一种具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统

技术领域

本发明属于铁路安全生产防护技术领域，具体涉及一种具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统。

背景技术

随着铁路运输向高速、重载、大密度方向发展，车务系统面临的安全生产压力正在日益增加，在车站调车作业中，经常有调车机作业进入脱轨器安装线路的时候，现有的调车作业进路的确认，主要通过调车人员的人工检查完成进路的确认。在调车作业过程中不可避免地会受到人为、环境、地理位置等因素的影响造成调车事故。

由于传统的脱轨器还不具备向调车组发送提醒功能，如果脱轨器处于不正确的开通位置，很可能起不到防护作业或造成误脱事故发生。从历年调车事故分析中，我们不难发现因调车人员在向线路内送车前没有按规定对线路进行预检，未发现线路上插设的装卸作业防护牌，致使车列在推送过程中碰轧防护牌的脱轨器，导致车辆轮对脱轨和枕被轧坏的事故。另外，现场作业调车组在进入脱轨器安装线路调车机作业的时候，每班调车组需要配属1名专人值守列检值班室，使用对讲机与调车组成员进行调车进路人工确认及防护。工作中不仅增加作业人员的劳动强度和进路确认的作业时间，还严重影响调车作业效率和车站的改编能力。

随着铁路运输信息化管理进程的发展，研发新的具有非集中区安全智能预警防护装置系统，用来完成调车作业信息管理及防止调车事故发生尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统，其特征在于，包括手持管理终端、电子防护牌单元、车站端安全管控单元、机车控制单元和远程调度安全管控单元；

远程调度安全管控单元与多个车站端安全管控单元相连；

车站端安全管控单元还与手持管理终端、机车控制单元、传统铁路无线调车灯显设备相连；

每个手持管理终端与多个电子防护牌单元相连，且这多个电子防护牌单元还与该手持管理终端所连接的车站端安全管控单元相连；

所述手持管理终端用于股道防护信号状态查询、对货物装载数量和质量进行检查；用于与车站端安全管控单元、远程调度安全管控单元进行通信；用于对电子防护牌单元进行入库、领用出库、上道安设、下道撤除作业环节的数据采集管理，并将采集电子防护牌单元唯一身份编码ID传输到车站端安全管控单元；

所述车站端安全管控单元用于对车辆安全及作业人员安全的实时防护和管控；用于与机车控制单元、手持管理终端、远程调度安全管控单元进行通信；还用于对电子防护牌单元入库、领用出库、上道安设、下道撤除环节进行监测和档案管控；用于对装卸作业和防护信号作业过程和结果情况进行记录；用于根据手持管理终端传来的电子防护牌单元唯一身份编码ID采集电子防护牌单元安设、撤除状态过程和结果信息；用于通过电子防护牌单元安设线路状态信息，自动生成线路脱轨器安全防护信号信息，并将自动生成线路脱轨器安全防护信号信息与传统铁路无线调车灯显设备相互关联，通过调车单作业计划跟踪实际调车进路执行情况，实现线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据比对生成调车进路安全互控信息，并以站场图图文形式展现和保存；在非集中区进行调车作业时，用于查询调车进路安全互控信息；

所述电子防护牌单元，用于其身份编码和防护信号作业安设、撤除过程位置的闭环档案管理；所述的电子防护牌单元安装在轨道上，以提示机车该线路有作业；还用于发出告警信息及语音提示，实现防护信号状态异常预警；

所述机车控制单元用于与所述车站端安全管控单元103通信，接收防护信号作业过程和结果并进行展示，还用于调车进路安全互控信息语音广播、防护信号作业操作数据保存和防护信号作业历史查询回放功能；

所述远程调度安全管控单元用于远程监控管理和分析，对参与铁路内线作业人员的作业习惯及违章违纪进行分析和风险预警防控。

进一步，优选的是，电子防护牌单元分为固定电子防护牌单元和移动电子防护牌单元两种防护信号牌；

所述电子防护牌单元的壳体上安装有LED显示模块，所述壳体内设置有主控驱动模块、电源模块、锂电池组、充电模块、无线通信宽窄融合模块、RFID识别模块、金属传感器、扬声器、GNSS全球卫星导航模块、功能按键、存储模块和雷达测距模块；

电源模块、锂电池组、充电模块顺序连接；

主控驱动模块分别与电源模块、无线通信宽窄融合模块、RFID识别模块、金属传感器、扬声器、LED显示模块、GNSS全球卫星导航模块、功能按键、存储模块和雷达测距模块相连，用于控制电源模块、无线通信宽窄融合模块、RFI D识别模块、金属传感器、扬声器、LED显示模块、GNSS全球卫星导航模块、功能按键、存储模块和雷达测距模块的工作；

电源模块分别与无线通信宽窄融合模块、RFID识别模块、金属传感器、扬声器、LED显示模块、GNSS全球卫星导航模块、功能按键、存储模块和雷达测距模块相连，用于供电；

