一种平交道口安全通行系统及平交道口控制系统的制作方法

本实用新型涉及平交道口通行技术领域，尤其涉及一种平交道口安全通行系统及包括平交道口安全通行系统的平交道口控制系统。

背景技术：

随着道路的增加、车辆运行速度的提高和行车密度的增加，使得道口的安全问题变得尤为突出。由于道口的地域、气候、车流、人流等不可控因素多，特别是驾驶员的嘹望距离有限和行驶的惯性力，对前方道口交通状况的预知性差，很难及时采取有效制动和避让措施，特别是无人值守的道口经常会发生碰撞事件，造成人员伤亡、车辆损坏等重大交通事故，给人们生命财产造成重大的威胁和损失，并且严重影响交通和运输的正常运行。

目前，轨道与公路交汇的无人值守平交道口多采用继电器或计算机的连锁控制和远程无线控制。由于环境、地域、气候、资金和生活习惯以及实现技术等因素的影响，在这些系统中仍存在着监视盲区、监视距离、实时获取有效信息、信号准确程度、以及维护、管理、成本等问题。因此，如何提供一种能够解决道口监视盲区、监视距离以及高成本成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种平交道口安全通行系统及包括平交道口安全通行系统的平交道口控制系统，以解决现有技术中的问题。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种平交道口安全通行系统，其中，平交道口被划分为接近区域和关键区域，所述接近区域为列车行驶时靠近平交道口的区域，所述关键区域为列车在平交道口上行驶的区域，所述关键区域的一侧设置有控制塔，所述平交道口安全通行系统包括：监测传感装置、车载防护装置和道口控制装置，所述监测传感装置和所述车载防护装置均与所述道口控制装置通信连接，

所述监测传感装置用于实时监测平交道口的接近区域内列车行驶的振动信号以及实时监测平交道口的环境状态数据，并将监测到的所述振动信号以及所述环境状态数据发送至所述道口控制装置；

所述车载防护装置用于实时检测平交道口的接近区域内列车的行驶速度，并将列车的行驶速度发送至所述道口控制装置；

所述道口控制装置用于对所述振动信号进行分析以判断列车的行驶方向，并根据所述列车的行驶方向输出相应的控制信号，用于对所述环境状态数据进行分析处理并分别发送至上位机和所述车载防护装置，以及用于对列车的行驶速度进行分析处理并输出相应的控制信号。

优选地，所述监测传感装置包括依次通信连接的接近传感器组、lora感知节点、lora通信节点和数据处理器，所述接近传感器组设置在平交道口的接近区域，所述lora感知节点和lora通信节点均设置在平交道口的关键区域，所述数据处理器设置在所述控制塔内，所述接近传感器组用于采集列车行驶的振动信号，并发送至所述道口控制装置。

优选地，所述监测传感装置还包括lora网关，所述lora网关分别与lora通信节点和数据处理器连接，所述lora网关用于实现数据的接收和转发。

优选地，所述车载防护装置包括车速检测传感器、车载主机和车载控制台，所述车速检测传感器、车载主机和车载控制台均与所述道口控制装置通信连接，所述车速检测传感器设置在列车的轮轴上，所述车载主机和车载控制台设置在列车车内，所述车速检测传感器用于采集列车的行驶速度，所述车载主机和车载控制台能够根据所述道口控制装置的控制信号控制列车的行驶速度。

优选地，所述道口控制装置包括：主机控制器、警示装置、视频监视装置和警示停车线装置，所述主机控制器、警示装置、视频监视装置和警示停车线装置均设置在所述控制塔内，所述警示装置、视频监视装置和警示停车线装置均与所述主机控制器通信连接，所述主机控制器用于对所述振动信号、环境状态数据以及列车的行驶速度进行处理得到相应的控制信号，所述警示装置用于根据所述控制信号发出警示信号，所述视频监视装置用于采集所述关键区域内的视频信息，并将所述视频信息发送至所述主机控制器进行分析，所述警示停车线装置能够根据所述主机控制器的控制信号进行打开或关闭。

优选地，所述警示装置包括：光控警示装置和声控警示装置，所述光控警示装置用于根据所述控制信号点亮led信号灯，所述声控警示装置用于根据所述控制信号发出模拟钟声或发出语音报警信号。

优选地，所述视频监视装置包括红外触发摄像装置和违章抓拍摄像装置。

优选地，所述平交道口安全通行系统还包括电源装置，所述电源装置分别与所述监测传感装置和道口控制装置电连接，所述电源装置用于为所述监测传感装置和道口控制装置的工作提供电源供应。

