一种铁鞋及其高精度监控系统的制作方法

本实用新型涉及一种铁鞋及其高精度监控系统。

背景技术：

车站是铁路运输的基层生产单位，防溜工作是车站行车管理工作中的重中之重。由于列车溜逸往往会造成车辆脱线、颠覆、冲突等重大恶果，所以防溜工作出现问题导致的生产事故中相当比例为重大事故。而铁路沿线众多的中间站，作业随意性大，实际作业流程与作业标准相差甚远。同时，因为国内大多数车站为非封闭站场，防溜设备的设置一般在线路尽头的道岔区，在缺乏有效现场监控的条件下，经常发生已经设置好的防溜设备因闲杂人员的移动导致防溜作业失效，形成了严重的安全隐患。为了消除隐患，多年来，全国铁路就防溜工作多次召开会议研讨，并组织专项整治工作。各铁路局、车务段也组织了各种安全监督机构和大批干部赴现场对标检查，帮助完善安全管理，付出了巨大的监管成本，但仍难以从根本上对防溜工作进行监管。这也是当前铁路运输生产安全管理工作中亟待解决的问题之一。除了管理操作问题，传统铁鞋还存在一定的安全隐患，具体主要表现在以下几个方面：1)铁鞋是否放置到位无法监控；2)发车时铁鞋是否己经取出，同样难监控；3)铁鞋发生被盗无法及时报警；4)铁鞋的领取、放置、取出和还回，均由人工操作完成，劳动强度大、人身安全风险高、存在人为失误等情况，值班员无法及时判明铁鞋是否处于规范的安全状态；5)无法满足防溜台账管理和标准化作业要求，不能有效降低安全生产隐患。为了解决上述问题，提高铁道作业的安全，发明高可靠性的智能铁鞋监控管理系统，能够有效解决上述铁鞋使用过程中存在的安全隐患，提高铁道作业的安全性。

授权公告号为CN206654058U的中国专利文件中公开了一种智能铁鞋，包括控制模块和定位模块，通过定位模块实现铁鞋的定位。该智能铁鞋的定位模块包括GPS模块和北斗模块，但是，基于GPS模块和北斗模块的工作原理，通过GPS模块和北斗模块只能够对铁鞋的大致位置进行定位，无法实现铁鞋的高精度定位，即无法获知铁鞋是否布置在所需的位置，而且，也无法获知铁鞋的姿态特征，因此，该铁鞋的定位精度较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种铁鞋及其高精度监控系统，用以解决现有的铁鞋的定位精度较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型包括以下技术方案。

一种铁鞋高精度监控系统，包括控制模块、定位模块和通信模块，所述控制模块连接所述定位模块和通信模块，所述监控系统还包括辅助定位部分，所述辅助定位部分包括RFID辅助定位单元和用于检测铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据以及X轴、Y轴及Z轴三个方向的角速度数据的姿态检测单元，所述控制模块采样连接所述RFID辅助定位单元和姿态检测单元。

通过RFID辅助定位单元对RFID电子标签进行扫描，能够确定铁鞋布置的具体位置，结合定位模块进行的卫星定位以及RFID辅助定位单元实现的辅助定位能够实现高精度定位，那么，铁鞋就能够与已知位置的铁路轨道的位置相匹配，还可以获得铁路轨道号和准确位置。而且，通过姿态检测单元检测铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据和X轴、Y轴及Z轴三个方向的角速度数据，实时监测铁鞋静止、调轨移动、压鞋滑动、撤除等状态，获取到铁鞋更加精细的位置信息。因此，通过该监控系统能够实时获取铁鞋精细的位置信息和状态信息，实现高精度定位。

进一步地，所述RFID辅助定位单元为RFID读卡器，通过读取对应位置设置的RFID电子标签实现位置定位。RFID读卡器设置在铁鞋上，在铁路上各对应位置敷设RFID电子标签，铁鞋放置在某一个位置时，通过读取对应位置设置的RFID电子标签实现位置定位。

进一步地，所述姿态检测单元为MEMS 9轴姿态传感器。MEMS 9轴姿态传感器能够有效检测铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据和X轴、Y轴及Z轴三个方向的角速度数据。