所述电子防护牌单元通过无线通信宽窄融合模块与手持管理终端、车站端安全管控单元相连；

GNSS全球卫星导航模块用于定位地理信息数据；

壳体底部安装有连接标志杆，用于与脱轨器相连接；通过LED显示模块进行提示机车该线路有作业；

RFID识别模块用于存储其自身的身份信息，还用于识别工作人员的身份信息；

金属传感器用于采集电子防护牌单元是否安装在铁轨上；

扬声器用于防护牌单元安设、撤除状态进行语音播报、信息提醒、同时发出防护提醒声音；

LED显示模块用于昼夜防护信号标识显示；

功能按键用于电子防护牌单元的基本信息设置及人机交互功能设置；所述的电子防护牌单元的基本信息包括上道安设信息和下道撤除信息；

存储模块用于存储金属传感器采集的数据、扬声器播报信息、功能按键的人机交互信息及设置的电子防护牌单元的基本信息、GNSS全球卫星导航模块的定位信息、雷达测距模块的测距信息和RFID识别模块的识别信息；

雷达测距模块用于进行雷达测距。

进一步，优选的是，采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行安全互控停车；具体包括以下步骤：

1)车站端安全管控单元实时获取采集室外、室内的电子防护牌单元安设、撤除状态过程和结果信息；

2)通过车站端安全管控单元实时采集获取的电子防护牌单元安设线路状态信息，自动生成线路脱轨器安全防护信号信息并保存；

3)车站端安全管控单元将自动生成线路脱轨器安全防护信号信息与传统铁路无线调车灯显设备相互关联，通过调车单作业计划跟踪实际调车进路执行情况，实现线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据比对，生成调车进路安全互控信息，并以站场图图文形式展现和保存；

4)在非集中区进行调车作业时，调车作业人员查询调车进路安全互控信息，供调车组查询调车进路安全互控信息及相应的告警信息；

进一步，优选的是，步骤3)的具体方法为：

步骤a：线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据一致时，同步显示“xx道、脱轨器下脱”或“xx道、防护牌撤除”，指引相关作业人员作业；

步骤b：线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据不一致时，同步显示“xx道、脱轨器上脱、请立即停车”或“xx道、安设防护牌、请立即停车”的提供语音和视觉告警；传统铁路无线调车灯显设备的机控器锁闭调车作业指令，同时点亮红灯，播报并回示调车组“xx道、脱轨器上脱、请立即停车”或“xx道、安设防护牌、请立即停车”，调车组检查纠正错误后，机车司机解锁机控器方可正常作业，当进路未改变、线路脱轨器上脱或防护牌安设状态未改变，机控器启动互控停车指令控制机车排风停车，调车组重新核对脱轨器或电子防护牌单元安设状态确保安全后才能正常作业。

进一步，优选的是，采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行装卸作业；具体包括以下步骤：

1)车站端安全管控单元通过与既有的铁路货运系统相连获取相应作业计划任务；

2)在铁路货物线或者跨越货物线进行装卸作业，以及在货物线附近搬运作业工组通过手持管理终端接收车站端安全管控单元下达的作业计划任务；

3)装卸作业的工组根据作业计划任务中装卸作业前安全防护准备工作要求通过对手持管理终端认证操作以领用电子防护牌单元；车站端安全管控单元自动将电子防护牌单元登记为领用出库状态；

4)装卸作业的工组根据装卸作业前安全防护准备工作要求到达指定的作业区域，将电子防护牌单元安设在货物线两端来车方向左侧钢轨上作为防护信号，或只在尽头线路来车一端钢轨上安设，或在同一线路上车辆分解后作业时，在该线路的最前部与最后部车辆外端钢轨上安设；电子防护牌单元安设上轨后具有防护信号上道安设标识，通过电子防护牌单元中心的LED显示模块进行提示机车该线路有作业，防止机车闯入作业线；

5)电子防护牌单元自动将上道安设状态信息或地理位置信息通过电子防护牌单元的无线通信宽窄融合模块传输至车站端安全管控单元无线；车站端安全管控单元将防护信号作业过程和结果以图文及语音方式呈现，实现自动监控防护信号作业安设、撤除作业过程和结果位置的闭环档案管理，且实现防护信号查询语音广播、操作数据保存和查询回放功能；

6)车站端安全管控单元将防护信号作业过程和结果与传统铁路无线调车灯显设备相连，利用传统铁路无线调车灯显设备进行话音通话、调车指令的传送，实现机车车辆作业进入安装有电子防护牌单元的线路预警和进路防护信号异常强制停车功能，对防护信号作业上道安设、下道撤除状态过程进行实时防护和预警；

7)车站端安全管控单元将检测到的防护信号状态数据进行处理，将预处理后的信号传输至机车司机和调车组作业人员，提醒机车司机和调车组作业人员当前调车进路防护信号未下道撤除，如果机车进入防护信号未下道撤除的进路时，机车司机和调车组作业人员同步接收防护信号告警信息及语音提示；还能启动“安全互控停车”指令控制机车排风停车；

