一种可调式限界工况模拟检测系统的制作方法

本发明属于铁路作业培训系统设备领域，更具体地，涉及一种可调式限界工况模拟检测系统，其能够为培训人员提供较为可靠的方式提高培训人员的作业安全意识，有效的解决现有培训系统效率较低的问题。

背景技术：

铁路限界涉及整个线路，并且受自然环境以及人为因素影响，其变化会对列车运行安全带来极大影响，同时，铁路限界也影响线路上安全作业的作业区域。现有技术一般围绕如何精确、方便测量铁路限界，目前尚无技术手段模拟铁路限界对员工进行培训。

目前，在铁路线上工作的员工上岗前一般会接受线上培训，传统的线上培训一般是由各主管生产单位制定培训计划，通过实际演练以及每日天窗时间现场向较为熟练的员工学习的方式进行学习。这种培训方式具有以下缺陷：(1)培训成本较高，(2)培训时间受限制导致培训周期长，(3)培训过程中不能发现和提示员工的越界行为，存在安全风险，(4)不能有效提升员工线上作业安全意识，尤其是在限界内进行作业的安全意识。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种能够模拟铁路限界的检测系统，对员工的越界行为进行监测和警示。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可调式限界工况模拟检测系统，通过仿真限界装置限定出模拟限界，并通过超限记录及报警装置和视频监控与识别系统对培训场地内员工的越界行为进行检测和警示，提升作业人员安全作业区域意识。通过限界仿真装置模拟线路的建筑物，并实时记录培训过程，并将培训结果纳入到员工日常的考核，有效的采用激励机制提高实施培训的效率，可减少作业人员的伤亡率，并且降低相关作业安全培训费用。

为实现上述目的，本发明提供了一种可调式限界工况的模拟检测系统，其特征在于，其通过模拟作业场地的工况，检测培训人员在模拟作业场地内的越界行为，该模拟检测系统包括现场控制主板、分别与现场控制主板相连接的限界仿真装置、超限记录及报警装置和视频监控与识别系统；

其中，若干个所述限界仿真装置分别设置在模拟作业场地的两侧，所述限界仿真装置的位置根据模拟作业场地的限界范围进行调节，界定出模拟作业场地的限界，同时检测培训人员的越界情况，所述视频监控与识别系统记录和识别整个场地的画面信息，所述限界仿真装置和视频监控与识别系统将检测的信号均传递至现场控制主板，现场控制主板将信号反馈至超限记录及报警装置进行保存并发出警报。

具体地，在培训场地模拟实际作业场地的工况，通过限界仿真装置、超限记录及报警装置和视频监控与识别系统与现场控制主板相连接，实现相互之间的数据交互，通过仿真限界装置限定出模拟限界，并通过超限记录及报警装置和视频监控与识别系统对培训场地内员工的越界行为进行检测和警示，为员工培养在实际操作过程中建立安全作业区的观念，降低培训成本，提高培训效率。

进一步优选地，该模拟检测系统还包括与现场控制主板相连接的人机界面hmi，通过该人机界面hmi输入模拟作业场地的限界数据。

优选地，在模拟作业场地每侧的相邻两个限界仿真装置的对应位置处，均成对设置有激光/红外发射装置和激光/红外接收装置，界定出模拟作业场地的限界范围，且所述激光/红外发射装置的发射点和激光/红外接收装置的接收点形成一个平面。较多的比较试验表明，通过在场地每侧成对设置激光/红外发射装置和接收装置，能够清晰地划分出模拟作业场地的限界，并且灵敏地检测到场地内的越界行为，而将发射点和接收点设置在同一平面内，则便于信号的发射和接收。

优选地，所述限界仿真装置还包括一个移动平台和垂直设置在移动平台上的支撑柱，所述支撑柱上纵向设置有多个固定孔，所述激光/红外发射装置或激光/红外接收装置通过固定孔安装在支撑柱上，并通过固定孔调整其安装高度，所述移动平台下方安装有滚珠丝杠机构、驱动轴和安装在驱动轴一侧的步进电机，该步进电机驱动驱动轴带动滚珠丝杠机构进行旋转运动，实现移动平台的水平移动，从而实现限界的调节。