进一步地，所述监控系统还包括行程开关，所述控制模块采样连接所述行程开关。通过行程开关能够监测铁鞋的上轨和下轨的状态。

进一步地，所述监控系统还包括用于检测系统内部温度情况的温度检测模块，所述控制模块采样连接所述温度检测模块，能够实时监控系统内部温度情况。

一种铁鞋，包括铁鞋本体和高精度监控系统，所述监控系统包括控制模块、定位模块和通信模块，所述控制模块连接所述定位模块和通信模块，所述监控系统还包括辅助定位部分，所述辅助定位部分包括RFID辅助定位单元和用于检测铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据以及X轴、Y轴及Z轴三个方向的角速度数据的姿态检测单元，所述控制模块采样连接所述RFID辅助定位单元和姿态检测单元。

进一步地，所述RFID辅助定位单元为RFID读卡器，通过读取对应位置设置的RFID电子标签实现位置定位。

进一步地，所述姿态检测单元为MEMS 9轴姿态传感器。

进一步地，所述监控系统还包括行程开关，所述控制模块采样连接所述行程开关。

进一步地，所述监控系统还包括用于检测系统内部温度情况的温度检测模块，所述控制模块采样连接所述温度检测模块。

附图说明

图1是铁鞋的一个实施方式的结构原理图；

图2是铁鞋的另一个实施方式的结构原理图；

图3是铁鞋通讯方式示意图。

具体实施方式

铁鞋实施例

本实施例提供一种铁鞋，包括铁鞋本体和高精度监控系统，其中，铁鞋本体就是常规的铁鞋，用于机车防溜制动，该部分属于常规技术，这里就不再具体说明。

监控系统包括控制模块、定位模块和通信模块，控制模块连接定位模块和通信模块。其中，定位模块可以是北斗定位模块或者GPS卫星定位模块，这里以定位模块为北斗定位模块104为例，如图1所示。控制模块为监控系统的控制核心，本实施例中，该控制模块为集控电路板101。通信模块用于与外部设备进行通信，这里，通信模块108使用NB-IOT窄带物联网，不限于LTE专网和4G。

监控系统还包括辅助定位部分102，该辅助定位部分102包括两部分，分别是RFID辅助定位单元和姿态检测单元，RFID辅助定位单元用于通过读取RFID电子标签的方式实现辅助定位；姿态检测单元用于检测铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据和X轴、Y轴及Z轴三个方向的角速度数据。作为一个具体的实施方式，RFID辅助定位单元为RFID读卡器，姿态检测单元为MEMS 9轴姿态传感器，集控电路板101采样连接RFID读卡器和MEMS 9轴姿态传感器。

在铁路上各相关位置处设置RFID电子标签，当铁鞋布置在某一个位置时，RFID读卡器就能够扫描到该处的RFID电子标签，集控电路板101就能够获知铁鞋所处的具体位置。MEMS 9轴姿态传感器实时检测X轴、Y轴、Z轴的角速度数据和X轴、Y轴、Z轴的加速度数据，并将这些数据输出给集控电路板101，集控电路板101加权计算姿态特征，根据铁鞋移动的阈值来实时监测铁鞋静止、调轨移动、压鞋滑动、撤除等状态。

因此，通过北斗定位模块104进行卫星定位，并通过通信模块108能够接收北斗地基增项系统的差分改正信息，将其导入到定位板卡中进行差分解算定位，而且，通过读取在相应位置处预先布置的RFID电子标签信号进行辅助定位，因此，通过上述卫星定位方式和辅助定位方式能够实现高精度定位，与已知位置的铁路轨道的位置相匹配，获得铁路轨道号和准确位置，而且，通过MEMS 9轴姿态传感器实时监测铁鞋静止、调轨移动、压鞋滑动、撤除等状态，最终实现高精度定位并实时监控铁鞋的状态。

监控系统还包括行程开关107，集控电路板101采样连接该行程开关107，通过该行程开关107能够监测铁鞋的上轨和下轨的状态。监控系统还包括温度检测模块，即温度传感器103，集控电路板101采样连接该温度传感器103，能够实时监测系统内部温度情况，集控电路板101根据设置的温度阈值进行预警，并记录温度数据，分析系统性能参数或故障情况与温度的关系，保证产品的可靠性和稳定性，提高产品质量，进一步地为升级迭代提供科学依据。

