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便攜式鐵路施工來車預警系統(tǒng)
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概述：
鑒于列車運行速度與密度的持續(xù)攀升，鐵路運營線路范圍內(nèi)施工作業(yè)人員的人身安全受到嚴重影響。在現(xiàn)有技術條件下，確保作業(yè)人員人身安全顯得尤為關鍵。考慮到鐵路沿線檢修、養(yǎng)護作業(yè)均為野外作業(yè)，且施工區(qū)域具有隨機性與不確定性，我們采用太陽能加可充電池供電、無線通信等技術手段，在安全防護員瞭望的基礎上構(gòu)建了一套便攜式列車接近預警系統(tǒng)，可極大程度上規(guī)避人為疏忽、惡劣天氣、通信聯(lián)系不暢等原因發(fā)生作業(yè)人員遭到運行中的列車意外碰撞的安全事故。當列車接近施工區(qū)域約3公里時，系統(tǒng)迅速響應，以高音、閃燈和震動等方式提醒作業(yè)人員撤離，從而確保檢修養(yǎng)護作業(yè)人員人身安全。該預警系統(tǒng)操作簡便、適應性強，能夠廣泛應用于各類鐵路施工作業(yè)場景，有助于提升安全管理水平、減少安全事故。
便攜式鐵路施工來車預警系統(tǒng)
一、引言
近年，中國鐵路飛速發(fā)展，我們在看到鐵路的發(fā)展彰顯了我國鐵路技術與實力的時候,也要認識到高速行駛列車所存在的一些非技術性安全隱患，尤其是對線路附近工作的人員或其他臨近線路人員的人身安全造成的安全隱患。且不說時速達到300kmh的動車組，即使普通的列車在既有線路上的運行速度也達到了120km/h~160km/h,再考慮到線路曲線、天氣對人視野的影響，一輛在視野之外的列車很有可能在短短的幾分鐘甚至幾十秒內(nèi)便會從我們面前呼嘯而過，對在鐵路線路上進行日常作業(yè)的各工種作業(yè)人員的人身安全造成了巨大隱患，他們從事維護作業(yè)時存在很大的危險，經(jīng)常出現(xiàn)鐵路維護人員被過往列車撞傷甚至撞死的事故。當列車接近養(yǎng)護區(qū)域時，如果沒有及時預警，可能會導致人員傷亡和財產(chǎn)損失。然而，目前實際應用的預警方式大多采用人工預警、計算時段限速限時等方法，不僅低效，同時也不具有高可靠性，因此，在安全防護員人工瞭望的基礎上，增加一道有效的來車預警系統(tǒng)至關重要。
二、方案目標
本解決方案旨在鐵路線路上為鐵路線路上進行日常作業(yè)的各工種作業(yè)人員提供及時、準確的列車接近預警，確保他們在執(zhí)行檢修養(yǎng)護工作時的人身安全。
三、系統(tǒng)組成
本預警系統(tǒng)主要由列車監(jiān)測發(fā)射部分和接收示警部分組成。監(jiān)測設備與接收主機之間采用無線傳輸方式進行通訊，監(jiān)測器為發(fā)射，接收示警部分為接收，發(fā)射接收之間的距離在3公里（為加大無線傳輸距離，在中間1.5公里處增加無線信號中繼設備，一為中轉(zhuǎn)無線信號增加無線信號傳輸穩(wěn)定性，二為啟動提前一步采用電話形式通知施工區(qū)工作人員）。
列車車輛監(jiān)測部分用于檢測遠端列車是否接近，當列車車輛穿越監(jiān)測系統(tǒng)時，監(jiān)測系統(tǒng)立即向接收系統(tǒng)發(fā)送信號。
接收示警系統(tǒng)是用來接收列車來車檢測器發(fā)送來的無線信號，進行聲、光示警并進一步推送至每個施工人員隨身攜帶的便攜式報警器上，進行震動、聲音示警。系統(tǒng)構(gòu)成如下圖：
考慮到鐵路檢修、養(yǎng)護作業(yè)都是野外作業(yè)，施工區(qū)域存在隨機性及不確定性，加上鐵路沿線電氣施工非常困難，綜合考慮這些因素跟困難，貼合實際應用情況本系統(tǒng)整體采用便攜式免布線設計，利用成熟的太陽能供電技術，結(jié)合無線電通信技術，使整個系統(tǒng)免布線、易攜帶，做到放上即用。
設備供電及通信方式：
列車來車監(jiān)測部分:
列車車輛監(jiān)測部分由兩組紅外線探測器組成，上行方位、下行方位各放置一組，設立好后紅外線一發(fā)一收進入警戒狀態(tài)，當列車來臨阻斷紅外線即發(fā)出無線報警信號。
