基于紅外探測(cè)的鐵路施工安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)

康燕仁

摘要 在鐵路施工時(shí)，時(shí)刻掌握周圍列車經(jīng)過情況是施工人員和設(shè)備安全的保障。本文結(jié)合實(shí)際鐵路施工安全需求，綜合利用紅外對(duì)射探測(cè)器、金屬感應(yīng)探測(cè)器、Zigbee無線自組織網(wǎng)絡(luò)、語音播報(bào)等現(xiàn)代技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套鐵路施工安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠具有自檢、防盜功能，能夠感知、發(fā)送遠(yuǎn)處信息，并實(shí)時(shí)播報(bào)給施工人員，可有效保證施工安全。

【關(guān)鍵詞】鐵路施工 無線報(bào)警 紅外探測(cè)Zigbee

1 研究背景

鐵路是人們出行的重要交通工具，是現(xiàn)代貨物運(yùn)輸主要方式之一，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中有著極為重要的地位和作用。然而目前我國(guó)鐵路運(yùn)輸列車具有速度快、密度大等特點(diǎn)，任何一次運(yùn)輸過程中斷，都會(huì)牽一發(fā)而動(dòng)全身，影響整個(gè)鐵路運(yùn)輸。因此鐵路部門需要在不中斷運(yùn)輸?shù)那闆r下，進(jìn)行檢修、維護(hù)等工作，那么如何保證施工人員安全呢？

現(xiàn)有的方式有三種，第一種是鋪設(shè)專用電纜，列車到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)通知施工人員，但由于目前火車速度較快，需鋪設(shè)區(qū)間較大，成本高、難維護(hù);第二種是利用電磁感應(yīng)原理，通過鐵路沿線的輸電線、通信線、軌道等來傳遞信號(hào)，但容易受干擾，產(chǎn)生虛警;第三種是利用雷達(dá)測(cè)量多普勒頻率來探知列車信息，但造價(jià)高，且受地形限制。綜合以上三種方式，可以看出，目前在國(guó)內(nèi)外真正實(shí)用、可行的鐵路施工安全防護(hù)系統(tǒng)裝置都或多或少地存在一定缺陷。因此設(shè)計(jì)一種新型安全可靠地鐵路施工安全防護(hù)系統(tǒng)是必要的。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能的全面是對(duì)施工人員的安全保證，為了有效地保證施工人員的安全，本系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，充分考慮實(shí)際施工場(chǎng)景，設(shè)計(jì)的具體功能框圖如圖l。

該鐵路施工安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)包括8個(gè)功能：

2.1 紅外探測(cè)功能

系統(tǒng)通過紅外探測(cè)器，無接觸、高精度和實(shí)時(shí)的探測(cè)車輛和人員通過的信息。

2.2 車輛行駛方向判別功能

系統(tǒng)能夠識(shí)別鐵軌上列車或者非列車運(yùn)動(dòng)方向，從而提高入侵目標(biāo)威脅程度判斷能力。

2.3 車輛測(cè)速功能

系統(tǒng)能夠?qū)θ肭诌\(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)速，從而輔助判斷入侵運(yùn)動(dòng)物體的威脅程度。

2.4 軌道以上金屬探測(cè)功能

系統(tǒng)通過金屬探測(cè)傳感器對(duì)人員或車輛進(jìn)行目標(biāo)種類識(shí)別，從而提高入侵目標(biāo)威脅程度判斷能力。

2.5 基于自組織網(wǎng)絡(luò)的無線通信系統(tǒng)

系統(tǒng)通過基于zigbee的自組織無線網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息發(fā)送到工作區(qū)的接收?qǐng)?bào)警機(jī)。該無線通信系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，自組織組網(wǎng)，不依賴于商業(yè)通信系統(tǒng)，可應(yīng)用于無基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的外場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。并且該通信系統(tǒng)可以采用自組織多跳形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，適應(yīng)于不同通信距離需求的無線通信場(chǎng)合。

2.6 防盜功能

在收發(fā)兩端采用加鎖的防盜設(shè)計(jì)，防止設(shè)備被盜。

2.7 系統(tǒng)自檢功能

上下行發(fā)射機(jī)每隔15s發(fā)送一次信息，如接收機(jī)15s內(nèi)檢測(cè)不到信息，則報(bào)警設(shè)備出現(xiàn)故障。

2.8 語音報(bào)警功能

系統(tǒng)針對(duì)上行來車，下行來車，系統(tǒng)故障，來車速度，目標(biāo)類型等上下行設(shè)備周圍情況，都能夠語音播報(bào)出來，使施工人員及時(shí)了解情況。

3 系統(tǒng)方案

3.1 系統(tǒng)硬件原理

本系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要包括上行發(fā)射機(jī)、下行發(fā)射機(jī)和工作區(qū)接收機(jī)三部分。工作區(qū)接收機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)接收到信息的解碼，然后通過語音播報(bào)的方式通知施工人員。上行發(fā)射機(jī)和下行發(fā)射機(jī)主要完成兩個(gè)工作：

3.1.1 收集信息

通過金屬檢測(cè)傳感器辨認(rèn)列車和非列車物體、通過兩對(duì)紅外對(duì)射傳感器測(cè)量速度信息。

3.1.2 發(fā)送信息

通過Zigbee模塊以無線電波的方式把收集到的信息發(fā)送到工作區(qū)接收機(jī)，同時(shí)還會(huì)定時(shí)發(fā)送自檢信息，保證裝置運(yùn)行正常。

3.2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)原理

上下行發(fā)射機(jī)通過Zigbee模塊進(jìn)行通信，為了保證信息傳輸?shù)母咝裕O(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)對(duì)所感知收集到的信息進(jìn)行編碼，約定發(fā)射機(jī)傳輸數(shù)據(jù)幀格式固定，每次只發(fā)送兩個(gè)字節(jié)的信息，每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)代表不同的含義。第一個(gè)字節(jié)包含的信息表示發(fā)射機(jī)裝置處的情況，第二個(gè)字節(jié)包含的信息表示火車速度。當(dāng)接收機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，負(fù)責(zé)解讀出其含義并播報(bào)給施工人員。

其中字節(jié)一表示上下行裝置所處的狀態(tài)，情況多樣。主要詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：Ox00代表發(fā)射機(jī)裝置正常;Ox02代表有火車靠近;Ox03代表有火車遠(yuǎn)離;Ox04代表有人員或者動(dòng)物活動(dòng)。同時(shí)還預(yù)留可擴(kuò)展部分Ox08-OxFF，便于后續(xù)功能的擴(kuò)展。

4 結(jié)束語

本鐵路施工安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)綜合利用現(xiàn)代紅外對(duì)射探測(cè)器、金屬感應(yīng)探測(cè)器、Zigbee無線自組織網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，結(jié)合實(shí)際鐵路施工安全需求，實(shí)現(xiàn)了一套鐵路施工的安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，能有效保證施工人員的安全。同時(shí)該系統(tǒng)攜帶方便、便于擴(kuò)展，且有效地節(jié)約了成本，具有實(shí)際的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

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