8)如果有机车车辆因不可抗拒因素闯入作业线，电子防护牌单元通过其雷达测距模块监测到机车车辆异常靠近时会自动发出告警信息及语音提示，通过扬声器、LED显示模块提醒在铁路货物线或者跨越货物线进行装卸作业，以及在货物线附近搬运作业的相关作业人员注意安全，同时机控器启动互控停车指令控制机车排风停；如遇其它机车车轮因不坑因素压上脱轨器时，脱轨器会强行将机车车辆脱轨，防止机车侵入正在进行装卸作业的货物线，保障装卸作业人员和货物安全；

9)作业完毕后由装卸作业的工组下道撤除，其他人员无权撤除防护信号，同时车站端安全管控单元会自动记录防护信号撤除信息状态；

10)根据现场装卸作业要求，装卸作业的工组重新作业，则从步骤1)开始。

进一步，优选的是，电子防护牌单元设置在线路终端尽头线的车档上，用于尽头线调车推进作业中的安全防护预警防撞，具体方法包括以下步骤：

1)电子防护牌单元设置在线路终端尽头线的土档上，作为尽头线昼夜防护信号表示器；

2)调车作业过程中，调车指挥人根据调车作业计划下达作业指令，调车作业过程中，电子防护牌单元根据调车进路开通情况进行工作(自动激活唤醒尽头线安全防护预警功能)；

3)电子防护牌单元通过其无线通信宽窄融合模块与传统铁路无线调车灯显设备以无线方式相连，将尽头线安全防护状态以无线电磁波方式通知参与调车作业的机车司机、调车组作业人员，同时语音播报“尽头线安全防护信号已开启”，利用传统铁路无线调车灯显设备的话音通话和调车指令的传送的功能，实现机车车辆进入尽头线作业安全防护预警或调车作业情况异常强制停车；

4)电子防护牌单元通过其激光雷达测距模块，实时感知测算尽头线土档距调车推进作业机车车辆运行位置两点之间的距离；当尽头线机车车辆走行到距离土档140m时，同时通过无线通信宽窄融合模块向传统铁路无线调车灯显设备发送距离提示语音或“注意尽头线”提示语音信息，提醒司机尽头线走行限速；

5)电子防护牌单元感知进入尽头线机车车辆走行到距离土档30m时，电子防护牌单元通过感知机车车辆走行距离所需时间得到速度，同时实时向传统铁路无线调车灯显设备发送控速防护信号，当机车车辆速度达到限制速度时，发送紧急制动指令，使列车车辆制动停车；当机车车辆速度未达到限制速度时，发送30m停车指令，确保尽头线调车作业安全；

6)机车车辆进入尽头线作业结束后，电子防护牌单元自动进入休眠工作模式；

7)根据现场尽头线作业要求重新作业，则从步骤1)开始。

进一步，优选的是，采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行调车作业中的“十车”“五车”“三车”距离信号的测距显示；具体包括以下步骤：

1)电子防护牌单元设置在吸附在推进或连挂车列头部前端；

2)调车作业过程中，电子防护牌单元根据调车推进或连挂指令进行工作(自动激活唤醒测距报读功能)；

3)电子防护牌单元通过其激光雷达测机模块，实时感知测算推进或连挂调动车辆与股道上停留车位置两点之间的距离；

4)电子防护牌单元通过其无线通信宽窄融合模块与传统铁路无线调车灯显设备以无线方式相连，将实时距离信号以无线电磁波方式周期性传输至传统铁路无线调车灯显设备，用来提示机车乘务员调动车列与股道上停留车的实时距离；

5)传统铁路无线调车灯显设备接收到电子防护牌单元发送的实时距离信号，当满足“十车”、“五车”、“三车”距离信号时，自动启动“十车”、“五车”“、三车”控速防护信号，为机车控速提供依据确保机车车辆运行速度达到调车作业标准控速的阈值；

6)推进或连挂作业结束后，调车员将电子防护牌单元从已结束的调动车列头部前端取下，携带转至即将开始的调动车列头部前端。

7)根据现场尽头线作业要求重新作业，则从步骤1)开始。

本发明能为作业人员提供作业标准依据、风险防控提示和安全报警等信息，实现对现场作业关键部位、关键环节、关键岗位加大动态管理力度，显著提高铁路运输作业效率和安全，并把安全隐患消灭在萌芽状态，确保铁路运输安全持续稳定。将电子防护牌单元通过在轨道上道安设、下道撤除状态与传统铁路无线调车灯显设备相互关联，实现安全互控停车功能，避免发生事故，实现了脱轨器状态检查从“人控”到“机控”的转变，显著提高铁路运输作业效率和安全。