為增加容錯率，建議在第一組紅外線內(nèi)側(cè)200米處再設立一道紅外線，比如在距施工現(xiàn)場3公里處安裝第一對紅外線探測器，2.8公里放置第二對紅外線探測器，雙層探測，互相彌補，更加穩(wěn)定。
接收示警部分:
系統(tǒng)接收示警部分包含一套無線信號中繼站，一套接收主機，旋轉(zhuǎn)警燈（可拓展為大功率語音喇叭，進行語音喊話），N個隨身攜帶的便攜式接收機。
信號中繼站轉(zhuǎn)發(fā)前端監(jiān)測設備無線信號的同時，利用推送微信、撥打電話的方式向施工現(xiàn)場作業(yè)人員的手機移動通信端示警。
接收主機具備聲、光示警功能。
便攜式隨身接收機用于施工人員隨身示警，具備聲音、震動兩種示警方式，收到監(jiān)測系統(tǒng)的信號后聲音和震動示警功能同時工作。
四、工作流程
1、來車檢測：3公里外，列車駛?cè)霗z測區(qū)域時，紅外線被阻斷，即刻啟動無線信號發(fā)射模塊發(fā)送報警信號；
2、信號中繼：1.5公里處的信號中繼站承擔兩個功能，一為接收前端紅外線探測器發(fā)過來的無線信號并再次發(fā)出，達到加大信號傳輸距離，加強信號傳輸穩(wěn)定性的作用；二為啟動4G模塊幾秒內(nèi)推送報警信息、撥打報警電話至施工區(qū)工作人員手機端，提早一步通知，給安全撤離多貢獻一份力量；
3、聲光報警：施工區(qū)主機接收無線電信號，啟動聲光旋轉(zhuǎn)警燈，洪亮的聲音，刺眼的閃燈，聲光一體提醒，盡量避免工作人員疏忽未聽到的事情產(chǎn)生。
4、施工人員震動示警：施工區(qū)主機就近推送無線信號啟動每個工作人員隨身攜帶的便攜式接收機，具備聲音、震動兩種示警方式，收到監(jiān)測信號后與接收機同步示警。
五、系統(tǒng)的技術特點和創(chuàng)新點
根據(jù)鐵路線路作業(yè)人員反饋的實際應用需求跟情況，經(jīng)過多年針對性研發(fā)及深入開發(fā)，本系統(tǒng)對比其他預警系統(tǒng)擁有以下特點：
1、便攜式設計：
設備均采用內(nèi)置電池或蓄電池供電，通訊采用射頻信號及4G信號傳輸，使用時無需拉線，搭配三角支架、注水底座或圓盤底座，可以做到一拎就走，放上即可，即裝即用。
2、監(jiān)測距離遠：
利用軍用跳頻無線電技術，實現(xiàn)報警信號遠距離傳輸，可以讓監(jiān)測來車設置在3公里外，給安全撤離留出足夠時間。
3、響應速度快：
報警信號以光速傳遞，數(shù)秒內(nèi)施工區(qū)聲、光開始示警，便攜式接收機震動示警。
4、每人都可示警：
系統(tǒng)最多可搭載100個便攜式接收機，可以做到整個作業(yè)隊伍人均佩戴一個。便攜式接收機震動加聲音示警，接收主機高音報警，旋轉(zhuǎn)警燈顯眼閃燈示警，多種方式，杜絕遺漏。
5、適應性強：
不挑環(huán)境、不挑場地、不挑天氣，任意鐵路線路段都可以正常使用，不管刮風、下雨、起霧，設備即可正常警戒。
6、易裝易收，重復使用
便攜式設計，搭建簡單，回收拎走即可，非常方便；系統(tǒng)無需任何線材，安裝回收均無任何損耗，且不影響下次使用。
7、多方位、多方式示警：
不管是上行來車還是下行來車皆可監(jiān)測，并可清晰分辨來車方位及做出準確提示；聲音、燈光、震動多種方式示警，提前預警作業(yè)人員，使他們有足夠的時間做出反應，避免事故的發(fā)生。
六、系統(tǒng)部署和實施方案
本系統(tǒng)部署方案分為以下幾個步驟：
1、準備工作：紅外線探測裝置跟信號中繼站與支架用抱箍固定，支架一般采用三角支架、注水底座支架或圓盤支架，這三者皆可做到放上即用，收回拎走即可的便攜性。
2、安裝前端監(jiān)測設備：確定施工區(qū)域時，在施工區(qū)域上行下行3公里處各放置兩套紅外線監(jiān)測裝置，并校對紅外光，確保其進入工作狀態(tài)。
3、安裝信號中繼站：在前端監(jiān)測設備與施工區(qū)域的中間位置約1.5公里左右各放置一個信號中繼站，放上即可無需調(diào)試。
4、接收主機：在施工現(xiàn)場顯眼處放置接收主機及旋轉(zhuǎn)警燈。
5、分發(fā)便攜式接收機：根據(jù)實際施工工作人員數(shù)量，分派便攜式接收機，確保人手一個，處于開啟狀態(tài)并互相檢查是否佩戴好。
