1.本发明涉及交通安全的技术领域，具体地涉及一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统及方法。
背景技术：2.目前传统的铁路道口安全预警系统控制分为人工控制及自动控制两种方式。其中，人工控制是指道口值班人员或附近车站、信号楼值班人员接收到列车到达信息后通过手动或电动的方式关闭栏木、启动道口信号灯及语音喇叭警示过往车辆和行人禁止通行；列车驶离道口后开放栏木，关闭道口信号灯及语音喇叭，放行道口两侧待行车辆及行人，这种依靠人工识别列车到达、人工启动预警设备的方式智能化水平及可靠性均较低。自动控制是指系统通过无线通讯的方式完成列车到达信号检测，自行启动或关闭栏木、道口信号灯、语音喇叭的过程，这种控制方式需要在每列火车上安装gps定位及无线通讯设备，在列车或者道口位置硬件设备不完善的情况下无法完成预警过程。
3.近年来随着智能识别技术的发展，有相关学者提出了将视频检测器与ai智能识别技术结合作为监测单元对列车到达进行识别确认，并自行启动预警信号警示过往车辆及行人，这种方法相较于传统方式来说在智能化水平方面有了较大的提升，但是，现有的预警设备容易影响工人的工作效率，预警较为单一，仅能起某一路段整体的预警作用。
技术实现要素：4.本发明实施例的目的是提供一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统及方法，该基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统及方法可以对上下行方向的多车道分别进行预警，继而实现精确预警，提高了工人的工作效率。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统，所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统包括：
6.毫米波雷达，置于铁路施工道口的轨道的上方，用于检测双向任意一个轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车，并在存在列车的情况下检测所述列车的位置和实际速度；以及
7.控制单元，用于基于所述列车的位置确定所述列车与所述铁路施工道口的距离，并基于所述距离和实际速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间，在所述到达时间小于预设到达时间阈值或所述距离小于预设定的安全距离阈值时，发出报警信息，使得所述列车所在车道对应的报警设备执行报警。
8.优选地，所述毫米波雷达包括：
9.上行雷达，用于检测上行的轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车；以及
10.下行雷达，用于监测下行的轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车。
11.优选地，所述上行雷达或下行雷达包括：
12.车道判断单元，用于获取所述列车的位置，并基于多个轨道的路径和所述位置确定所述列车所在的轨道；以及
13.车速确定单元，用于获取所述列车的两个位置及其对应的行驶时间，并基于所述两个位置和所述列车所在的轨道确定所述列车的行驶距离，基于所述行驶距离和所述行驶时间计算所述列车的速度。
14.优选地，所述控制单元用于基于所述距离和当前速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间包括：
15.预估行驶速度获取模块，用于获取所述列车经过所述铁路施工道口的预估行驶速度，其中所述预估行驶速度被配置为与所述列车经过所述铁路施工道口的历史行驶速度相关；以及
16.时间确定模块，用于基于所述预估行驶速度、所述实际速度以及所述距离确定所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间。
17.优选地，所述报警设备包括：语言喇叭和信号灯；其中所述信号灯能够在所述到达时间小于预设到达时间阈值或所述距离小于预设定的安全距离阈值时发出预警指示灯，所述语音喇叭能够播放与所述列车所在车道相关的预警提示语音。
18.优选地，所述毫米波雷达与所述控制单元之间通过信号传输单元实现信号通讯；其中所述信号传输单元被配置为3g、4g、5g中的一种或多种。
19.优选地，所述控制单元还用于：
20.当所述毫米波雷达在预设时间段内未检测到向所述铁路施工道口行进的列车时，发出停止预警信息，使得所述列车所在车道对应的报警设备停止报警。
21.另外，本发明还提供一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法，所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法包括：
22.检测双向任意一个轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车，并在存在列车的情况下检测所述列车的位置和实际速度；