优选地，所述电源包括太阳能电池和蓄电池，所述太阳能电池和所述蓄电池电连接，所述太阳能电池用于为所述蓄电池充电，所述蓄电池用于向所述监测传感装置和道口控制装置提供电源。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种平交道口控制系统，其中，所述平交道口控制系统包括上位机和前文所述的平交道口安全通行系统，所述上位机与所述平交道口安全通行系统通信连接，所述上位机用于存储所述平交道口安全通行系统的通行数据信息。

本实用新型提供的平交道口安全通行系统，通过在平交道口设置监测传感装置、车载防护装置及道口控制装置，实现对平交道口关键区域进行无盲区实时监测，本实用新型提供的这种平交道口安全通行系统不仅能够对平交道口进行实时控制，还能够简化地面设备、降低维护成本和延长使用寿命。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提供的平交道口安全通行系统的结构框图。

图2为本实用新型提供的平交道口安全通行系统中的传感监测与道口控制示意图。

图3为本实用新型提供的平交道口安全通信系统的示意图。

图4为本实用新型提供的车载防护装置的示意图。

图5为本实用新型提供的控制塔的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种平交道口安全通行系统，其中，如图1和图2所示，平交道口被划分为接近区域100和关键区域200，所述接近区域100为列车行驶时靠近平交道口的区域，所述关键区域200为列车在平交道口上行驶的区域，所述关键区域200的一侧设置有控制塔300，所述平交道口安全通行系统400包括：监测传感装置410、车载防护装置420和道口控制装置430，所述监测传感装置410和所述车载防护装置420均与所述道口控制装置430通信连接，

所述监测传感装置410用于实时监测平交道口的接近区域内列车行驶的振动信号以及实时监测平交道口的环境状态数据，并将监测到的所述振动信号以及所述环境状态数据发送至所述道口控制装置；

所述车载防护装置420用于实时检测平交道口的接近区域内列车的行驶速度，并将列车的行驶速度发送至所述道口控制装置；

所述道口控制装置430用于对所述振动信号进行分析以判断列车的行驶方向，并根据所述列车的行驶方向输出相应的控制信号，用于对所述环境状态数据进行分析处理并分别发送至上位机和所述车载防护装置，以及用于对列车的行驶速度进行分析处理并输出相应的控制信号。

本实用新型提供的平交道口安全通行系统，通过在平交道口设置监测传感装置、车载防护装置及道口控制装置，实现对平交道口关键区域进行无盲区实时监测，本实用新型提供的这种平交道口安全通行系统不仅能够对平交道口进行实时控制，还能够简化地面设备、降低维护成本和延长使用寿命。

参见图3所示，本实用新型提供的平交道口安全通行系统包括监测传感装置、车载防护装置、控制报警装置、供电电源以及上位机。其工作过程为：当列车经过接近（预警）检测点，启动列车接近预警信号，向道路显示红色接近预警,同步启动声控装置，同时启动道口激光安全警示线装置，打出激光电子栏木和安全停车线，显示等待时间，并启动闯线违章抓拍，有效实现列车接近预警。当列车接近关键（报警）检测区时，启动视频监控和lora传感系统，如发现有障碍物或者有人、车等其它物体在轨道上或道口区域滞留时，立刻启动报警装置，同步向列车司机发送信号，通知司机立即减速停车，实现轨道、道口双重监测防护。

具体地，如图3所示，所述监测传感装置410包括依次通信连接的接近传感器组411、lora感知节点、lora通信节点和数据处理器，所述接近传感器组设置在平交道口的接近区域，所述lora感知节点和lora通信节点均设置在平交道口的关键区域，所述数据处理器设置在所述控制塔300内，所述接近传感器组411用于采集列车行驶的振动信号，并发送至所述道口控制装置。

应当理解的是，在接近区域内，为了避免误判，所述接近传感器组411采用光纤将列车行驶的振动信号发送至所述道口控制装置。

需要说明的是，所述lora感知节点和lora通信节点在图1中以lora传感器412示出。

进一步具体地，所述监测传感装置还包括lora网关，所述lora网关分别与lora通信节点和数据处理器连接，所述lora网关用于实现数据的接收和转发。

为了获取精准列车驶入、驶出信息，在列车驶入接近区的铁轨两侧上嵌入震动感知节点传感器组，检测列车通过时产生的振动信号并通过光纤与主机控制器相连，主机控制器进行信号分析，确认有误列车并判断列车方向，如果列车是驶向道口方向，则启动列车预警信号，防止公路上的行人或车辆穿越铁路。为确保传输过程可靠，不与附近其它的无线信号相互干扰，采用了光纤传输避免造成来车误判。如果列车是驶出道口方向，则震动感知节点传感器组监测到列车通过道口后，解除警报，恢复公路交通。

