一种铁路智能预警系统及预警方法与流程

本发明属于铁路预警技术领域，具体涉及一种铁路预警系统及预警方法。

背景技术：

中国的铁路历史已经有100多年，在这100多年的时间里中国的铁路事业得以飞速发展。中国铁路已经遍布中国重要地点，可以说铁路已经成为中国最为重要的交通手段之一。近年来高铁的出现更是把铁路事业推向一个顶峰。然而随着铁路事业的兴盛,铁路交通事故也随之增涨,平均每年中国死于铁路交通事故的人多达1000人左右。每年中国有大量的铁路维护人员在危险的铁路边进行着他们的工作，他们的安全完全得不到保障，只能靠人员的提醒躲避高速行驶的火车。然而，这种原始的处理方式效率往往是极为低下的，花费的人力较多且还存在极大的安全隐患。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明公开了一种监测准确可靠、节省人力、预警效率高、更加安全的铁路智能预警系统。

一种铁路智能预警系统，包括监测装置、控制中心以及移动端，所述监测装置安装在铁轨上，包括处理单元以及分别与所述处理单元连接的震动传感器、压力传感器、通信模块；所述控制中心分别与所述监测装置和移动端无线连接；所述通信模块通过无线网络与所述控制中心进行通信，所述控制中心能够处理监测装置和移动端发来的信息并向所述监测装置和移动端发出指令。

进一步地，还包括能够与控制中心无线通信的预警参考装置，所述预警参考装置间隔设置在铁轨上/旁。

本发明还公开了一种铁路预警方法，包括如下步骤：

s1：在铁轨上每间隔一段距离设置监测装置，所述监测装置通过传感器实时监测铁轨的状态；

s2：监测装置与控制中心无线连接并每间隔一段时间向控制中心发送监测数据；与控制中心无线连接的移动端向控制中心实时发送位置信息；

s3：当某一监测装置的传感器检测到有火车通过时，将火车通过的信号和所述监测装置的位置数据发送至控制中心；

s4：控制中心接收到步骤s3中有火车通过的所述监测装置发来的数据后，计算每个与控制中心连接的移动端和所述监测装置之间的距离，若移动端和所述监测装置之间的距离小于等于预设的预警范围，则所述移动端为目标移动端，执行s5；若移动端和所述监测装置之间的距离大于所述预警范围，则执行s6；

s5：控制中心根据火车的行驶方向判断火车是否靠近目标移动端，若向靠近所述目标移动端的方向行驶则控制中心向所述目标移动端发出预警；若向远离目标移动端的方向行驶则执行步骤s6；

s6：控制中心将传感器实时监测的数据发送至目标移动端，返回执行s2。

作为优化，步骤s1中所述设置监测装置的间隔距离为1.5～3千米。

作为优化，步骤s2中所述发送监测数据的间隔时间为20～40秒。

作为优化，步骤s3中传感器包括震动传感器和压力传感器，其检测是否有火车通过的判断方法如下：

s3a：震动传感器和压力传感器实时将检测数据发送至处理单元；仅当处理单元接收到压力传感器测得的压强大于等于1kpa时，执行步骤s3b，否则判断无火车经过；

s3b：处理单元读取震动传感器的数据，仅当震动传感器测得的铁轨震动频率大于等于250hz时，执行步骤s3c，否则判断无火车经过；

s3c：处理单元判断此时有火车经过，通过通信模块向控制中心发出有火车经过的信号。

作为优化，步骤s4中所述的预设的预警范围为4～12千米。

作为优化，步骤s5中判断火车是否靠近目标移动端的方法，包括如下步骤：

s5a：控制中心获取在所述监测装置的预警范围内的所有预警参考装置的位置信息，并选择在火车行驶方向上离所述监测装置最远的一个；

s5b：所述选定的预警参考装置、所述监测装置以及目标移动端三点组成夹角θ，利用所述三点的位置信息计算cosθ的值；

s5c：若cosθ≤0，则判断火车远离目标移动端；若cosθ＞0，则判断火车靠近目标移动端。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用间隔设置的铁路监测装置来检测火车的位置区间，通过控制中心对预警范围内的移动端发送预警来实现对铁路工务现场作业的智能预警，节省了人力，预警效率高，更容易对铁路进行管理且能明显降低事故率；

