基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109606428 A(43)申请公布日 2019.04.12

(21)申请号 201811488352.0(22)申请日 2018.12.06

(71)申请人 中国铁道科学研究院集团有限公司

运输及经济研究所

地址 100081 北京市海淀区大柳树路2号铁

科院9号楼(72)发明人 刘启钢　孙文桥　

(74)专利代理机构 北京华沛德权律师事务所

11302

代理人 曹洪进(51)Int.Cl.

B61L 23/00(2006.01)B61L 25/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

(54)发明名称

基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统(57)摘要

本发明公开了一种基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，包括机车定位终端、车辆定位终端、智能安全防护器。针对传统平面调车推进距离判断不准造成撞车安全事故的痛点，集成应用卫星高精定位、地理信息系统技术，研发机车推进剩余距离解算模型，利用多点定位数据计算车列长度、机车所在车列长度增减、推进剩余距离等，基于逻辑判断的控制触发器实现机车接近分阶段报警、自动停车。本发明通过实时高精定位，从源头上实现了平面调车作业管理的数字化，解决了机车超速连挂的问题，为有效提高平面调车作业的安全水平和作业效率，提供了全新的安全技术保障手段。

CN 109606428 ACN 109606428 A

权　利　要　求　书

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1.基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，其特征在于，包括机车定位终端、车辆定位终端和智能安全防护器，

所述机车定位终端，是一个基于卫星定位的固定终端设备，安装于调车作业的机车上，对机车进行实时定位，机车定位数据通过无线通讯模块，传输给智能安全防护器；

所述车辆定位终端，是一个基于卫星定位的手持终端设备，由调车组地面作业人员配戴，对连挂目标车列进行定位，车辆定位数据通过无线通讯模块，传输给智能安全防护器；

所述智能安全防护器，包括推进剩余距离实时解算模块和安全防护预警模块；所述推进剩余距离实时解算模块，是一个基于卫星高精定位和地理信息系统的实时距离计算引擎，调用机车、车列多点定位数据和车场地理信息系统数据库数据，实时计算机车推进剩余距离，以及每次调车作业后机车所在车列长度增减值；

所述安全防护预警模块，是一个基于逻辑判断的控制触发器，根据推进剩余距离与铁路调车作业的防护距离标准的逻辑判断，触发报警和机车制动曲线；如果机车推送速度高于允许速度时，则触发安全防护报警及自动停车。

2.根据权利要求1所述的基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，其特征在于，所述机车定位终端、车辆定位终端，分别是利用包括北斗卫星导航系统、全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统、伽利略卫星导航系统中的一种或者多模组合定位功能的定位终端，或是融合了卫星定位、基站定位、蓝牙定位和WIFI定位的定位终端，包括移动式、固定式两种设备形式，能够实现厘米级定位和数据实时上传。

3.根据权利要求1所述的基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，其特征在于，所述智能安全防护器包括集成式和分体式两种模式；集成式模式即安装在机车上的车载智能安全防护器；分体式包括用于数据计算的地面服务器和用于机车推进速度控制的车载控制终端。

4.根据权利要求3所述的基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，其特征在于，所述车载智能安全防护器，是一个集成了推进剩余距离实时解算模块和安全防护预警模块的车载计算服务器，包括机车嵌入式和手持移动式两种设备形式。

5.根据权利要求3所述的基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，其特征在于，所述车载控制终端，是一个包含安全防护预警模块的终端设备，包括机车嵌入式和手持移动式两种设备形式。

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说　明　书

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基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统

技术领域

[0001]本发明涉及基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，适用于铁路车站平面调车作业的安全防护。在平面调车作业的多组车列甩挂和尽头线取送车等作业中，实现机车推进剩余距离的实时计算和安全防护。