本发明中，所述手持管理终端用于参与铁路内线装卸作业、列检作业、施工作业场景的生产作业人员随身携带使用，支持一键对讲、一键拍照、一键录像、一键录音这些按键功能；具有股道防护信号状态查询功能，满足风险防控全员化需求，具有音视频拍摄、RFID/NFC识别、宽窄融合通信联络及数据管理功能，用于对货物装载数量和质量进行检查；用于车站端安全管控单元、远程调度安全管控单元音视频联络通信，从而使得车站调度员、货运值班员、货运员、装卸作业组之间进行通话联络，具备单呼、组呼、集群对讲、预警等宽窄融合通信联络功能，实现车站值班员、生产作业人员、调度员的基本通话、群组通话、优先级通话、图像回传、预警等功能；货运员通过对装卸作业过程情况进行实时视音频录像、照相、录音、定位、回传、存储，用于对货物装载数量和质量进行检查；根据车站《站细》具体规则要求编制车站名称、使用股道编号等信息，实现脱轨器电子防护牌档案管理；用于对电子防护牌单元进行入库、领用出库、上道安设、下道撤除作业环节的数据采集管理，通过采集电子防护牌单元唯一身份编码ID，通过宽窄融合无线传输到车站端安全管控单元进行数据汇总、处理，提高安全防护作业效率并减少常规安全防护作业的人工成本和劳动工作强度，具有调车进路安全互控信息查询功能，满足风险防控全员化需求，同时能避免人为因素引发的生产安全事故。

所述车站端安全管控单元用于铁路内线装卸、列检、施工等作业场景对车辆安全及作业人员安全的实时防护和管控；用于车站调度员、货运值班员、货运员、装卸作业组之间的通话联络，具备单呼、组呼、集群对讲、预警等宽窄融合通信联络功能，实现车站调度员、货运值班员、货运员、装卸作业组之间的基本通话、群组通话、优先级通话、预警等功能；还用于对电子防护牌单元入库、领用出库、上道安设、下道撤除环节进行监测和档案管控；能够对装卸作业和防护信号作业过程和结果情况进行实时动态、静态的数字化记录，按时间、班次、岗位进行管理，建立装卸作业前后巡检电子化，为货运员或装卸组提供装卸作业防护标准依据、风险防控提示和安全报警信息，车站端安全管控单元实时获取采集室外、室内的电子防护牌单元安设、撤除状态过程和结果信息；通过所述车站端安全管控单元实时采集获取的电子防护牌单元安设线路状态信息，自动生成线路脱轨器安全防护信号信息并保存；所述车站端安全管控单元将自动生成线路脱轨器安全防护信号信息与既有传统铁路无线调车灯显设备相互关联，通过调车单作业计划跟踪实际调车进路执行情况，实现线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据比对生成调车进路安全互控信息并以站场图图文形式展现和保存；在非集中区进行调车作业时，可调车作业人员查询调车进路安全互控信息，供调车组查询调车进路安全互控信息，告警信息，为调车进路开通提供安全指引功能，从设备源头进行安全风险防控。

所述电子防护牌单元用于身份编码和防护信号作业安设、撤除过程位置的闭环档案管理，形成标准化、制度化、规范化、图形化、可视化、档案化的车站实时安全防护信号电子管理档案，并用于建立安全防护信号设备需要安全预警和报警的作业项点进行报警语音提示，实现标准化、制度化安全防护作业；用于在铁路内线装卸、列检、施工等作业场景时安装在轨道上，提示机车该线路有作业，防止机车进入作业线，起保护轨道上的作业人员生命安全或者重要的机车车辆的财产安全提示作用。用于发出告警信息及语音提示，实现防护信号状态异常预警功能，满足风险防控预警全员化需求。

所述机车控制单元，用于与所述车站端安全管控单元通信，接收防护信号作业过程和结果以图文及语音的形式准确、可靠、直观地快速展示，同时具有防护信号查询语音广播、操作数据保存和查询回放功能；

所述远程调度安全管控单元用于远程监控管理和分析功能，便于管理人员对参与铁路内线装卸、列检、施工等作业人员的作业习惯及违章违纪进行大数据分析和风险预警防控。

壳体为方形，四周边框呈白色、中间方形区域呈红色并安装有LED显示模块；

所述电子防护牌单元通过GNSS全球卫星导航模块用于定位地理信息数据，地理信息数据包括纬度、经度和海拔高度，通过电子防护牌单元的定位信息，可实时掌握作业防护区域和机车车辆目标位置。

壳体底部安装有连接标志杆，用于与常规脱轨器相连接；通过LED显示模块进行提示机车该线路有作业，防止机车进入作业线，指导车辆机车和作业人员注意安全，增加防护安全。

雷达测距模块用于进行雷达测距，包括停留车、尽头线测距，在不增加作业量的同时，提高作业人员目测安设脱轨器电子防护牌与停留车位置的精度，同时自动感知来车方向与安设脱轨器电子防护牌的位置，如当有列车车辆误闯入作业线时，可提前感知预警并通过语音和视觉告警提示相关参与作业人员和机车司机，减少机车车辆脱轨和调车作业人员人身伤害事故，同时保障装卸作业人员和货物安全。

所述电子防护牌单元根据作业场景不同，可分为装卸作业、列检作业、搬运作业、施工作业等场景，不同的作业场景要求安设的防护信号数量不同，装卸作业应在货物线两端来车方向左侧钢轨上安设防护信号，尽头线路只在来车一端钢轨上安设防护信号。如在同一线路上车辆分解后作业时，应在该线路的最前部与最后部车辆外端钢轨上安设防护信号，同一线路上两个及以上工组同时作业时，应由最先开班作业的工组(或专人)安设防护信号，最后结束作业的工组(或专人)撤除防护信号。

