铁路预警防护系统及方法与流程

1.本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种基于北斗位置的铁路预警防护系统及预警方法。


背景技术：

2.随着轨道交通行业的快速发展，铁路施工作业所引发的安全事故危险日益增加。为了有效地预防铁路施工过程中产生的安全碰撞危险，基于北斗位置自动感知的预警防护系统的设计与运用就变得尤为重要，一种完善且全面的预警信息计算方案又是有效保护施工人员安全的关键。若施工人员收到的预警信息不能覆盖所有可能的接近车辆，则会出现漏提醒的现象；若施工人员收到的预警信息过于冗余，则会增加施工作业人员的侥幸心理从而错过真的危险预警。过少过多、漏报错报的预警信息，均可能会增加碰撞事故发生的风险。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种铁路预警防护系统及预警方法，采用北斗系统高精度定位机车、施工作业人员的经纬度信息，结合全线线路数据及联锁码位信息将该经纬度信息定位到具体的线路区段上，并确定机车的即将行驶轨迹，判断列车即将行驶轨迹上是否有施工人员，从而对列车司机及施工人员进行预警信息提示。
4.为了达到上述目的，本发明提出了一种铁路预警防护方法，包含以下步骤：
5.实时获取各个机车的经纬度信息，并结合全线线路数据以及联锁码位信息确定各个机车的位置及其前方进路；若机车前方进路中存在预警目标点，生成预警信息并发送至预警目标点及机车。
6.进一步地，还包括实时获取机车的运行状态信息，所述运行状态信息包含机车当前的速度、运行方向信息。
7.进一步地，所述机车前方进路的确定方法，包含：
8.实时获取机车的经纬度信息，并结合全线线路数据计算机车位置所在的所有可能的线路区段；
9.实时获取机车位置所在的所有可能线路区段内的联锁码位信息，对机车位置所在的所有可能线路区段进行筛选校准，以确定机车位置所在的具体线路区段；
10.根据机车位置所在的具体线路区段内的联锁码位信息，确定机车的前方进路。
11.进一步地，根据联锁码位信息中联锁码位的占用情况以及站场数据的连接关系，对机车位置所在的所有可能线路区段进行筛选校准。
12.进一步地，根据机车位置所在的具体线路区段内道岔定反位置，预判机车前方所有可能的进路，并实时根据联锁码位变化情况进行校准从而确定机车的前方进路。
13.进一步地，判断机车前方进路中是否存在预警目标点的方法，具体包含：
14.实时获取各个施工人员的经纬度信息，并结合全线线路数据定位施工人员位置所
在的线路区段；
15.获取施工计划，结合全线线路数据定位施工区域所在的线路区段；
16.判断机车前方进路所包含的线路区段是否包含施工人员位置所在的线路区段或施工区域位置所在的线路区段；若是，则将该施工人员或该施工区域确定为机车的预警目标点。
17.进一步地，还包括，判断施工人员位置是否在指定的施工区域内，若施工人员不在施工区域内，则将施工人员设为需要单独进行防护的预警目标点；若施工人员在施工区域内，则将施工区域设为预警目标点。
18.进一步地，所述全线线路数据包含各个线路区段的经纬度坐标；所述结合全线线路数据定位机车位置所在的所有可能的线路区段，或，施工人员位置所在的线路区段，或施工区域所在的线路区段的方法，包含：将机车的经纬度信息，或施工人员的经纬度信息，或施工区域的中心点经纬度信息与全线线路数据中线路区段的经纬度坐标进行映射，从而将机车所在位置，或施工人员所在位置，或施工区域定位到线路区段上。
19.进一步地，预警信息的生成方法，包括以下步骤：
20.若机车前方进路中的预警目标点是需要单独防护的施工人员，跟踪并实时计算该施工人员位置所在的线路区段与机车之间的距离，再结合机车当前的运行速度确定预警等级，并生成预警信息发送至机车及施工人员；
21.若机车前方进路中的预警目标点是施工区域，实时计算该机车与该施工区域之间的距离，再结合机车当前的运行速度确定预警等级，并生成预警信息分别发送至机车及施工区域内的所有施工人员。
22.进一步地，预警等级的确定方法，包括：判断机车与预警目标点之间的距离是否在预警级别的报警距离内；所述各个预警级别报警距离的计算方法为：
23.s＝tf
×v0
td
×v0
tl
×v0
ds
24.其中，tf为司机反应时间，v0为机车运行速度，ds为机车紧急制动距离，td为通信延时时间，tl为级别阈值时间。
25.本发明还提出了一种铁路预警防护系统，包含：
26.至少一个车载终端，所述车载终端设于机车上，用于实时获取机车的经纬度信息，并接收预警信息；
27.至少一个手持终端，所述手持终端用于实时获取施工人员的经纬度信息，并接收预警信息；
28.调度控制系统，所述调度控制系统用于实时获取全线线路的联锁码位信息；
