一種軌道交通施工人員安全預警系統及方法與流程

2023-05-19 04:32:21 2

本發明涉及城市軌道交通安全防範領域，具體涉及一種軌道交通施工人員安全預警系統及方法。

背景技術：

城市軌道交通中，軌道交通施工人員在列車的運行軌道上進行施工時，一般會利用運營的間隔時間進行施工，也就是天窗作業，同時，為了保證施工期間人員的安全、也為了防止施工設備及人員的施工時間超過天窗作業時長而影響車輛通過，需要對軌道交通施工人員進行列車接近預警，並疏導施工人員及設備在列車通過前及時撤離。

目前，對軌道交通施工人員進行列車接近預警的方法為在現場施工點及車站信號設備室中分別配備安全防護督導人員，其中，車站信號室安全防護督導人員與信號設備操作人員實時溝通通過車輛情況並通知施工點，施工點安全防護督導人員負責在車輛通過前疏散施工人員，並清理線路遺留設備，車站信號設備操作人員在車站放行通過車輛時，就開始通知區間作業的安全防護督導人員，並時刻注意信號設備上顯示的車輛行進位置，同時將車輛位置通知至現場人員，需要經過信號設備顯示，車站信號操作人員觀察，安全督導人員溝通等串行環節。然而，由於該過程均為人員監控，且目前信號設備條件下，車輛位置只顯示至區間，因此極易造成人員誤報漏報及無法及時將撤離消息傳遞至每個施工人員的問題，甚至導致事故。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種軌道交通施工人員安全預警系統及方法，利用完整且自動的施工人員預警體系替代了原人工告警方式，且預警過程準確、及時且可靠，有效避免了由於人員疏忽而導致的安全事故。

為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：

一方面，本發明提供了一種軌道交通施工人員安全預警系統，包括：信息處理模塊，以及分別與信息處理模塊通信連接的測距模塊、施工點安全限界模塊和預警模塊；

所述測距模塊，用於實時檢測施工點的安全施工範圍的邊界處與行駛中列車間的距離，並將所述安全施工範圍的邊界處與行駛中列車間的距離實時發送至所述信息處理模塊；

所述信息處理模塊，用於在接收到的所述測距模塊發送的距離值等於安全距離閾值時，向所述預警模塊發出告警撤離命令，同時向所述施工點安全限界模塊發送人員出清檢查命令；

所述預警模塊，用於根據接收到的所述告警撤離命令發出告警提示，以告知施工人員從施工點撤離；

所述施工點安全限界模塊，用於根據接收到的所述人員出清檢查命令，檢測所述安全施工範圍內的人員撤離情況並將檢測結果實時發送至信息處理模塊。

進一步的，所述測距模塊包括：設置在所述施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處的施工點測距單元、和設置在列車行駛方向的車頭上的車輛測距單元；

所述施工點測距單元用於與所述車輛測距單元進行時間同步並向所述車輛測距單元發送廣播請求，以及獲取所述車輛測距單元與施工點測距單元間的雙向傳輸的到達時間差，並根據所述到達時間差確定所述車輛測距單元與施工點測距單元間的距離；

所述車輛測距單元用於與所述施工點測距單元進行時間同步，以及向所述施工點測距單元發送廣播回覆信息。

進一步的，所述施工點測距單元包括：時間同步信號發送子單元、廣播請求發送子單元及距離確定子單元；

所述時間同步信號發送子單元用於向所述車輛測距單元發送時間同步信號；

所述廣播請求發送子單元用於在接收到所述車輛測距單元發回的時間同步回覆信號後，向所述車輛測距單元發送廣播請求；

所述距離確定子單元用於在接收到所述車輛測距單元發回的廣播回覆信息後，根據所述車輛測距單元與施工點測距單元間的雙向傳輸的到達時間差，獲取所述車輛測距單元與施工點測距單元間的距離。

進一步的，所述車輛測距單元包括：時間同步回覆信號發送子單元及廣播回覆信息發送子單元；

所述時間同步回覆信號發送子單元用於根據接收到的所述時間同步信號，向所述施工點測距單元發送所述時間同步回覆信號；

所述廣播回覆信息發送子單元用於根據接收到所述廣播請求，向所述施工點測距單元發送所述廣播回覆信息。

進一步的，所述信息處理模塊包括：距離信息接收單元及命令發送單元；

所述距離信息接收單元用於實時接收所述測距模塊發送的所述安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離；

