一种轨道交通施工人员安全预警系统及方法与流程

本发明涉及城市轨道交通安全防范领域，具体涉及一种轨道交通施工人员安全预警系统及方法。

背景技术：

城市轨道交通中，轨道交通施工人员在列车的运行轨道上进行施工时，一般会利用运营的间隔时间进行施工，也就是天窗作业，同时，为了保证施工期间人员的安全、也为了防止施工设备及人员的施工时间超过天窗作业时长而影响车辆通过，需要对轨道交通施工人员进行列车接近预警，并疏导施工人员及设备在列车通过前及时撤离。

目前，对轨道交通施工人员进行列车接近预警的方法为在现场施工点及车站信号设备室中分别配备安全防护督导人员，其中，车站信号室安全防护督导人员与信号设备操作人员实时沟通通过车辆情况并通知施工点，施工点安全防护督导人员负责在车辆通过前疏散施工人员，并清理线路遗留设备，车站信号设备操作人员在车站放行通过车辆时，就开始通知区间作业的安全防护督导人员，并时刻注意信号设备上显示的车辆行进位置，同时将车辆位置通知至现场人员，需要经过信号设备显示，车站信号操作人员观察，安全督导人员沟通等串行环节。然而，由于该过程均为人员监控，且目前信号设备条件下，车辆位置只显示至区间，因此极易造成人员误报漏报及无法及时将撤离消息传递至每个施工人员的问题，甚至导致事故。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种轨道交通施工人员安全预警系统及方法，利用完整且自动的施工人员预警体系替代了原人工告警方式，且预警过程准确、及时且可靠，有效避免了由于人员疏忽而导致的安全事故。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种轨道交通施工人员安全预警系统，包括：信息处理模块，以及分别与信息处理模块通信连接的测距模块、施工点安全限界模块和预警模块；

所述测距模块，用于实时检测施工点的安全施工范围的边界处与行驶中列车间的距离，并将所述安全施工范围的边界处与行驶中列车间的距离实时发送至所述信息处理模块；

所述信息处理模块，用于在接收到的所述测距模块发送的距离值等于安全距离阈值时，向所述预警模块发出告警撤离命令，同时向所述施工点安全限界模块发送人员出清检查命令；

所述预警模块，用于根据接收到的所述告警撤离命令发出告警提示，以告知施工人员从施工点撤离；

所述施工点安全限界模块，用于根据接收到的所述人员出清检查命令，检测所述安全施工范围内的人员撤离情况并将检测结果实时发送至信息处理模块。

进一步的，所述测距模块包括：设置在所述施工点的安全施工范围的来车方向边界处的施工点测距单元、和设置在列车行驶方向的车头上的车辆测距单元；

所述施工点测距单元用于与所述车辆测距单元进行时间同步并向所述车辆测距单元发送广播请求，以及获取所述车辆测距单元与施工点测距单元间的双向传输的到达时间差，并根据所述到达时间差确定所述车辆测距单元与施工点测距单元间的距离；

所述车辆测距单元用于与所述施工点测距单元进行时间同步，以及向所述施工点测距单元发送广播回复信息。

进一步的，所述施工点测距单元包括：时间同步信号发送子单元、广播请求发送子单元及距离确定子单元；

所述时间同步信号发送子单元用于向所述车辆测距单元发送时间同步信号；

所述广播请求发送子单元用于在接收到所述车辆测距单元发回的时间同步回复信号后，向所述车辆测距单元发送广播请求；

所述距离确定子单元用于在接收到所述车辆测距单元发回的广播回复信息后，根据所述车辆测距单元与施工点测距单元间的双向传输的到达时间差，获取所述车辆测距单元与施工点测距单元间的距离。

进一步的，所述车辆测距单元包括：时间同步回复信号发送子单元及广播回复信息发送子单元；

所述时间同步回复信号发送子单元用于根据接收到的所述时间同步信号，向所述施工点测距单元发送所述时间同步回复信号；

所述广播回复信息发送子单元用于根据接收到所述广播请求，向所述施工点测距单元发送所述广播回复信息。

进一步的，所述信息处理模块包括：距离信息接收单元及命令发送单元；

所述距离信息接收单元用于实时接收所述测距模块发送的所述安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离；