6、觸發(fā)驗證：遮擋前端紅外線監(jiān)測設備，觀察接收主機的旋轉(zhuǎn)警燈是否被拉響，防護員的手機是否接到通知電話，每個作業(yè)人員隨身攜帶的便攜式接收機是否震動、聲音示警。確保各設備正常工作，示警穩(wěn)定上傳。
7、培訓相關人員：對鐵路部門相關人員開展系統(tǒng)操作和維護培訓，確保系統(tǒng)高效運行。
七、系統(tǒng)應用注意事項
鐵路線路上各工種作業(yè)人員日常作業(yè)時來車預警是一種重要的安全措施，旨在確保鐵路工人的生命安全和工作順利進行。以下是一些關于來車預警的建議和解決方案：
1、合理平衡警示音量：該系統(tǒng)具備聲、光報警功能，也可拓展至語音喊話功能，以便在必要時向鐵路沿線作業(yè)人員發(fā)出警告或通知。為了確保喊話內(nèi)容每個作業(yè)人員皆可清晰聽到，音量來講越大越好。但是，需考慮如何平衡音量，以避免在居住區(qū)域沿線造成不必要的噪音干擾。
2、提高安全意識培訓：定期為鐵路工人提供安全培訓和教育，加強他們對來車預警的認識和應對能力。培訓內(nèi)容可以包括安全規(guī)程、緊急情況下的應對措施等。
3、建立應急預案：制定詳細的應急預案，包括來車預警、緊急疏散和救援措施等。通過模擬演練和實地演練，提高鐵路工人在緊急情況下的應對能力。
4、 增加設備容錯率：雖然改系統(tǒng)無線信號傳輸采用的是目前行業(yè)最先進的軍用調(diào)頻+跳頻無線電技術，但是在特殊情況下還是會存在信號丟失的可能性，比如強電磁波沖擊，信號模塊損壞等。信號丟失意味著后續(xù)信號中繼站、接收主機、便攜式接收機等都不會啟動，存在一定的風險。建議在不同間距處安裝多對紅外線探測裝置做檢測，如3000米處，2800米處，2500米處，多對分階段探測，某一對紅外線探測器信號丟失時其余正常探測，就像現(xiàn)代飛機一般至少都有2個引擎的，有的大的雙通道飛機配有4個引擎，在正常飛行的過程中，所有引擎都是工作的，遇到故障的時候，所有的引擎中只要有一個引擎在工作，飛機都是有動力的，可以飛行并安全著陸。通過這個方法可大幅降低因信號丟失而引起安全事故的風險。
5、 定期檢查和維護設備：施工完畢返回休息區(qū)后需對紅外線檢測設備及各類電瓶充電，以備下次使用。每隔一年應進行一次保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)和修復潛在故障，確保預警功能的可用性。此外，還需建立適當?shù)墓芾碇贫龋员銓ο到y(tǒng)進行管理和調(diào)度。
綜上所述，鐵路來車預警需要采取綜合措施，這些措施旨在確保鐵路工人的安全和工作的順利進行。
八、應用情況
在過去的幾年中，我們已經(jīng)見證了許多科技產(chǎn)品在鐵路行業(yè)的應用，其中便攜式預警系統(tǒng)就是其中之一。這款預警系統(tǒng)已經(jīng)在全國多個鐵路局得到廣泛應用，包括沈陽鐵路局、呼和浩特鐵路局、武漢鐵路局等。該系統(tǒng)能夠準確提前監(jiān)測各方向列車來車，并為鐵路工人們提供預警信息，有效地提高了作業(yè)人員的安全性。
這種預警系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測鐵路線路上的列車動態(tài)，提前預警作業(yè)人員，使他們有足夠的時間做出反應，避免事故的發(fā)生。
我相信，如果各鐵路局下屬施工隊伍和養(yǎng)護隊伍都配備這款便攜式來車預警系統(tǒng)，作業(yè)人員的安全事故至少下降90%以上。這種系統(tǒng)的普及和應用，不僅有助于保障作業(yè)人員的人身安全，也能夠為鐵路行業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。
此外我們還需要加強鐵路工人的安全教育和培訓，提高他們的安全意識和應對突發(fā)情況的能力。同時，鐵路部門也需要加強安全管理，制定更加嚴格的安全規(guī)章制度，確保作業(yè)人員在工作中能夠得到充分的安全保障。
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