所述命令發送單元用於在所述安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離間的距離達到安全距離閾值時，向所述預警模塊發出告警撤離命令，同時向所述施工點安全限界模塊發送人員出清檢查命令。

進一步的，所述施工點安全限界模塊包括：相互之間通信連接的多個人員測距單元及無線測距單元；

各所述人員測距單元分別設置在所述安全施工範圍的全部施工人員身上；

各所述無線測距單元分別設置在所述安全施工範圍的各邊界處，使得各所述無線測距單元組成的檢測範圍與所述安全施工範圍重合；

所述無線測距單元用於根據接收到的所述人員出清檢查命令，定位所述安全施工範圍內的全部所述人員測距單元，並實時判斷所述安全施工範圍內的施工人員是否全部撤離；

若所述安全施工範圍的施工人員未全部撤離，則所述無線測距單元向所述信息處理模塊發送人員未撤離信息，使得所述信息處理模塊根據所述人員未撤離信息繼續向所述預警模塊發出告警撤離命令；

若所述安全施工範圍的施工人員全部撤離，則所述無線測距單元向所述信息處理模塊發送人員成功撤離信息，使得所述信息處理模塊根據所述人員成功撤離信息停止向所述預警模塊發出告警撤離命令。

進一步的，所述預警模塊包括：多個人員告警單元及全場告警單元；

各所述人員告警單元分別設置在所述安全施工範圍內的各個施工人員身上，且所述人員告警單元用於根據接收到的所述告警撤離命令發出震動告警提示；

各所述全場告警單元分別設置在所述安全施工範圍的各邊界處，且所述全場告警單元用於根據接收到的所述告警撤離命令發出聲光報警提示，以使得施工人員撤離施工點。

進一步的，一個所述人員測距單元均與一個人員告警單元共同設置在同一設備體中，並將該所述設備體佩戴在所述施工人員身上。另一方面，本發明還提供了一種軌道交通施工人員安全預警方法，包括：

實時檢測施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離；

在所述安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離達到安全距離閾值時，向所述施工點發出告警撤離命令及人員出清檢查命令；

根據接收到的所述告警撤離命令發出告警提示，使得施工人員撤離施工點；

以及，根據所述人員出清檢查命令檢測所述安全施工範圍內的人員撤離情況，並根據檢測結果判斷是否繼續發出告警提示。

進一步的，所述施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離的獲取過程包括：

對分別設置在來車方向上的列車與所述安全施工範圍的來車方向邊界處的兩個測距單元進行時間同步；根據所述時間同步的結果獲取列車與所述施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處間的雙向傳輸的到達時間差；

根據所述到達時間差確定列車與所述施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處間的距離。

由上述技術方案可知，本發明所述的一種軌道交通施工人員安全預警系統及方法，通過實時檢測施工點安全施工範圍邊界與行駛中列車間距離的測距模塊、在安全施工範圍的邊界處與行駛中列車間的距離間的距離達到安全距離閾值時向預警模塊發出告警撤離命令，並向施工點安全限界模塊發送人員出清檢查命令的信息處理模塊、根據檢測安全施工範圍內的人員撤離情況的施工點安全限界模塊、及根據接收到的告警撤離命令發出告警提示的預警模塊的設置；利用完整且自動的施工人員預警體系替代了原人工告警方式，且預警過程準確、及時且可靠，有效避免了由於人員疏忽而導致的安全事故，進而保證了軌道交通穩定且可靠的運行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一中的一種軌道交通施工人員安全預警系統的結構示意圖；

圖2是本發明實施例二中的預警系統中的測距模塊20的結構示意圖；

圖3是本發明實施例三中的預警系統中的信息處理模塊10的結構示意圖；

圖4是本發明實施例四中的預警系統中的施工點安全限界模塊30的結構示意圖；

圖5是本發明實施例五中的預警系統中的預警模塊40的結構示意圖；

圖6是本發明的具體應用例中的預警系統的結構示意圖；

圖7是本發明的具體應用例中的車輛測距單元22與施工點測距單元21間距離獲取邏輯示意圖；

圖8是本發明的一種軌道交通施工人員安全預警方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明實施例一提供了一種軌道交通施工人員安全預警系統。參見圖1，該預警系統具體包括如下內容：