所述命令发送单元用于在所述安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离间的距离达到安全距离阈值时，向所述预警模块发出告警撤离命令，同时向所述施工点安全限界模块发送人员出清检查命令。

进一步的，所述施工点安全限界模块包括：相互之间通信连接的多个人员测距单元及无线测距单元；

各所述人员测距单元分别设置在所述安全施工范围的全部施工人员身上；

各所述无线测距单元分别设置在所述安全施工范围的各边界处，使得各所述无线测距单元组成的检测范围与所述安全施工范围重合；

所述无线测距单元用于根据接收到的所述人员出清检查命令，定位所述安全施工范围内的全部所述人员测距单元，并实时判断所述安全施工范围内的施工人员是否全部撤离；

若所述安全施工范围的施工人员未全部撤离，则所述无线测距单元向所述信息处理模块发送人员未撤离信息，使得所述信息处理模块根据所述人员未撤离信息继续向所述预警模块发出告警撤离命令；

若所述安全施工范围的施工人员全部撤离，则所述无线测距单元向所述信息处理模块发送人员成功撤离信息，使得所述信息处理模块根据所述人员成功撤离信息停止向所述预警模块发出告警撤离命令。

进一步的，所述预警模块包括：多个人员告警单元及全场告警单元；

各所述人员告警单元分别设置在所述安全施工范围内的各个施工人员身上，且所述人员告警单元用于根据接收到的所述告警撤离命令发出震动告警提示；

各所述全场告警单元分别设置在所述安全施工范围的各边界处，且所述全场告警单元用于根据接收到的所述告警撤离命令发出声光报警提示，以使得施工人员撤离施工点。

进一步的，一个所述人员测距单元均与一个人员告警单元共同设置在同一设备体中，并将该所述设备体佩戴在所述施工人员身上。另一方面，本发明还提供了一种轨道交通施工人员安全预警方法，包括：

实时检测施工点的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离；

在所述安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离达到安全距离阈值时，向所述施工点发出告警撤离命令及人员出清检查命令；

根据接收到的所述告警撤离命令发出告警提示，使得施工人员撤离施工点；

以及，根据所述人员出清检查命令检测所述安全施工范围内的人员撤离情况，并根据检测结果判断是否继续发出告警提示。

进一步的，所述施工点的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离的获取过程包括：

对分别设置在来车方向上的列车与所述安全施工范围的来车方向边界处的两个测距单元进行时间同步；根据所述时间同步的结果获取列车与所述施工点的安全施工范围的来车方向边界处间的双向传输的到达时间差；

根据所述到达时间差确定列车与所述施工点的安全施工范围的来车方向边界处间的距离。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种轨道交通施工人员安全预警系统及方法，通过实时检测施工点安全施工范围边界与行驶中列车间距离的测距模块、在安全施工范围的边界处与行驶中列车间的距离间的距离达到安全距离阈值时向预警模块发出告警撤离命令，并向施工点安全限界模块发送人员出清检查命令的信息处理模块、根据检测安全施工范围内的人员撤离情况的施工点安全限界模块、及根据接收到的告警撤离命令发出告警提示的预警模块的设置；利用完整且自动的施工人员预警体系替代了原人工告警方式，且预警过程准确、及时且可靠，有效避免了由于人员疏忽而导致的安全事故，进而保证了轨道交通稳定且可靠的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中的一种轨道交通施工人员安全预警系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的预警系统中的测距模块20的结构示意图；

图3是本发明实施例三中的预警系统中的信息处理模块10的结构示意图；

图4是本发明实施例四中的预警系统中的施工点安全限界模块30的结构示意图；

图5是本发明实施例五中的预警系统中的预警模块40的结构示意图；

图6是本发明的具体应用例中的预警系统的结构示意图；

图7是本发明的具体应用例中的车辆测距单元22与施工点测距单元21间距离获取逻辑示意图；

图8是本发明的一种轨道交通施工人员安全预警方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一提供了一种轨道交通施工人员安全预警系统。参见图1，该预警系统具体包括如下内容：

信息处理模块10，以及分别与信息处理模块10通信连接的测距模块20、施工点安全限界模块30和预警模块40。

测距模块20，用于实时检测施工点的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离，并将安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离实时发送至信息处理模块10。

