一种铁路作业人员无线定位防护系统的制作方法

本实用新型涉及一种铁路作业人员无线定位防护系统，属于铁路安全生产技术领域。

背景技术：

近年来，随着铁路大提速和重载运输的不断发展，我国铁路运输的运营条件发生了较大变化；随着铁路局直管站段体制改革、全路运输生产力布局调整和工务检修分开的维修管理体制改革，工务安全工作面临许多新的情况，加强铁路营业线施工、维修作业和施工安全管理，适应铁路大面积提速的要求，做到运输、施工兼顾，确保行车和施工作业人员安全。

目前，作业人员进行通信大都采用语音对讲设备或电话等方式进行沟通；在一个上线作业的队伍标配两个安全员，即配备在车站调度室的驻站安全员和配备在作业现场的现场安全员。当有列车通过时，驻站安全员通过语音对讲设备或电话通知现场安全员具体情况，现场安全员组织作业人员迅速撤离作业现场、进入安全区域。但是，这种沟通方式存在很大的延时性，定位也不是非常准确，过于依靠人为组织，难以进行实时的监控，对即将到来的危险预警不及时，一旦通知延时、或者作业范围较大就容易造成安全事故。为了最大限度的防范或消除人为原因造成不必要的安全事故隐患，急需一种新的系统对铁路作业人员进行实时定位和预警防护。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种铁路作业人员无线定位防护系统，对每一个铁路作业人员进行实时精准定位和及时预警，最大限度的防范或消除由于铁路上线施工人员疏忽大意造成的不必要的安全事故隐患。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种铁路作业人员无线定位防护系统，包括佩戴于每名铁路作业人员身上的定位标签、均匀布置在铁路两侧的若干个定位基站、定位解算服务器；所述定位标签和定位基站通过脉冲射频的收发实现无线连接，定位基站经网桥、与网桥无线连接的网桥基站与定位解算服务器传输连接；

所述定位标签包括第一无线脉冲射频收发模块、第一MCU数据处理模块、第一电源管理模块和报警模块，所述第一无线脉冲射频收发模块、第一电源管理模块、报警模块均与第一MCU数据处理模块电连接；所述定位基站包括第二无线脉冲射频收发模块、第二MCU数据处理模块、第二电源管理模块和网络连接模块，所述第二无线脉冲射频收发模块、第二电源管理模块、网络连接模块均与第二MCU数据处理模块电连接；所述定位解算服务器包括主控制模块、数据收发模块、位置计算模块、数据存储模块、显示模块和电池模块，所述数据收发模块、位置计算模块、数据存储模块、显示模块、电池模块均与主控制模块电连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述报警模块选自声光报警模块、振动报警模块或蜂鸣报警模块中的一种或几种。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位基站的个数不小于3个，每个定位基站均设置网桥。

本实用新型的进一步改进在于：所述网桥与网桥基站之间通过5.8GHz的无线网络传输连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位解算服务器与网桥基站之间设置有保证系统稳定运行的核心交换机。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位标签还设置有用于铁路作业人员手动报警的触发模块，所述触发模块为与第一MCU数据处理模块电连接的触发按钮。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位解算服务器的显示模块为液晶显示屏。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位标签采用电池供电，定位基站和定位解算服务器采用交流电源供电。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位标签、定位基站上安装有滤波器，定位标签、定位基站外壳上喷涂有喷塑层。所述定位标签、定位基站内均设置有屏蔽线圈。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供了一种铁路作业人员无线定位防护系统，及时准确地获取作业人员的精确位置坐标，实时监控作业人员的位置；一旦作业人员进入告警区域，定位解算服务器则立即自动发出控制信号、定位标签及时发出警报，可使进入告警区域的作业人员第一时间得到安全警报、立即撤离作业场地，最大限度地消除由于人为因素造成的不必要的安全事故风险，并对即将有可能发生的安全生产隐患及时预警，减少上线作业人员的事故发生隐患，铁路作业安全性显著提升。通过使用本实用新型系统，还可以对铁路施工作业人员分布情况进行宏观掌握和布局，有利于铁路施工的统一规划和部署。

