本发明涉及铁路列车接近报警技术，具体的说是一种用于铁路安全防护的列车接近预警系统及方法。
背景技术
随着国家对铁路营业线增设复线、新线引入、技术改造和扩能改造等建设的加大投入，铁路邻近跨(穿)越营业线施工的规模和数量也将会不断的增加，这为铁路施工企业抢占营业收入份额提供了机遇。然而，铁路营业线施工又是在以不同的方式、情况、类别与每时每刻在运行着的列车，相互制约、干扰和影响。施工中稍有疏忽，就可能会酿成大祸，给国家和人民群众的生命财产造成严重损失。
铁路营业(临近营业)线施工是指，影响营业线设备稳定、使用和行车安全的各种施工作业，按照组织方式、影响程度分为施工和维修两类。临近营业线施工是指在营业线两侧一定范围内，新建铁路工程、营业线改造工程及地方工程等影响或可能影响铁路营业线设备稳定、使用和行车安全的施工作业。据有关部门调查统计，每年由于营业线施工违反安全管理规定，忽视防护工作所造成的人身、行车安全事故占铁路施工事故总数的17％以上。
铁路营业线施工的门类以及工序工艺过度繁杂，是在繁忙的营业线铁路上改造施工，行车、人身安全压力大，再加上作业人员中相当一部分没有从事过铁路营业线施工，对铁路营业线施工的知识不精通，不熟知，给营业线施工的人身安全防护增加了压力。确保营业线施工的人身安全和行车安全是一项重要的内容，如何保障作业人员的人身安全是一个极大的挑战。但是由于认识上的偏颇，当前在一些营业线施工的项目上，安全管理方面不同程度的忽视了人身的安全防护，为安全管理留下一定的隐患。因此，确保营业线施工的人身安全，必须要重视施工安全防护工作。
目前，用于列车安全防护报警的手段很多，随着铁路的多次提速和运输载重量的增大，列车紧急制动距离明显加长，旧的报警手段逐渐无法满足保障沿线施工人员安全的需要。国内外用于铁路列车接近报警的手段种类繁多，这些预警报警器的准确率从90％到95％不等。归纳起来主要有这么几种：
1)基于轮轨激励声检测技术的列车接近预警.利用测量钢轨中固体声变化来预报运行列车的方法，列车与钢轨作用产生激励声，激励声在钢轨中传播为固体声，根据轨中固体声传播的规律研究预报列车。
2)基于无线收发机的接近预警.在额定功率下，同频率的无线电发射机和接收机在工作半径内可以互相感知，以无线电作为车辆与控制目标之间距离测量的信息传输媒介，当车距小于设定值开始报警。
3)基于电缆传输的接近预警.比较出名的有中国铁路总公司铁科院铁建所和中国铁路通信信号总公司共同研制的ljb列车接近安全防护报警系统，该系统通过预先安装在报警距离以外的传感器接收列车信息，并通过电缆将报警信息传输到预警目标，达到报警效果。这个系统造价超过10万元人民币。
4)基于物联网设备的接近预警.比如一种基于智能手环的列车接近预警，系统包括智能手环、3g传输网络、internet和后台服务器；后台服务器将预警信息依次经过internet和3g网络发送至对应的施工负责人和施工人员的手持终端和智能手环上，通过声音信号、震动信号和电刺激信号提醒施工人员及时撤离危险施工路段。
5)日本的maple系统.该系统使用大约25米长的无绝缘轨道电路做成列车检测器，检测器检测到列车之后向监控单元汇报，监控单元控制各种能够报警设备如、指示灯、扬声器、道口栏木等。该系统还可以检测铁路障碍物，并向列车死机报警，实现双向保护。
6)美国harmonindastries公司的hxp-3系列报警器.harmon的系统用了道口接近区电流分流增强器，一旦电流分流发生，可以马上向道口接近区电路发送高频信号。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供一种用于铁路安全防护的列车接近预警系统，以能够准确判断列车是否进入了预警位置，并在预警产生后最大限度保障预警目标安全撤离现场。
