本发明涉及一种用于铁路施工安全防护的预警系统。
背景技术：
铁路由于其价格低廉、安全性好等特点，是我国国民经济发展的基础。近年，铁路里程不断扩大，铁路线路输送大量列车后需要对其进行大量的维修、保养等工作，而线路工人进行线路施工时，现有的安全防护设备通常是车站工作人员将该线路的施工时段设置为“天窗”期，不放行列车进入该施工区域，同时现场施工工人通过在地面设置防护设备，当有列车通过该防护设备时，向线路施工工人发送警报。这些安全防护措施都不够全面，容易导致列车闯入施工区发生列车撞人事故。
通过对现有铁路施工安全防护设施的梳理，可以发现，现有的防护设施只从一个或者两个方面进行了防护，没有从车站工作人员监控，火车司机和施工工人三个方面来进行全方位的防护，且自动性不强。同时，现有的系统大多是以传统单片机为基础来进行开发，系统性能较差，特别是在实际应用时。
技术实现要素：
本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种用于铁路施工安全防护的自动预警系统，从车站监控，列车和施工工地三个方面来进行全方位的防护。
本发明的技术方案为：
一种铁路施工安全防护预警系统，包括地面预警终端、车载预警终端和车站监控终端，
所述车载预警终端包括车载处理器模块以及与车载处理器模块连接的第一无线通信模块、第三无线通信模块和第一报警模块，所述车载处理器模块随时将列车行驶信息通过第三无线通信模块传送至车站监控终端，当达到第一无线通信模块的通信距离时通过第一无线通信模块将列车行驶信息传送至地面预警终端；
所述地面预警终端包括地面处理器模块以及与地面处理器模块连接的第一无线通信模块、第二无线通信模块、gps定位模块和第二报警模块，所述地面处理器模块接收gps定位模块采集的施工地点的位置信息并通过第二无线通信模块传送至车站监控终端；
所述车站监控终端包括车站处理器模块以及与车站处理器模块连接的第二无线通信模块、第三无线通信模块、第三报警模块和图像处理显示装置，所述图像处理显示装置将车站处理器模块接收到的施工地点的位置信号与地图结合并显示出来，当有施工地点显示在图像处理显示装置上时第三报警模块发出警报；
所述车载预警终端和地面预警终端通过第一无线通信模块连接，所述地面预警终端和车站监控终端通过第二无线通信模块连接，所述车站监控终端和车载预警终端通过第三无线通信终端连接。
具体的，所述车载处理器模块、地面处理器模块和车站处理器模块中的处理器为arm架构下的stm32硬件开发平台。
具体的，所述第一无线通信模块采用型号为e50-ttl-100的无线通信模块，其通信距离为2000米，在地面预警终端的第一无线通信模块的发射机末端设置一功率放大器增大通信距离。
具体的，所述第一无线通信模块采用型号为apc810的无线通信模块，其通信距离为5000米。
具体的，所述第二无线通信模块为gprs模块，所述第三无线通信模块采用模拟铁路数字移动通信系统gsm-r进行信息交互。
具体的，施工地点在高铁路线上时，根据高速列车的行驶速度和制动距离计算，4000米为安全制动距离，因此在距离施工地点4000米处设置一个点式电磁感应器；施工地点在非高速铁路线路上时，安全距离为1500米，因此在距离施工地点1500米处设置一个点式电磁感应器；车载预警终端设置相同的点式电磁感应器和列车制动装置，并与车载处理器模块连接。
具体的，所述图像处理显示模块包括地图模块和显示器，所述地图模块采用sdk软件开发工具包进行开发后与gps定位模块传送至车站监控终端的施工地点的位置信息匹配后显示在显示器上。
具体的，所述图像处理显示模块为计算机，接收gps定位模块传送至车站监控终端的施工地点的位置信息并显示在事先下载开发的地图中。
具体的，所述地面预警终端集成为一小型手持设备，所述地面预警终端还包括与地面处理器模块连接的锂电池。
本发明的工作过程如下：
a、施工地点的施工人员将gps定位模块采集的位置信息通过地面预警终端发送到车站监控终端，车站监控终端的图像处理显示模块显示施工地点的位置信息且第三报警模块发出警报；
b、车站工作人员听到警报确认施工地点，调整列车行驶路线不放行列车到前方处于天窗期的施工路段；