2、本发明通过监测铁轨的震动和压力信息来确定是否有火车经过，检测准确、简单可靠；

3、本发明中的铁路预警方法，通过预警范围以及移动端与监测装置的位置关系判断火车是否接近移动端来实现对铁路维护人员提供智能预警，预警信息及时准确，系统工作效率高，能够大大降低铁路维护人员的伤亡率。

附图说明

图1为实施例1中铁路智能预警系统结构图；

图2为实施例2中铁路预警方法的流程图；

图3为判断火车是否靠近目标移动端的方法的示意图。

其中，1-监测装置，11-处理单元，12-震动传感器，13-压力传感器，14-通信模块，2-控制中心，3-移动端，31-目标移动端a，32-目标移动端b，4-铁轨，5-预警参考装置。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种铁路智能预警系统，如图1所示，包括监测装置1、控制中心2以及移动端3，所述监测装置1安装在铁轨4上，包括处理单元11以及分别与所述处理单元11连接的震动传感器12、压力传感器13、电源模块14和通信模块15；所述控制中心2分别与所述监测装置1和移动端3无线连接；所述震动传感器12用于检测铁轨的震动，所述压力传感器13用于检测铁轨受到的压力，所述通信模块15通过无线网络与所述控制中心2进行通信，所述控制中心2能够处理监测装置1和移动端3发来的信息并向所述监测装置1和移动端3发出指令，所述电源模块14与处理单元11连接以给监测装置1提供电源。所述移动端3由铁路维护人员随身携带，用于向控制中心发送所在的位置信息，可以采用手机、平板、智能手表等智能移动通信设备。所述处理单元可以采用集成电路或者mcu。

本系统在工作时，先是通过铁路监测装置监测铁轨发生的震动和压力的变化来确定是否有火车经过从而判断火车所在的位置区间，然后再判断在火车经过的铁路监测装置的预警范围内是否有移动端，若答案为是则进一步判断火车行驶的方向是否继续接近所述移动端，若答案为是则控制中心向移动端发送预警信号以提醒所述移动端有火车靠近需要进行避让。

具体来说，首先要先启动铁路监测装置，所述铁路监测装置通过震动传感器和压力传感器对铁轨进行监测，每间隔一段时间处理单元将传感器监测到的数据信息通过通信模块上传到控制中心，控制中心可以通过该周期性信号来获知铁轨的实时状态以及该处的铁路监测装置是否正常运作。当移动端启动后，每间隔一段时间向控制中心发送其所在的位置信息，所述位置信息可以通过卫星定位来确定。

当有火车经过安装有铁路监测装置的铁轨时，所述铁轨会受到压力并产生震动，当受到的压力和震动同时达到某一阈值的时候，所述处理单元判断有火车经过并将该信息同铁路监测装置的位置信息一起发送至控制中心；控制中心接收到火车经过的信号后，计算该铁路监测装置的位置(从数据存储装置中提取)和开启的移动端的位置之间的距离，筛选出所述距离在预设的预警范围内的目标移动端，若火车的行驶方向为接近某一目标移动端的方向(由于单个铁路监测装置是安装在某一单向的铁轨上的，火车的行驶方向在其经过铁路监测装置的时候就确定了)，则控制中心向该目标移动端发出预警信号。

作为优选方案，本系统还包括能够与控制中心无线通信的预警参考装置5，所述预警参考装置间隔设置在铁轨上/旁。所述预警参考装置可以是铁路监测装置，也可以是专门设置的用于预警判断的参考点，只要能够与控制中心通信且记录了其自身位置信息即可。

本预警参考装置用于在判断火车是否靠近目标移动端时作为除监测装置和目标移动端外的第三点与前两者组成夹角，控制中心通过三点的位置信息计算夹角来判断火车是否靠近目标移动端。

本实施例中采用间隔设置的铁路监测装置来检测火车的位置区间，通过控制中心对预警范围内的移动端发送预警来实现对铁路工务现场作业的智能预警，节省了人力，预警效率高，更容易对铁路进行管理且能明显降低事故率。

