基于高精度定位板卡的铁路巡检智能可穿戴设备的制作方法

本实用新型发明涉及一种铁路巡检智能可穿戴终端，具体涉及一种多传感器融合、高精度导航及监管的铁路巡检可穿戴终端。

背景技术：

铁路运输长期以来在我国运输中起着举足轻重的作用，而铁路巡检工作事关铁路运输的安全。目前，巡检工作基本依靠巡道工人人为进行，完善对工区巡道工的管理以及沿途设施的维护，保障工人人身安全具有非常实际的意义和广泛的用途。

现有的巡检系统基本上分为三类：第一类是基于信息纽扣的电子巡检系统，巡检人员手持巡检仪碰触信息钮扣读取信息，执行完任务后，巡检仪记录结果送往巡检管理主机，供管理人员考查；第二类是基于 RFID的电子巡检系统，RFID系统利用读卡器与射频卡，通过电磁耦合或者电感耦合实现双方的能量传输和信息交换；克服了信息钮扣系统必须接触的缺陷，但RFID巡检系统记录的是离散分布的巡检点的信息，无法记录巡检路径且无法考察巡检人员是否按操作规范检查了铁路设备；第三类是基于GIS/GPS技术的电子巡检系统，巡检人员手持巡检仪接收全球卫星定位系统(GPS)数据，待巡检仪有效定位后保存设备的位置，任务结束后将数据导入管理主机，结合GIS地理信息系统功能软件进行分析，生成巡检报告。该方法存在受遮挡无法定位以及因定位精度较低(25m)，不能分辨设备集中时的数据等缺陷。

上述三种方法中，信息纽扣电子巡检系统受技术限制，必须外露，易遭受破坏且要求巡检仪与纽扣必须精确接触。RFID电子巡检系统记录的是离散分布的巡检点的信息，无法记录巡检路径，并且无法考察巡检人员是否按照操作规范检查了设备。GIS/GPS电子巡检系统存在因定位精度(25m)较低，无法分辨设备集中时的数据和受遮挡无法定位等缺陷。本发明避免了上述问题，在保证高精度导航定位的基础上，集成丰富的传感系统，实现多方位的巡检管理和保障。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对铁路巡检管理与保障的难点，利用北斗和GPS实现对巡检工人位置的分米级定位，实时记录、反馈工人的位置和路径，同时对巡检工人与列车的非安全距离进行预警和救援辅助。另外增加巡检工人生理参数监测(体温、心率)和姿态监测传感器，针对突发生身体状况实现预警和救援辅助。通过安全帽上脱帽监测装置防止巡检工人不带安全帽或定位装置等不规范作业情况。配合摄像头采集操作和环境等信息实现监管部门对巡检工人工作状态的监督。

技术方案：本发明采用低成本、高精度北斗/GPS双系统差分定位板卡，通过4G模块接收CORS站的差分改正信息并导入到定位板卡进行差分解算，实现分米级的定位结果，满足铁路巡检高精度实时定位的要求。定位结果可以通过蓝牙传输到手机等智能终端设备，也可通过串口与其它需要定位的设备相连，并且定位结果通过4G模块实时发送到铁路后台巡检系统，铁路巡检系统根据巡检工人与列车的距离判断是否在安全范围内作业，如果距离小于安全距离，则立即下发报警信息到智能巡检终端通知巡检工人远离铁路轨道。同时该装备通过巡检头盔内的体征监测模块实时监测巡检工人的心率、体温和运动姿态，当生理参数异常时可通知附近巡检工人实施救援行动，确保工人人身安全。铁路巡检平台可以实时获取巡检工人位置、巡检轨迹、生理体征、巡检作业环境、下发预警信息等功能。

本实用新型的基于高精度定位板卡的铁路巡检智能可穿戴设备，多传感器的高度集成方案，包括北斗/GPS双系统差分定位模块、体征监测模块、摄像头、4G模块、蓝牙模块、报警装置、照明装置；其中，