信息處理模塊10，以及分別與信息處理模塊10通信連接的測距模塊20、施工點安全限界模塊30和預警模塊40。

測距模塊20，用於實時檢測施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離，並將安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離實時發送至信息處理模塊10。

在本模塊中，測距模塊20實時檢測施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處與向施工點行駛的列車之間的距離，並以一定的時間規則周期性的將安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離實時發送至信息處理模塊10，其中，信息的發送周期根據實際情況設置為固定值，例如2秒/次，也可以根據距離的遠近預設一個時間規則，例如在安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離大於1km時，每隔3秒向信息處理模塊10發送一次距離值，距離小於1km時，每隔1秒向信息處理模塊10發送一次距離值。

信息處理模塊10，用於在接收到的所述測距模塊20發送的距離值等於安全距離閾值時，向預警模塊40發出告警撤離命令，同時向施工點安全限界模塊30發送人員出清檢查命令。

在本模塊中，信息處理模塊10在接收到的所述測距模塊20發送的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離達到安全距離閾值時，信息處理模塊10向預警模塊40發出告警撤離命令，同時信息處理模塊10向施工點安全限界模塊30發送人員出清檢查命令；其中，安全距離閾值為根據實際情況預設的足夠施工人員撤離、設備撤離及反應時間等的時間總和。

施工點安全限界模塊30，用於根據接收到的人員出清檢查命令，檢測安全施工範圍內的人員撤離情況。

在本模塊中，施工點安全限界模塊30根據接收到的信息處理模塊10發送的人員出清檢查命令，檢測安全施工範圍內的人員撤離情況，並將檢測結果實時發送至信息處理模塊10，使得信息處理模塊10能夠根據檢測結果判斷是否繼續向預警模塊40發送告警撤離命令。

預警模塊40，用於根據接收到的告警撤離命令發出告警提示，以告知施工人員從施工點撤離。

在本模塊中，預警模塊40根據信息處理模塊10發送的告警撤離命令發出告警提示，以告知施工人員從施工點撤離。

從上述描述可知，本發明實施例實現了在車輛接近施工點時，實時提醒人員與車輛距離，避免反覆溝通及漏報；可準確定位車輛與施工點的距離，準確控制人員撤離提前量；以及在發出預警後，檢查限界內人員是否清空；有效避免了由於人員疏忽而導致的安全事故。

本發明實施例二提供了上述預警系統中的測距模塊20的一種具體實施例。參見圖2，該測距模塊20具體包括如下內容：

設置在所述施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處的施工點測距單元21、和設置在列車行駛方向的車頭上的車輛測距單元22。

施工點測距單元21與車輛測距單元22進行時間同步後，獲取與施工點測距單元21間的雙向傳輸的到達時間差，並根據到達時間差確定車輛測距單元22與施工點測距單元21間的距離；其中，施工點測距單元21中還包括：時間同步信號發送子單元211、廣播請求發送子單元212及距離確定子單元213。

時間同步信號發送子單元211用於向車輛測距單元22發送時間同步信號。

廣播請求發送子單元212用於在接收到車輛測距單元22發回的時間同步回覆信號後，向車輛測距單元22發送廣播請求。

距離確定子單元213用於在接收到車輛測距單元22發回的廣播回覆信息後，根據與車輛測距單元22的雙向傳輸的到達時間差，獲取與車輛測距單元22間的距離。

車輛測距單元22用於與施工點測距單元21進行時間同步後，向施工點測距單元21發送廣播回覆信息；其中，車輛測距單元22中包括：時間同步回覆信號發送子單元221及廣播回覆信息發送子單元222。

時間同步回覆信號發送子單元221用於根據接收到時間同步信號，向施工點測距單元21發送時間同步回覆信號；

廣播回覆信息發送子單元222用於根據接收到的廣播請求，向施工點測距單元21發送廣播回覆信息。

在測距模塊20中，車輛測距單元22安裝在車頭上，其通過測量與施工點測距模塊雙向傳輸的到達時間差，施工點測距單元21發出時間同步並接收車輛測距單元22的回覆，隨後車輛發出廣播信號，施工點測距單元21收到後進行到達時間比較，進而測量出與車輛的距離。車輛測距單元22可以採用CSS(線性調頻擴頻)無線測距方式其中，在根據時間差確定距離的過程中，車輛測距單元22將列車的速度發送給施工點測距單元21，施工點測距單元21根據接收到的列車的實時速度及時間差，計算得到施工點測距單元21與列車車頭(也就是車輛測距單元22)之間的距離。

