地：发射器包括控制模块、编码模块、无线模块和电源模块，无线模块与编码模块连接，无线模块与控制模块连接；与发射器直连的检测器的检测模块通过导联线与发射器的控制模块和编码模块连接；发射器还包括与控制模块连接的语音模块和指示灯模块。
[0016]
优选地：主接收器包括控制模块、无线模块和电源模块，无线模块与控制模块连
接，还包括与控制模块连接的语音模块和指示灯模块；从接收器包括控制模块、无线模块和电源模块，无线模块与控制模块连接，还包括与控制模块连接的语音模块和指示灯模块。
[0017]
优选地：还包括信号中继器，发射器通过信号中继器与主接收器通信连接。
[0018]
优选地：发射器还包括用于显示提示标志的显示屏模块，显示屏模块与发射器的控制模块连接；还包括与发射器通信连接的、用于设定显示屏模块上显示内容的手持终端。
附图说明
[0019]
图1是本发明的硬件布置结构示意图；
[0020]
图2是本发明的系统框架结构示意图。
[0021]
图中：
[0022]
1、上行轨道；2、下行轨道；3、发射器；4、检测器；5、接收器；5-1、主接收器；5-2、从接收器；6、信号中继器；7、作业区段；8、防护区段。
具体实施方式
[0023]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。
[0024]
请参见图1，本发明的铁路营运线施工智能防护系统包括用于检测上行轨道1和下行轨道2上车辆驶入和驶出情况的多组检测器4，各组检测器4安装在上行轨道1和下行轨道2上划定的防护区段8的端部位置。图中给出了并列的两条轨道，其中一条轨道为上行轨道1，相应地另一条轨道为下行轨道2，列车车辆分别沿着两条轨道上行行驶/下行行驶。
[0025]
防护区段8覆盖设置在上行轨道1和/或下行轨道2上的作业区段7(施工人员在作业区段7的附近进行施工作业)，通常情况下，防护区段8的两端所到达的范围经作业区段7的两端边缘沿轨道的长度方向向两侧延伸一定距离得到，此处的延伸距离通常根据施工的工况进行设定，如600～2000m。具体的距离设定需参考列车车辆在该区段的行驶速度，即需要保证本智能防护系统为施工作业人员提供防护信号至列车车辆行驶至作业区段7附近的时间间隔足够施工作业人员充分撤离作业区段7至安全地带。
[0026]
各组检测器4用于检测列车车辆驶入防护区段8以及驶离防护区段8的情况，当列车车辆从检测器4经过时，检测器4通过检测车辆的车体而产生信号。
[0027]
还包括接收各组检测器4发送的检测信号并以无线方式发送检测信号的两个发射器3，还包括由作业人员持有的以无线方式从发射器3接收检测信号并输出防护提示信息的接收器5，接收器5包括一个主接收器5-1和多个从接收器5-2，主接收器5-1与发射器3通信连接，各从接收器5-2与主接收器5-1通信连接。通常情况下，主接收器5-1可以由施工作业的负责人如班组长进行携带，多个从接收器5-2由进行施工作业的多个班组成员携带，因此从接收器5-2的数量需满足班组成员携带的需求。
[0028]
各组检测器4将检测信号发送给相应的发射器3，发射器3接收检测器4的检测信号，向接收器5输出检测信号，主接收器5-1根据检测信号进行逻辑判断，产生相应的防护提示指令，之后以无线通信的方式将防护提示指令下发给本套智能防护系统的多个从接收器5-2，主接收器5-1和各从接收器5-2发出防护提示信息，人员接收到防护提示信息后尽快撤离所在的作业区段7至安全地带，待列车车辆完全驶离防护区段8之后，返回至作业区段7继续施工作业。
[0029]
如图1中所示，两个发射器3分别位于防护区段8两端位置的轨道侧方，具体地，两个发射器3可以位于上行轨道1的外侧或者下行轨道2的外侧，或者上行轨道1和下行轨道2两者的外侧各设置一个。位于防护区段8一端的各组检测器4与其中一个发射器3连接，位于防护区段8另一端的各组检测器4与另一个发射器3连接。因此，两个发射器3分别用于从防护区段8一端的各组检测器4接收检测信号以及从防护区段8另一端的各组检测器4接收检测信号。
