本發(fā)明涉及鐵路作業(yè)安全防護，具體涉及一種用于鐵路作業(yè)時遠距離安全撤離的防護系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、鐵路運輸是我國最為重要的交通運輸方式，因此鐵路的施工維護尤為重要。然而在鐵路施工過程中，由于各種機具在工作時常常發(fā)出巨大噪音，往往會導(dǎo)致機具操作者無法聽到安全員發(fā)出的下道指令，從而導(dǎo)致人員無法及時撤離，出現(xiàn)傷亡及車輛損壞和延時等嚴重的事故。例如，冬季的降雪會對行車安全造成極大的影響，尤其是在道岔部分，如果此時道岔上積雪嚴重，會導(dǎo)致道岔動作不靈活，甚至可能被冰雪凍結(jié)，這將嚴重影響列車的運行安全。因此，及時清除鐵路線路和道岔上的積雪，可以確保列車能夠準(zhǔn)確、安全地行駛在正確的軌道上。目前，對鐵路除雪工作主要依靠人工進行，主要方式為工人背負風(fēng)力除雪機沿線路作業(yè)。此類機器通常為汽油型發(fā)動機帶動葉片轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生風(fēng)力吹除雜物。然而由于其噪音過大，工人在進行除雪操作時，幾乎聽不見其他任何聲音，包括有軌道車輛即將通過鳴笛的聲音、安全員及身邊同伴的呼喊等，因此軌道車輛撞人事故時有發(fā)生。此外，由于還受到地理環(huán)境限制、氣候條件等因素影響，如有時因為地形、雨雪等因素導(dǎo)致作業(yè)人員根本無法感知安全防護人員發(fā)出的任何指令，從而無法安全撤離。

2、針對此類隱患，現(xiàn)有的解決方式有：一是由安全員用繩索連接操作員，當(dāng)安全員收到指令時強行拖拽操作員撤離火車道。然而，由于現(xiàn)場施工作業(yè)的復(fù)雜性，繩索連接的安全保障方式又完全依賴安全員的人工干預(yù)，未知風(fēng)險過多因此不能完全滿足安全防護需求；二是采用遙控的方式通過安全員手持遙控端控制機載端的作業(yè)，然而由于傳統(tǒng)的控制器大多采用一對一的方式進行，即有多少個機載端就有多少個遙控端，但當(dāng)有多個施工工人而只有一個安全防護提醒人員的情況下，該安全防護提醒人員則需要同時控制多個手持遙控端進行操作，這對于安全員的操作準(zhǔn)確性和速度提出了很高的要求，極易出現(xiàn)錯漏和誤操作；此外，若采用傳統(tǒng)的一對多的控制方式，則需要將機載端和手持端在出廠時進行強綁定，然而若機載端數(shù)量較少，則仍有可能發(fā)生需要多個遙控器的情況；若機載端數(shù)量較多，則會導(dǎo)致部分機載端不能與其他機載進行組隊控制。

3、因此，需要一種能夠在鐵路作業(yè)時安全、準(zhǔn)確、快速撤離人員的防護系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種用于鐵路作業(yè)的遠距離安全撤離防護系統(tǒng)及方法，主要用于解決現(xiàn)有鐵路作業(yè)時人員無法及時、安全撤離的問題，從而達到鐵路作業(yè)時安全、準(zhǔn)確、快速撤離人員，消除此類安全隱患的效果。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

3、一種用于鐵路作業(yè)的遠距離安全撤離防護系統(tǒng)，包括列車感知監(jiān)測裝置、報警站、遙控裝置以及機具控制裝置，所述列車感知監(jiān)測裝置放置于遠離鐵路作業(yè)現(xiàn)場的軌道測量點處，采用毫米波雷達進行持續(xù)測距并通過無線通信方式將測距結(jié)果發(fā)送至所述報警站；所述報警站、遙控裝置、機具控制裝置之間建立zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)，所述報警站用于根據(jù)所述測距結(jié)果分析軌道車輛的通過狀態(tài)及速度從而獲得來車信息，并根據(jù)所述來車信息輸出停機指令，通過所述zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)自動將所述停機指令發(fā)送至所述機具控制裝置；或者所述報警站通過所述zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)將所述來車信息發(fā)送至所述遙控裝置，所述遙控裝置用于對所述來車信息進行處理并顯示，并通過遙控的方式輸出所述停機指令至所述機具控制裝置；所述機具控制裝置用于根據(jù)所述停機指令控制處于鐵路現(xiàn)場作業(yè)的機具停機。

4、進一步的方案是，所述列車感知監(jiān)測裝置包括第一毫米波雷達、第二毫米波雷達、主控mcu、第一lora無線通信模塊以及為裝置供電的第一電源模塊，所述第一毫米波雷達、第二毫米波雷達采用間隔放置的方式對通過的軌道車輛進行測距，并根據(jù)測距的時間先后輸出測距信息至所述主控mcu；所述主控mcu用于根據(jù)所述測距信息判斷是否有軌道車輛通過，并根據(jù)所述第一毫米波雷達和第二毫米波雷達的間隔距離及測距信息接收的時間差計算通行速度；所述第一lora無線通信模塊用于低功耗下數(shù)據(jù)的遠距離無線傳輸。