從上述描述可知，本發明實施例準確且及時的獲取行駛中的列車與施工點間的距離，並能夠及時將該距離發送至信息處理模塊10，使得後續對施工人員的告警起到了準確的基礎支撐作用，使得施工人員及設備均得以及時撤離，並保證了列車的順利運行。

本發明實施例三提供了上述預警系統中的信息處理模塊10的一種具體實施例。參見圖3，該信息處理模塊10具體包括如下內容：

距離信息接收單元11及命令發送單元12。

距離信息接收單元11用於實時接收測距模塊20發送的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離。

命令發送單元12用於在安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離間的距離達到安全距離閾值時，向預警模塊40發出告警撤離命令，同時向施工點安全限界模塊30發送人員出清檢查命令。

從上述描述可知，本發明實施例中的信息處理模塊10實現了不再沿用傳統的安全防護督導方法，不需要在車站安置安全防護督導人員，簡化了安全預警下達流程，降低了溝通成本，車輛自主發送接近信息，施工點自主接收，避免人員疏忽導致的安全事故。

本發明實施例四提供了上述預警系統中的施工點安全限界模塊30的一種具體實施例。參見圖4，該施工點安全限界模塊30具體包括如下內容：

相互之間通信連接的多個人員測距單元31及無線測距單元32；

各人員測距單元31分別設置在安全施工範圍的全部施工人員身上；

各無線測距單元32分別設置在安全施工範圍的各邊界處，使得各無線測距單元32組成的檢測範圍與安全施工範圍重合；

無線測距單元32用於根據接收到的人員出清檢查命令，定位安全施工範圍內的全部人員測距單元31，並實時判斷安全施工範圍內的施工人員是否全部撤離。

若所述安全施工範圍內的施工人員未全部撤離，則所述無線測距單元32向所述信息處理模塊10發送人員未撤離信息，使得所述信息處理模塊10根據所述人員未撤離信息繼續向所述預警模塊40發出告警撤離命令。

若所述安全施工範圍內的施工人員全部撤離，則所述無線測距單元32向所述信息處理模塊10發送人員成功撤離信息，使得所述信息處理模塊10根據所述人員成功撤離信息停止向所述預警模塊40發出告警撤離命令。

本發明實施例五提供了上述預警系統中的預警模塊40的一種具體實施例。參見圖5，該預警模塊40具體包括如下內容：

多個人員告警單元41及全場告警單元42；

各人員告警單元41分別設置在安全施工範圍內的各個施工人員身上，且人員告警單元41用於根據接收到的告警撤離命令發出震動告警提示。

各全場告警單元42分別設置在安全施工範圍的各邊界處，且全場告警單元42用於根據接收到的告警撤離命令發出聲光報警提示，以使得施工人員撤離施工點，其中，一個人員測距單元31均與一個人員告警單元41共同設置在同一設備體中，並將該設備體佩戴在施工人員身上。

從上述描述可知，本發明實施例使用兩種預警方式避免了由於單一告警模式故障而導致的預警信息無法下達的問題，利用完整且自動的施工人員預警體系替代了原人工告警方式，且預警過程準確、及時且可靠，有效避免了由於人員疏忽而導致的安全事故，進而保證了軌道交通穩定且可靠的運行。

為更近一步的對本發明的方法進行詳細說明，本法明提供一種軌道交通施工人員安全預警系統的具體應用例。具體過程如下：

1.設備組成：

車輛測距單元22、施工點測距單元21、施工點安全限界模塊30、預警模塊40、信息處理模塊10，且設備架構參見圖6。

2.各模塊功能：

(1)車輛測距單元22：

車輛測距單元22安裝在車頭上，其用於接收施工點測距單元21發出的時間同步信號並回復時間同步信號；同時，接收施工點測距單元21發出的廣播信號並回復廣播信號。施工點測距單元21發出時間同步並接收車輛測距單元22的回覆，隨後車輛發出廣播信號，施工點測距單元21收到後進行到達時間比較，進而測量出與車輛的距離。車輛測距單元22可以採用CSS(線性調頻擴頻)無線測距方式。

