一种基于车地信号融合的列车接近预警方法和系统与流程

本发明属于机车安全防护领域，尤其涉及一种基于车地信号融合的列车接近预警系统。

背景技术：

安全是铁路行业的永恒主题。在车务、电务、工务、供电等诸多铁路领域，日常工作中均不可避免在铁路沿线进行施工作业，虽然铁路管理部门提出了各项规章制度，但现场作业人员仍缺乏直观感受列车接近的技术手段，人身及设备安全事故时有发生。铁路列车接近预警技术主要应用于对铁路施工现场人员及工具的安全防护，通过技术手段持续监视列车接近施工区间的速度、距离等信息，当列车接近时向施工人员提供安全的预警时间和预警距离，以提醒正在现场作业的铁路员工及时撤离人员和工具，防止人身事故或设备事故发生。

目前见之于公开铁路技术标准的列车接近技术，主要是铁路总公司2018年发布的《tbt3504-2018列车接近预警地面设备》铁路标准，主要包含基于接收800m机车电台列车接近预警数据的相关便携和袖珍设备，由施工人员随身携带或安置于施工现场附近，主要通过无线寻呼技术接收铁路机车车载电台所发布的机车自身位置与速度信息。

其他零散应用的基于传感器的列车接近状态感知技术，主要通过各类传感器实现。目前可查的主要技术为安置于铁路轨道上的磁感应或震动感应传感器，通过感知列车行驶时相关联的铁轨电磁性能变化或铁轨振动频率与幅度变化，间接预测列车接近现场作业地点的状态而进行预警。也有专用于隧道的风压传感技术，通过感知列车进出时隧道内部空气压力的变化，更为间接地预测列车接近隧道的状态而进行预警。

基于铁轨磁性、振动或隧道风压等地面传感技术的列车接近预警技术，在对列车位置与速度的可信性以及现场可部署性等方面存在不足，虽在铁路系统中有科研研究试验，但均未获得大面积应用。主要表现为一是不能直接采集列车的实时运行数据、可靠性不强；二是需要施工人员现场部署一些传感设备，增加了现场作业的工作量。故在实际运用中得不到基层作业人员的支持。

基于800m机车电台的列车接近预警技术得到了铁路总公司相关技术标准的公开支持，但在运用中因800mhz无线电台受现场作业环境的影响较大，使得在具体的现场作业使用中收到了诸多限制。主要表现为800mhz机车电台的信号发送距离标称值在2.5千米，现场运用中实测一般不大于2千米，造成作业人员及工具撤离时间紧张，和现行的人工瞭望预警列车接近信息相比不具备明显优势。

基于gps卫星定位的列车接近预警技术，以列车及施工地点的地理信息坐标的变化来判断列车接近状态，在实际应用中受到卫星定位精度的限制。主要表现为一是需要为全路列车安装指定卫星定位装置并统一发布数据，受限于不同铁路局的管理模式很不现实；二是在没有全路级别差分基站支持的情况，卫星定位精度偏差很大无法满足现场防护需求；三是地理坐标位置距离与铁路线路实际里程距离存在差异，在弯道、站场等复杂路况环境下差距巨大。

技术实现要素：

本发明提供一种结合远程站间预警与实时接近预警相融合的方式进行列车接近预警的方法和系统，以解决现有技术存在的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于车地信号融合的列车接近预警方法，所述方法包括：

步骤100：tdcs系统服务器将部分列车运行状态信息发送给tdcs转换服务器；

步骤200：手持终端通过无线网络发送防护区域给tdcs转换服务器，tdcs转换服务器接收到手持终端发送的防护区域后，将获取的列车运行状态信息与防护区域位置信息进行比对，判断当前是否有列车进入到防护区域；