为了实现本发明，其对应的技术方案：
一种用于铁路安全防护的列车接近预警系统，其包括：
安装在各个列车上，用于从各自所在列车上的gps模块获取定位信息的机车电台；
多个手持电台，用于通过与预警服务器所创建的报警信道，向所述预警服务器发送每一手持电台所对应的预警目标的实时定位信息并接收预警服务器所下发的警告信息；
以及部署在各个车站值班室的预警服务器，其用于通过与手持电台所创建的报警信道与各手持电台通信并实时监测各个预警目标的实时位置以及在线运行列车的运行信息，同时在所述在线运行列车与某一预警目标间的距离达到所预定的预警范围时，向所述预警目标发送警告信息；所述运行信息包括位置和速度。
进一步地，
所述预警服务器还用于向所述预警目标发送警告信息后，所述预警目标在所设定报警动作时间内未改变对应的实时定位信息时，在安全距离内通过在线运行列车上的tcds通讯系统触发紧急停车操作。
进一步地，
所述手持电台与预警服务器通过dmr直通双时隙技术创建报警信道。
进一步地，
所述预警服务器在报警信道的通信范围内与其所对应的多个手持电台进行实时通信。
本发明还要提供一种用于铁路安全防护的列车接近预警方法，其包括：
步骤1、在各个列车上安装用于从各自所在列车上的gps模块获取定位信息的机车电台；
步骤2、在多个手持电台与预警服务器之间创建报警信道；
步骤3、通过所述报警信道，向所述预警服务器发送每一手持电台所对应的预警目标的实时定位信息并接收预警服务器所下发的警告信息；
步骤4、在各个车站值班室部署预警服务器，通过所述预警服务器与手持电台所创建的报警信道与各手持电台通信并实时监测各个预警目标的实时位置以及在线运行列车的运行信息，在所述在线运行列车与某一预警目标间的距离达到所预定的预警范围时，向所述预警目标发送警告信息；所述运行信息包括位置和速度。
进一步地，
所述方法还包括步骤5：通过预警服务器向所述预警目标发送警告信息后，若所述预警目标在所设定报警动作时间内未改变对应的实时定位信息，则在安全距离内通过在线运行列车上的tcds通讯系统触发紧急停车操作。
进一步地，
步骤3中通过dmr直通双时隙技术创建所述手持电台与预警服务器之间的报警信道。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明能够准确掌握预警目标的位置并能够自动计算列车接近时间，并向预警目标发送警报，避免由于人为操作造成的误报、延报和漏报情况；
2.本发明能够与语音对讲平台融合，方便现场语音指挥撤离且能够提供离线报警、紧急停车、预警记录等增强功能；
3.本发明能够采用dmr标准，其扩展性好，部署方便，不受地形限制；
4.本发明能够提供可视化预警管理系统，并能够实时获取所有预警目标的位置、在线情况。
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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述列车接近预警系统结构示意图；
图2为本发明所述列车接近预警方法步骤流程示意图；
图3为本发明所述tdma时分多址通信示意图；
图4为本发明所述实例结构示意图。
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、完整地描述，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做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。
鉴于现有预警系统诸如预警距离短，建设造价高，可靠性低，只管发出预警不管目标是否撤离，功能单一，只能做专用设备预警方式单一，一般是声音、震动提醒，多是单一目标、固定区域预警，不容易掌控域内所有目标，不容易改变预警区域，且不易与其他铁路通讯系统对接等弊端。