(2)施工點測距單元21：

施工點測距單元21位於施工點的來車方向的邊緣處，其也採用CSS無線測距方式，接收車輛發出的時間同步、廣播信號並回復，進行到達時間比較，測得與車輛的距離。

其中的測距方式參見圖7：施工點測距單元21首先發出時間同步信息，車輛測距單元22接收到時間同步信息之後向施工點測距單元21回復時間同步信息，從而施工點測距單元21與車輛測距單元22間的時間同步。之後，施工點測距單元21再向車輛測距單元22發送廣播信息，車輛測距單元22根據接收到的廣播信息返回廣播信息給施工點測距單元21，根據施工點測距單元21和車輛測距單元22接收到廣播信息和廣播回覆信息的時間差，並根據車輛測距單元22發送給施工點測距單元21的列車的速度，計算得到施工點測距單元21和車輛測距單元22間(也就是列車的來車方向的車頭與安全施工範圍的來車方向的邊界處之間)的距離。

(3)施工點安全限界模塊30：

施工點安全限界模塊30包括在施工區域的周邊設置的四個CSS無線測距模塊，利用4個CSS無線測距模塊構成矩形測量區域，通過三點定位的方式定位區域內人員。人員攜帶的預警模塊40包含CSS測距功能，施工點安全限界模塊30測量區域範圍內人員距離，通過三點定位檢查人員是否在限界範圍內。當車輛到達需撤離距離時，信息處理模塊10發出出清檢查請求，施工點安全限界模塊30檢查限界範圍內人員是否出清。

(4)預警模塊40：

預警模塊40包含兩種，一種安放在施工區域旁邊，通過聲光報警提示施工人員，一種由施工人員隨身攜帶，通過振動提示施工人員。預警模塊40接收信息處理模塊10傳來的預警，在車輛接近預警值達到時，通過聲光報警、振動提示人員撤離。使用兩種預警模塊40的目的是防止單一模塊故障導致預警信息無法下達。

(5)信息處理模塊10：

接收及處理施工點測距單元21傳來的測距信息，包括上下行列車，在到達車輛接近預警閾值後，通過預警模塊40下發人員撤離預警，隨後通過安全限界模塊檢查人員是否出清，如未出清則持續進行預警。

本具體實例中，車輛與施工點之間通過到達時間差計算距離；施工點安全限界通過TDOA雙曲線定位限界內人員；預警模塊40同時接收安全限界掃描預警及車輛接近預警。

從上述描述可知，本具體實例有如下有益效果：

1.設備配置靈活：

設備可快速布置在施工點，構建安全限界。

施工人員攜帶預警模塊40，即可接收車輛接近預警及限界出清預警。

線路和車輛分別安裝車輛測距單元22及施工點測距單元21，可對運行區間內所有施工點進行接近預警。

2.不需要車站安置安全防護督導人員：

不沿用傳統的安全防護督導方法，因此不需要在車站安置安全防護督導人員，簡化了安全預警下達流程，降低了溝通成本，車輛自主發送接近信息，施工點自主接收，避免人員疏忽導致的安全事故。

3.車輛接近預警與應用指揮靈活：

適用於普通鐵路，高速鐵路，城市軌道交通等作業場景。

車輛在接近過程中，自主發送接近信息，途徑作業點自主接收信息並處理。

更進一步的，本發明還提供了一種軌道交通施工人員安全預警方法，參見圖8，該預警方法具體包括如下步驟：

步驟100：實時檢測施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離。

步驟200：在安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離達到安全距離閾值時，向施工點發出告警撤離命令及人員出清檢查命令。

步驟300：根據接收到的所述告警撤離命令發出告警提示，使得施工人員撤離施工點。

步驟400：根據所述人員出清檢查命令檢測所述安全施工範圍內的人員撤離情況，並根據檢測結果判斷是否繼續發出告警提示。

其中，施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處與行駛中列車間的距離的獲取過程包括：

對分別設置在來車方向上的列車與所述安全施工範圍的來車方向邊界處的兩個測距單元進行時間同步；根據所述時間同步的結果獲取列車與施工點的安全施工範圍的來車方向邊界處間的雙向傳輸的到達時間差，以及根據到達時間差確定列車與施工點的安全施工範圍的邊界處間的距離。

從上述描述可知，本發明實施例實現了在車輛接近施工點時，實時提醒人員與車輛距離，避免反覆溝通及漏報；可準確定位車輛與施工點的距離，準確控制人員撤離提前量；以及在發出預警後，檢查限界內人員是否清空；有效避免了由於人員疏忽而導致的安全事故。

以上實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。