利用无线通信实现铁路沿线施工列车接近智能预警方法与流程

本发明涉及列车智能预警，具体为利用无线通信实现铁路沿线施工列车接近智能预警方法。

背景技术：

1、列车智能预警系统是一种用于监测和预警列车运行状态的系统，旨在提高列车运行的安全性和可靠性。该系统通常集成了多种传感器和检测设备，可以实时监测列车的速度、位置、加速度、温度等参数，以及轨道的状态和周围环境的情况。智能预警系统还可以通过数据挖掘和机器学习等技术，对历史数据进行分析和预测，提前发现可能出现的故障或危险情况；列车智能预警系统的应用可以提高列车的运行效率和安全性，降低事故发生的概率，并减少维修和维护成本。因此，该系统已经成为现代铁路运输的重要组成部分。

2、由于列车轨道处于长期使用状态，为了保障其安全性，需要经常性地进行施工及维护，而为了保障列车的运行效率，通常不会暂停列车的运行，因此，在此条件下，处于施工区域内的施工人员存在一定的施工风险。

3、在申请公布号为cn106080673a的中国发明专利中，公开了一种用于列车接近的预警系统和预警方法，预警系统包括主机和副机，主机包括线路i、线路ii和线路iii，线路i包括限速发射单元，线路ii包括故障发射单元，线路iii包括区间发射单元、调车发射单元、限速接收单元、故障接收单元、gps定位系统和蜂鸣器i，副机包括区间接收单元、调车接收单元、蜂鸣器ii和副机指示灯，采用该预警系统和预警方法能同时应用于列车运行、调车、限速及故障停车的预警，主机向副机发射区间、调车信号，副机接收信号蜂鸣，提醒作业人员及时撤离施工区。

4、结合以上申请中记载的技术方案及现有技术，在施工区域内列车穿越频率较高，施工区域内的施工人员进入风险区域内也较为频繁时，施工过程带来的风险也更大，而现有的列车预警方法中，都是在列车进入预先设置的安全距离内后，由设置在施工区域内的报警装置发出报警信号，但是，由于施工区域的环境条件及信号条件差异较大，若是仅仅依据设置安全距离来触发报警指令，则可能使施工区域内施工人员做出反应的反应时间较短且不可控，这就使安全隐患实际上仍然存在。

5、为此，本发明提供了利用无线通信实现铁路沿线施工列车接近智能预警方法。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了利用无线通信实现铁路沿线施工列车接近智能预警方法，通过构建行驶风险数据集合，由行驶风险数据集合生成人员风险系数，若人员风险系数超第二风险阈值，由通信条件数据集合构建信号系数，若信号系数低于强度阈值，则改善施工区域内通信条件，并依据信号系数的值为施工区域限定对应的报警方式；从预先构建施工报警知识图谱内匹配出若干个对应的报警方案，并以可靠性系数对报警方案进行选择；由预测数据构建第一报警距离及第二报警距离，分别发出报警指令，以预先选择的报警方案在施工区域内发出报警信号。在以对应的报警方案来对施工区域进行报警时，智能化程度更高，从而解决了背景技术中提出的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：利用无线通信实现铁路沿线施工列车接近智能预警方法，包括，在施工区域内对施工人员的活动状态及列车经过的状态进行监测，并由监测数据构建行驶系数pes，并以此与施工区域的规格数据关联，构建施工风险系数qe，若所获取的施工风险系数qe超过第一风险阈值，发出验证指令；其中，获取施工区域沿着轨道长度方向的共线长度lg，对行驶系数pes与共线长度lg做线性归一化处理，将对应的数据值映射至区间内[0,1]内，构建施工风险系数qe：

5、

6、权重系数：0≤ρ≤1，0≤ζ≤1，且ρ+ζ＝1；

7、接收验证指令后，在施工区域内设定风险范围，在风险范围内统计施工人员数据及列车行驶数据，汇总构建行驶风险数据集合；由行驶风险数据集合生成人员风险系数fos，若人员风险系数fos超第二风险阈值，发出提示指令；

8、接收到提示指令后，监测活动区域内的通信条件数据并构建通信条件数据集合，由通信条件数据集合构建信号系数trs，若信号系数trs低于强度阈值，则改善施工区域内通信条件，并依据信号系数trs的值为施工区域限定对应的报警方式；