通过在限界仿真装置上设置移动平台和支撑柱，来实现激光/红外发射装置或激光/红外接收装置的水平调节和纵向调节，从而调节模拟场地的限界，以适应不同的场地培训的需求。

优选地，所述驱动轴的另一端还安装有旋转编码器，所述旋转编码器记录移动平台所移动的位置，并将数据反馈给现场控制主板，所述现场控制主板根据该数据计算移动平台应移动的距离。

通过编码器的记录和反馈，便于后续现场控制主板对移动平台的位置移动的计算，从而精确地控制培训场地的限界设置。

优选地，所述超限记录及报警装置包含蜂鸣器和作业培训数据库，所述超限记录及报警装置将每次报警信息传输到远程的作业培训数据库中。

优选地，所述视频监控与识别系统包含多个高清摄像头，高清摄像头通过培训人员所穿着的服饰上的标识辨别对应人员的身份，并将画面信息和识别结果存储到作业培训数据库中。

通过设置蜂鸣器和高清摄像头，能够及时清晰地记录员工的越界行为，并在员工发生越界行为时及时警示，而将报警信息传输至培训数据库则方便后期统计。

具体地，本发明的装置的工作原理为：现场控制主板通过控制总线与现场的人机界面hmi、旋转编码器、激光/红外发射装置和激光/红外接收装置建立数据通讯，交换数据。其中，人机界面hmi通过输入模拟环境，由控制主板自动计算各移动平台应移动的距离，并由执行机构自动调整移动平台的位置。蜂鸣器当现场控制主板接收由激光或红外发射和接受装置发送的触发信号时发出报警信号，并由现场控制主板通过控制高清摄像头对目前现场状况的图片进行拍摄，并将图片信息发送保存至远程的作业培训数据库中。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的模拟检测系统在培训场地模拟实际作业场地的工况，通过仿真限界装置限定出模拟限界，并通过超限记录及报警装置和视频监控与识别系统配合现场控制主板对培训场地内员工的越界行为进行检测和警示，并实时记录培训过程，能够较好的提高员工的作业风险意识，降低上道风险，较快的提升员工的作业能力，降低培训成本，提高培训效率，产生较好的经济效益和社会效益。

(2)本发明通过在场地每侧成对设置激光/红外发射装置和接收装置，能够清晰地划分出模拟作业场地的限界，并且灵敏地检测到场地内的越界行为，而将发射点和接收点设置在同一平面内，则便于信号的发射和接收。同时通过在限界仿真装置上设置移动平台和支撑柱，来实现激光/红外发射装置或激光/红外接收装置的水平移动和纵向移动，从而调节模拟场地的限界，模拟不同作业场地的工况，从而适应不同的场地培训的需求。

(3)通过设置蜂鸣器和高清摄像头，能够及时清晰地记录员工的越界行为，并在员工发生越界行为时及时警示，提高员工的安全意识，而将报警信息传输至培训数据库则方便后期统计。

(4)本发明的模拟检测系统能够适应铁路发展所带来的线上工作标准和作业方式所带来的巨大变化以及新增员工陡增的问题，解决上述问题所带来的上道作业风险，且该模拟检测系统方便安装和使用，能够清晰地检测和记录员工的越界行为并作出警示，能够有效地提高员工的安全意识，且该系统成本低、易安装、操作简单，适合大规模推广使用。

附图说明

图1是本发明的可调式限界工况模拟检测系统的方案原理图；

图2是本发明的激光/红外发射装置和激光/红外接收装置安装示意图；

图3是本发明的可调式限界工况模拟检测系统的控制原理图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-限界仿真装置，2-超限记录及报警装置，3-视频监控与识别系统，4-现场控制主板，5-人机界面hmi，101-激光/红外发射装置，102-激光/红外接收装置，103-固定孔，104-支撑柱，105-移动平台，106-滚珠丝杠机构，107-步进电机，108-驱动轴，109-旋转编码器，201-蜂鸣器，202-作业培训数据库，301-高清摄像头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明的可调式限界工况模拟检测系统的方案原理图，如图所示，该可调式限界工况的模拟检测系统通过模拟作业场地的工况，检测培训人员在模拟作业场地内的越界行为，该模拟检测系统包括现场控制主板4、分别与现场控制主板4相连接的限界仿真装置1、超限记录及报警装置2和视频监控与识别系统3；

