一种北斗智能铁路防溜铁鞋实时监控可视化管理系统 |
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| 申请号 | CN201510942250.1 | 申请日 | 2015-12-16 | 公开(公告)号 | CN105398474A | 公开(公告)日 | 2016-03-16 |
| 申请人 | 郑州北斗七星通讯科技有限公司; | 发明人 | 魏银库; 施泳; 潘继民; 李民宗; 常雪景; 付明霞; 陈永; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及北斗智能 铁 路防溜铁 鞋 实时监控 可视化 管理系统，可有效解决铁路铁鞋的智能可视化管理，保证铁鞋使用安全和交通安全的问题，方法是，北斗高 精度 作业设备与北斗 定位 和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋交互连接，监控中心通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋及北斗基站进行通信连接，北斗基站与北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋通过无线通信与北斗卫星连接；本发明利用北斗地基增强系统，定位精度可达30cm，同时增加铁鞋自身的IMU定位，确保卫星 信号 被严重遮挡时的高精度定位，有效杜绝了铁路车辆溜逸事故的发生，既提高了系统的可靠性，又降低了系统的成本开销。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种北斗智能铁路防溜铁鞋实时监控可视化管理系统，其特征在于，包括北斗高精度作业设备（3）、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋（4）和监控中心（5），北斗高精度作业设备（3）与北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋（4）交互连接，监控中心（5）通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备（3）、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋（4）及北斗基站（2）进行通信连接，北斗基站（2）与北斗高精度作业设备（3）、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋（4）通过无线通信与北斗卫星（1）连接； |
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| 说明书全文 | 一种北斗智能铁路防溜铁鞋实时监控可视化管理系统技术领域[0001] 本发明涉及铁路防溜铁鞋，特别是一种北斗智能铁路防溜铁鞋实时监控可视化管理系统。 背景技术[0002] 近年来,随着铁路运输向着快捷、安全及高效的方向发展，对铁路作业的自动化和安全性提出了更高的要求，车站是铁路运输的基层生产单位，防溜工作是车站行车管理工作中的重中之重。据统计，在铁路生产事故中，由于列车溜逸往往造成车辆脱线、颠覆、冲突等重大恶果，所以防溜工作出现问题导致的生产事故中有相当大比例为重大安全事故。 [0003] 目前，传统防溜作业的管理主要是依靠作业人员的互动和频繁的现场查看，铁路运输安全《技规》中明确规定：对停留车辆、作业车辆等无动力车辆（车列）必须采取防溜逸措施，并要求有关值班人员必须定时巡视检查，以确保防溜装置作用完好，并已成为铁路运输安全规定中卡死制度之一。但由于铁路站场点多线长、人少面广，人工管理劳动强度大，作业随意性大，实际作业流程与作业标准相差较远，以致在停车时忘记放置铁鞋造成溜逸事故，或者在已经开车的状态下没有取走铁鞋造成车辆脱轨事故。同时，因为国内大多数车站为非封闭站场，防溜设备的设置一般在线路尽头的道岔区，在缺乏有效现场监控的条件下，经常发生已经设置好的防溜设备因闲杂人员的移动导致防溜作业失效，造成严重的安全隐患。