如图1，本发明设计了一种用于铁路安全防护的列车接近预警系统，其包括：安装在各个列车上，用于从各自所在列车上的gps模块获取定位信息的机车电台；多个手持电台，用于通过与预警服务器所创建的报警信道，向所述预警服务器发送每一手持电台所对应的预警目标的实时定位信息并接收预警服务器所下发的警告信息；以及部署在各个车站值班室的预警服务器，其用于通过与手持电台所创建的报警信道与各手持电台通信并实时监测各个预警目标的实时位置以及在线运行列车的运行信息，同时在所述在线运行列车与某一预警目标间的距离达到所预定的预警范围时，向所述预警目标发送警告信息；所述运行信息包括位置和速度。
进一步地，所述预警服务器还用于向所述预警目标发送警告信息后，所述预警目标在所设定报警动作时间内未改变对应的实时定位信息时，在安全距离内通过在线运行列车上的tcds通讯系统触发紧急停车操作。更进一步地，所述预警服务器在报警信道的通信范围内与其所对应的多个手持电台进行实时通信。
进一步地，所述手持电台与预警服务器通过dmr直通双时隙技术创建报警信道。
上述系统的具体工作过程为：手持电台(预警目标)、机车电台通过第二时隙即dmr直通双时隙技术创建报警信道定时向预警服务器上报定位信息；预警服务器通过手持电台、机车电台上报的位置在gis地图上进行刷新；预警服务器通过手持电台上报的定位信息来更新预警目标的在线状况，超过一定时间如30秒没有上报则为掉线，并触发调度系统响起警报，预警服务器闪烁显示掉线目标信息和最后定位位置同时目标重新上线(收到上报信息)警报解除；如其他原因掉线不能恢复，在确认预警目标安全后也可手动解除警报；每次新的施工开始前，更新预警服务器的预警目标列表(通过id)；预警服务器使用gps定位系统获取施工人员(预警目标)和列车的位置、移动速度、移动方向；预警服务器通过获得的定位信息和gis系统计算出列车运行线路，列车距离预警目标的运行距离以及列车预计到达时间；在达到预警条件的时候(如预计到达时间小于5分钟)，通过预警服务器向预警目标发送警告，警告可通过确认短消息方式传达给预警目标，预警目标收到警告后自动以报警音、震动等形式发出提醒，人员在收到警告后需马上撤离危险区域，撤离后可操作手持电台解除报警音、震动等提示；警告发出的同时在调度室响起警报，预警服务器闪烁显示当前预警目标信息和位置、列车位置、预计到达时间；预警目标离开危险区域或者通过操作手持电台确认撤离后，警报解除；如警报触发后一直不能解除，则在安全距离内预警服务器通过tcds通讯系统触发紧急停车；警报触发后，预警服务器可以通过语音呼叫、短信等方式指挥现场撤离；预警服务器、手持电台同时可以满足车站和施工人员的其他日常工作通信。
由上述内容可知，本发明与现有技术区别相比：1、本发明所实现的预警功能时以时间限定，而不单纯以距离判断，更加客观，且预警时间(其计算是通过手持电台和列车电台上面的定位装置来实时将定位信会定期发送到车站的预警服务器，预警服务器通过gis系统计算列车和手持电台之间的距离，再根据列车行驶速度计算出列车接近时间，并通过与预设的报警时间对比来决定是否发出报警信号。进一步地，步骤3中通过dmr直通双时隙技术创建所述手持电台与预警服务器之间的报警信道)可以预设，可长可短，由用户决定；2、本发明充分利用现有设备，有效降低了建设造价，具体可用设备列表见表1；3、本发明通过在线检测的方式确认预警目标设备工作正常，通过定位系统保证列车和预警目标位置准确，通过带确认的短信来保证警告消息准确传达到预警目标，可靠性高；4、本发明中的预警服务器可以设定为一直报警，直到预警目标撤离危险区域，或者预警目标主动解除报警；5、本发明中使用到的设备都是铁路系统必备设备且容易与其他铁路通讯系统对接；6、本发明中安全防护指挥人员还可以通过短信、语音通话提示预警目标，也可以通过调度系统呼唤附近的其他防护人员提醒预警目标；7、本发明中，可以实现同时多个目标，不同区域的预警功能。
