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便携式铁路施工来车预警系统

便携式铁路施工来车预警系统.doc

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概述：

鉴于列车运行速度与密度的持续攀升，铁路运营线路范围内施工作业人员的人身安全受到严重影响。在现有技术条件下，确保作业人员人身安全显得尤为关键。考虑到铁路沿线检修、养护作业均为野外作业，且施工区域具有随机性与不确定性，我们采用太阳能加可充电池供电、无线通信等技术手段，在安全防护员瞭望的基础上构建了一套便携式列车接近预警系统，可极大程度上规避人为疏忽、恶劣天气、通信联系不畅等原因发生作业人员遭到运行中的列车意外碰撞的安全事故。当列车接近施工区域约3公里时，系统迅速响应，以高音、闪灯和震动等方式提醒作业人员撤离，从而确保检修养护作业人员人身安全。该预警系统操作简便、适应性强，能够广泛应用于各类铁路施工作业场景，有助于提升安全管理水平、减少安全事故。

便携式铁路施工来车预警系统

一、引言

近年，中国铁路飞速发展，我们在看到铁路的发展彰显了我国铁路技术与实力的时候,也要认识到高速行驶列车所存在的一些非技术性安全隐患，尤其是对线路附近工作的人员或其他临近线路人员的人身安全造成的安全隐患。且不说时速达到300kmh的动车组，即使普通的列车在既有线路上的运行速度也达到了120km/h~160km/h,再考虑到线路曲线、天气对人视野的影响，一辆在视野之外的列车很有可能在短短的几分钟甚至几十秒内便会从我们面前呼啸而过，对在铁路线路上进行日常作业的各工种作业人员的人身安全造成了巨大隐患，他们从事维护作业时存在很大的危险，经常出现铁路维护人员被过往列车撞伤甚至撞死的事故。当列车接近养护区域时，如果没有及时预警，可能会导致人员伤亡和财产损失。然而，目前实际应用的预警方式大多采用人工预警、计算时段限速限时等方法，不仅低效，同时也不具有高可靠性，因此，在安全防护员人工瞭望的基础上，增加一道有效的来车预警系统至关重要。

二、方案目标

本解决方案旨在铁路线路上为铁路线路上进行日常作业的各工种作业人员提供及时、准确的列车接近预警，确保他们在执行检修养护工作时的人身安全。

三、系统组成

本预警系统主要由列车监测发射部分和接收示警部分组成。监测设备与接收主机之间采用无线传输方式进行通讯，监测器为发射，接收示警部分为接收，发射接收之间的距离在3公里（为加大无线传输距离，在中间1.5公里处增加无线信号中继设备，一为中转无线信号增加无线信号传输稳定性，二为启动提前一步采用电话形式通知施工区工作人员）。

列车车辆监测部分用于检测远端列车是否接近，当列车车辆穿越监测系统时，监测系统立即向接收系统发送信号。

接收示警系统是用来接收列车来车检测器发送来的无线信号，进行声、光示警并进一步推送至每个施工人员随身携带的便携式报警器上，进行震动、声音示警。系统构成如下图：

考虑到铁路检修、养护作业都是野外作业，施工区域存在随机性及不确定性，加上铁路沿线电气施工非常困难，综合考虑这些因素跟困难，贴合实际应用情况本系统整体采用便携式免布线设计，利用成熟的太阳能供电技术，结合无线电通信技术，使整个系统免布线、易携带，做到放上即用。

设备供电及通信方式：

列车来车监测部分:

列车车辆监测部分由两组红外线探测器组成，上行方位、下行方位各放置一组，设立好后红外线一发一收进入警戒状态，当列车来临阻断红外线即发出无线报警信号。

为增加容错率，建议在第一组红外线内侧200米处再设立一道红外线，比如在距施工现场3公里处安装第一对红外线探测器，2.8公里放置第二对红外线探测器，双层探测，互相弥补，更加稳定。

接收示警部分:

系统接收示警部分包含一套无线信号中继站，一套接收主机，旋转警灯（可拓展为大功率语音喇叭，进行语音喊话），N个随身携带的便携式接收机。

信号中继站转发前端监测设备无线信号的同时，利用推送微信、拨打电话的方式向施工现场作业人员的手机移动通信端示警。

接收主机具备声、光示警功能。

便携式随身接收机用于施工人员随身示警，具备声音、震动两种示警方式，收到监测系统的信号后声音和震动示警功能同时工作。

四、工作流程

1、来车检测：3公里外，列车驶入检测区域时，红外线被阻断，即刻启动无线信号发射模块发送报警信号；

2、信号中继：1.5公里处的信号中继站承担两个功能，一为接收前端红外线探测器发过来的无线信号并再次发出，达到加大信号传输距离，加强信号传输稳定性的作用；二为启动4G模块几秒内推送报警信息、拨打报警电话至施工区工作人员手机端，提早一步通知，给安全撤离多贡献一份力量；