步骤300：当有列车进入到防护区域后，tdcs转换服务器通过无线网络发送预警信息给手持终端，手持终端进行预警。

当防护区域为站间防护区间时，所述方法还包括：

步骤400：列车在行进中通过列车电台向外发送列车接近预警实时信息，当手持终端接收到列车上的电台发送的接近预警实时信息时，根据接近预警实时信息判断列车是否进入防护预警区域，如果列车进入防护预警区域，手持终端进行列车接近预警。

所述步骤400中，列车电台向外发送的列车接近预警信息包括实时公里标信息，列车在行进过程中始终向外发送公里标信息，当手持终端接收到列车上的电台发送的信息时，对接收到的信息进行解析，然后根据获取的列车与作业点的距离数据进行预警。

所述步骤100中，列车运行状态信息包括列车运行区间的信号机信息、道岔信息、股道信息和列车进站时的白光带延伸信息。

所述步骤200还包括：

手持终端向tdcs转换服务器发送注册信息进行注册后，向tdcs转换服务器发送防护区域；

所述注册信息包括手持终端的唯一编号。

当防护区域为站间防护区间时：所述防护区域为作业区间相邻的两个车站，此时，所述步骤200包括：

手持终端通过无线网络发送相邻的车站信息给tdcs转换服务器，tdcs转换服务器通过tdcs系统获取邻站信号机的开放状态，如果tdcs转换服务器获取邻站信号机的开放状态后，判断其中至少一个信号机为开放状态，则判断有列车进入防护区域；

此时，所述步骤300包括：

当有列车进入防护区域后tdcs转换服务器发送列车发出预警信息给手持终端，手持终端进行列车发出预警。

线网络发送给tdcs转换服务器的防护区域包括作业点的站内股道和相邻股道信息；

如果tdcs转换服务器通过tdcs获取列车的进路信息延续到防护区域，则tdcs转换服务器发送信息给手持终端进行列车接近预警；

所述进路信息包括站内股道信息和股道上的设备信息。

一种应用所述的方法的系统，包括：

tdcs转换服务器，用于接收tdcs系统发送的列车运行状态信息和手持终端所在的作业区间信息，同时所述tdcs转换服务器用于与手持终端进行通信；

手持终端，包括处理器，处理器上连接无线通信模块和电台接收模块，所述无线通信模块用于和tdcs转换服务器进行通信，所述电台接收模块用于和列车上的电台进行通信。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过tdcs数据和电台数据，实现远程站间预警与实时接近预警相融合，列车越接近作业地点时预警数据越精确，对现场作业人员下道避车起到了有效示警。

（2）本发明仅增加一个转换服务器，不增加传感设备、数据传输设备，通过将tdcs及lbj有关列车运行状态的车地不同数据相融合，在无须精确定位施工作业现场地理位置坐标的条件下，即可实现对列车接近作业区间的可靠预警，从而防范因撤离铁轨不及时造成的铁路安全生产隐患。

（3）本发明数据来源可信、数据接口易于实现，可广泛部署于铁路工务、电务、供电、车务等经常进行地面现场作业的应用场景，技术可靠、效果明显、成本低，能够有效提升铁路现场作业中对列车接近的安全防护能力，减少安全生产事故的发生。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为防护区域为站间防护的示意图。

图3为防护区间为站内防护的示意图。

图4为作业地点在两个车站中间时的实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种基于车地信号融合的列车接近预警方法和应用该方法的系统，用于对作业点进行列车接近预警。

本发明的数据来源包括tdcs系统-即列车调度指挥系统的列车运行状态信息和运行机车的电台发布的列车实时速度和公里标数据。其中，tdcs是我国铁路列车调度指挥的核心系统，其地面信号联锁信息是整个铁路系统信号状态的可信凭证。tdcs系统获取的机车数据为敏感数据，因此现有的tdcs数据仅通过铁路系统的内网发送至各路局服务器中，供各路局使用。本发明使用tdcs系统中的列车运行状态信息时，通过搭建tdcs转换服务器，通过该tdcs转换服务器与路局的车站服务器连接，仅接收本发明需要使用的列车运行状态信息，所述的列车运行状态信息包括但不限于站间的信号机信息、线路信息、道岔信息和股道信息以及站内的白光带延伸信息，所述白光带延伸信息包括进站的股道号和股道上的设备信息，白光带延伸信息为现有铁路上成熟的应用，不再进行赘述。