其中，若干个所述限界仿真装置1分别设置在模拟作业场地的两侧，所述限界仿真装置1的位置根据模拟作业场地的限界范围进行调节，界定出模拟作业场地的限界，同时检测培训人员的越界情况，所述视频监控与识别系统3记录和识别整个场地的画面信息，所述限界仿真装置1和视频监控与识别系统3将检测的信号均传递至现场控制主板4，现场控制主板4将信号反馈至超限记录及报警装置2进行保存并发出警报。

如图3所示，在本发明的一个优选实施例中，该模拟检测系统还包括与现场控制主板4相连接的人机界面hmi5，通过该人机界面hmi5输入模拟作业场地的限界数据。

在本发明的另一个优选实施例中，在模拟作业场地每侧的相邻两个限界仿真装置1的对应位置处，均成对设置有激光/红外发射装置101和激光/红外接收装置102，界定出模拟作业场地的限界范围，且所述激光/红外发射装置101的发射点和激光/红外接收装置102的接收点形成一个平面。

在本发明的另一个优选实施例中，如图2所示，所述限界仿真装置1还包括一个移动平台105和垂直设置在移动平台105上的支撑柱104，所述支撑柱104上纵向设置有多个固定孔103，所述激光/红外发射装置101或激光/红外接收装置102通过固定孔103安装在支撑柱104上，并通过固定孔103调整其安装高度，所述移动平台105下方安装有滚珠丝杠机构106、驱动轴108和安装在驱动轴108一侧的步进电机107，该步进电机107驱动驱动轴108带动滚珠丝杠机构106进行旋转运动，实现移动平台105的水平移动，从而实现限界的调节。所述驱动轴108的另一端还安装有旋转编码器109，所述旋转编码器109记录移动平台105所移动的位置，并将数据反馈给现场控制主板4，所述现场控制主板4根据该数据计算移动平台105应移动的距离。

通过在限界仿真装置上设置移动平台和支撑柱，来实现激光/红外发射装置或激光/红外接收装置的水平调节和纵向调节，从而调节模拟场地的限界，以适应不同的场地培训的需求。且在调节时，每对激光/红外发射装置或激光/红外接收装置的位置同时进行调节。通过编码器的记录和反馈，便于后续现场控制主板对移动平台的位置移动的计算，从而精确地控制培训场地的限界设置。

在本发明的另一个优选实施例中，所述超限记录及报警装置2包含蜂鸣器201和作业培训数据库202，所述超限记录及报警装置2将每次报警信息传输到远程的作业培训数据库202中。

在本发明的另一个优选实施例中，所述视频监控与识别系统3包含多个高清摄像头301，高清摄像头301通过培训人员所穿着的服饰上的标识辨别对应人员的身份，并将画面信息和识别结果存储到作业培训数据库202中。

视频监控与识别系统在训练场地的上方设置多个摄像头，能观察到整个训练场不留死角，并将视频传输到监控室进行数据监控。多个视频显示画面可拼接成完整的训练场画面及多个关键点局部画面。同时，培训人员通过穿着带有标号的培训服供监控系统进行辨别，并对培训中所出现超限的人员进行记录，并将记录画面传送到远程的培训数据库中。

如图3所示，为本发明的模拟检测系统的控制原理图。现场控制主板4通过控制总线与现场的人机界面hmi5、旋转编码器109、激光/红外发射装置101和激光/红外接收装置102建立数据通讯，交换数据。其中，人机界面hmi5通过输入模拟环境，由现场控制主板4自动计算各移动平台105应移动的距离，并由执行机构自动调整移动平台105的位置。蜂鸣器201当现场控制主板4接收由激光或红外发射101和接受装置102发送的触发信号时发出报警信号，并由现场控制主板4通过控制高清摄像头301对目前现场状况的图片进行拍摄，并将图片信息发送保存至远程的作业培训数据库202中。所述的高清摄像头301能通过培训人员所穿着的服饰上的标识辨别对应人员的身份，并将识别结果存储到作业培训数据库202中。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。