实施例2：

一种铁路预警方法，如图2所示，具体步骤如下：

s1：在铁轨上每间隔一段距离设置监测装置1，所述监测装置1通过传感器实时监测铁轨的状态；

s2：监测装置1与控制中心2无线连接并每间隔一段时间向控制中心2发送监测数据；与控制中心2无线连接的移动端3向控制中心2实时发送位置信息；

s3：当某一监测装置1的传感器检测到有火车通过时，将火车通过的信号和所述监测装置1的位置数据发送至控制中心2；

s4：控制中心2接收到步骤s3中有火车通过的所述监测装置1发来的数据后，计算每个与控制中心2连接的移动端3和所述监测装置1之间的距离(所述距离可根据移动端和监测装置的位置数据也就是具体经纬度坐标来计算，属于现有技术，不作详述)，若移动端3和所述监测装置1之间的距离小于等于预设的预警范围(预警范围可以是一个以监测装置为中心的圆)，则所述移动端3为目标移动端，执行s5；若移动端3和所述监测装置1之间的距离大于所述预警范围，则执行s6；

s5：控制中心2根据火车的行驶方向(监测装置设置在单向铁轨的一侧，某一监测装置对应位置的行驶方向是确定的，控制中心接收到的监测装置发来的数据中就包含了行驶方向的信息)判断火车是否靠近目标移动端，若向靠近所述目标移动端的方向行驶则控制中心2向所述目标移动端发出预警；若向远离目标移动端的方向行驶则执行步骤s6；

s6：控制中心2将传感器实时监测的数据发送至目标移动端，返回执行s2。

作为优选方案，步骤s1中所述设置监测装置1的间隔距离为1.5～3km。铁路监测装置之间的间隔如果过大则火车所在的活动区间也很大，不易判断火车的位置；间隔过小则提高了成本，降低了监测装置的工作效率。

作为优选方案，步骤s2中所述发送监测数据的间隔时间为20～40秒。如果间隔时间过长则不能及时反馈铁轨的状况，也不能及时对发生故障的监测装置进行维修处理；如果间隔时间过短则增大了监测装置的能耗，通信压力增大，控制中心会浪费时间处理大量的冗余信息，不利于工作效率的提升。实际操作中可以优选设置为30秒。

作为优选方案，步骤s3中传感器包括震动传感器12和压力传感器13，其检测是否有火车通过的判断方法如下：

s3a：震动传感器12和压力传感器13实时将检测数据发送至处理单元11；仅当处理单元接收到压力传感器测得的压强大于等于1kpa时，执行步骤s3b，否则判断无火车经过；

s3b：处理单元11读取震动传感器12的数据，仅当震动传感器12测得的铁轨震动频率大于等于250hz时，执行步骤s3c，否则判断无火车经过；

s3c：处理单元11判断此时有火车经过，通过通信模块15向控制中心2发出有火车经过的信号。

作为优选方案，步骤s4中所述的预设的预警范围为4～12km。为了保证预警系统能够正常运作，避免有应接收到预警的移动端被遗漏，所述预警范围要大于相邻监测装置之间的间隔距离。预警范围如果设置过大则会加大数据处理量，对无线网络要求更高，还可能对远离该段铁轨的移动端发出不必要的预警信息；预警范围过小则预警后留给铁路维护人员的反应时间太短，起不到预警的效果。

作为优选方案，如图3所示，步骤s5中判断火车是否靠近目标移动端的方法，可以包括如下步骤：

s5a：控制中心2获取在所述监测装置1的预警范围内的所有预警参考装置5(所述预警参考装置可以是铁路监测装置，也可以是能够作为用于预警判断的参考点的通信设备)的位置信息，并选择在火车行驶方向上离所述监测装置最远的一个；

s5b：所述选定的预警参考装置5、所述监测装置1以及目标移动端三点组成夹角θ，利用所述三点的位置信息计算cosθ的值(即用三点的经纬度坐标求得三条边的长度，再利用余弦定理求得夹角的余弦值)；

s5c：若cosθ≤0(即θ≥90°)，则判断火车远离目标移动端；若cosθ＞0(即θ＜90°)，则判断火车靠近目标移动端。

从图3中可以看出，在火车经过监测装置1时，θ角对应的目标移动端a31处于靠近火车的状态，θ′对应的目标移动端b32处于远离火车的状态。

本实施例中的预警方法先通过传感器判断火车是否经过，再通过预警范围以及移动端与监测装置的位置关系判断火车是否接近移动端来实现对铁路维护人员提供智能预警，预警信息及时准确，系统工作效率高，能够大大降低铁路维护人员的伤亡率。本预警方法可以采用实施例1中所述的铁路智能预警系统。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。