采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行安全防护；具体包括以下步骤：

1)电子防护牌单元安设有电子编号，编号具有唯一性和可追溯性，根据车站站细具体规则要求编制车站名称、使用股道编号，实现脱轨器电子防护牌档案管理；同时电子防护牌单元内置定位功能，实现远程监控脱轨器电子防护牌防护位置信息监控；脱轨器电子防护牌编码与安设股道不一致时，实时语音提醒，杜绝人为因素造成的安全隐患；

2)电子防护牌单元设有LED显示模块，表面射有反光涂料，昼夜坚守实时提现机车司机该线路有作业，克服夜间、降雾及不良天气下的作业限制。

3)所述电子防护牌单元内置雷达测距模块，具有测距、感知预警功能，在不增加作业量的同时，提高作业人员目测安设脱轨器电子防护牌与停留车位置的精度，同时自动感知来车方向与安设脱轨器电子防护牌单元的位置，如当有列车车辆误闯入作业线时，可提前感知预警并通过语音和视觉告警提示相关参与作业人员和机车司机，减少机车车辆脱轨和调车作业人员人身伤害事故，同时保障装卸作业人员和货物安全。

4)电子防护牌单元通过在轨道上道安设、下道撤除状态与传统铁路无线调车灯显设备备相互关联，实现安全互控停车功能，从设备源头进行安全风险防控。同时实现防护信号状态查询和异常预警功能，满足风险防控预警全员化需求，改善现有人工确认脱轨器进路作业的工作方式，减轻作业人员的劳动强度，提高作业效率和车站的改编能力，并保障脱轨器线路调车作业安全。

无线通信宽窄融合模块含有GSM-R、3G、LTE、4G、5G、5G-R、ZigBee、WiFi、LoRa、RFID、Bluetooth、DMR、NXDN等技术中的一种或多种。

电子防护牌单元设置在线路终端尽头线的车档上，用于尽头线调车推进作业中的安全防护预警防撞，提高尽头线调车推进作业效率，防止机车车辆冲撞挡车器或土档的安全事故，适合多尽头线作业场景，

电子防护牌单元加装强磁铁还可以吸附在推送车列车辆前端，用于调车作业中的“十车”“五车”“三车”距离信号的测距显示，调车作业过程中，正确观速、观距是准确进行控速和目的制动的先决条件，是保证调车作业和行车安全的关键环节，调动车列移动速度过快，会导致撞钩，移动速度过慢则会影响作业效率，传统铁路无线调车灯显设备接收到电子防护牌单元发送的实时距离信号，当满足“十车”、“五车”、“三车”距离信号时，自动启动“十车”、“五车”“、三车”控速防护信号，为机车控速提供依据确保机车车辆运行速度达到调车作业标准控速的阈值，避免因实际距离过远，导致提前降速进而影响作业效率；或因实际距离过近导致降速不及时，从而引发车辆冲撞、脱轨等严重后果。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

由于传统的脱轨器不具备提醒功能，现场作业调车组在进入脱轨器安装线路调车机作业的时候，每班调车组需要配属1名专人值守列检值班室，使用对讲机与调车组成员进行调车进路人工确认及防护。工作中不仅增加作业人员的劳动强度和进路确认的作业时间，还严重影响调车作业效率和车站的改编能力。本发明针对以上问题进行创新设计，通过车站端安全管控单元实时获取采集室外、室内的电子防护牌单元安设、撤除状态过程和结果信息；通过所述车站端安全管控单元实时采集获取的电子防护牌单元安设线路状态信息，自动生成线路脱轨器安全防护信号信息并保存；车站端安全管控单元将自动生成线路脱轨器安全防护信号信息与既有传统铁路无线调车灯显设备相互关联，通过调车单作业计划跟踪实际调车进路执行情况，实现线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据比对生成调车进路安全互控信息并以站场图图文形式展现和保存。在非集中区进行调车作业时，调车作业人员查询查询调车进路安全互控信息，供调车组查询调车进路安全互控信息，告警信息，为调车进路开通提供安全指引功能；同时考虑站场作业实际及需求等综合因素，以科技保安全的信息化管理功能，克服人工确认进路的不确定性和个体差异性，提高铁路管理部门的工作效率和管理调度能力，实现标准化、制度化、规范化调车作业过程卡控和监督，消除各种安全隐患，降低对作业数据分析难度，减少作业数据分析人员，提高综合管控工作效率及人员成本的支出、保证列车安全运行和人民生命财产的有力措施。

本发明利用先进的大数据、物联网、5G无线宽窄融合通信技术、北斗技术、激光测距技术、RFID识别技术、计算机软件技术等进行系统集成创新，防护信号作业安设、撤除过程位置的闭环档案管理，形成标准化、制度化、规范化、图形化、可视化、档案化的车站实时安全防护信号电子管理档案，并用于建立安全防护信号设备需要安全预警和报警的作业项点进行报警语音提示，实现标准化、制度化安全防护作业，通过数据共享改善编组站相关信息的透明度，实现调车作业标准常态和非常态调车作业安全状态预测预警，实现异常隐患的预测，预判事态发展，智能识别出瓶颈点和安全隐患，并深入结合运营管理需求和环境特征，可以建立细致的预警动态指标体系和判断标准，建立灵活和合理的预警阈值，通过早预警、早判断、早处置降低调车作业安全风险，提高调车作业效率和应急处置效率，保障了铁路防护作业的稳定性、可靠性和可控性，有效降低冲、撞、脱等安全事故的发生。