背景技术

[0002]平面调车是铁路车站运输生产作业的重要环节，采用铁路调车机车或者本务机车，将分散的车列(一辆或者多辆货车)连挂起来，或者将一个车列分解成若干车组，停放到不同线路或线位。调车作业由一个调车组完成，作业人员包括位于机车上的调车长1名，位于地面上的连接员、制动员2-4名，另外还有一名机车司机负责驾驶机车。调车作业中最大的安全隐患是机车司机无法准确判断推进剩余距离，存在未及时制动停车导致冲撞车列、土挡等安全隐患，进而造成平面调车作业安全事故。目前平面调车作业中，确定推进剩余距离的原理主要分为轨道电路、应答器、磁钢、雷达、红外线和人员目测等类型。轨道电路方式适用铺设轨道电路的线路，且只能用于区段定位；应答器方式需要安装应答器，只能点式定位，且存在设备维护及精度不够的问题；磁钢方式需要改造线路投资大，设备容易损坏；雷达和红外线方式只能用于尽头线防护，需要安装专用设备，平行作业时相互干扰，精度较差；人员目测方式最为常用，地面人员通过目测估计机车与连挂车列、尽头线土挡等之间的距离，通过语音方式将信息传递给机车上的调车长，可以实现在危险情况下一键制动停车。但总体来看，依靠人员目测判断距离存在精确度不高、人员容易疏忽等安全隐患，时常造成铁路平面调车作业的撞车事故，是铁路平面调车作业安全管理的突出痛点。[0003]铁路平面调车作业安全事故的本质，是对铁路装备的时空位置关系管理不到位，缺乏对机车、车列位置关系的实时高精度管理，形成装备时空关系冲突，导致撞车安全事故。基于卫星导航高精定位技术，结合地理信息系统的位置关系管理功能，能够对铁路平面调车作业中的机车、车列时空位置关系进行实时高精度管理，实现平面调车作业安全防护的基础原理突破。基于上述，研究一套铁路平面调车作业智能安全防护系统，实现平面调车安全防护的数字化、智能化、实时化，从源头上杜绝平面调车作业安全隐患的出现，对于保证平面调车安全、提高调车效率，具有重大意义。发明内容

[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统，有效防止铁路平面调车作业中由于推进剩余距离判断不准造成撞车安全事故的问题。

[0005]为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统。包括机车定位终端、车辆定位终端和智能安全防护器，[0006]所述机车定位终端，是一个基于卫星定位的固定终端设备，安装于调车作业的机车上，对机车进行实时定位，机车定位数据通过无线通讯模块，传输给智能安全防护器；

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所述车辆定位终端，是一个基于卫星定位的手持终端设备，由调车组地面作业人

员配戴，对连挂目标车列进行定位，车辆定位数据通过无线通讯模块，传输给智能安全防护器；

[0008]所述智能安全防护器，包括推进剩余距离实时解算模块和安全防护预警模块；所述推进剩余距离实时解算模块，是一个基于卫星高精定位和地理信息系统的实时距离计算引擎，调用机车、车列多点定位数据和车场地理信息系统数据库数据，实时计算机车推进剩余距离，以及每次调车作业后机车所在车列长度增减值；[0009]所述安全防护预警模块，是一个基于逻辑判断的控制触发器，根据推进剩余距离与铁路调车作业的防护距离标准的逻辑判断，触发报警和机车制动曲线；如果机车推送速度高于允许速度时，则触发安全防护报警及自动停车。[0010]所述机车定位终端、车辆定位终端，分别是利用包括北斗卫星导航系统、全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统、伽利略卫星导航系统中的一种或者多模组合定位功能的定位终端，或是融合了卫星定位、基站定位、蓝牙定位和WIFI定位的定位终端，包括移动式、固定式两种设备形式，能够实现厘米级定位和数据实时上传。[0011]所述智能安全防护器包括集成式和分体式两种模式；集成式模式即安装在机车上的车载智能安全防护器；分体式包括用于数据计算的地面服务器和用于机车推进速度控制的车载控制终端。

[0012]所述车载智能安全防护器，是一个集成了推进剩余距离实时解算模块和安全防护预警模块的车载计算服务器，包括机车嵌入式和手持移动式两种设备形式。

[0013]本发明针对传统平面调车推进距离判断不准造成撞车安全事故的痛点，集成应用卫星高精定位、地理信息系统技术，研发机车推进剩余距离解算模型，利用多点定位数据计算车列长度、机车所在车列长度增减、推进剩余距离等，基于逻辑判断的控制触发器实现机车接近分阶段报警、自动停车。该系统通过实时高精定位，从源头上实现了平面调车作业管理的数字化，解决了机车超速连挂的问题，为有效提高平面调车作业的安全水平和作业效率，提供了全新的安全技术保障手段。附图说明

[0014]下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。[0015]图1为本发明的系统工作原理图。[0016]图2为推进剩余距离计算原理图。

具体实施方式

[0017]本系统是在时空关系管理思想下，集成卫星高精定位、地理信息系统等软硬件技术，开发的铁路调车安全数字化、智能化、实时化防护系统，包括机车定位终端、车辆定位终端和智能安全防护器等三个组成部分，包括机车定位模块、车列定位模块、推进剩余距离实时解算模块和安全防护报警四个功能模块。智能安全防护器可以根据需要集成为车载智能安全防护器安装于机车上，或者将推进剩余距离实时解算模块作为地面服务器放置在机房，将安全防护报警模块作为独立车载控制终端安装在机车上。机车定位终端安装在机车上，车辆定位终端由调车组地面作业人员配戴及操作。机车定位终端、车辆定位终端通过无