当作业人员在作业过程中发现不安全因素、或出现意外情况时，可通过定位标签上的触发按钮进行主动报警，定位解算服务器接收触发按钮指令后即在显示模块上进行提示，提醒调度室内的驻站安全员及时发现不安全事故位置，采取紧急措施进行控制，避免更严重的局面出现。

本实用新型通过佩戴在铁路作业人员身体上的定位标签和在铁路两侧的定位基站之间所发出的超窄脉冲电磁波在空中飞行的时间来计算相对距离，可以达到很高的精度和稳定性，位置精度非常高，误差通常在10cm~30cm，从而实现了对铁路上线作业人员进行精准实时定位、实时监控，且作业人员的移动轨迹记录可以存储、回放，十分便利。同时，通过解算服务器的设定，可以实现对施工作业组别的全盘管理和对施工作业组别中具体作业人员的双重管理。

铁路轨道本身、在铁路轨道两侧林立的钢结构或者混凝土钢筋结构的接触杆网、铁路两侧的金属护栏等，难免会对电磁波产生反射、吸收和抵消作用，有可能减弱电磁波的作用，影响定位精准性。为了保证定位精准性，本实用新型通过在定位标签、定位基站上安装抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声的滤波器和屏蔽线圈，在其外壳上喷涂喷塑层，从而减少了电磁波的消减和反射效应，进一步保证人员定位的精准度。

本实用新型具有良好的抗干扰能力和保密性能，同时具有带宽极宽、发送功率非常小、消耗电能小等优点，对人体不产生影响，数据能够保密接收和储存，应用面非常广泛。

附图说明

图1为本实用新型的系统构成示意图；

图2为本实用新型定位标签的电路原理连接框图；

图3为本实用新型定位基站的电路原理连接框图；

图4为本实用新型定位解算服务器的电路原理连接框图；

附图标记说明：1-定位标签，2-定位基站，3-定位解算服务器，4-网桥，5-核心交换机，6-网桥基站。

具体实施方式

下面将参考附图来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种铁路作业人员无线定位防护系统，包括定位标签1、定位基站2、定位解算服务器3、网桥4、核心交换机5和网桥基站6。其中，定位标签1为多个，每名铁路作业人员身上均佩戴一个，佩戴在安全帽或防护衣上均可。定位基站2为多个且不少于3个，均布设置在铁路两侧，相邻两个定位基站2之间的距离不超过定位基站2的信号输出距离（即监测有效距离）。所述定位解算服务器5通过网桥基站6和网桥4与每一个定位基站2进行传输连接，任一定位基站2与任一定位标签1之间通过超窄脉冲电磁波通信，定位基站2接收到定位标签1所发出的超窄脉冲电磁波，数据经网桥4、网桥基站6传输至定位解算服务器3，再在定位解算服务器3中进行数据计算和定位显示。所述定位解算服务器3与网桥基站6之间设置有核心交换机3，用于保证本系统稳定运行。

如图2所示，所述定位标签1包括第一无线脉冲射频收发模块、第一MCU数据处理模块、第一电源管理模块、报警模块和触发模块。其中，第一无线脉冲射频收发模块用于收发超窄脉冲电磁波；第一MCU数据处理模块用于接受电磁波信号、数据处理和信息传输；第一电源管理模块为第一无线脉冲射频收发模块、第一MCU数据处理模块、报警模块进行供电；报警模块用于接受来自定位解算服务器3的控制信号、发出有效警报；触发模块用于铁路作业人员发现危险因素后的主动报警。所述第一无线脉冲射频收发模块、第一电源管理模块、报警模块、触发模块均与第一MCU数据处理模块电连接。