在本模块中，测距模块20实时检测施工点的安全施工范围的来车方向边界处与向施工点行驶的列车之间的距离，并以一定的时间规则周期性的将安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离实时发送至信息处理模块10，其中，信息的发送周期根据实际情况设置为固定值，例如2秒/次，也可以根据距离的远近预设一个时间规则，例如在安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离大于1km时，每隔3秒向信息处理模块10发送一次距离值，距离小于1km时，每隔1秒向信息处理模块10发送一次距离值。

信息处理模块10，用于在接收到的所述测距模块20发送的距离值等于安全距离阈值时，向预警模块40发出告警撤离命令，同时向施工点安全限界模块30发送人员出清检查命令。

在本模块中，信息处理模块10在接收到的所述测距模块20发送的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离达到安全距离阈值时，信息处理模块10向预警模块40发出告警撤离命令，同时信息处理模块10向施工点安全限界模块30发送人员出清检查命令；其中，安全距离阈值为根据实际情况预设的足够施工人员撤离、设备撤离及反应时间等的时间总和。

施工点安全限界模块30，用于根据接收到的人员出清检查命令，检测安全施工范围内的人员撤离情况。

在本模块中，施工点安全限界模块30根据接收到的信息处理模块10发送的人员出清检查命令，检测安全施工范围内的人员撤离情况，并将检测结果实时发送至信息处理模块10，使得信息处理模块10能够根据检测结果判断是否继续向预警模块40发送告警撤离命令。

预警模块40，用于根据接收到的告警撤离命令发出告警提示，以告知施工人员从施工点撤离。

在本模块中，预警模块40根据信息处理模块10发送的告警撤离命令发出告警提示，以告知施工人员从施工点撤离。

从上述描述可知，本发明实施例实现了在车辆接近施工点时，实时提醒人员与车辆距离，避免反复沟通及漏报；可准确定位车辆与施工点的距离，准确控制人员撤离提前量；以及在发出预警后，检查限界内人员是否清空；有效避免了由于人员疏忽而导致的安全事故。

本发明实施例二提供了上述预警系统中的测距模块20的一种具体实施例。参见图2，该测距模块20具体包括如下内容：

设置在所述施工点的安全施工范围的来车方向边界处的施工点测距单元21、和设置在列车行驶方向的车头上的车辆测距单元22。

施工点测距单元21与车辆测距单元22进行时间同步后，获取与施工点测距单元21间的双向传输的到达时间差，并根据到达时间差确定车辆测距单元22与施工点测距单元21间的距离；其中，施工点测距单元21中还包括：时间同步信号发送子单元211、广播请求发送子单元212及距离确定子单元213。

时间同步信号发送子单元211用于向车辆测距单元22发送时间同步信号。

广播请求发送子单元212用于在接收到车辆测距单元22发回的时间同步回复信号后，向车辆测距单元22发送广播请求。

距离确定子单元213用于在接收到车辆测距单元22发回的广播回复信息后，根据与车辆测距单元22的双向传输的到达时间差，获取与车辆测距单元22间的距离。

车辆测距单元22用于与施工点测距单元21进行时间同步后，向施工点测距单元21发送广播回复信息；其中，车辆测距单元22中包括：时间同步回复信号发送子单元221及广播回复信息发送子单元222。

时间同步回复信号发送子单元221用于根据接收到时间同步信号，向施工点测距单元21发送时间同步回复信号；

广播回复信息发送子单元222用于根据接收到的广播请求，向施工点测距单元21发送广播回复信息。

在测距模块20中，车辆测距单元22安装在车头上，其通过测量与施工点测距模块双向传输的到达时间差，施工点测距单元21发出时间同步并接收车辆测距单元22的回复，随后车辆发出广播信号，施工点测距单元21收到后进行到达时间比较，进而测量出与车辆的距离。车辆测距单元22可以采用CSS(线性调频扩频)无线测距方式其中，在根据时间差确定距离的过程中，车辆测距单元22将列车的速度发送给施工点测距单元21，施工点测距单元21根据接收到的列车的实时速度及时间差，计算得到施工点测距单元21与列车车头(也就是车辆测距单元22)之间的距离。