29.预警防护终端，所述预警防护终端与所述车载终端、手持终端以及调度控制系统连接，所述预警防护终端内储存有全线线路数据，用于根据全线线路数据、机车的经纬度信息、施工人员的经纬度信息以及联锁码位信息定位机车位置、施工人员位置，并生成预警信息。
30.进一步地，所述铁路预警防护系统还包括：盯控终端，所述盯控终端实时获取施工计划，所述预警防护终端还用于定位施工区域位置，并生成预警信息。
31.进一步地，所述施工计划包含：施工区域、施工组号、施工开始时间以及施工结束时间。
32.进一步地，所述预警防护终端通过接口服务器与所述车载终端、手持终端、调度控制系统、盯控终端进行通信连接。
33.进一步地，所述预警防护终端包括：
34.储存模块，其存储有全线线路数据；
35.定位模块，其与所述储存模块连接，用于根据全线线路数据将机车所在位置、施工人员所在位置以及施工区域定位到线路区段上；
36.路线模块，其与所述定位模块连接，用于根据联锁码位信息及机车所在位置的线路区段确定机车的前方进路；
37.判断预警模块，其与所述定位模块及路线模块连接，用于判断机车前方进路是否存在施工人员或施工区域，以及根据机车与施工人员或施工区域的相对位置生成预警信息。
38.进一步地，所述预警防护终端还包括：
39.接收模块，其用于实时接收机车的经纬度信息、施工人员的经纬度信息、施工计划，以及全线线路的联锁码位信息；
40.发送模块，其用于将预警信息分别发送至对应的车载终端及手持终端。
41.本发明具有以下优势：
42.采用北斗导航卫星系统高精度定位机车的经纬度信息，并结合全线线路数据及联锁码位信息定位机车的位置，多种定位方式结合提高了机车位置确定的精准性和全面性。同时，对施工人员进行实时防护时，采用施工区域防护以及施工区域之外的施工人员单独防护两种防护方式，增强了施工人员作业的安全性。
附图说明
43.图1为铁路预警防护系统的结构示意图。
44.图2为铁路预警防护方法的流程示意图。
具体实施方式
45.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
46.本发明提出了一种基于北斗位置的铁路预警防护系统及预警方法，首次将国产自主北斗导航系统提供的高精准定位及短报文通信技术应用于铁路预警中。具体地，本发明的铁路预警防护系统，包括：
47.至少一个车载终端，所述车载终端设于机车上，用于实时获取各个机车的经纬度信息，并接收预警信息；
48.至少一个手持终端，所述手持终端用于实时获取各个施工人员的经纬度信息，并接收预警信息；
49.盯控终端，所述盯控终端实时获取施工计划；所述施工计划包含：施工区域的经纬度信息、施工区域的半径、施工组号、施工开始时间以及施工结束时间；
50.调度控制系统，所述调度控制系统用于实时获取全线线路的联锁码位信息；
51.预警防护终端，所述预警防护终端与所述车载终端、手持终端、盯控终端以及调度控制系统连接，所述预警防护终端内储存有全线线路数据，用于根据机车的经纬度信息、施工人员的经纬度信息、施工区域、以及联锁码位信息定位各个机车、施工人员及施工区域的位置，并生成预警信息。
52.所述车载终端以及手持终端均通过北斗导航系统确定机车或施工人员的经纬度信息。
53.所述预警防护终端通过接口服务器与所述车载终端、手持终端、调度控制系统、盯控终端进行通信连接。具体地，所述预警防护终端通过地面全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)管理服务器与所述车载终端及手持终端通信连接、通过web服务器与所述盯控终端通信连接、通过列车调度指挥系统接口(train dispatching command system interface，tdcsi)接口服务器及通信接口服务器与所述调度控制系统通信连接。
54.所述预警防护终端包括：
55.储存模块，其存储有全线线路数据；所述全线线路数据包含各个线路区段的经纬度坐标；
56.接收模块，其用于实时接收所述机车的经纬度信息，施工人员的经纬度信息、施工区域以及联锁码位信息；
57.定位模块，其与所述储存模块及接收模块连接，用于根据全线线路数据将机车、施工人员所在位置以及施工区域定位到的线路区段上；所述定位模块将机车的经纬度信息，或施工人员的经纬度信息，或施工区域的中心点经纬度信息与全线线路数据中线路区段的经纬度坐标进行映射，从而将机车所在位置，或施工人员所在位置，或施工区域定位到所有线路区段上；
58.路线模块，其与所述定位模块连接，用于筛选校准机车所在位置的线路区段，并根据联锁码位信息确定机车的前方进路；
59.判断预警模块，其与所述定位模块及路线模块连接，用于判断机车前方进路是否存在施工人员或施工区域，以及根据机车与施工人员或施工区域的相对位置生成预警信息；