本发明的数据来源还包括机车电台，现有的机车电台为800m电台，机车800m电台实时发送机车当前的实时速度信息和公里标数据。机车车载800m电台是铁路列车运行状态报警系统（lbj）的关键设备，用于发布在铁路线上运行列车的实时状态信息，其列车在途位置信息来源于列车运行监控装置，能够实时准确反应列车运行状态。相比于依靠钢轨传感器等的列车接近状态信息采集，本发明的信息来源更为准确和可信，解决了传感器感应距离受限、存在设备故障隐患及需要复杂的信息演算解析过程等的缺点。

上述的两种数据来源中，铁路800mhz机车电台（lbj）属于机车综合无线通信设备（cir）的组成部分，其电台广播的数据属于开放广播数据，可公开接收运用，但单一依靠lbj数据由于车载800m电台传输距离限制难以实现远程预警，且无法获得铁路线路地面信号状态信息。列车运行调度管理系统（tdcs）数据属于敏感数据，铁路系统在tdcs数据的运用上持有保守态度，本发明仅采集其中的车站信号开放状态和道岔、股道信息。相比于单一依靠tdcs或lbj数据的列车接近预警技术，本发明将二者两相结合运用实现远距和近距列车接近综合预警，能够有效的进行远近结合的预警。

本发明的系统还包括作业点的工作人员所携带的手持终端，该手持终端为一个移动终端，该手持终端至少包括处理器，该处理器至少用于进行接近数据解析，处理器通常采用现有的cpu，处理器上至少连接有无线通信模块和电台接收模块，无线通信模块用于和tdcs转换服务器进行通信，获取的信息经过预警处理模块处理后，根据结果决定是否需要预警，电台接收模块与列车上的电台进行通信，接收列车接近示警无线接收模块。无线通信模块包括但不限于3g/4g无线传输模块和/或gsm-r模块。

上述的无线通信模块和tdcs转换服务器之间的无线网络包括现有的移动互联网络（3g、4g、gsm-r），用于传递来自于tdcs转换服务器的作业区间相邻车站信号机开放状态数据，通过800mhz电台接收来自于列车lbj电台所发布的实时速度和公里标数据，根据不同的数据传输特征采用不同的信息传输通讯方式，保证列车预警信息的可靠传递。相比于采用车站wlan、lora网等无线数据传输通道，本发明无须依赖于专用网络或重新铺设数据传输通道；相比于单一依靠移动互联网或无线电台传输数据，本发明采用的是远距与近距通讯不同的通讯方式，既保证了长时间间隔示警同时又保证了列车濒临作业区间时的预警可靠性。

基于上述的系统，本发明的基于车地信号融合的列车接近预警方法包括以下步骤：

步骤100：tdcs转换服务器连接tdcs系统服务器，用于获取tdcs系统服务器发送的列车运行状态信息；所述的列车运行状态信息包括车站信号机开放状态信息、列车行进的线路信息、道岔信息、股道信息和进站的进路信息，该近路信息为白光带延伸信息，包括进站的股道信息和相关设备信息。

步骤200：手持终端通过无线网络发送防护区域给tdcs转换服务器，tdcs转换服务器接收到手持终端发送的防护区域后，将获取的列车运行状态信息和防护区域位置信息进行对比，判断当前是否有列车进入到防护区域；

步骤300：当有列车进入到防护区域后，tdcs转换服务器通过无线网络发送预警信息给手持终端，手持终端进行预警。

上述的步骤200中，每个手持终端具有唯一的编号，即id号，手持终端与tdcs服务器通信连接时，需要先在tdcs转换服务器中进行注册，注册后的手持终端才允许与tdcs转换服务器通信并获取数据；手持终端注册完成后，如果确认手持终端所在的作业点的位置，则手持终端向tdcs转换服务器发送作业点的防护区域，tdcs转换服务器根据作业点的防护区域进行列车是否进入防护区域的判断，如果进入到防护区域，tdcs转换服务器发送预警信息给手持终端进行预警。