为了减少监测盲区，在平交道口的关键区域铺设大量微型lora感知节点和lora通信节点，监测环境或目标对象信息，实时感知和传送。其中lora通信节点，将数据传送至lora网关，低功耗处理器将各类信息汇总并处理通过lora网关发送至主机控制器，经过主机控制器分析处理，通过4g或gprs网络将信息传送车载防护系统和远程服务中心。

需要说明的是，前端节点距道口距离的确定依据列车的行驶速度确定前端检查点距道口的距离。（1）按照列车接近通知时间的国标规定，确定本监控系统的列车接近通知时间为t(s)。（2）假设列车速度最高为v（km/h），按照列车接近通知时间和列车速度计算出列车的接近距离门槛值为s=v*t（m），所以可以在距离道口s（m）的预警区域内设置前端传感器结点进行接近信息的采集。

监测传感这种包括感知和通信节点、网关、低功耗数据处理器。通信节点把感知节点的信号数据传送到lora网关，lora网关主要是负责数据的接收和转发，网关向主机控制器发射信号，接收由主机控制器传递的数据,对数据重新打包，转换成标准的ip协议数据包，使用4g或gprs或有线等方式转发。lora网关与主机控制器相互通信，并受主机控制器监控。

进一步具体地，lora网关包含射频芯片，并与低功耗数据处理器相连，低功耗数据处理器通过串口接收lora节点采集的数据；射频芯片与低功耗数据处理器连接，用于将数据转换成电磁波；天线与所述射频芯片连接，用于将电磁波发送给其它设备的无线通信天线。lora收发器与lora天线相连，lora天线与lora网关无线连接，实现系统的数据采集和传输。

具体地，所述车载防护装置包括车速检测传感器、车载主机和车载控制台，所述车速检测传感器、车载主机和车载控制台均与所述道口控制装置通信连接，所述车速检测传感器设置在列车的轮轴上，所述车载主机和车载控制台设置在列车车内，所述车速检测传感器用于采集列车的行驶速度，所述车载主机和车载控制台能够根据所述道口控制装置的控制信号控制列车的行驶速度。

进一步具体地，如图4所示，所述车载防护装置420包括安装在轨道车辆顶部的公网天线6、安装在列车轮轴上的车速检测传感器7、安装在车内的收发装置8和车载主机9与控制台10。当装有车载防护装置420的列车驶入监测区域时，道口控制装置430通过控制塔天线与车载无线通信。车速检测传感器7采集列车的行驶速度，并将列车的速度信息发给主机控制器。主机控制器根据列车的速度确定道口声光报警和激光安全停车线的照射时间。在保证道口防护安全的前提下适时启动声光警示，自动打出激光安全停车线。为了避免延误道口开放时间，报警时间需要准确控制在所需的接近时间内，以便提高道口的通过效率。列车通过道口后，道口信号设备自动复原。

应当理解的是，在平交道口的关键区域，随机部署大量的lora传感节点通过自组织方式构成网络。这些节点将监测的数据沿着通信传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后汇聚lora网关，经过低功耗处理器进行数据处理后由lora网关发送到主机控制器，再经主机控制器处理后发送到道口控制装置。车载防护装置和上位机500通过公网600接收相关信息。

具体地，所述道口控制装置430包括：主机控制器、警示装置、视频监视装置和警示停车线装置，所述主机控制器、警示装置、视频监视装置和警示停车线装置均设置在所述控制塔内，所述警示装置、视频监视装置和警示停车线装置均与所述主机控制器通信连接，所述主机控制器用于对所述振动信号、环境状态数据以及列车的行驶速度进行处理得到相应的控制信号，所述警示装置用于根据所述控制信号发出警示信号，所述视频监视装置用于采集所述关键区域内的视频信息，并将所述视频信息发送至所述主机控制器进行分析，所述警示停车线装置能够根据所述主机控制器的控制信号进行打开或关闭。

进一步具体地，道口控制装置包括信号收发装置、主机控制器、光控报警装置、声控报警装置，激光发射警示停车线装置、视频监测装置，并安置在控制塔内，大大减少了硬件设备的使用，增强了系统的安全性能，同时也降低了成本。

优选地，所述警示装置包括：光控警示装置和声控警示装置，所述光控警示装置用于根据所述控制信号点亮led信号灯，所述声控警示装置用于根据所述控制信号发出模拟钟声或发出语音报警信号。