本发明结合实际调车作业场景和不同作业防护信号设置的监测需求，从业务应用、设备利旧、软硬件部署角度对脱轨器防护牌进行设计，实现标准化、制度化、规范化防护信号作业过程卡控和监督，消除各种安全隐患，降低对作业数据分析难度，减少作业数据分析人员，提高综合管控工作效率及人员成本的支出、保证列车安全运行和人民生命财产的有力措施。

本发明较好地解决了传统防护信号作业安全风险管控难、成本高的问题，具备建设运营成本低、使用简单、维护方便等优势；运用后成本节约效果显著，提高现场应急处置效率。通过对历年因防护设备卡控不到位导致的冲撞事故分析比较，冲撞事故造成的直接、间接损失少则十几万、多则上百万，事故一旦造成人员伤亡，将会产生更大的经济损失，本发明平台变“人控”为“设备控”，在确保调车作业的安全基础上，也有效的避免了冲撞事故和更大的经济损失。

附图说明

图1为本发明具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统的结构示意图；

图2为本发明电子防护牌单元结构示意图；

图3为本发明作业应用场景流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明的实施根据中华人民共和国国家标准中的铁路调车作业标准要求和铁道行业相关标准铁路货物装卸安全技术规则、铁路无线调车灯显设备标准要求。

如图1所示，一种具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统，包括手持管理终端101、电子防护牌单元102、车站端安全管控单元103、机车控制单元104和远程调度安全管控单元105；

远程调度安全管控单元105与多个车站端安全管控单元103相连；

车站端安全管控单元103还与手持管理终端101、机车控制单元104、传统铁路无线调车灯显设备106相连；

每个手持管理终端101与多个电子防护牌单元102相连，且这多个电子防护牌单元102还与该手持管理终端101所连接的车站端安全管控单元103相连；

所述手持管理终端101用于股道防护信号状态查询、对货物装载数量和质量进行检查；用于与车站端安全管控单元103、远程调度安全管控单元105进行通信；用于对电子防护牌单元102进行入库、领用出库、上道安设、下道撤除作业环节的数据采集管理，并将采集电子防护牌单元102唯一身份编码ID传输到车站端安全管控单元103；

所述车站端安全管控单元103用于对车辆安全及作业人员安全的实时防护和管控；用于与机车控制单元104、手持管理终端101、远程调度安全管控单元105进行通信；还用于对电子防护牌单元102入库、领用出库、上道安设、下道撤除环节进行监测和档案管控；用于对装卸作业和防护信号作业过程和结果情况进行记录；用于根据手持管理终端101传来的电子防护牌单元102唯一身份编码ID采集电子防护牌单元102安设、撤除状态过程和结果信息；用于通过电子防护牌单元102安设线路状态信息，自动生成线路脱轨器安全防护信号信息，并将自动生成线路脱轨器安全防护信号信息与传统铁路无线调车灯显设备106相互关联，通过调车单作业计划跟踪实际调车进路执行情况，实现线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据比对生成调车进路安全互控信息，并以站场图图文形式展现和保存；在非集中区进行调车作业时，用于查询调车进路安全互控信息；

所述电子防护牌单元102，用于其身份编码和防护信号作业安设、撤除过程位置的闭环档案管理；所述的电子防护牌单元102安装在轨道上，以提示机车该线路有作业；还用于发出告警信息及语音提示，实现防护信号状态异常预警；

所述机车控制单元104用于与所述车站端安全管控单元103通信，接收防护信号作业过程和结果并进行展示，还用于调车进路安全互控信息语音广播、防护信号作业操作数据保存和防护信号作业历史查询回放功能；

所述远程调度安全管控单元105用于远程监控管理和分析，对参与铁路内线作业人员的作业习惯及违章违纪进行分析和风险预警防控。

电子防护牌单元102分为固定电子防护牌单元和移动电子防护牌单元两种防护信号牌；

如图2所示，所述电子防护牌单元102的壳体1上安装有LED显示模块10，所述壳体1内设置有主控驱动模块2、电源模块3、锂电池组4、充电模块5、无线通信宽窄融合模块6、RFID识别模块7、金属传感器8、扬声器9、GNSS全球卫星导航模块11、功能按键12、存储模块13和雷达测距模块14；

电源模块3、锂电池组4、充电模块5顺序连接；

主控驱动模块2分别与电源模块3、无线通信宽窄融合模块6、RFID识别模块7、金属传感器8、扬声器9、LED显示模块10、GNSS全球卫星导航模块11、功能按键12、存储模块13和雷达测距模块14相连，用于控制电源模块3、无线通信宽窄融合模块6、RFID识别模块7、金属传感器8、扬声器9、LED显示模块10、GNSS全球卫星导航模块11、功能按键12、存储模块13和雷达测距模块14的工作；