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线通讯方式，与智能安全防护器进行数据传输。

[0018]时空关系管理改变了传统调车作业依靠人员目测距离进行安全防护的原理，利用卫星定位和地理信息系统计算车列长度、推进剩余距离，以及在此基础上的分阶段距离报警、自动停车等，突破了传统的平面调车安全防护的原理，属于理论性原创工作。[0019]机车定位模块，由卫星信号固定接收天线、定位主板、无线通讯模块组成，卫星信号固定接收天线通过有线与定位主板相连，无线通讯模式通过蓝牙、WIFI、4G、5G等通道与智能安全防护器相连，静态定位误差达到厘米级，定位数据每秒传输一次以上。[0020]车辆定位模块，由卫星信号接收天线、定位主板、无线通讯模块组成，集成为手持定位终端，无线通讯模式通过蓝牙、WIFI、4G、5G等通道与智能安全防护器相连，静态定位误差达到厘米级，定位数据每秒传输一次以上。[0021]智能安全防护器，是一个计算机服务器系统，主要包含平面调车推进剩余距离实时解算和安全防护报警两个模块。推进剩余距离实时解算模块，能够利用多点实时定位数据，通过坐标地图投影，采用微分累积计算方法，计算推进剩余距离、连挂车列长度、机车所在车列长度增减值、机车运行实时速度等。所述安全防护报警模块，是一个基于逻辑判断的控制触发器，根据推进剩余距离与铁路调车作业距离防护标准的逻辑判断，触发分阶段报警；当触发距离报警后，根据机车实时推进速度、机车制动性能参数、机车连挂车列长度，给出机车制动曲线，进行图形化显示；如果机车推送速度高于制动曲线允许速度时，触发自动停车命令。

[0022]本发明在铁路平面调车作业中，运用卫星高精定位和地理信息系统技术，实现了机车、车辆定位数据实时采集，利用地图投影和微分累积计算推进剩余距离、车列长度变化，在此基础上实现机车接近分阶段报警和自动停车，从而在原理上解决了传统调车作业由于推进剩余距离掌握不清导致推进撞车的痛点问题，实现铁路平面调车作业的数字化、智能化、实时化管控。[0023]在图1中，显示基于卫星定位的铁路平面调车作业智能安全防护系统的工作原理及各模块之间数据处理过程。车辆定位终端由调车组地面作业人员配戴，在调车前的地面安全检查环节对所有目标车列和机车所在车列(含单机)，进行两端坐标数据采集，由无线传输方式传至计算服务器。机车定位终端固定安装在机车车头，在机车推进、牵出时实时采集机车头部坐标数据，由无线传输方式传至计算服务器。智能安全防护器根据机车所在车列(含单机)两端坐标，计算机车所在车列长度，根据目标连挂车列头部坐标确定推送作业停车目标点，根据机车推进动态坐标，利用推进剩余距离解算模型，实时计算平面调车作业机车推进剩余距离。将机车推进剩余距离与铁路平面调车安全防护距离标准进行逻辑运算，当推进距离等于十车、五车、三车距离标准时，分别触发十车、五车、三车安全预警，同时触发机车自动停车制动曲线，当机车推进速度高于允许速度时，触发自动停车，保证调车作业安全。

[0024]下面简要介绍本发明的铁路平面调车安全智能防护系统的在甩挂作业中的工作流程，包括以下步骤；[0025]步骤1：调车组地面作业人员在地面检查过程中，利用车辆定位终端对机车所在车列、各目标连挂车列进行两端手工定位，将定位数据实时上传到平面调车智能安全防护器；[0026]步骤2：平面调车智能安全防护器接收到车辆定位数据后，计算机车所在车列(含

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单机)、各目标连挂车列的长度，将各目标连挂车列的头部坐标，记为推进连挂停车点坐标；[0027]步骤3：根据机车定位终端发送的机车实时定位坐标和目标停车点坐标，考虑机车所在车列长度因素，计算机车推送连挂的剩余距离，同时计算机车实时推进速度；[0028]步骤4：根据推进连挂剩余距离，判断机车是否进入安全防护标准的十车、五车、三车报警范围，如果进入则开始分阶段接近报警；[0029]步骤5：当机车进入十车距离报警后，触发机车自动停车制动曲线，实时判断机车推进是否超速，如果超速，则发出制动指令；[0030]步骤6：完成一次安全连挂作业后，将新连挂车列长度累加到机车所在车列上，更新机车所在车列长度，一次连挂作业结束；[0031]步骤7：当有多组连挂作业时，循环开始步骤3，直至结束；[0032]在图2中，显示机车推进剩余距离计算基本原理的辅助说明，在地面人员通过车列取得机车所在车列、各目标车列的两端坐标数据后，可以通过电子地图投影到轨道上，进而可以计算机车所在车列、各目标车列长度，以及各段推送距离的静态总长度。通过机车实时定位数据，可以实时计算出推进动态剩余距离长度。[0033]最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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