应当理解的是，所述模拟钟声例如嘀嗒声。

光控警示装置采用红色单屏高亮度led信号装置，要求在阴雨、雾天、沙尘等能见度较差的气候特征下显示距离不小于200m。当列车沿轨道向道口方向前进时，通过设置在监视区域内的监测传感装置发出的感应信号，主机控制器发出指令，启动声光警示装置，声光警示装置接受指令后，点亮led信号装置，发出警示模拟钟声，并启动激光安全停车线装置，打出红色激光电子栏木和地面安全停车线，提醒通过道口的路人和车辆注意，避免事故。由道口向外驶行后，通过传感器系统消除报警信号，恢复公路交通。

声控警示装置包括语音芯片及其附属电路、扬声器等。在列车接近关键区域时，若检测到异常现象时，语言报警设备通过扬声器则进行语音报警。

激光发射警示线装置由激光发射装置沿轨道平行方向照射，在铁轨与公路交叉的道口处在公路上打出红色激光电子栏木和地面停车线，阻断车辆通行，待列车通过后再关闭，关闭警示线装置，打开机车通道。当有列车进入道口监测区域，主机控制器发出道口关闭倒计时指令开始。

具体地，所述视频监视装置包括红外触发摄像装置和违章抓拍摄像装置。

视频监视装置完成监控区域内的视频信号采集，对道口空间进行监测。系统自接到来车预警信息后，自动启动视频监控装置，通过红外触发开启摄像装置，摄像机信号通过微波图像发射机、功率分配器及定向天线向空中发射微波信号，并实时传到主机控制器。当有非法入侵或是有人类活动时，立即发出警报。

通过无线接收装置，车载终端接收图像信息并自动弹出道口画面，供列车司机了解道口情况，以便及时采取减速、刹车等措施，提高安全通行能力。

在铁轨两侧公路靠右边竖立控制塔，该控制塔内装有收发装置、光控声控装置、激光发射安全停车线装置、红外触发摄像装置、违章抓拍装置、主机控制器、lora网关、低功耗数据处理器、和太阳能充电电池。

具体地，所述平交道口安全通行系统还包括电源装置，所述电源装置分别与所述监测传感装置和道口控制装置电连接，所述电源装置用于为所述监测传感装置和道口控制装置的工作提供电源供应。

具体地，所述电源包括太阳能电池和蓄电池，所述太阳能电池和所述蓄电池电连接，所述太阳能电池用于为所述蓄电池充电，所述蓄电池用于向所述监测传感装置和道口控制装置提供电源。

应当理解的是，系统要长期不间断运行，必须有可靠稳定的供电设备，电能的供给在有电源地区可用电缆直接提供电能。无电源区域采用控制塔表面的曲面太阳能光伏系统发电与高能充电蓄电池联合进行供电。白天光伏板可以为锂电池充电，夜间锂电可以为设备供电。在不影响系统工作情况下，系统功耗设计要尽可能低，在光能有限的情况下，锂电池能维持长时间的工作，保证整个设备长时间连续不间断工作。

需要说明的是，所述道口控制装置430的结构均部署在所述控制塔300上，如图5所示，所述控制塔300上分层由下至上依次设置激光发射电子栏木和安全停车线装置19、太阳能电池20、主机控制器18、数据处理器17、lora网关15、无线收发装置16、光控警示装置13、信号显示装置14、红外触发和抓拍摄像头12、声控警示装置11，以及设置在塔顶的收发天线22，所述控制塔300每层部署的结构均与曲面光伏太阳能板21连接。

本实用新型提供的平交道口安全通行系统，通过监测传感网络、车载防护和道口控制提高了对铁路道口盲区的自动监测与控制。列车接近道口时实行自动防护，可通过车载终端屏幕了解道口两侧行人、车辆状态，提高列车的安全通行能力；利用了lora传感网络的低功耗、结构简单等优点，使得系统实现方式简单、成本低廉；控制塔的设计，易于维护，提升了设备的工作寿命。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种平交道口控制系统，其中，所述平交道口控制系统包括上位机和前文所述的平交道口安全通行系统，所述上位机与所述平交道口安全通行系统通信连接，所述上位机用于存储所述平交道口安全通行系统的通行数据信息。

本实用新型提供的平交道口控制系统，通过采用前文的平交道口安全通行系统，通过在平交道口设置监测传感装置、车载防护装置及道口控制装置，实现对平交道口关键区域进行无盲区实时监测，本实用新型提供的这种平交道口安全通行系统不仅能够对平交道口进行实时控制，还能够简化地面设备、降低维护成本和延长使用寿命。

优选地，所述上位机500包括远程服务控制中心。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

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