如何从根本上对站场车辆防溜工作进行有效的监控管理，是当前铁路安全管理工作中亟待解决的问题之一。 [0004] 北斗卫星定位技术经过多年发展，已在导航、测绘等多个领域得到了广泛应用，已成为一项成熟的技术。目前，我国大部分省份已经建成北斗高精度地基增强网，北斗定位精度将直接从米级提高到亚米级、厘米级，为防溜铁鞋实时监控管理提供了可靠的技术支持。但如何把北斗定位技术应用到铁路铁鞋的管理中，至今未见有行之有效设备的公开报导。 发明内容[0006] 本发明解决的技术方案是，包括北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量（IMU）相结合的定位防溜铁鞋和监控中心，北斗高精度作业设备与北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋交互连接，监控中心通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋及北斗基站进行通信连接，北斗基站与北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋通过无线通信与北斗卫星连接；所述的北斗高精度作业设备结构是，由壳体及控制电路构成，控制电路是由第一单片机、北斗高精度定位模块、第一通信模块、语音模块、红外探头、天线、IC卡读卡器和电源构成，第一单片机、北斗高精度定位模块、第一通信模块、语音模块和电源置于壳体内，天线位于壳体上顶部，IC卡读卡器置于壳体侧面，红外探头在壳体的前端，第一单片机分别同北斗高精度定位模块、第一通信模块、语音模块、红外探头和电源相连，IC卡读卡器经通讯插口与第一单片机相连，北斗高精度定位模块同置于壳体上部外的天线相连，构成铁鞋北斗高精度定位结构； 所述的北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋结构是，包括铁鞋体和铁鞋体上装的北斗定位控制器，北斗定位控制器固定在铁鞋体上，北斗定位控制器是由盒体及盒体内的控制电路构成，控制电路是由第二单片机、北斗定位模块、IMU模块、超声波测距模块、红外收发器、第二通信模块和电池构成，第二单片机分别与北斗定位模块、IMU模块、超声波测距模块、红外收发器、第二通信模块和电池相连，构成铁鞋定位控制结构； 北斗高精度作业设备是基于北斗卫星和北斗地基增强原理的差分高精度RTK接收终端，通过非接触方式与铁鞋交换信息，进而把作业设备的高精度位置信息注入到铁鞋对铁鞋进行位置标定，并通过语音模块报读铁鞋的安装状态，安装状态包括安装成功、铁鞋姿态不正确、铁鞋方向不正确、铁鞋安装不到位的信息，提醒进行相关操作，确保铁鞋使用安全； 北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋感测铁鞋的平衡度、铁鞋在股道上的位移量和铁鞋的姿态变化，通过机控确保铁鞋安装到位；监控中心构建铁路站场股道地图，并实现铁鞋标定位置与作业股道的位置匹配，实时跟踪铁鞋工作状态和所在位置，实现铁鞋作业管理的可视化监控。 [0007] 本发明利用北斗地基增强系统，通过增设北斗高精度作业设备对铁鞋的初始位置进行精确定位，定位精度可达30cm，同时增加铁鞋自身的IMU定位，确保卫星信号被严重遮挡时的高精度定位。整套系统采用人工作业、机器监视、多冗余信息互确认控制方式，有效杜绝了铁路车辆溜逸事故的发生，且北斗定位和IMU定位方式优势互补，既提高了系统的可靠性，又降低了系统的成本开销，有巨大的经济和社会效益。附图说明 [0008] 图1为本发明的系统结构图。 [0009] 图2为本发明的工作流程图。 [0010] 图3为本发明的北斗高精度作业设备控制电路框示图。 [0011] 图4为本发明北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋的控制电路框示图。 具体实施方式[0012] 以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。 [0013] 由图1-4所示，本发明包括北斗高精度作业设备3、北斗定位和惯性测量（IMU）相结合的定位防溜铁鞋4和监控中心5，北斗高精度作业设备3与北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋4交互连接，监控中心5通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备3、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋4及北斗基站2进行通信连接，北斗基2站与北斗高精度作业设备3、北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋4通过无线通信与北斗卫星1连接；所述的北斗高精度作业设备结构是，由壳体及控制电路构成，控制电路是由第一单片机3-1、北斗高精度定位模块3-2、第一通信模块3-4、语音模块3-5、红外探头3-6、天线 3-3、IC卡读卡器3-7和电源3-8构成，第一单片机3-1、北斗高精度定位模块3-2、第一通信模块3-4、语音模块3-5和电源3-8置于壳体内，天线3-3位于壳体上顶部，IC卡读卡器 3-7置于壳体侧面，红外探头3-6在壳体的前端，第一单片机3-1分别同北斗高精度定位模块3-2、第一通信模块3-4、语音模块3-5、红外探头3-6和电源3-8相连，IC卡读卡器3-7经通讯插口与第一单片机3-1相连，北斗高精度定位模块3-2同置于壳体上部外的天线3-3相连，构成铁鞋北斗高精度定位结构； 所述的北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋结构是，包括铁鞋体和铁鞋体上装的北斗定位控制器，北斗定位控制器固定在铁鞋体上，北斗定位控制器是由盒体及盒体内的控制电路构成，控制电路是由第二单片机4-1、北斗定位模块4-2、IMU模块4-3、超声波测距模块4-4、红外收发器4-5、第二通信模块4-6和电池4-7构成，第二单片机4-1分别与北斗定位模块4-2、IMU模块4-3、超声波测距模块4-4、红外收发器4-5、第二通信模块4-6和电池4-7相连，构成铁鞋定位控制结构； 北斗高精度作业设备是基于北斗卫星和北斗地基增强原理的差分高精度RTK接收终端，通过非接触方式与铁鞋交换信息，进而把作业设备的高精度位置信息注入到铁鞋对铁鞋进行位置标定，并通过语音模块3-5报读铁鞋的安装状态，安装状态包括安装成功、铁鞋姿态不正确、铁鞋方向不正确、铁鞋安装不到位的信息，提醒进行相关操作，确保铁鞋使用安全；北斗定位和惯性测量相结合的定位防溜铁鞋感测铁鞋的平衡度、铁鞋在股道上的位移量和铁鞋的姿态变化，通过机控确保铁鞋安装到位；监控中心构建铁路站场股道地图，并实现铁鞋标定位置与作业股道的位置匹配，实时跟踪铁鞋工作状态和所在位置，实现铁鞋作业管理的可视化监控。 [0014] 所述的第一单片机为STM32F4芯片；所述的北斗高精度定位模块采用北斗高精度RTK定位模块。 [0015] 所述的天线为北斗全向螺旋天线。 [0016] 所述的第一通信模块为4G通信模块。 [0017] 所述的语音模块为语音输出模块MX6005-16P型。 [0018] 所述的红外探头包括红外发射器和红外接收器。 [0019] 所述的IC卡读卡器为非接触IC卡读卡器。 [0020] 所述的电源为充电式锂电池。 [0021] 所述的第二单片机为32位单片机。 [0022] 所述的北斗定位模块为北斗单点定位模块，实现铁鞋离开股道后的跟踪定位。 [0023] 所述的IMU模块为6轴惯性测量芯片，实现卫星信号被严重遮挡情况时车辆溜逸的位移检测，根据三轴加速度的测值解算出铁鞋的俯仰角和横滚角来感测铁鞋的平衡度，以及根据铁鞋上锁后三轴陀螺仪与三轴加速度的测值来感测铁鞋的姿态变化。 [0025] 所述的红外收发器型号为TFBS4650-TR1。 [0026] 所述的第二通信模块为WiFi/3G/4G通信模块。 [0027] 所述的电池为充电式锂电池。 [0028] 还要指出的是，以上仅是本发明的具体实施例，是用于说明本发明的最佳实施方式，而不是用于限制本发明的保护范围，也就是说，本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所做出的种种等同变形或替换，这些等同的变形或替换所做出的技术方案，均包含在本申请权利要求所请求保护的范围内。 [0029] 由上述可知，本发明提供的北斗智能防溜铁鞋实时监控管理系统，是首创性的应用到了铁路铁鞋的管理中，北斗高精度作业设备把自身高精度位置信息注入到铁鞋，铁鞋把自身的相关信息，如铁鞋鞋面是否可靠插入轮下、姿态是否平衡、方向是否正确等回传给作业设备，作业设备确认信息后，语音报读“成功”或“铁鞋姿态不正确”或“铁鞋方向不正确”或“铁鞋安装不到位”等信息，提示作业人员进行相关操作。作业设备与铁鞋相互确认信息后，铁鞋进入到上锁状态，铁鞋会将标定的位置及铁鞋状态上传给监控中心，监控中心会根据站场股道分布地图，依据就近匹配原则，把该位置匹配到唯一确定的股道位置上，以此确定铁鞋当前所在位置。 [0030] 铁鞋的定位及检测可分为三个阶段：一是铁鞋上锁时的定位检测阶段，二是铁鞋上锁后解锁前的定位检测阶段，三是铁鞋解锁后的定位检测阶段。三个阶段对铁鞋的定位精度要求不同，分别用不同的定位设备担负不同阶段的定位任务。 [0031] 铁鞋上锁时的定位位置必须保证能精确识别出所在股道，由于铁鞋本身不具备如此高精度的定位功能，所以，铁鞋所在位置是通过作业设备标定进去的，作业设备的定位精度可达10cm-30cm，满足我国铁路站场股道分布的实际作业环境。铁鞋把作业设备的位置上传到监控中心，监控中心根据股道分布地图，依据就近匹配原则，匹配标定铁鞋所处的股道位置，这个位置具有唯一性，因为铁鞋只有安装到位且在轨，铁鞋与作业设备相互信息确认后，才能将该位置信息发送到监控服务器，彻底避免了以往仅靠人工作业屡屡出现铁鞋安装不到位、漏装、错装等现象的发生。 [0032] 铁鞋上锁后一直到解锁前的这段时间，铁鞋应具备在卫星信号被严重遮挡情况下的自主定位功能，定位精度要求可达1cm的级别，这个阶段的定位及检测是靠安装到铁鞋上的惯性测量单元（IMU）完成的。IMU实现三项功能，一是感测铁鞋的平衡度，二是感测铁鞋在股道上的位移量，三是感测铁鞋的姿态变化。 [0033] 铁鞋解锁后到下一次上锁前可能要经过相对长一段时间，铁路对铁鞋解锁后的定位精度和实时性并无苛刻要求，但为了便于铁鞋管理，要求监控中心能显示出所有解锁铁鞋的位置，但对位置精度无苛刻要求，利用北斗单点低成本定位模块，能实现约10米的定位精度，已能满足铁路的管理要求。 [0034] 如图2所示，本发明的工作流程如下，首先根据防溜作业指示，在铁鞋室通过工牌卡刷卡取鞋后，前往作业指示的位置。到达作业位置后，作业人员进行铁鞋上轨作业，通过作业设备与铁鞋的非接触通信，判断铁鞋是否安装到位，安装到位后，铁鞋进入上锁状态，同时将作业设备注入的铁鞋位置信息通过无线通信网发送给监控中心，监控中心根据就近匹配原则判断铁鞋所在股道位置是否正确，当确认正确无误，则监控中心显示铁鞋上轨作业完成，监控中心对在轨铁鞋进行持续监控，当在轨铁鞋状态发生异常，监控中心收到预警信息，通知作业人员前往现场查看并解决存在的问题。最后需要撤除铁鞋时，作业人员去往现场进行铁鞋下轨作业，铁鞋进入解锁状态，解锁后的铁鞋被放入铁鞋室，同样通过监控中心进行管理。 [0035] 经在铁路上实际应用，1年内未发生因铁鞋溜逸引发的安全事故，表明本发明稳定可靠，具有很强的实际应用价值，也就是说本发明利用北斗地基增强系统，通过增设北斗高精度作业设备对铁鞋的初始位置进行精确定位，定位精度可达30cm，同时增加铁鞋自身的IMU定位，确保卫星信号被严重遮挡时的高精度定位。整套系统采用人工作业、机器监视、多冗余信息互确认控制方式，有效杜绝了铁路车辆溜逸事故的发生，且北斗定位和IMU定位方式优势互补，既提高了系统的可靠性，又降低了系统的成本开销，有巨大的经济和社会效益。 |
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