为了提升监控系统运行的可靠性和安全性，监控系统还包括一个防水防尘壳体，监控系统中的相关组成部分，即监控系统中对于布置位置没有特别要求的组成部分布置在防水防尘壳体内，而对于对布置位置有要求的组成部分则需要按照具体需求布置在适当的位置。而且，通过设置货场电子围栏，丢失报警来防止偷盗；通过使用一次性大容量锂电电池106，满足铁路恶劣的环境，避免使用普通充电电池发成电池爆炸等风险；同时可以通过云服务平台实现远程作业监控、电子围栏设置及异常报警。

另外，如图1所示，监控系统可作为独立模块加装到铁鞋本体上，而且，北斗定位模块104采用北斗内置天线105，通信模块108采用内置天线109。监控系统也可以定制嵌入到铁鞋本体中，如图2所示，那么，行程开关107就需要布置在外部，北斗定位模块104采用北斗外置天线105，通信模块108采用外置天线109。不管监控系统与铁鞋本体之间的位置关系如何，两者之间均还可以通过隔热抗震层隔离设置，降低对监控系统的影响，提升了监控系统的运行安全性。

因此，本实施例提供的铁鞋包括铁鞋本体以及监控系统，即在普通的铁鞋上加装至监控系统构成特别定制的智能铁鞋。监控系统由硬件部分和软件部分组成。智能铁鞋安放到铁轨后，将定位信息发送至后台监控管理系统。该铁鞋利用北斗及辅助定位，对铁鞋实现高精度定位，准确获取上轨股道编号，24小时实时监控铁鞋状态，从铁鞋的领用、上轨、防溜使用、下轨收回归还、维修、报废全周期管理，压鞋、移动、撤除、丢失等异常状态及时上报，防止错用、乱用、漏放、漏撤等问题，实现铁路货场信息化监管，提高铁路部门对货场的监管能力，为铁路货场作业人员、列车、铁鞋的安全提供双保险，提高铁路运营的安全性、可靠性，提高运营规范性，降低事故发生概率。而且，长期积累数据，通过大数据分析铁鞋丢失规律与丢失路径、溜车事故发生规律、事故多发情况等，向铁路部门进行反馈，提供辅助决策科学数据依据。如图3所示，为铁鞋对应的通讯方式示意图，1为无线通讯基站，2为智能铁鞋。

因此，通过在铁路货场安装北斗地面增强站，采用北斗高精度定位技术、北斗地基增强单基站差分、地基增强、姿态传感器惯性导航、RFID电子标签等多种定位并用的方式，提高了产品在现场复杂环境下的定位精度，克服了单一定位模式受环境、地形、地貌等因素干扰带来的工作不稳定、不连续、不可靠等问题。而且，综合运用现代控制技术，实现铁鞋在轨状态监测、溜移距离监测、电子围栏、疑似被盗的24小时实时远程监测，对铁鞋的领用、上轨、防溜使用、下轨收回归还、维修、报废全周期管理，实现分布式高效可视化管理，达到防止铁鞋错用、乱用、漏放、漏撤、丢失等问题的发生，通过与调车计划等数据的接入达到铁鞋智能化管理的目的。而且，24小时实时监控铁鞋状态，包括压鞋、移动、撤除、丢失等异常状态及时上报至铁鞋监控管理系统，防止错用、乱用、漏放、漏撤等问题，提高铁路运营的安全性和可靠性，提高运营规范性，降低事故发生概率。在实用性方面，采用了多种定位技术、运动唤醒(解决低功耗问题)、耐高低温、防水防尘、宽温域大容量一次锂电(使用大容量一次锂电，增加使用时长至半年～2年)等技术，可大大提高铁鞋的环境适应性和现场使用情况，使智能铁鞋从满足功能需求上升到满足性能及环境要求，从而走向产品化道路。采集高清高精度货场地理信息数据实现高效、信息化、自动化管理。采用宽温域的一次性锂电解决可充电锂电环境适应性差的问题。采用IP68防水防尘等级的外壳设计将监控系统包裹，解决铁鞋整体防水防尘问题。另外，大数据分析铁鞋丢失路径与丢失规律，根据溜车距离分析溜车事故发生规律，记录铁鞋状态分析铁鞋作业人员劳动强度，铁鞋全生命周期规律等，向铁路管理部门进行反馈，提供辅助决策依据。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述监控系统的硬件结构。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

铁鞋高精度监控系统实施例

本实施例提供一种铁鞋高精度监控系统，该监控系统可以作为一个独立的部分进行单独生产和保护。由于该监控系统在上述铁鞋实施例中已给出了详细地描述，这里就不再具体说明。