所述的北斗/GPS双系统差分定位模块，通过接收CORS站差分信息，实现巡检工人位置实时确定；

所述的体征监测模块，用于监测巡检工人的体温、心率和姿态等生理特征；

所述的摄像头装置，用于工人采集作业环境与作业规范性操作留存；

所述的4G模块，实现穿戴终端与CORS站和铁路巡检平台的信息传输与交互；

所述的蓝牙模块，实现采集信息与其它智能终端的数据交换；

所述的报警装置，用于电量、体征监测和列车与巡检工人安全距离等的提示；

所述的照明装置，用于夜间作业。

进一步，安全头盔的设计思路，其集成板卡、摄像头、电源开关、照明装置、体征模块安装位置和便携可穿戴性。

进一步，巡检工人的安全预警方式：

北斗/GPS双系统差分定位模块，连接CORS站差分信息，实现实时位置的确定，铁路巡检平台对工人

与列车的安全距离监控与预警；

体征监测模块，监测工人的体温、心率和姿态生理特征，对工人实时生理特征进行远程监测，对突发

身体状况进行预警。

有益效果：(1)线路轨迹记录：改变之前只能离散的记录巡检点，实现连续的巡检线路轨迹记录，且轨迹精度高达分米级。

(2)远程监管：将所用功能集中在安全帽上，防止未佩戴定位装置或安全帽等不规范作业的情况；实时查看工人工作状态和位置信息，实现工人远程管理，保障铁路运输安全。

(3)安全保障：实时定位并计算巡检工人与列车的安全距离，配合生理健康监测装置，确保巡检工人安全，也为处理突发疾病和事故提供位置和生理体征信息。

(4)操作简单：使用操作简单，工人只需做领取登记，打开电源即可使用，出现故障只需保修更换即可。

附图说明

图1是智能巡检装置控制系统结构图

图2是智能巡检装置总体结构示意图

图3是4G模块配置和与CORS建立连接流程图

图4是定位板卡通过蓝牙或串口进行参数配置流程图

具体实施方式

本实用新型的基于高精度定位板卡的铁路巡检智能可穿戴设备，多传感器的高度集成方案，包括北斗/GPS双系统差分定位模块104、体征监测模块、摄像头105、4G模块103、蓝牙模块102、报警装置109、

照明装置3；其中，

所述的北斗/GPS双系统差分定位模块，通过接收CORS站差分信息，实现巡检工人位置实时确定；

所述的体征监测模块，用于监测巡检工人的体温、心率和姿态等生理特征；

所述的摄像头装置，用于工人采集作业环境与作业规范性操作留存；

所述的4G模块，实现穿戴终端与CORS站和铁路巡检平台的信息传输与交互；

所述的蓝牙模块，实现采集信息与其它智能终端的数据交换；

所述的报警装置，用于电量、体征监测和列车与巡检工人安全距离等的提示；

所述的照明装置，用于夜间作业。

如图2所示，本实施例中，安全头盔的设计思路，其集成板卡1、摄像头2、电源开关4、照明装置3、体征模块安装位置和便携可穿戴性。

本实施例中，巡检工人的安全预警方式：

北斗/GPS双系统差分定位模块，连接CORS站差分信息，实现实时位置的确定，铁路巡检平台对工人与列车的安全距离监控与预警；

体征监测模块，监测工人的体温107、心率106和姿态生理108特征，对工人实时生理特征进行远程监测，对突发身体状况进行预警。

如图1和图2，本发明的具体步骤如下

步骤1：系统硬件组成架构设计，将所有功能模块与安全帽集成为一体；

步骤2：将体征监测传感器集成到安全帽内胆，额头位置(如图2中6所示)，心率采用测绿光反射率的方法，采样频率设置为8HZ，经一系列滤波算法处理后，心率的输出频率默认1HZ，体温采用热敏电阻的方式测得，运动姿态采用三轴加速度传感器测得，体温、心率、运动姿态等数据经过协议转换和组包后以相同的频率输出，且输出频率可调；

步骤3：位于安全帽正前方的摄像头模块(如图2中2所示)，利用数据接口与MCU相连，铁路巡检平台可以通过4G通信模块实现数据交互与摄像头控制等操作；

步骤4：位于安全帽正前方的照明装置(如图2中3所示)，MCU通过I/O控制电路，控制照明灯的明灭与亮度，该操作通过电源开关(如图2中4所示)，通过开关给MCU控制信号，然后由MCU执行实际控制操作；

步骤5：图1中102蓝牙模块位于集成板卡，负责与手机等智能设备实现互联，手机可以通过蓝牙修改集成板卡内部配置参数，也可以通过蓝牙模块接收定位、心率、体温、运动状态等信息；

步骤6：图1中104北斗/GPS定位模块通过4G模块向CORS站发送GGA信息，同时接收CORS播发的差分改正信息，MCU负责数据转发和处理，将差分信息导入到定位模块进行解算，从而实现高精度定位；

步骤7：通过图2中5电源线连通锂电等电源给设备供电，电源到达集成板卡后首先进入电源系统分别给集成板卡的各个模块供电，同时集成板卡上设置有电量监测电路，通过ADC实时采集电池电压实现电源管理，当电压过高或过低时都有报警信息输出；

步骤8：集成板卡上的报警装置根据电量、体征监测、安全距离等信息输出报警，不同的报警类型具有不同的报警声音；

步骤9：电源开关采用多路开关，一路是系统供电开关，另一路是照明控制信号开关；

步骤10：图1中1034G通信模块主要用于定位模块网络差分功能的实现和与铁路巡检平台视频传输与控制等功能的通信；

步骤11：图1中101MCU主要负责系统总体控制各个功能模块、数据转发、数据处理及执行等操作，系统采用实时多任务操作系统UCOSII(不限于此)，实现任务划分和对各个功能模块的任务调度及控制。

本发明通过高度集成多种传感器，实现铁路的智能巡检；充分利用北斗/GPS差分定位技术，实现巡检工人的高精度定位，突破了当前巡检工作中监管与保障的难点，对铁路运输安全保障具有重要意义。