从上述描述可知，本发明实施例准确且及时的获取行驶中的列车与施工点间的距离，并能够及时将该距离发送至信息处理模块10，使得后续对施工人员的告警起到了准确的基础支撑作用，使得施工人员及设备均得以及时撤离，并保证了列车的顺利运行。

本发明实施例三提供了上述预警系统中的信息处理模块10的一种具体实施例。参见图3，该信息处理模块10具体包括如下内容：

距离信息接收单元11及命令发送单元12。

距离信息接收单元11用于实时接收测距模块20发送的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离。

命令发送单元12用于在安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离间的距离达到安全距离阈值时，向预警模块40发出告警撤离命令，同时向施工点安全限界模块30发送人员出清检查命令。

从上述描述可知，本发明实施例中的信息处理模块10实现了不再沿用传统的安全防护督导方法，不需要在车站安置安全防护督导人员，简化了安全预警下达流程，降低了沟通成本，车辆自主发送接近信息，施工点自主接收，避免人员疏忽导致的安全事故。

本发明实施例四提供了上述预警系统中的施工点安全限界模块30的一种具体实施例。参见图4，该施工点安全限界模块30具体包括如下内容：

相互之间通信连接的多个人员测距单元31及无线测距单元32；

各人员测距单元31分别设置在安全施工范围的全部施工人员身上；

各无线测距单元32分别设置在安全施工范围的各边界处，使得各无线测距单元32组成的检测范围与安全施工范围重合；

无线测距单元32用于根据接收到的人员出清检查命令，定位安全施工范围内的全部人员测距单元31，并实时判断安全施工范围内的施工人员是否全部撤离。

若所述安全施工范围内的施工人员未全部撤离，则所述无线测距单元32向所述信息处理模块10发送人员未撤离信息，使得所述信息处理模块10根据所述人员未撤离信息继续向所述预警模块40发出告警撤离命令。

若所述安全施工范围内的施工人员全部撤离，则所述无线测距单元32向所述信息处理模块10发送人员成功撤离信息，使得所述信息处理模块10根据所述人员成功撤离信息停止向所述预警模块40发出告警撤离命令。

本发明实施例五提供了上述预警系统中的预警模块40的一种具体实施例。参见图5，该预警模块40具体包括如下内容：

多个人员告警单元41及全场告警单元42；

各人员告警单元41分别设置在安全施工范围内的各个施工人员身上，且人员告警单元41用于根据接收到的告警撤离命令发出震动告警提示。

各全场告警单元42分别设置在安全施工范围的各边界处，且全场告警单元42用于根据接收到的告警撤离命令发出声光报警提示，以使得施工人员撤离施工点，其中，一个人员测距单元31均与一个人员告警单元41共同设置在同一设备体中，并将该设备体佩戴在施工人员身上。

从上述描述可知，本发明实施例使用两种预警方式避免了由于单一告警模式故障而导致的预警信息无法下达的问题，利用完整且自动的施工人员预警体系替代了原人工告警方式，且预警过程准确、及时且可靠，有效避免了由于人员疏忽而导致的安全事故，进而保证了轨道交通稳定且可靠的运行。

为更近一步的对本发明的方法进行详细说明，本法明提供一种轨道交通施工人员安全预警系统的具体应用例。具体过程如下：

1.设备组成：

车辆测距单元22、施工点测距单元21、施工点安全限界模块30、预警模块40、信息处理模块10，且设备架构参见图6。

2.各模块功能：

(1)车辆测距单元22：

车辆测距单元22安装在车头上，其用于接收施工点测距单元21发出的时间同步信号并回复时间同步信号；同时，接收施工点测距单元21发出的广播信号并回复广播信号。施工点测距单元21发出时间同步并接收车辆测距单元22的回复，随后车辆发出广播信号，施工点测距单元21收到后进行到达时间比较，进而测量出与车辆的距离。车辆测距单元22可以采用CSS(线性调频扩频)无线测距方式。