5、進一步的方案是，所述報警站包括主控模塊、第二lora無線通信模塊、第一zigbee無線通信模塊、io模塊以及為所述報警站供電的第二電源模塊，所述主控模塊通過所述第一lora無線通信模塊、第二lora無線通信模塊與所述主控mcu建立lora無線通信連接，并與所述io模塊連接，通過所述io模塊輸入工作模式選擇信號。

6、其中，所述工作模式包括自動防護模式和手動防護模式，所述自動防護模式為所述主控模塊通過自動發(fā)送所述停機命令至所述機具控制裝置實現(xiàn)所述機具停機；所述手動防護為通過所述遙控裝置手動控制發(fā)送所述停機命令至所述機具控制裝置實現(xiàn)所述機具停機。

7、進一步的方案是，所述報警站還包括聲光報警裝置，所述聲光報警裝置置于鐵路作業(yè)現(xiàn)場，與所述主控模塊信號連接，用于在所述自動防護模式接收所述主控模塊輸出的告警信號，并根據(jù)所述告警信號進行聲光告警。

8、進一步的方案是，所述遙控裝置包括第一單片機、第二zigbee無線通信模塊、顯示屏、按鍵模塊以及為裝置供電的第三電源模塊，所述第一單片機分別與所述顯示屏、按鍵模塊連接，用于對所述來車信息進行處理后輸出至所述顯示屏中顯示，并通過所述按鍵模塊輸入手動控制指令，并根據(jù)所述手動控制指令通過所述zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送所述停機指令至所述機具控制裝置。

9、進一步的方案是，所述機具控制裝置置于所述機具中，其包括第二單片機、第三zigbee無線通信模塊、繼電器驅(qū)動模塊以及為裝置供電的第四電源模塊，所述第二單片機用于根據(jù)所述停機指令輸出第一驅(qū)動信號至所述繼電器驅(qū)動模塊，所述繼電器驅(qū)動模塊的動作觸點連接至所述機具的電源開關(guān)線路，用于根據(jù)所述第一驅(qū)動信號進行動作切斷所述機具電源實現(xiàn)自動停機。

10、進一步的方案是，還包括告警終端，所述告警終端包括第三單片機、第三zigbee無線通信模塊、電擊告警驅(qū)動模塊、聲光告警驅(qū)動模塊以及為所述告警終端供電的第五電源模塊，所述第三單片機與所述報警站、遙控裝置建立zigbee無線通信連接，用于接收所述停機指令，并根據(jù)所述停機指令分別輸出第三驅(qū)動信號、第四驅(qū)動信號至所述電擊告警驅(qū)動模塊、聲光告警驅(qū)動模塊，所述電擊告警驅(qū)動模塊根據(jù)所述第三驅(qū)動信號驅(qū)動電擊片輸出低壓電擊進行觸覺告警，所述聲光告警驅(qū)動模塊根據(jù)所述第四驅(qū)動信號驅(qū)動聲光裝置進行聲光告警。

11、進一步的方案是，所述報警站、遙控裝置、機具控制裝置、告警終端分別通過所述第一zigbee無線通信模塊、第二zigbee無線通信模塊、第三zigbee無線通信模塊、第四zigbee無線通信模塊在路由模式下進行組網(wǎng)。

12、一種鐵路作業(yè)的遠距離安全撤離防護方法，應(yīng)用于所述的一種用于鐵路作業(yè)的遠距離安全撤離防護系統(tǒng)，包括：

13、s1：系統(tǒng)上電，各裝置開機并選擇報警站的工作模式，遙控裝置通過zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送組隊命令至機具控制裝置并進行組隊。

14、s2：判斷組隊是否完成，若完成則所述遙控裝置進入待機狀態(tài)，所述機具控制裝置轉(zhuǎn)存與其組隊的所述遙控裝置id，并控制機具進行鐵路作業(yè)；若未完成，則繼續(xù)組隊。

15、s3：列車感知監(jiān)測裝置持續(xù)監(jiān)測軌道車輛通過狀態(tài)，并通過lora無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送監(jiān)測信息至所述報警站。

16、s4：根據(jù)所述監(jiān)測信息判斷是否有軌道車輛通過，若無，則重復(fù)步驟s3；若有，則在自動防護模式下，所述報警站通過zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)送停機指令至所述機具控制裝置，所述機具控制裝置控制機具停機。

17、s5：在手動防護模式下，所述報警站發(fā)送來車信息至所述遙控裝置進行顯示，判斷所述遙控裝置是否鍵入手動停機指令，若是，則所述遙控裝置通過zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送所述停機指令至所述機具控制裝置，否則繼續(xù)待機。

18、s6：判斷所述停機指令是否來自與所述機具控制裝置組隊的所述遙控裝置id，若是，則所述機具控制裝置控制機具停機；否則所述機具繼續(xù)進行鐵路作業(yè)。