[0030]
通常情况下，设置在防护区段8端部的各组检测器4之间距离较小，而防护区段8的长度较大，因此通过在防护区段8的两端位置各设置一个发射器3，能够在充分简化本智能防护系统的同时保证各组检测器4产生的检测信号的处理。
[0031]
本实施例中，在上行轨道1和下行轨道2上、防护区段8的两端位置各设置有一组检测器4，每组检测器4沿轨道的长度方向设置有前后两个。将每个位置的检测器4设置为前后两个的作用是保证对从该位置通过的列车车辆的检测有效性，当其中一个检测器4出现故障时，下一个检测器4仍然能够产生所需的车辆检测信号。通常情况下，同一位置的两个检测器4之间的距离设定为50m左右。由于两个检测器4同时故障的概率非常低，因此可以通过分析两个检测器4能否在规定时间间隔内产生检测信号的情况对是否有检测器4发生故障作出判断，当两个检测器4不能够在规定的时间间隔内顺次产生检测信号时，则发出报警信号，提示人员进行处理。
[0032]
请参见图2，可以看出本智能防护系统的系统框架结构图。具体地，
[0033]
检测器4包括由超声探头及其驱动电路构成的探头模块以及对探头模块输出的信号进行处理和转发的检测模块。探头模块与检测模块封装在同一个盒体内，成为标准的组成部件，防护系统初始设置时检测器4设置在轨道上、相应设定位置的轨枕之间。当车辆从检测器4的上方通过时，探头模块检测到车辆通行情况，因而产生触发信号。该触发信号发送给检测模块进行处理，检测模块根据接收到的检测信号向本侧的发射器3输出检测信号。
[0034]
根据具体的需求，探头模块的探测范围可以在0～5m的范围内调整设定，具体地，探测范围通常在1～2m的范围内进行设定，设定的探测范围不能过大以及过小，探测范围过大时将导致无效探测的情况，也就是对进入探测范围内的其它物体产生检测信号，探测范围过小时将潜在导致无法探测到车辆的探测失败情况。
[0035]
具体地，本实施例中，检测模块包括用于输出检测信号的继电器输出单元，也就是说，各检测器4的检测模块具有继电器输出，继电器输出单元具备两个输出状态，其中一个状态代表有车辆通行，相应地，另一个状态代表没有车辆通行。
[0036]
每个发射器3所对应的各检测器4在布线上其中一个与该发射器3直接连接，其它各检测器4通过导连线串行连接。也就是说，各检测器4与本侧的发射器3之间采用有线连接的方式进行通信，其中一个检测器4的检测模块的继电器输出单元通过导联线直接与该侧发射器3的输入端连接，其它三个检测器4通过导联线以串行接口的方式进行串行连接，串行连接的方式能够简化各检测器4与发射器3之间的导联线布线情况，令检测器4与其近处的检测器4或者发射器3连接，避免导联线连接过于复杂，这有助于本智能防护系统的布设、调整维护以及转移移动，也提升了整个防护系统的运行稳定性。
[0037]
发射器3包括控制模块、编码模块、无线模块和电源模块，无线模块与编码模块连接，无线模块与控制模块连接，与发射器3直连的检测器4的检测模块通过导联线与发射器3
的控制模块和编码模块连接。其中，控制模块提供基本的控制功能，同时用于进行逻辑判断，编码模块用于对接收到的检测信号进行进行编码，生成主接收器5-1可以识别的代码，无线模块用于对经编码得到的检测信号进行无线发送。由于其它三个检测器4与直连的那个检测器4是通过导联线串行连接的，因此这三个检测器4与发射器3的控制模块和编码模块也是连接的关系，因而本侧的四个检测器4向该侧的发射器3各自发送检测信号。
[0038]