3、声光报警：施工区主机接收无线电信号，启动声光旋转警灯，洪亮的声音，刺眼的闪灯，声光一体提醒，尽量避免工作人员疏忽未听到的事情产生。

4、施工人员震动示警：施工区主机就近推送无线信号启动每个工作人员随身携带的便携式接收机，具备声音、震动两种示警方式，收到监测信号后与接收机同步示警。

五、系统的技术特点和创新点

根据铁路线路作业人员反馈的实际应用需求跟情况，经过多年针对性研发及深入开发，本系统对比其他预警系统拥有以下特点：

1、便携式设计：

设备均采用内置电池或蓄电池供电，通讯采用射频信号及4G信号传输，使用时无需拉线，搭配三角支架、注水底座或圆盘底座，可以做到一拎就走，放上即可，即装即用。

2、监测距离远：

利用军用跳频无线电技术，实现报警信号远距离传输，可以让监测来车设置在3公里外，给安全撤离留出足够时间。

3、响应速度快：

报警信号以光速传递，数秒内施工区声、光开始示警，便携式接收机震动示警。

4、每人都可示警：

系统最多可搭载100个便携式接收机，可以做到整个作业队伍人均佩戴一个。便携式接收机震动加声音示警，接收主机高音报警，旋转警灯显眼闪灯示警，多种方式，杜绝遗漏。

5、适应性强：

不挑环境、不挑场地、不挑天气，任意铁路线路段都可以正常使用，不管刮风、下雨、起雾，设备即可正常警戒。

6、易装易收，重复使用

便携式设计，搭建简单，回收拎走即可，非常方便；系统无需任何线材，安装回收均无任何损耗，且不影响下次使用。

7、多方位、多方式示警：

不管是上行来车还是下行来车皆可监测，并可清晰分辨来车方位及做出准确提示；声音、灯光、震动多种方式示警，提前预警作业人员，使他们有足够的时间做出反应，避免事故的发生。

六、系统部署和实施方案

本系统部署方案分为以下几个步骤：

1、准备工作：红外线探测装置跟信号中继站与支架用抱箍固定，支架一般采用三角支架、注水底座支架或圆盘支架，这三者皆可做到放上即用，收回拎走即可的便携性。

2、安装前端监测设备：确定施工区域时，在施工区域上行下行3公里处各放置两套红外线监测装置，并校对红外光，确保其进入工作状态。

3、安装信号中继站：在前端监测设备与施工区域的中间位置约1.5公里左右各放置一个信号中继站，放上即可无需调试。

4、接收主机：在施工现场显眼处放置接收主机及旋转警灯。

5、分发便携式接收机：根据实际施工工作人员数量，分派便携式接收机，确保人手一个，处于开启状态并互相检查是否佩戴好。

6、触发验证：遮挡前端红外线监测设备，观察接收主机的旋转警灯是否被拉响，防护员的手机是否接到通知电话，每个作业人员随身携带的便携式接收机是否震动、声音示警。确保各设备正常工作，示警稳定上传。

7、培训相关人员：对铁路部门相关人员开展系统操作和维护培训，确保系统高效运行。

七、系统应用注意事项

铁路线路上各工种作业人员日常作业时来车预警是一种重要的安全措施，旨在确保铁路工人的生命安全和工作顺利进行。以下是一些关于来车预警的建议和解决方案：

1、合理平衡警示音量：该系统具备声、光报警功能，也可拓展至语音喊话功能，以便在必要时向铁路沿线作业人员发出警告或通知。为了确保喊话内容每个作业人员皆可清晰听到，音量来讲越大越好。但是，需考虑如何平衡音量，以避免在居住区域沿线造成不必要的噪音干扰。

2、提高安全意识培训：定期为铁路工人提供安全培训和教育，加强他们对来车预警的认识和应对能力。培训内容可以包括安全规程、紧急情况下的应对措施等。

3、建立应急预案：制定详细的应急预案，包括来车预警、紧急疏散和救援措施等。通过模拟演练和实地演练，提高铁路工人在紧急情况下的应对能力。

4、增加设备容错率：虽然改系统无线信号传输采用的是目前行业最先进的军用调频+跳频无线电技术，但是在特殊情况下还是会存在信号丢失的可能性，比如强电磁波冲击，信号模块损坏等。信号丢失意味着后续信号中继站、接收主机、便携式接收机等都不会启动，存在一定的风险。建议在不同间距处安装多对红外线探测装置做检测，如3000米处，2800米处，2500米处，多对分阶段探测，某一对红外线探测器信号丢失时其余正常探测，就像现代飞机一般至少都有2个引擎的，有的大的双通道飞机配有4个引擎，在正常飞行的过程中，所有引擎都是工作的，遇到故障的时候，所有的引擎中只要有一个引擎在工作，飞机都是有动力的，可以飞行并安全着陆。通过这个方法可大幅降低因信号丢失而引起安全事故的风险。