基于红外探测的铁路施工安全防护报警系统

康燕仁

摘要 在铁路施工时，时刻掌握周围列车经过情况是施工人员和设备安全的保障。本文结合实际铁路施工安全需求，综合利用红外对射探测器、金属感应探测器、Zigbee无线自组织网络、语音播报等现代技术，设计了一套铁路施工安全防护报警系统。系统能够具有自检、防盗功能，能够感知、发送远处信息，并实时播报给施工人员，可有效保证施工安全。

【关键词】铁路施工 无线报警 红外探测Zigbee

1 研究背景

铁路是人们出行的重要交通工具，是现代货物运输主要方式之一，在经济社会发展中有着极为重要的地位和作用。然而目前我国铁路运输列车具有速度快、密度大等特点，任何一次运输过程中断，都会牵一发而动全身，影响整个铁路运输。因此铁路部门需要在不中断运输的情况下，进行检修、维护等工作，那么如何保证施工人员安全呢？

现有的方式有三种，第一种是铺设专用电缆，列车到达监测点时通知施工人员，但由于目前火车速度较快，需铺设区间较大，成本高、难维护;第二种是利用电磁感应原理，通过铁路沿线的输电线、通信线、轨道等来传递信号，但容易受干扰，产生虚警;第三种是利用雷达测量多普勒频率来探知列车信息，但造价高，且受地形限制。综合以上三种方式，可以看出，目前在国内外真正实用、可行的铁路施工安全防护系统装置都或多或少地存在一定缺陷。因此设计一种新型安全可靠地铁路施工安全防护系统是必要的。

2 系统功能设计

系统功能的全面是对施工人员的安全保证，为了有效地保证施工人员的安全，本系统结合现有技术，充分考虑实际施工场景，设计的具体功能框图如图l。

该铁路施工安全防护报警系统包括8个功能：

2.1 红外探测功能

系统通过红外探测器，无接触、高精度和实时的探测车辆和人员通过的信息。

2.2 车辆行驶方向判别功能

系统能够识别铁轨上列车或者非列车运动方向，从而提高入侵目标威胁程度判断能力。

2.3 车辆测速功能

系统能够对入侵运动物体的运动速度进行准确测速，从而辅助判断入侵运动物体的威胁程度。

2.4 轨道以上金属探测功能

系统通过金属探测传感器对人员或车辆进行目标种类识别，从而提高入侵目标威胁程度判断能力。

2.5 基于自组织网络的无线通信系统

系统通过基于zigbee的自组织无线网络将报警信息发送到工作区的接收报警机。该无线通信系统可独立运行，自组织组网，不依赖于商业通信系统，可应用于无基础通信网络的外场作业环境。并且该通信系统可以采用自组织多跳形式进行远距离通信，适应于不同通信距离需求的无线通信场合。

2.6 防盗功能

在收发两端采用加锁的防盗设计，防止设备被盗。

2.7 系统自检功能

上下行发射机每隔15s发送一次信息，如接收机15s内检测不到信息，则报警设备出现故障。

2.8 语音报警功能

系统针对上行来车，下行来车，系统故障，来车速度，目标类型等上下行设备周围情况，都能够语音播报出来，使施工人员及时了解情况。

3 系统方案

3.1 系统硬件原理

本系统方案设计主要包括上行发射机、下行发射机和工作区接收机三部分。工作区接收机主要负责对接收到信息的解码，然后通过语音播报的方式通知施工人员。上行发射机和下行发射机主要完成两个工作：

3.1.1 收集信息

通过金属检测传感器辨认列车和非列车物体、通过两对红外对射传感器测量速度信息。

3.1.2 发送信息

通过Zigbee模块以无线电波的方式把收集到的信息发送到工作区接收机，同时还会定时发送自检信息，保证装置运行正常。

3.2 系统软件实现原理

上下行发射机通过Zigbee模块进行通信，为了保证信息传输的高效性，设计发射机对所感知收集到的信息进行编码，约定发射机传输数据帧格式固定，每次只发送两个字节的信息，每个字节数据代表不同的含义。第一个字节包含的信息表示发射机装置处的情况，第二个字节包含的信息表示火车速度。当接收机接收到数据后，负责解读出其含义并播报给施工人员。

其中字节一表示上下行装置所处的状态，情况多样。主要详细设计如下：Ox00代表发射机装置正常;Ox02代表有火车靠近;Ox03代表有火车远离;Ox04代表有人员或者动物活动。同时还预留可扩展部分Ox08-OxFF，便于后续功能的扩展。

4 结束语

本铁路施工安全防护报警系统综合利用现代红外对射探测器、金属感应探测器、Zigbee无线自组织网络等技术，结合实际铁路施工安全需求，实现了一套铁路施工的安全防护报警系统，能有效保证施工人员的安全。同时该系统携带方便、便于扩展，且有效地节约了成本，具有實际的应用和推广价值。

参考文献

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