9、识别获取报警区域内的报警特征，从预先构建施工报警知识图谱内匹配出若干个对应的报警方案，使用训练后的报警场景测试模型对报警方案进行测试，由测试数据构建可靠性系数pds，以可靠性系数pds对报警方案进行选择；

10、在有列车驶近时，使用训练后的列车行驶模型对列车的行驶状态进行预测，由预测数据构建第一报警距离及第二报警距离，在列车进入第一及第二报警距离时，分别发出报警指令，以预先选择的报警方案在施工区域内发出报警信号。

11、进一步的，将施工区域内在电子地图上标记，获取各个列车穿过整个施工区域的持续时长，将其作为穿越时长ct，将数据汇总构建列车行驶数据集合；由列车行驶数据集合构建当日的行驶系数pes，方式如下：获取各项列车的穿越时长ct做线性归一化处理后，将对应数据值映射至区间内[0,1]内，依照如下公式：

12、

13、其中，k2、k1为权重，0≤k1≤1，0≤k2≤1，且k1+k2＝1，cti为第i个穿越时长，i＝1，2，…n，n为穿越时长的个数，ctavg为穿越时长的均值。

14、进一步的，沿着轨道的延伸方向在施工区域内设定风险范围，在施工区域内统计施工人员每次进入施工区域后停留时长tt；记录施工人员离开风险范围与列车驶入风险范围内的间隔时长，以此作为风险时长ft；将记录的数据汇总构建行驶风险数据集合；由行驶风险数据集合计算人员风险系数fos，方式如下：对停留时长tt及风险时长ft做线性归一化处理后，将相应的数据值映射至区间内[0,1]内，依照如下公式

15、

16、其中，权重系数：0≤β≤1，0≤α≤1，且α+β＝1，i＝1，2，…，m，m为停留时长的个数，ttavg为停留时长的均值，为停留时长的合格标准值；i＝1，2，…，k，k为停留时长的个数，ftavg为风险时长的均值，为风险时长的合格标准值。

17、进一步的，在施工区域内筛选出施工人员频繁驻留的若干个活动区域，于活动区域内设置信号采集点，在信号采集点处采集活动区域内的接收信号强度及信噪比质量，将采集到的信号数据汇总后构建通信条件数据集合；由通信条件数据集合构建信号系数trs，若获取的信号系数trs低于强度阈值，则将通信区域内确定为信号盲区；在施工区域内的活动区域安置若干个信号中继装置。

18、进一步的，信号系数trs的获取方式如下：对通信条件数据集合内的接收信号强度rsi及信噪比质量csi做线性归一化处理后，将相应的数据值映射至区间内[0，1]内，依照如下公式：

19、

20、j＝1，2，…，p，p其为信号采集点的个数；权重系数：0≤f1≤1，0≤f2≤1且f2+f1＝1，rsiavg为信号强度的平均值，csiavg为信噪比质量的平均值。

21、进一步的，依据施工区域内当前的信号系数trs与改善后的信号系数trs中的较低值，为施工区域安全报警限定对应的报警频次及报警持续时长，方式如下：

22、

23、其中，n为报警的次数，cij是第i次报警到第j次报警的时间间隔，cavg为报警平均间隔，trs为信号系数，bt为报警持续时长；在施工区域内沿着轨道的延伸方向等距离地设置若干个报警装置，接收到报警指令后，在施工区域发出报警信号。

24、进一步的，预先构建施工报警知识图谱，在施工区域内采集数据构建第一区域数据集合；对第一区域数据集合内的数据做特征识别，获取对应的报警特征，依据报警特征与报警方案间的对应性，从施工报警知识图谱内匹配出若干个对应的报警方案；在施工区域内采集数据构建第二区域数据集合；第一及第二区域数据集合融合，从融合后的数据集合内抽取部分数据作为样本数据，训练获取报警场景测试模型。

25、进一步的，以匹配出的报警方案作为输入，使用训练后的报警场景测试模型对列车向施工区域驶来时的报警过程进行预测，并将预测数据汇总后构建报警预测数据集合；

26、由报警预测数据集合构建可靠性系数pds，将可靠性系数pds最高的报警方案作为第一报警方案，其次的作为第二报警方案；其中，可靠性系数pds的获取方式如下：对预测数据集合内的警报的触发精度cd和风险范围内的反应时长hd做线性归一化处理后，将相应的数据值映射至区间内[0，1]内，依照如下公式：