60.发送模块，其用于将预警信息分别发送至对应的车载终端及手持终端。如图2所示，本发明提出的一种铁路预警防护方法，具体包含以下步骤：
61.s1、实时获取各个机车的经纬度信息及运行状态信息，并结合全线线路数据及联锁码位信息确定各个机车的前方进路。
62.机车的运行状态信息包含机车的速度、运行方向等实时信息。联锁码位信息包含联锁码位的占用信息、道岔定反位置信息以及站场数据的连接关系。
63.所述步骤s1具体包含以下步骤：
64.s1.1、所述预警防护终端接收各个车载终端所发送的各个机车的经纬度信息以及机车的运行状态信息，再依据全线线路数据将机车位置定位到所有可能的线路区段上；
65.s1.2、实时获取机车位置所在的所有可能线路区段内的联锁码位信息，对机车位置所在的所有可能线路区段进行筛选校准，以确定机车位置所在的具体线路区段；
66.具体地，根据机车位置所在的所有可能的线路区段内的联锁码位的占用情况以及
站场数据的连接关系，对机车位置所在的所有可能的线路区段进行筛选校准。
67.s1.3、根据机车位置所在的具体线路区段内的联锁码位信息，确定机车的前方进路。
68.具体地，根据机车位置所在的具体线路区段内道岔定反位置，预判机车前方所有可能的进路，并实时根据联锁码位变化情况进行校准从而确定机车的前方进路。
69.s2、实时获取各个施工人员的经纬度信息，结合全线线路数据定位施工人员位置所在的线路区段。
70.具体地，施工人员配有手持终端，所述手持终端通过北斗导航系统实时获取施工人员的经纬度信息。所述预警防护终端接收各个手持终端发送的施工人员的经纬度信息，并与全线线路数据中线路区段的经纬度坐标进行映射，得到各个施工人员位置所在的所有可能的线路区段。
71.s3、实时获取各个施工计划，结合全线线路数据定位施工区域所在的线路区段。
72.具体地，所述预警防护终端从盯控终端获取全线线路区段内的所有施工计划，施工计划包含施工区域信息，所述预警防护终端再将施工区域中心点的经纬度信息与全线线路数据中线路区段的经纬度坐标进行映射，从而定位各个施工区域位置所在的线路区段。
73.s4、判端各个施工人员是否在其指定的施工区域内；若否，将该施工人员列为需要单独防护的目标；
74.具体地，判断施工人员位置距离施工区域中心点的距离是否大于该施工区域的半径，若是，该施工人员位于其指定的施工区域之外，将该施工人员设为需要单独进行预警防护的目标。
75.s5、判断各个机车的前方进路中是否存在施工区域或需要单独防护的施工人员；若是，则将该施工区域或需要单独防护的施工人员设为预警目标点，并执行步骤s6；否则，重复执行步骤s1-s5；
76.具体地，判断机车前方进路所包含的线路区段上是否存在施工人员位置所在的线路区段或施工区域位置所在的线路区段；若存在，则将该施工人员或施工区域确定为预警目标点。
77.s6、计算各个机车与其对应预警目标点间的距离，并生成预警信息发送至相应的终端。
78.具体地，若机车前方进路中的预警目标点是需要单独防护的施工人员，预警防护终端跟踪该施工人员，实时计算其位置所在的线路区段与机车之间的距离。预警防护终端根据机车与该施工人员之间的距离及机车当前的运行速度实时确定预警等级，生成预警信息分别发送至机车的车载终端及施工人员的手持终端上。
79.若机车前方进路中的预警目标点是施工区域，预警防护终端实时计算该机车与该施工区域之间的距离，并根据机车当前的运行速度确定预警等级，生成预警信息分别发送至机车的车载终端以及施工区域内所有施工人员的手持终端上。
80.根据机车与预警目标点之间的距离是否在预警级别的报警距离内，确定预警等级，所述各个预警级别报警距离的计算方法为：
81.s＝tf
×v0
td
×v0
tl
×v0
ds
82.其中，tf为司机反应时间，v0为机车运行速度，ds为机车紧急制动距离，td为通信
延时时间，tl为级别阈值时间。
83.本实施例中，包括三种预警等级，其中一级预警的级别阈值时间为60s，二级预警的级别阈值时间为30s，三级预警的级别预警阈值时间为10s；机车的反应时间为30s，通信延迟时间为5s。
84.本发明提出的铁路预警防护系统采用全线线路数据、联锁码位信息以及北斗导航系统种定位方式结合的方法，精确定位所有机车的位置，覆盖所有可能接近施工人员的机车，而不单单依赖北斗导航卫星系统定位机车或联锁码位信息，提高了机车位置定位的精准性和全面性，防止出现漏提醒的现象。同时，对施工人员进行实时防护时，采用施工区域防护以及施工区域之外的施工人员单独防护两种防护方式，增强了施工人员作业的安全性。
85.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。