c、有列车错误进入处于天窗期的施工路段时，当列车与施工地点的距离小于车载预警终端与地面预警终端的第一无线通信模块的传输距离时，第一报警模块、第二报警模块和第三报警模块发出警报，施工人员撤离施工地点；
d、施工人员听到警报并及时行动时执行步骤e，当施工人员未及时撤离时执行步骤f；
e、所有施工人员撤离时关闭地面预警终端，第一报警模块、第二报警模块和第三报警模块解除警报，列车以正常行驶速度通过施工路段；
f、当列车经过设置的点式电磁感应器时，车载的电磁感应器接收到地面设置的点式电磁感应器发出的信号，列车制动装置开始自动制动列车停车；
g、施工人员施工完毕撤离施工地点时发送撤离信息至车站监控终端后关闭地面预警终端，车站工作人员将施工路段加入正常行驶列车路线。
本发明的有益效果为：通过地面预警终端、车载预警终端和车站监控终端实现了施工人员、火车司机和车站工作人员三方面联合的铁路施工安全防护预警，极大的提高了铁路施工安全防护预警的有效性，确保了铁路施工人员的安全性；同时，以arm架构下的stm32硬件开发平台进行开发，系统的性能远好于通过单片机来开发；此外本系统简单、便捷，成本低廉，可实施性极强；结合列车制动装置自动制动列车停车，避免由于列车工作人员不能及时发现情况时保证施工人员的安全；针对高速铁路线路和非高速铁路线路分别布置点式电磁感应器，使本发明适用性更广。
附图说明
图1是本发明提供的一种铁路施工安全防护预警系统的逻辑示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
本发明的一种用于铁路施工安全防护的预警系统，包括地面预警终端、车载预警终端和车站监控终端，所述车载预警终端包括车载处理器模块以及与车载处理器模块连接的第一无线通信模块、第二无线通信模块和第一报警模块，所述车载处理器模块将列车行驶信息传送至地面预警终端和车站监控终端；所述地面预警终端包括地面处理器模块以及与地面处理器模块连接的第二无线通信模块、第三无线通信模块、gps定位模块和第二报警模块，所述地面处理器模块接收gps定位模块采集的施工地点的位置信息并传送至车站监控终端；所述车站监控终端包括车站处理器模块、地图模块以及与车站处理器模块连接的第二无线通信模块、第三无线通信模块、第三报警模块和显示器，所述显示器连接地图模块，将施工地点的位置信号在地图模块传送的地图上显示出来，当有施工地点显示在显示器上显示时第三报警模块发出警报，车站工作人员调整列车线路避开施工地点；所述车载预警终端和地面预警终端通过第一无线通信模块连接，所述地面预警终端和车站监控终端通过第二无线通信模块连接，所述车站监控终端和车载预警终端通过第三无线通信终端连接；当列车与施工地点之间的距离小于地面预警终端和车载预警终端的第一无线通信模块的通信距离时，第一报警模块、第二报警模块和第三报警模块发出警报。
本实施例中车载处理器模块、地面处理器模块和车站处理器模块中的处理器为arm架构下的stm32硬件开发平台，性能好于传统系统中使用的单片机。
本实施例中地面预警终端和车载预警终端的第一无线通信模块采用型号为e50-ttl-100的无线通信模块，具有低功耗、穿透性强的特点。该模块的的通信距离为2000米，以普通列车100km/h的速度计算，列车距施工区有一分钟的时间，工人听到警报后有足够的时间趋避。在地面预警终端的第一无线通信模块的发射机末端设置一功率放大器增大通信距离或者第一无线通信模块采用型号为apc810的无线通信模块，其通信距离为5000米。
本实施例中第二无线通信模块为gprs模块，gprs无线通信模块具有传输速度快、距离远、数据传输稳定的特点。
本实施例中第三无线通信模块是模拟铁路数字移动通信系统gsm-r进行信息交互，gsm-r系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，通信稳定，大量应用在铁路调度和通信中。