(2)施工点测距单元21：

施工点测距单元21位于施工点的来车方向的边缘处，其也采用CSS无线测距方式，接收车辆发出的时间同步、广播信号并回复，进行到达时间比较，测得与车辆的距离。

其中的测距方式参见图7：施工点测距单元21首先发出时间同步信息，车辆测距单元22接收到时间同步信息之后向施工点测距单元21回复时间同步信息，从而施工点测距单元21与车辆测距单元22间的时间同步。之后，施工点测距单元21再向车辆测距单元22发送广播信息，车辆测距单元22根据接收到的广播信息返回广播信息给施工点测距单元21，根据施工点测距单元21和车辆测距单元22接收到广播信息和广播回复信息的时间差，并根据车辆测距单元22发送给施工点测距单元21的列车的速度，计算得到施工点测距单元21和车辆测距单元22间(也就是列车的来车方向的车头与安全施工范围的来车方向的边界处之间)的距离。

(3)施工点安全限界模块30：

施工点安全限界模块30包括在施工区域的周边设置的四个CSS无线测距模块，利用4个CSS无线测距模块构成矩形测量区域，通过三点定位的方式定位区域内人员。人员携带的预警模块40包含CSS测距功能，施工点安全限界模块30测量区域范围内人员距离，通过三点定位检查人员是否在限界范围内。当车辆到达需撤离距离时，信息处理模块10发出出清检查请求，施工点安全限界模块30检查限界范围内人员是否出清。

(4)预警模块40：

预警模块40包含两种，一种安放在施工区域旁边，通过声光报警提示施工人员，一种由施工人员随身携带，通过振动提示施工人员。预警模块40接收信息处理模块10传来的预警，在车辆接近预警值达到时，通过声光报警、振动提示人员撤离。使用两种预警模块40的目的是防止单一模块故障导致预警信息无法下达。

(5)信息处理模块10：

接收及处理施工点测距单元21传来的测距信息，包括上下行列车，在到达车辆接近预警阈值后，通过预警模块40下发人员撤离预警，随后通过安全限界模块检查人员是否出清，如未出清则持续进行预警。

本具体实例中，车辆与施工点之间通过到达时间差计算距离；施工点安全限界通过TDOA双曲线定位限界内人员；预警模块40同时接收安全限界扫描预警及车辆接近预警。

从上述描述可知，本具体实例有如下有益效果：

1.设备配置灵活：

设备可快速布置在施工点，构建安全限界。

施工人员携带预警模块40，即可接收车辆接近预警及限界出清预警。

线路和车辆分别安装车辆测距单元22及施工点测距单元21，可对运行区间内所有施工点进行接近预警。

2.不需要车站安置安全防护督导人员：

不沿用传统的安全防护督导方法，因此不需要在车站安置安全防护督导人员，简化了安全预警下达流程，降低了沟通成本，车辆自主发送接近信息，施工点自主接收，避免人员疏忽导致的安全事故。

3.车辆接近预警与应用指挥灵活：

适用于普通铁路，高速铁路，城市轨道交通等作业场景。

车辆在接近过程中，自主发送接近信息，途径作业点自主接收信息并处理。

更进一步的，本发明还提供了一种轨道交通施工人员安全预警方法，参见图8，该预警方法具体包括如下步骤：

步骤100：实时检测施工点的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离。

步骤200：在安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离达到安全距离阈值时，向施工点发出告警撤离命令及人员出清检查命令。

步骤300：根据接收到的所述告警撤离命令发出告警提示，使得施工人员撤离施工点。

步骤400：根据所述人员出清检查命令检测所述安全施工范围内的人员撤离情况，并根据检测结果判断是否继续发出告警提示。

其中，施工点的安全施工范围的来车方向边界处与行驶中列车间的距离的获取过程包括：

对分别设置在来车方向上的列车与所述安全施工范围的来车方向边界处的两个测距单元进行时间同步；根据所述时间同步的结果获取列车与施工点的安全施工范围的来车方向边界处间的双向传输的到达时间差，以及根据到达时间差确定列车与施工点的安全施工范围的边界处间的距离。

从上述描述可知，本发明实施例实现了在车辆接近施工点时，实时提醒人员与车辆距离，避免反复沟通及漏报；可准确定位车辆与施工点的距离，准确控制人员撤离提前量；以及在发出预警后，检查限界内人员是否清空；有效避免了由于人员疏忽而导致的安全事故。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。