电源模块3分别与无线通信宽窄融合模块6、RFID识别模块7、金属传感器8、扬声器9、LED显示模块10、GNSS全球卫星导航模块11、功能按键12、存储模块13和雷达测距模块14相连，用于供电；

所述电子防护牌单元102通过无线通信宽窄融合模块6与手持管理终端101、车站端安全管控单元103相连；

GNSS全球卫星导航模块11用于定位地理信息数据；

壳体1底部安装有连接标志杆15，用于与脱轨器相连接；通过LED显示模块10进行提示机车该线路有作业；

RFID识别模块7用于存储其自身的身份信息，还用于识别工作人员的身份信息；

金属传感器8用于采集电子防护牌单元102是否安装在铁轨上；

扬声器9用于防护牌单元安设、撤除状态进行语音播报、信息提醒、同时发出防护提醒声音；

LED显示模块10用于昼夜防护信号标识显示；

功能按键12用于电子防护牌单元102的基本信息设置及人机交互功能设置；所述的电子防护牌单元102的基本信息包括上道安设信息和下道撤除信息；

存储模块13用于存储金属传感器8采集的数据、扬声器9播报信息、功能按键12的人机交互信息及设置的电子防护牌单元102的基本信息、GNSS全球卫星导航模块11的定位信息、雷达测距模块14的测距信息和RFID识别模块7的识别信息；

雷达测距模块14用于进行雷达测距。

采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行安全互控停车；具体包括以下步骤：

1)车站端安全管控单元实时获取采集室外、室内的电子防护牌单元安设、撤除状态过程和结果信息；

2)通过车站端安全管控单元实时采集获取的电子防护牌单元安设线路状态信息，自动生成线路脱轨器安全防护信号信息并保存；

3)车站端安全管控单元将自动生成线路脱轨器安全防护信号信息与传统铁路无线调车灯显设备相互关联，通过调车单作业计划跟踪实际调车进路执行情况，实现线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据比对，生成调车进路安全互控信息，并以站场图图文形式展现和保存；

4)在非集中区进行调车作业时，调车作业人员查询调车进路安全互控信息，供调车组查询调车进路安全互控信息及相应的告警信息；

步骤3)的具体方法为：

步骤a：线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据一致时，同步显示“xx道、脱轨器下脱”或“xx道、防护牌撤除”，指引相关作业人员作业；

步骤b：线路脱轨器安全防护信号信息与调车作业进路状态信息数据不一致时，同步显示“xx道、脱轨器上脱、请立即停车”或“xx道、安设防护牌、请立即停车”的提供语音和视觉告警；传统铁路无线调车灯显设备的机控器锁闭调车作业指令，同时点亮红灯，播报并回示调车组“xx道、脱轨器上脱、请立即停车”或“xx道、安设防护牌、请立即停车”，调车组检查纠正错误后，机车司机解锁机控器方可正常作业，当进路未改变、线路脱轨器上脱或防护牌安设状态未改变，机控器启动互控停车指令控制机车排风停车，调车组重新核对脱轨器或电子防护牌单元安设状态确保安全后才能正常作业。

采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行装卸作业；具体包括以下步骤：

1)车站端安全管控单元通过与既有的铁路货运系统相连获取相应作业计划任务；

2)在铁路货物线或者跨越货物线进行装卸作业，以及在货物线附近搬运作业工组通过手持管理终端接收车站端安全管控单元下达的作业计划任务；

3)装卸作业的工组根据作业计划任务中装卸作业前安全防护准备工作要求通过对手持管理终端认证操作以领用电子防护牌单元；车站端安全管控单元自动将电子防护牌单元登记为领用出库状态；

4)装卸作业的工组根据装卸作业前安全防护准备工作要求到达指定的作业区域，将电子防护牌单元安设在货物线两端来车方向左侧钢轨上作为防护信号，或只在尽头线路来车一端钢轨上安设，或在同一线路上车辆分解后作业时，在该线路的最前部与最后部车辆外端钢轨上安设；电子防护牌单元安设上轨后具有防护信号上道安设标识，通过电子防护牌单元中心的LED显示模块进行提示机车该线路有作业，防止机车闯入作业线；

5)电子防护牌单元自动将上道安设状态信息或地理位置信息通过电子防护牌单元的无线通信宽窄融合模块传输至车站端安全管控单元无线；车站端安全管控单元将防护信号作业过程和结果以图文及语音方式呈现，实现自动监控防护信号作业安设、撤除作业过程和结果位置的闭环档案管理，且实现防护信号查询语音广播、操作数据保存和查询回放功能；

6)车站端安全管控单元将防护信号作业过程和结果与传统铁路无线调车灯显设备相连，利用传统铁路无线调车灯显设备进行话音通话、调车指令的传送，实现机车车辆作业进入安装有电子防护牌单元的线路预警和进路防护信号异常强制停车功能，对防护信号作业上道安设、下道撤除状态过程和结果进行预警和防护；