如图2中所示，发射器3的无线模块直接将编码模块产生的检测信号以无线的方式进行发送，考虑到应该对主接收器5-1的接收情况进行掌握以判断检测信号发送的有效性，因此，发射器3的无线模块与控制模块连接，主接收器5-1发送的反馈信号经无线模块回发给发射器3的无线模块，则发射器3的控制模块通过采集其无线模块的应答信号知道主接收器5已经对检测信号进行了正确的接收，否则输出相应报警信号。
[0039]
发射器3的电源模块为发射器3的控制模块、编码模块和无线模块进行供电，电源模块可以选取为可充电电池。各检测器4自身不设置电源模块，检测器4通过导联线与发射器3连接后，通过发射器3的电源模块获取电源，同时发射器3的控制模块还会采集各检测器4的工作电源信号，当检查到任何检测器4的工作电源为0时，则发出报警信号，提示人员进行及时处理。
[0040]
发射器3还包括与控制模块连接的语音模块和指示灯模块，语音模块和指示灯模块主要用于在系统异常时发出声光报警，提示相关人员进行及时处理，同时提示经过的车辆司机进行注意，提前将车辆减速慢行。发射器3的语音模块输出设定的语音提示信息、指示灯模块输出设定的灯光提示对于提示系统故障、促进异常情况的及时处理有着十分重要的意义，有利于提升本智能防护系统的运行可靠性，进一步保证施工作业人员的安全性。发射器3的电源模块同时向其语音模块和指示灯模块供电。
[0041]
主接收器5-1包括控制模块、无线模块和电源模块，无线模块与控制模块连接，其中控制模块用于提供基本的控制功能，无线模块用于与发射器3的无线模块进行通信连接，主接收器5-1的无线模块还用于以无线的方式向各从接收器5-2发送防护提示指令。主接收器5-1的电源模块用于向其控制模块和无线模块供电。
[0042]
主接收器5-1还包括与控制模块连接的语音模块和指示灯模块，当主接收器5-1接收到了检测信号时，经过逻辑判断产生相应的防护提示信号，则该语音模块输出设定的语音提示信息，该指示灯模块输出设定的灯光提示。主接收器5-1的电源模块同时向其语音模块和指示灯模块供电。
[0043]
从接收器5-2包括控制模块、无线模块和电源模块，无线模块与控制模块连接，其中控制模块用于提供基本的控制功能，无线模块用于与主接收器5-1的无线模块进行通信连接，接收防护提示指令，主接收器5-1和从接收器5-2之间的无线传输模式也采用与主接收器5-1和发射器3之间相同的应答传输模式，即当主接收器5-1的控制模块未能采集到从接收器5-2发送的反馈信号时，则发出报警信号，提示人员进行及时处理。从接收器5-2的电源模块用于向其控制模块和无线模块供电。
[0044]
从接收器5-2还包括与控制模块连接的语音模块和指示灯模块，当从接收器5-2接收到防护提示指令时，经过逻辑判断产生相应的防护提示信号，则该语音模块输出设定的语音提示信息，该指示灯模块输出设定的灯光提示。从接收器5-2的电源模块同时向其语音模块和指示灯模块供电。
[0045]
考虑到本智能防护系统在一些特殊场景下如山区等位置进行应用时可能存在发射器3与主接收器5-1之间的通信不良问题，因此本实施例中可以为智能防护系统设置信号中继器6，对发射器3与主接收器5-1之间的通信距离以及通信质量进行拓展，设置信号中继器6之后发射器3通过信号中继器6与主接收器5-1通信连接，即发射器3与信号中继器6通信连接，主接收器5-1与信号中继器6通信连接，而此时发射器3与主接收器5-1之间不再直接通信连接。信号中继器6采用现有的信号中继器产品，在本防护系统中，通常可以放置在防护区段8的一端或者放置在作业区段7与防护区段8的端部之间的某个位置，充分发挥信号中继器6的信号放大及中继功能，保证发射器3与主接收器5-1之间的可靠通信效果。
[0046]
本智能防护系统的无线通信模式使用的频率为民用433mhz，有效通信距离为5km左右(当采用大功率的无线模块时通信距离可以达到10km左右)。此外，还可以为发射器3的无线模块设置自动调频单元令其具备自动调频功能，该调频功能有助于保证信号传输不易受系统外信号的干扰，保证信号传输的有效性和可靠性。