23.基于所述列车的位置确定所述列车与所述铁路施工道口的距离，并基于所述距离和实际速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间；以及
24.在所述到达时间小于预设到达时间阈值或所述距离小于预设定的安全距离阈值时，发出报警信息，使得所述列车所在车道对应的报警设备执行报警
25.优选地，所述基于所述距离和当前速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间包括：
26.获取所述列车的位置，并基于多个轨道的路径和所述位置确定所述列车所在的轨道；以及
27.用于获取所述列车的两个位置及其对应的行驶时间，并基于所述两个位置和所述列车所在的轨道确定所述列车的行驶距离，基于所述行驶距离和所述行驶时间计算所述列车的速度。
28.优选地，所述基于所述距离和实际速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间包括：
29.获取所述列车经过所述铁路施工道口的预估行驶速度，其中所述预估行驶速度被配置为与所述列车经过所述铁路施工道口的历史行驶速度相关；以及
30.基于所述预估行驶速度、所述实际速度以及所述距离确定所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间。
31.通过上述技术方案，建立铁路施工道口安全预警控制机制，毫米波雷达实时检测铁路上下行方向列车到达情况，当检测到有列车向铁路道口方向行进时，雷达实时上传列车位置及行车速度，控制单元实时计算列车到达道口时间，在列车到达道口时间小于预设阈值时或列车距离施工道口纵向距离小于预设阈值时通过控制单元控制布设于道口周边的警示单元进行声光报警，提醒正在施工的工人及时离开危险区域，并禁止其他施工工人在危险时间段内再次进入道口，保证施工工人及列车通行安全。
32.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
33.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
34.图1是本发明的一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统的主要组成部分的结构框图；
35.图2是本发明的一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统的安装部署结构示意图；
36.图3是本发明的一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法的流程图；
37.图4是本发明的另一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法的流程图；以及
38.图5是本发明的另一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统的模块框图。
具体实施方式
39.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
40.图1是本发明的一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统的模块框图，如图1所示，所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统主要组成部分包括毫米波雷达、信号灯、语音喇叭、预警控制单元和数据存储单元，另外还包括太阳能光伏电池组、无线网桥和4g信号传输单元等供电及无线通讯等配套设备。
41.图5是一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统的模块框图，如图5所示，所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统包括：毫米波雷达，置于铁路施工道口的轨道的上方，用于检测双向任意一个轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车，并在存在列车的情况下检测所述列车的位置和实际速度。其中，所述毫米波雷达是用于感应列车位置的设备，如图2所示，其配置在轨道的上方，且根据轨道的方向不同，设置有两个方向的毫米波雷达，例如图2所示的4个(两个方向一边2个)，同方向不同位置的毫米波雷达用于测量远距离的列车，距离越远，所需的雷达越多，本发明中面向无防护的铁路施工道口，分别在铁路施工道口上下行方向各布设一套列车到达检测设备(毫米波雷达)，检测设备的位置及数量应综合考虑施工道口附近列车车道数、列车通行速度，需保证对道口各股轨道
纵向距道口l米范围内全覆盖检测，l的大小应保证检测到列车以一定速度向道口方向行进时，施工工人有足够的反应及避让时间。