7)车站端安全管控单元将检测到的防护信号状态数据进行处理，将预处理后的信号传输至机车司机和调车组作业人员，提醒机车司机和调车组作业人员当前调车进路防护信号未下道撤除，如果机车进入防护信号未下道撤除的进路时，机车司机和调车组作业人员同步接收防护信号告警信息及语音提示；还能启动“安全互控停车”指令控制机车排风停车；

8)如果有机车车辆因不可抗拒因素闯入作业线，电子防护牌单元通过其雷达测距模块监测到机车车辆异常靠近时会自动发出告警信息及语音提示，通过扬声器、LED显示模块提醒在铁路货物线或者跨越货物线进行装卸作业，以及在货物线附近搬运作业的相关作业人员注意安全，同时机控器启动互控停车指令控制机车排风停；如遇其它机车车轮因不坑因素压上脱轨器时，脱轨器会强行将机车车辆脱轨，防止机车侵入正在进行装卸作业的货物线，保障装卸作业人员和货物安全；

9)作业完毕后由装卸作业的工组下道撤除，其他人员无权撤除防护信号，同时车站端安全管控单元会自动记录防护信号撤除信息状态；

10)根据现场装卸作业要求，装卸作业的工组重新作业，则从步骤1)开始。

电子防护牌单元设置在线路终端尽头线的车档上，用于尽头线调车推进作业中的安全防护预警防撞，具体方法包括以下步骤：

1)电子防护牌单元设置在线路终端尽头线的土档上，作为尽头线昼夜防护信号表示器；

2)调车作业过程中，调车指挥人根据调车作业计划下达作业指令，调车作业过程中，电子防护牌单元根据调车进路开通情况自动激活唤醒尽头线安全防护预警功能；

3)电子防护牌单元通过其无线通信宽窄融合模块与传统铁路无线调车灯显设备以无线方式相连，将尽头线安全防护状态以无线电磁波方式通知参与调车作业的机车司机、调车组作业人员，同时语音播报“尽头线安全防护信号已开启”，利用传统铁路无线调车灯显设备的话音通话和调车指令的传送的功能，实现机车车辆进入尽头线作业安全防护预警或调车作业情况异常强制停车；

4)电子防护牌单元通过其激光雷达测机模块，实时感知测算尽头线土档距调车推进作业机车车辆运行位置两点之间的距离；当尽头线机车车辆走行到距离土档140m时，同时通过无线通信宽窄融合模块向传统铁路无线调车灯显设备发送距离提示语音或“注意尽头线”提示语音信息，提醒司机尽头线走行限速；

5)电子防护牌单元感知进入尽头线机车车辆走行到距离土档30m时，电子防护牌单元通过感知机车车辆走行距离所需时间得到速度，同时实时向传统铁路无线调车灯显设备发送控速防护信号，当机车车辆速度达到限制速度时，发送紧急制动指令，使列车车辆制动停车；当机车车辆速度未达到限制速度时，发送30m停车指令，确保尽头线调车作业安全；

6)机车车辆进入尽头线作业结束后，电子防护牌单元自动进入休眠工作模式；

7)根据现场尽头线作业要求重新作业，则从步骤1)开始。

采用所述的具有非集中区智能安全预警防护信号装置系统进行调车作业中的“十车”“五车”“三车”距离信号的测距显示；具体包括以下步骤：

1)电子防护牌单元设置在吸附在推进或连挂车列头部前端；

2)调车作业过程中，电子防护牌单元根据调车推进或连挂指令自动激活唤醒测距报读功能；

3)电子防护牌单元通过其激光雷达测机模块，实时感知测算推进或连挂调动车辆与股道上停留车位置两点之间的距离；

4)电子防护牌单元通过其无线通信宽窄融合模块与传统铁路无线调车灯显设备以无线方式相连，将实时距离信号以无线电磁波方式周期性传输至传统铁路无线调车灯显设备，用来提示机车乘务员调动车列与股道上停留车的实时距离；

5)传统铁路无线调车灯显设备接收到电子防护牌单元发送的实时距离信号，当满足“十车”、“五车”、“三车”距离信号时，自动启动“十车”、“五车”“、三车”控速防护信号，为机车控速提供依据确保机车车辆运行速度达到调车作业标准控速的阈值；

6)推进或连挂作业结束后，调车员将电子防护牌单元从已结束的调动车列头部前端取下，携带转至即将开始的调动车列头部前端。

7)根据现场尽头线作业要求重新作业，则从步骤1)开始。

本发明利用现代先进的单片机嵌入式开发技术、无线数字DMR通信技术、计算机软件技术、计算机通信技术等先进技术集成创新，并将项目研究成果运用到铁路运输安全生产中，为铁路通信、调车作业安全防护等重要领域的技术创新起到了示范作用。

本发明利用5G—R通信网络、大数据、区块链、物联网等新技术，丰富铁路应用场景，延伸平台产业链条，推进铁路新一代移动通信专网技术应用，构建铁路先进、安全高效的现代铁路信息基础设施体系和先进技术集成创新”，并将项目研究成果运用到铁路运输生产作业和安全管控中，通过提供有线无线融合的通信业务，最终实现铁路生产作业安全管控的一体化智慧化发展。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。