27、

28、参数意义为：触发精度因子，0.18≤ac≤0.86，反应时长因子，0.21≤ah≤0.67，px为常数修正系数。

29、进一步的，在施工区域及其邻近区域内采集天气数据、环境条件系数及轨道数据、列车规格数据等，汇总后构建列车行驶数据集合；从列车行驶数据集合内抽取部分数据作为样本数据，训练获取列车行驶模型；使用训练后列车行驶模型对列车的行驶状态进行预测，获取列车行驶的安全距离；在列车驶入安全距离后，由位于施工区域内的报警装置发出报警指令；并获取相应的报警时间。

30、进一步的，以列车在报警时间内行驶的长度作为撤离距离，以撤离距离与安全距离间较长的作为第一报警距离，较短的作为第二报警距离；在列车进入第一报警距离时发出第一次报警，执行第一报警方案，在列车进入第二报警距离时发出第二次报警，执行第二报警方案；在执行第一或第二报警方案时，依据预先限定的报警频次及报警持续时长，由施工区域内的报警装置在施工区域内发出报警信号。

31、(三)有益效果

32、本发明提供了利用无线通信实现铁路沿线施工列车接近智能预警方法，具备以下有益效果：

33、1、依据施工风险系数qe对施工区域内的施工风险进行初步判断和评估，如果相应施工风险较低，则可以正常施工，不需要额外地进行验证和报警，若施工风险较高，则需要对其做出及时的处理；作为对应性的措施，向位于施工区域内的施工人员发出报警，能够保障施工区域内的施工人员的安全。

34、2、依据人员风险系数fos对施工区域内施工人员的活动风险进行判断和评估，如果由于施工人员的活动不规范，给施工人员带来安全风险，则需要针对性对施工人员在施工区域内的活动进行规范，在施工人员的施工管理角度，提高施工人员的安全性。通过对风险范围大小的调整，能够对施工风险进行管控，依据列车穿越施工区域的时长，对施工进度进行调整，在保障施工人员安全的前提下，提高施工效率。

35、3、在限定出施工人员活动最密集的区域后，对相应的施工区域内的通信信号状态进行监控，并构建信号系数trs对通信信号状态进行评价，在构建获取信号系数trs后，对施工区域内的信号接收能力及通信能力进行增强，对施工区域内的通信能力形成保障，避免施工区域内成为通信盲区。

36、4、依据信号系数trs的大小来对的报警装置发出的报警次数及报警持续时长进行限定，若施工区域内的通信能力相对较差，则增加报警次数及其持续时长，从而避免由于信号较差，导致报警指令没能接收，从而在此基础上，降低施工风险。

37、5、从预先构建的施工报警知识图谱给出对应的报警方案，依据给出的报警方案，在施工区域内针对性地设置报警装置，而通过施工报警知识图谱给出报警方案，使报警方案与施工区域匹配性更好，在以此用于为施工区域内的施工人员发出报警时，报警效果更好，能够充分降低施工区域内的施工风险。预先搭建报警场景测试模型，使用训练后的报警场景测试模型对给出的报警方案进行测试，并由测试数据构建相应的可靠性系数pds，对各个报警方案的可靠性进行评估，并以可靠性系数pds对多若干个报警方案进行筛选，从而在需要时，能够快速给出效果相对较好的报警方案，进而在执行对应的报警方案时，能够对施工区域内的施工安全形成保障。

38、6、训练获取列车行驶模型，使用训练后的列车行驶模型对列车的行驶状态进行预测，进而分析获取当前列车的安全距离，并且通过确定报警时间，在有列车经过时，能够提前了解缓冲时间，便于施工人员提前做出准备。

39、7、在满足报警触发条件时，连续发出两次报警，通过前后两次报警的配合，能够在列车经过时，给施工人员充分的补充时间，给施工人员的安全予以充分保障；而依据施工区域内的通信能力及施工状态，智能化给出具体的报警方案，在以对应的报警方案来对施工区域进行报警时，智能化程度更高，和施工区域内的施工状态更为贴合，在有列车即将经过时，作出报警时的报警效果更好。