对铁路来说，作业点分为两种情况：站间作业和站内作业，此时，防护区域分为站间防护和站内防护，在站间防护时，通过tdcs数据和电台数据共同进行融合防护预警，tdcs数据进行列车远距离预警，电台数据进行列车近距离预警。但是在站内时，由于列车进站后，行进速度很低，因此电台不再发送相关数据，此时，仅依靠tdcs数据的进路股道信息进行接近预警。

当防护区域为站间防护区间时，如图2所示，防护区域为作业区间相邻的两个车站之间的区域，本发明的预警方法包括：

步骤100：tdcs转换服务器连接tdcs系统服务器，获取tdcs发送的信息；

步骤200：手持终端通过无线网络发送相邻的车站信息tdcs转换服务器，tdcs转换服务器通过tdcs系统获取相邻车站的信号机的开放状态信息，如果tdcs转换服务器获取相邻车站的信号机开放信息后，判断其中至少一个信号机为开放状态，则判断有列车进入防护区域；

步骤300：当有列车进入防护区域后tdcs转换服务器发送列车预警信息给手持终端，手持终端进行列车预警，该预警为邻站列车已发出的预警信息；

步骤400：当列车进入到手持终端的电台模块接收范围时，说明列车已经距离作业点很近了，此时手持终端已经可以接收到机车电台的接近预警信息，手持终端通过对接近预警信息进行解析，根据获取的列车与作业点的距离数据进行预警。例如手持终端对接收到的公里标数据和作业地点的公里标数据进行比对，当接收的公里标数据和作业地点的公里标数据小于设定的阈值时，手持终端进行列车接近预警。

如图2所示，设定作业地点两端车站a和b后，a站邻站即为b站，同理b站邻站即为a站，监视此两车站信号开放状态即可。而在tdcs数据中即包含有指定车站前后相邻车站的信号开放信息。

当防护区域为站内防护时，如图3所示，防护区域为某个股道，本发明的预警方法包括：

步骤100：tdcs转换服务器连接tdcs系统，获取tdcs发送的信息；

步骤200：手持终端通过无线网络发送防护区域（车站信息和站内作业股道信息）给tdcs转换服务器，tdcs转换服务器接收到手持终端发送的防护区域后，与获取的列车的进站进路状态信息进行对比，判断当前是否有列车进入到防护区域；如果tdcs转换服务器通过tdcs获取的列车进路信息延续到防护区域，则tdcs转换服务器发送信息给手持终端进行列车接近预警；所述进路信息包括列车进站股道信息和相关设备信息。

步骤300：当有列车进入到防护区域后，tdcs转换服务器通过无线网络发送预警信息给手持终端，手持终端进行预警。

如图3所示，站内预警以tdcs的白光带延伸信息为依据。车站进站信号机开放后，tdcs的白光带延伸信息即为列车进站的进路信息，一般包含有信号机及股道数据。本发明通过设定作业点股道信息，将作业股道左右股道及本股道作为防护区域，如图3中防护股道为股道3，股道2、3均为防护区间，当白光带延续到股道2、3后即进行列车接近示警。如图4为本发明的一种实施方式，此实施方式中，作业地点在两个车站中间时，以两个相邻车站之间的距离作为远程防护区间，当防护区间两端车站出站信号机开放后即进行列车接近的远程预警，远程预警的防护区间为两站间距离，一般在10千米以上。以作业地点收到列车800m电台发出接近预警信号的距离作为近距离防护区间，当作业地点收到800m电台数据后即进行接近预警，近距离预警的防护区间为800m电台的有效广播区间，一般在2千米左右。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。