所述报警模块选自声光报警模块、振动报警模块或蜂鸣报警模块的一种或几种，这几种报警模块警报信号强，作业人员在较为恶劣的环境下时也可立即发现报警、及时撤退。

如图3所示，所述定位基站2包括第二无线脉冲射频收发模块、第二MCU数据处理模块、第二电源管理模块和网络连接模块。其中，第二无线脉冲射频收发模块用于收发超窄脉冲电磁波；第二MCU数据处理模块用于接受电磁波信号、数据处理、与定位解算服务器3之间的信息传输；第二电源管理模块用于为第二无线脉冲射频收发模块、第二MCU数据处理模块、网络连接模块进行供电；网络连接模块用于定位基站2与网桥4的连通。所述第二无线脉冲射频收发模块、第二电源管理模块、网络连接模块均与第二MCU数据处理模块电连接。

在定位基站2的监测有效范围内，相邻定位基站2的位置可以随意选取；但是在保证安全和有效测量范围的前提条件下，定位基站2要尽量避开植物、建筑物等，以免定位基站2被遮挡影响定位精度。

在每个定位基站2的网络连接模块均连接一网桥4，网桥4与网桥基站6之间通过传输频率为5.8GHz的无线网络传输连接。

如图4所示，所述定位解算服务器3包括主控制模块、数据收发模块、位置计算模块、数据存储模块、显示模块和电池模块。其中，数据接收模块用于接收来自于定位基站2的数据信息；位置计算模块用于分析数据接收模块中的数据信息、进而计算出定位标签的实际位置；数据存储模块用于存储定位标签位置的历史数据、便于作业人员位置的随时调取和查看；显示模块能够形象直观地表征出作业人员的具体位置；电池模块用于向主控制模块、数据接收模块、位置计算模块、数据存储模块、显示模块供电。所述数据收发模块、位置计算模块、数据存储模块、显示模块和电池模块均与主控制模块电连接。

所述核心交换机5的选择取决于定位基站2的数量、定位标签1的数量及刷新率。所述核心交换机5的层数由定位基站2的个数决定：若定位基站个数为几个或几十个、且分布集中，则不需要考虑将核心路由器和接入/汇聚层路由器分开；若定位基站个数达到上百、几百或几千，则需要将交换机划分为接入层、汇聚层和核心层。所述核心交换机5的转发速率必须大于数据产生的速率；定位标签是数据的产生源，定位标签数量越多，同时产生的数据越多，网络压力越大，核心交换机的性能要求越高；通常来说，每个定位标签(1Hz)每秒产生的数据为100B,假设有N个标签，每秒产生的数据为100*N。核心交换机必须保证100*N的数据能够得到线速传输，即核心交换机5的转发速率需要大于数据产生的速率。

所述定位标签1采用电池供电，定位基站2和定位解算服务器3采用交流电源供电。

所述第一无线脉冲射频收发模块、第二无线脉冲射频收发模块的型号均为DW1000；所述第一MCU数据处理模块、第二MCU数据处理模块的型号均为STM32系列；所述网络模块型号为W5100。

所述定位标签1、定位基站2上安装有滤波器，能够抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；所述定位标签1、定位基站2内部均设置有屏蔽线圈，其外壳上喷涂有喷塑层。

本实用新型工作过程为：

（一）人员定位

佩戴在作业人员身上的定位标签发出超窄脉冲电磁波，其周围的定位基站接收电磁波信号、并转为信号数据，信号数据依次经过网桥、网桥基站、核心交换机传输至定位解算服务器，通过定位基站和定位标签之间所发出的超窄脉冲电磁波在空中飞行的时间计算出定位标签与附近定位基站的相对距离，依靠附近定位基站的位置来实时定位标签的位置，从而确定作业人员的具体坐标，并在显示模块上实时显示；同时，根据作业情况划定告警区域和作业区域的范围。

（二）预警防护

一旦作业人员的位置显示进入告警区域，经定位解算服务器判定作业人员确已超出作业区域、进入告警区域，则定位解算服务器立即输出预警信号，定位标签发出预警信号，作业人员及时收到预警信号并快速撤离告警区域。

（三）主动求救

当作业人员在作业过程中发现不安全因素、或出现意外情况时，可通过定位标签上的触发按钮进行主动报警，由第一无线脉冲射频收发模块发出超窄脉冲电磁波，定位基站接收后传输至定位解算服务器，服务器发出相应提示，之后即可采取紧急措施，避免更严重的局面出现。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。