本实施例中，施工地点在高铁路线上时，在距离施工地点4000米处设置一个点式电磁感应器；施工地点在非高速铁路线路上时，在距离施工地点1500米处设置一个点式电磁感应器；车载预警终端设置相同的点式电磁感应器和列车制动装置，并与车载处理器模块连接。便于在列车司机未及时停止列车时自动制动停下列车。
点式电磁感应器是一种用来“感知”物体接近的元件，利用磁感应原理，将距离物理量转化为电信号。将点式电磁感应器卡在铁轨上，当车轮经过点式电磁感应器上方时，点式电磁感应器感应并传送出输出信号。
本实施例中列车制动装置采用ztl型自动停车设备，ztl型自动停车设备于1980年12月通过中国铁道部技术鉴定并在全路迅速推广使用，目前，全路运用机车绝大多数已经安装，对保证行车安全、防止冒进信号起到了一定作用。
本实施例中，图像处理显示模块包括地图模块和显示器，所述地图模块采用sdk软件开发工具包进行开发后与gps定位模块传送至车站监控终端的施工地点的位置信息匹配后显示在显示器上，sdk是常用的一种软件开发工具包，下载的地图通过此开发后与gps数据匹配显示在显示器上。另外图像处理显示模块也可以为计算机，接收gps定位模块传送至车站监控终端的施工地点的位置信息并显示在事先下载开发的地图中。
本实施例中地面预警终端集成为一小型手持设备，地面预警终端还包括与地面处理器模块连接的锂电池，便于外出施工时携带。
本发明的实施方法为：
a、施工地点的施工人员将gps定位模块采集的位置信息通过地面预警终端发送到车站监控终端，车站监控终端的图像处理显示模块显示施工地点的位置信息且第三报警模块发出警报；
b、车站工作人员听到警报确认施工地点，调整列车行驶路线不放行列车到前方处于天窗期的施工路段；
c、有列车错误进入处于天窗期的施工路段时，当列车与施工地点的距离小于车载预警终端与地面预警终端的第一无线通信模块的传输距离时，第一报警模块、第二报警模块和第三报警模块发出警报，施工人员撤离施工地点；
d、施工人员听到警报并及时行动时执行步骤e，当施工人员未及时撤离时执行步骤f；
e、所有施工人员撤离时关闭地面预警终端，第一报警模块、第二报警模块和第三报警模块解除警报，列车以正常行驶速度通过施工路段；
f、当列车经过设置的点式电磁感应器时，车载的电磁感应器接收到地面设置的点式电磁感应器发出的信号，列车制动装置开始自动制动列车停车；
g、施工人员施工完毕撤离施工地点时发送撤离信息至车站监控终端后关闭地面预警终端，车站工作人员将施工路段加入正常行驶列车路线。
本发明的工作原理为：
本发明与传统铁路施工安全防护预警装置的根本区别在于，不仅设置有地面预警终端和车载预警终端，还设置有车站监控终端。其中，地面预警装置可以集成制作为一个较小的手持终端，方便携带。在地面预警装置启用时，地面预警终端与车站监控预警终端通过第二无线通信模块进行通信，同时将地面终端gps模块测出的位置信息传输到车站监控终端，车站监控终端的显示屏上将地面终端的实时位置信息以地图形式直观的反映出来，同时第三报警模块发出警报，提醒车站工作人员线路施工情况，车站工作人员调整列车线路避开施工地点，以免工作人员忘记前方线路正在施工，误将列车放行到前方路段，造成事故。
另外，车载预警终端通过第一无线通信模块与地面预警终端通信，当列车与施工地点的距离小于地面预警终端和车载预警终端的第一无线通信模块的传输距离时，车载预警终端与地面预警终端实现通信，同时地面预警终端和车载预警终端的报警模块都发出语音警报，车载预警终端的第一报警模块发出预设的比如“前方正在施工，请立即制动”的语音，地面预警终端的第二报警模块发出预设的比如“列车到来，请立即趋避的语音。
这样从火车司机、施工人员和车站工作人员三个方面对铁路线路施工人员进行安全防护，可以极大的提高铁路线路施工人员的安全性。
且当施工人员无法及时撤离且列车司机未及时停车时，列车在通过设置在铁路上的点式电磁感应器的位置处时，列车制动装置可以自动制动列车停车，增强了铁路施工的安全性。
同时，系统采用性能更好的嵌入式arm模块进行开发，系统的稳定性和有效性更好。此外，系统采用的模块均为低功耗，性能优良的模块，因此系统简单、便捷，成本低廉，可实施性极强。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。