[0047]
发射器3、主接收器5-1以及各从接收器5-2产生的语音提示信息可以是：x时x分上/(下)行正/(反)方向来车或(系统异常)或(上下行都有来车)，所有人员、机具及时下道。
[0048]
相应地，存在多种具体语音输出：
①
x时x分上行正方向来车，所有人员、机具及时下道；
②
x时x分上行反方向来车，所有人员、机具及时下道；
③
x时x分下行正方向来车，所有人员、机具及时下道；
④
x时x分下行反方向来车，所有人员、机具及时下道；
⑤
x时x分上下行都有来车，所有人员、机具及时下道；
⑥
x时x分系统异常，所有人员、机具及时下道。语音提示信息在车辆经由防护区段8通行时持续产生，在车辆完全离开防护区段8后停止。
[0049]
本实施例中，发射器3还包括用于显示提示标志的显示屏模块，显示屏模块与发射器的控制模块连接，这个显示屏模块用于设定和显示提示标志，提示标志供经由该位置通过的车辆的驾驶人员察看，告知车辆驾驶人员即将进入防护区段8，提前做出一些准备或者提高注意力。
[0050]
采用显示屏模块对提示标志进行显示的优点是：电子提示标志降低了设定物理提示标志时的人力负担，使现场人员不用经常携带各类物理标志，避免繁琐和复杂的作业前准备。本防护系统可以广泛应用到铁路、公路、灾害预警、交通智能控制、小区等有车辆交汇的场所，因此电子化的提示标志能够极大地减轻系统使用时的负担，有利于系统的推广使用。
[0051]
具体地，还包括与发射器3通信连接的、用于设定显示屏模块上显示内容的手持终端，手持终端可以是装有管理app的手机，手持终端与发射器3通信连接，在管理app内进行提示标志的选择和设定，显示屏上输出显示设定的提示标志供车辆的司机人员察看。
[0052]
发射器3整体封装为一个盒体结构，显示屏模块可以与发射器3的盒体结构结合成为一个整体，或者邻近设置。因此每套智能防护系统从组件上来看包括八个检测器4、两个发射器3、一个主接收器5-1和多个从接收器5-2，以及用于检测器4之间连接、检测器4与发射器3之间连接的多根导联线。
[0053]
布置方式：
[0054]
将成套的智能防护系统输送至施工作业现场；根据划定的作业区段7进行防护区段8的设定操作；在防护区段8的两端各设置一个发射器3和四个检测器4，发射器3与检测器4以图1中所示的方式进行设置，令部件之间的导联线从轨道的下方穿行通过避免车辆碾
压；根据需要设置信号中继器6；将主接收器5-1发放给实用作业的班组长负责人，将多个从接收器5-2发放给班组成员。
[0055]
工作过程：
[0056]
以图1中的具体系统形态为例，以下行轨道2的正向来车(从右至左的方向)为具体情况进行说明；
[0057]
下行轨道2右端的两个检测器4检测到车辆驶入防护区段8的右边线，则检测器4将检测信号发送给位于右侧的发射器3，发射器3将检测信号发送给主接收器5-1，主接收器5-1接收到检测信号后向发射器3进行反馈，同时经过逻辑判断产生相应的防护指示信号，之后将防护指示信号发送给各从接收器5-2，主接收器5-1与各从接收器5-2发出语音提示和灯光提示，语音提示为“x时x分下行正方向来车，所有人员、机具及时下道”，接收到防护信息后，作业班组成员立即远离作业区段7至安全地带(如从侧方向远离距离上行轨道1和下行轨道2移动一定距离)；
[0058]
声光提示信息在车辆位于防护区段8内时持续进行，当车辆的尾部从防护区段8的左边线通过时，整个车辆完全通过防护区段8，则意味着危险已经解除，则主接收器5-1与各从接收器5-2发出语音提示和灯光提示停止，班组人员复位作业。

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