42.控制单元，用于基于所述列车的位置确定所述列车与所述铁路施工道口的距离，并基于所述距离和实际速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间，在所述到达时间小于预设到达时间阈值或所述距离小于预设定的安全距离阈值时，发出报警信息，使得所述列车所在车道对应的报警设备执行报警。
43.本发明建立铁路施工道口安全预警控制机制，毫米波雷达实时检测铁路上下行方向列车到达情况，当检测到有列车向铁路道口方向行进时，雷达实时上传列车位置及行车速度，控制单元实时计算列车到达道口时间，在列车到达道口时间小于预设阈值时或列车距离施工道口纵向距离小于预设阈值时通过控制单元控制布设于道口周边的警示单元进行声光报警，提醒正在施工的工人及时离开危险区域，并禁止其他施工工人在危险时间段内再次进入道口，保证施工工人及列车通行安全。
44.优选地，如图2所示，所述毫米波雷达包括：朝上行方向的上行雷达，用于检测上行的轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车；以及朝下行方向的下行雷达，用于监测下行的轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车。
45.优选地，所述上行雷达或下行雷达包括：车道判断单元，用于获取所述列车的位置，并基于多个轨道的路径和所述位置确定所述列车所在的轨道；以及车速确定单元，用于获取所述列车的两个位置及其对应的行驶时间，并基于所述两个位置和所述列车所在的轨道确定所述列车的行驶距离，基于所述行驶距离和所述行驶时间计算所述列车的速度。其中，列车的位置可以用坐标a、b来表示，轨道的路径是列车行驶的路径，行驶时间是列车在轨道上行驶的时间，计算距离时不是a、b两点的距离而是a、b两点在路径上的长度。
46.优选地，所述控制单元用于基于所述距离和当前速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间包括：预估行驶速度获取模块，用于获取所述列车经过所述铁路施工道口的预估行驶速度，其中所述预估行驶速度被配置为与所述列车经过所述铁路施工道口的历史行驶速度相关；以及时间确定模块，用于基于所述预估行驶速度、所述实际速度以及所述距离确定所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间。其中，所述历史行驶速度反映了列车行驶经过铁路施工道口的速度，一般情况下，列车经过道口时需要减速，而利用历史数据确定经过道口的速度，以方面后续计算列车的行驶时间。
47.优选地，所述报警设备可以包括：语言喇叭和信号灯；其中所述信号灯能够在所述到达时间小于预设到达时间阈值或所述距离小于预设定的安全距离阈值时发出预警指示灯，所述语音喇叭能够播放与所述列车所在车道相关的预警提示语音。
48.优选地，所述毫米波雷达与所述控制单元之间通过信号传输单元实现信号通讯；其中所述信号传输单元被配置为3g、4g、5g中的一种或多种。
49.优选地，所述控制单元还用于：当所述毫米波雷达在预设时间段内未检测到向所述铁路施工道口行进的列车时，发出停止预警信息，使得所述列车所在车道对应的报警设备停止报警。
50.如图2所示，毫米波雷达以横杆方式安装于单向铁路中央，照射方向与列车行进方向相反，雷达横向检测角度范围为
±
28
°
，中心最大检测有效距离可达400米，边缘最大检测有效距离可达300米，为保证各车道无死角检测，以及为系统和工人提供足够的反应及避让
时间，可采用多台设备串联进行长距离检测(图中单向为两台设备，双向共四台设备同时检测)，保证距离道口600米范围内的各车道全覆盖检测；信号灯和语音喇叭以立杆方式安装于道口两侧，分别用于警示上下行方向及道口两侧的施工工人注意避让列车，保证列车及施工作业人员安全通行；预警控制单元、数据存储单元、4g信号传输单元可置为一体化设备以立杆方式安装于道口一侧立杆上，用于接收来自上下行方向毫米波雷达上传的列车分车道纵向间距及行车速度，计算列车到达道口所需时长，控制道口两侧的警示单元启动、关闭警示信息，以及数据存储和无线通讯使用；考虑到铁路施工道口多处于偏远地区，取电困难，因此系统利用太阳能电池组对系统各设备进行供电。
51.举例而言，如图3所示。
52.毫米波雷达实时检测铁路施工道口上下行方向列车到达情况，当检测到上下行方向均有列车到达时，记录上下行方向列车所在车道，实时计算上下行方向列车预计到达道口时间t1，t2，列车距离道口距离l1、l2，实时判断t1、t2、l1、l2与t、l的大小关系(t和l的大小需保证系统及施工工人有足够的反应和避让时间，本专利t取20
‑
25s，l取250
‑
300m)，
①
当(t1≥t，l1≥l)且(t2≥t，l2≥l)时，列车距离道口较远，系统无需预警；
②
当(t1≥t，l1≥l)且(t2<t或l2<l)时，下行方向列车距离道口较近，主控单元控制道口两侧信号灯红灯起亮，语音喇叭播报“铁路下行方向，xx车道即将有列车到达，请所有人员注意避让”，直至下行方向5
‑
8s未检测到有列车通行，预警结束；
③