表1
如图2，本发明还要提供一种用于铁路安全防护的列车接近预警方法，其包括：
步骤1、在各个列车上安装用于从各自所在列车上的gps模块获取定位信息的机车电台；
步骤2、在多个手持电台与预警服务器之间创建报警信道；
步骤3、通过所述报警信道，向所述预警服务器发送每一手持电台所对应的预警目标的实时定位信息并接收预警服务器所下发的警告信息；
步骤4、在各个车站值班室部署预警服务器，通过所述预警服务器与手持电台所创建的报警信道与各手持电台通信并实时监测各个预警目标的实时位置以及在线运行列车的运行信息，在所述在线运行列车与某一预警目标间的距离达到所预定的预警范围时，向所述预警目标发送警告信息；所述运行信息包括位置和速度；
步骤5：通过预警服务器向所述预警目标发送警告信息后，若所述预警目标在所设定报警动作时间内未改变对应的实时定位信息，则在安全距离内通过在线运行列车上的tcds通讯系统触发紧急停车操作。
进一步地，步骤3中通过dmr直通双时隙技术创建所述手持电台与预警服务器之间的报警信道。
具体实施例，如图3-4，一种列车接近报警系统，其包括：安装在各个列车上的机车电台；多个手持电台以及部署在各个车站值班室的预警服务器。具体的该系统参数为：以基于dmretsi(欧洲通信标准协会)为了满足中低端专业及商业用户对移动通信的需要而制订的开放性标准，采用tdma(双时隙)多址方式，12.5khz信道间隔、4fsk调制方式、数据传输速率为9.6kb/s)协议的调度呼叫系统为基础设计预警服务器，结合移动便携终端的全球定位系统(gps)和地理信息系统(gis)、客车运行安全监控系统(tcds)，以实时监测在线运行列车的位置和速度，并通过计算机网络将列车、施工点等数据汇总到预警服务器，当列车与预警目标点的距离达到一定要求时，预警服务器向预警目标发送报警信息。本列车接近报警系统的优势在于：其采用的dmr技术是使用一个12.5千赫通道来支持两个同步和独立的电话，手持电台采用dmr数字对讲机，其是通过使用tdma时分多址，在tdmadmr保留12.5khz通道宽度和分裂成两个交替每天播发或者刊登a和b(如图3所示)，其中每个时隙作为一个单独的通信路径。在图3中数字对讲机1和3在时间段1和数字对讲机2和4是在时隙2；同时每个通信路径是活跃的一半的时间在12.5千赫带宽，每个使用一半x12.5khz的等效带宽或6.25khz即所谓的有一个讨论路径效率每6.25khz的频谱。
综上所述，本发明能够将上报的列车定位信息与gis系统的结合，不仅能在地图上实时显示位置，还能预测列车的运行曲线(根据铁路的gis系统)，列车运行的方向，并结合实际运行曲线和运行速度计算预计到达时间，并向预警目标发送警报，避免由于人为操作造成的误报、延报和漏报情况；本发明的定位精度，且解决了上报的对讲机定位信息，由于精度关系，很难确定是否撤离了危险区域；在铁路沿线，有些区域如狭长的隧道出口等，列车通过时人员只能在铁路旁几米的地方躲避(定位系统精度一般在10米以上)，这时候定位系统很难确定人员是在铁路上还是离开了铁路的弊端；本发明与现有的可靠系统tcds结合，所涉及的设备都是通过升级现有无线通信设备实现，无需新增加设备且使用专网无线通讯，其接收机和发射机可以直接接收、发射无线电信号，不受公网的限制。另，本发明使用dmr标准的数字无线通信，在dmr无线通信标准中，无线信号通过时分多址的方式来发射，即在同一个频率上面通过分时发射的方式实现两个语音信道，从而可以在不影响原有铁通通信的情况下增加一路独立的报警信道，这不论是从经济角度还是安全的角度都具有重要意义。