19、進一步的方案是，還包括s21：所述遙控裝置定時向所述機具控制裝置發(fā)送心跳數(shù)據(jù)。

20、還包括s22：判斷所述機具控制裝置是否接收到所述心跳數(shù)據(jù)，若是，則重復(fù)步驟s21；若否，則控制所述機具停機。

21、由此可見，本發(fā)明具有以下有益效果：

22、1、本發(fā)明在遠離鐵路作業(yè)現(xiàn)場的測量點設(shè)置列車感知監(jiān)測裝置，不間斷地監(jiān)測軌道車輛的通過信息，并通過lora無線通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至報警站判斷是否有軌道車輛通過測量點，從而實現(xiàn)遠距離對于列車通過狀態(tài)的監(jiān)測，從而留有充足的反應(yīng)時間保證人員安全撤離；處于軌道線路外的安全防護人員可以根據(jù)實際情況設(shè)置報警站的工作模式，選擇自動防護模式能夠在無人值守的情況下實現(xiàn)監(jiān)測軌道車輛駛?cè)?、駛離情況，并自動遠程控制現(xiàn)場作業(yè)機具停機或啟動，并通過聲音、爆閃警示、震動甚至是電擊等方式及時和有效地輔助提醒人員撤離，從而全面保障施工人員的生命安全。相比傳統(tǒng)的依賴人工拖拽或者單純采用聲光報警的方案，尤其在條件惡劣的環(huán)境下，傳統(tǒng)方案完全無法適用，如線路除雪環(huán)境應(yīng)用的風(fēng)力除雪機，此設(shè)備工作時設(shè)備噪音大、設(shè)備抖動強烈，一般的呼叫及震動提醒幾乎沒有效果。本發(fā)明通過遠距離監(jiān)測車輛通行狀態(tài)能遠程夠控制機具停機，保障機具操作人員能夠在無機具工作噪音的情況下實現(xiàn)安全撤離，并通過多種告警方式進行輔助告警，做到最大程度提醒施工人員撤離鐵軌區(qū)域。

23、2、本發(fā)明采用毫米波雷達作為軌道車輛通行狀態(tài)監(jiān)測的傳感器，具有高穿透性、精確的距離測量、實時監(jiān)測、多目標(biāo)檢測以及低功耗的優(yōu)點，即使在惡劣氣候條件下仍能正常工作實現(xiàn)準(zhǔn)確測距。

24、3、本發(fā)明采用lora無線通信系統(tǒng)進行遠距離監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，具有長傳輸距離、低功耗、抗干擾性強等優(yōu)點，能夠在嘈雜的無線環(huán)境中也能保持穩(wěn)定的通信，提高了通信的可靠性。

25、4、本發(fā)明施工現(xiàn)場的所有設(shè)備通過zigbee自組網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，zigbee無線通信具有低功耗、高效可靠、網(wǎng)絡(luò)擴展性強等優(yōu)點，由于每個設(shè)備的zigbee網(wǎng)絡(luò)均被配置為路由器，因此網(wǎng)絡(luò)可以沒有數(shù)據(jù)中心，任意兩個設(shè)備均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)通過設(shè)置自動防護模式能夠?qū)崿F(xiàn)在沒有遙控裝置的情況工作，同樣通過設(shè)置手動防護模式可以實現(xiàn)在沒有報警站的情況下工作因此，相比傳統(tǒng)的一對一或者一對多控制方式，本發(fā)明能夠根據(jù)鐵路現(xiàn)場的實際作業(yè)情況靈活組隊，并對組網(wǎng)的設(shè)備進行自由增減，極大提高了系統(tǒng)在不同鐵道環(huán)境下的適用性。

26、5、本發(fā)明具有更多樣和全面的安全防護機制，包括通過遠程自動或遙控控制機具停機提醒、通過安裝在現(xiàn)場的大型聲光報警裝置進行聲光告警、通過設(shè)于機具上的機具控制裝置進行指示燈告警、通過佩戴在施工人員身上的告警終端進行聲光甚至是電擊告警等，因此本發(fā)明廣泛適用于鐵路施工作業(yè)過程中各種安全保障任務(wù)，不受制于各種機具發(fā)出的噪聲、地理環(huán)境限制、氣候條件等因素，能夠完全滿足安全防護需求。

27、6、本發(fā)明采用zigbee星形組網(wǎng)方式，并作業(yè)端的機載控制裝置僅接收指令，不對外發(fā)送指令，從而降低數(shù)據(jù)交互量，有效防止存在多個工作組時交互的數(shù)據(jù)占用信道的問題，實現(xiàn)在同一網(wǎng)絡(luò)下數(shù)據(jù)傳輸量最小，遙控裝置的控制指令能夠及時的發(fā)送和被接收，進一步提高了系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。

28、7、本發(fā)明采用遙控裝置持續(xù)發(fā)送心跳的機制，即每間隔固定時間向機具控制裝置發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，如果機具控制裝置在長時間未收到心跳數(shù)據(jù)包，則先后進行告警提示并控制機具停機，防止因通信中斷造成的安全防護功能缺失造成的安全隱患。

29、下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。