当(t1<t或l1<l)且(t2≥t，l2≥l)时，上行方向列车距离道口较近，主控单元控制道口两侧信号灯红灯起亮，语音喇叭播报“铁路上行方向，xx车道即将有列车到达，请所有人员注意避让”，直至上行方向5
‑
8s未检测到有列车通行，预警结束；
④
当(t1<t或l1<l)且(t2<t或l2≥l)时，主控单元控制道口两侧信号灯红灯起亮；语音喇叭播报“铁路上行方向，xx车道和下行方向，xx车道即将有列车到达，请所有人员注意避让”，当一侧方向5
‑
8s未检测到有列车通行，该侧预警结束。
53.当检测到上行方向有列车到达、下行方向无列车到达时，记录上行方向列车所在车道，实时计算上行方向列车预计到达道口时间t1，列车距离道口距离l1，实时判断t1、l1与t、l的大小关系，
①
当t1≥t且l1≥l时，列车距离道口较远，系统无需预警；
②
当t1<t或l1<l时，主控单元控制道口两侧信号灯红灯起亮；语音喇叭播报“铁路上行方向，xx车道即将有列车到达，请所有人员注意避让”，直至上行方向5
‑
8s未检测到有列车通行，预警结束。
54.当检测到上行方向无列车到达、下行方向有列车到达时，记录下行方向列车所在车道，实时计算下行方向列车预计到达道口时间t2，列车距离道口距离l2，实时判断t2、l2与t、l的大小关系，
①
当t2≥t且l2≥l时，列车距离道口较远，系统无需预警；
②
当t2<t或l2<l时，主控单元控制道口两侧信号灯红灯起亮；语音喇叭播报“铁路下行方向，xx车道即将有列车到达，请所有人员注意避让”，直至下行方向5
‑
8s未检测到有列车通行，预警结束。
55.此外，如图4所示，本发明还提供一种基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法，所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法包括：
56.s401，检测双向任意一个轨道上是否存在向所述铁路施工道口行进的列车，并在存在列车的情况下检测所述列车的位置和实际速度；
57.s402，基于所述列车的位置确定所述列车与所述铁路施工道口的距离，并基于所述距离和实际速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间；以及
58.s403，在所述到达时间小于预设到达时间阈值或所述距离小于预设定的安全距离
阈值时，发出报警信息，使得所述列车所在车道对应的报警设备执行报警。
59.优选地，所述基于所述距离和当前速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间包括：
60.获取所述列车的位置，并基于多个轨道的路径和所述位置确定所述列车所在的轨道；以及
61.用于获取所述列车的两个位置及其对应的行驶时间，并基于所述两个位置和所述列车所在的轨道确定所述列车的行驶距离，基于所述行驶距离和所述行驶时间计算所述列车的速度。
62.优选地，所述基于所述距离和实际速度计算所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间包括：
63.获取所述列车经过所述铁路施工道口的预估行驶速度，其中所述预估行驶速度被配置为与所述列车经过所述铁路施工道口的历史行驶速度相关；以及
64.基于所述预估行驶速度、所述实际速度以及所述距离确定所述列车到达所述铁路施工道口的到达时间。
65.其中，所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警方法与现有技术相比具有与所述基于雷达监测的铁路施工道口安全预警系统相同的区别技术特征和技术效果，在此不再赘述。
66.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
67.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
68.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
69.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
70.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
71.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/
或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
72.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
73.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
74.本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
75.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。