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鐵路沿線線路安全區電子監測語音警示報警系統
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概述：
自2013年國家鐵路局成立以來，十年間已有超過9000人因鐵路安全事故失去生命。其中，由人或大型動物闖入鐵路防護網內側導致被撞或緊急制動的事故占據較大比例，這類事故一旦發生，皆造成嚴重傷害乃至死亡。
鐵路沿線防護網雖然存在，但它們僅僅是一種被動的物理屏障，無法有效阻止和預防人或大型動物進入鐵路線路。這些防護網無法主動探測、驅離或報告入侵行為，使得許多悲劇依然發生。
為此，我們提出了一種創新的解決方案：在現有鐵藝防護欄的基礎上，增設電子監測裝置，以對鐵路防護網內側進行24小時不間斷監測。一旦有人或大型動物突破金屬防護網闖入監測范圍，系統將立即啟動，通過百度地圖精準定位入侵位置，大屏彈出現場監控畫面，并通過高音語音進行警告和驅離。
這個系統結合了物防、技防和人防三重保障，具有阻擋、自動化監測、語音喊話、視頻聯動、定位和數據記錄等多種功能。我們相信，通過這樣的方式，我們能夠大大提高鐵路沿線的安全性，減少事故的發生。
鐵路沿線太陽能無線電子監測語音警示報警智能化系統
一、背景和目的
2022年3月11日6時，東海縣站派出所民警排查線路隱患時，查獲攀爬進入線路準備去連云港的違法人員趙某。3月12日13時，徐州鐵路民警巡查時，發現違法人員楊某翻越鐵路防護墻橫越線路，準備回家。
2023年10月19日0時46分，兩人翻越鐵路防護網進入線路行走，在集通線沙日乃站至福興地站區間被K996次列車撞擊身亡。
2023年4月11日，重慶市境內中鐵某公司工作人員擅自進入襄渝線磨心坡站站內開展工作，導致C796次動車組列車因防撞停車，構成鐵路交通一般事故。
2023年6月11日下午，違法行為人李某、陳某翻越鐵路護欄尋找魚塘。廬山車站鐵路派出所接到線索后，護路辦組織護路員排查并配合鐵路派出所民警開展調查，未造成安全事故，但浪費了大量人力警力。
目前國內的鐵路沿線普遍已安裝有鐵藝防護網，作為物理防范，在阻擋和震懾上具有一定程度的作用，但統計分析近年鐵路系統的安全事故類型，還是有很多外來人員或者大型動物翻越防護網進入線路引發的重大安全事故，因此需要在鐵軌與防護網之間的鐵路線路沿線通過技術防范手段再設立一套具有語音喊話、監控聯動、百度地圖定位、數據上傳的電子監測語音警示報警系統作為第二道防線，對于進一步加強鐵路沿線的安全運行具有重要意義。通過綜合考慮各種因素并采取適當的措施，電子監測語音警示報警系統可以有效地提高鐵路沿線的安全性和可靠性，在保障人民生命財產安全、促進國家經濟發展和推動鐵路行業健康發展等方面具有顯著的作用。因此引入有效的電子監測語音警示報警系統是非常必要的。
一旦該系統大規模布置在鐵路沿線，將完美實現物防（鐵藝防護網）、技防（太陽能紅外監測設備+視頻監控聯動）、人防（平臺軟件管理人員）三方面協同工作，實現阻擋、自動化監測、語音喊話和視頻聯動看現場、定位、數據記錄等實用功能，肯定可以大幅提高鐵路沿線的安全性和可靠性，減輕人員的工作壓力，提高工作效率。
二、鐵路沿線電氣施工現狀
鐵路線路在規劃時期就決定了線路走的是相對較偏僻的區域，也同步決定了后期增加電氣施工的難度，主要體現在以下幾個方面：
1. 施工環境復雜：鐵路沿線的電氣施工可能需要穿越各種不同的環境，包括山地、河流、森林等，這些環境都增加了施工的難度。
2. 施工限制多：鐵路沿線的電氣施工可能需要在不影響列車正常運行的前提下進行，這使得施工的時間和空間受到很大的限制。
3. 技術要求高：鐵路沿線的電氣施工需要高超的技術水平，包括精確的測量技術、高難度的安裝技術等，這些都需要專業的人員來完成。
4. 安全管理難度大：鐵路沿線的電氣施工涉及到大量的電氣設備，需要嚴格的安全管理措施來保證施工的安全。同時，由于施工環境復雜，安全管理難度也相應增大。
5. 成本投入大：鐵路沿線的電氣施工需要大量的人力和物力資源，包括電氣設備、施工材料、施工人員等，這些都需要投入大量的成本。
6.施工協調難度大：鐵路沿線電氣施工涉及多個專業領域，如通信、信號、電力等，需要與多個施工單位和部門進行協調，以確保施工進度和安全
綜上，鐵路沿線電氣施工的難點主要集中在施工環境、施工協調、施工安全、施工質量、施工要求和成本高等方面，先進技術發展日新月異的背景下，有無更好的技術替代可以完美解決這些難點？
在這種情況下，無線產品的優勢得以凸顯。首先，無線產品不受線路布局的限制，能夠靈活地覆蓋更廣泛的區域，有效避免了布線的種種困難。其次，無線產品不需要大量的布線，從而降低了施工成本和材料成本，同時，其安裝和維護過程相對簡單，進一步節省了人力成本。此外，隨著業務需求的變化，無線產品可以更加便捷地進行擴展，通過增加接入點或調整網絡配置，滿足新的使用需求。
無線產品還具有一系列的管理優勢。通常配備有專業的管理軟件，管理員可以遠程監控和針對性管理，提高了管理效率。此外，無線產品具有高可用性，其分布式特性確保了在某個節點出現故障時，其他節點仍能繼續工作，增強了系統的穩定性。同時，無線產品還易于維護，具備自我修復功能，能在發生故障時自動切換到備用路徑，大大提高了安全可靠性的同時減少了人工維護的負擔。在環境適應性方面，無線產品不受地形、建筑等因素的限制，能夠在各種復雜的環境中穩定運行。安全性方面，無線產品支持多種加密技術，能夠保護數據的傳輸安全，通過合理的訪問控制策略，防止未經授權的訪問。
因此，從以上幾個方面來看，無線產品在鐵路沿線電氣施工中的優勢明顯，能夠有效地解決傳統有線方案面臨的挑戰。
三、系統的基本結構和組成描述
鐵路電子監測語音警示報警系統主要安裝在附近有村莊、城鎮的鐵路沿線鐵藝護欄與鐵軌之間的區域。為了規避電氣施工及維護困難的局面，均提議采用無線設備。電子監測語音警示報警系統分為鐵路沿線防護網內側電子監測前端設備及基于互聯網的綜合管理平臺兩部分。如下圖：
鐵路沿線防護網內側電子監測前端設備：
前端設備是完成鐵路沿線防護網內側電子值守各項任務的主要執行者。它可根據主動紅外線對闖入人員進行探測，在探測到有闖入者后即刻啟動高音喇叭，語音播報如：“您已非法進入鐵路危險區域，請盡速離開，遠離鐵軌，注意安全，造成鐵路安全事故將承擔法律責任！”，并通過采集終端將現場信息上傳綜合管理平臺，平臺彈出百度地圖定位，聯動現場監控視頻，錄像等功能，也可根據需要支持現場工作人員的操作。
前端設備包括：太陽能監控攝像機、太陽能無線紅外光墻傳感器（自帶MP3模塊，并支持語音定制，120分貝高音喊話）、太陽能采集終端等設備。
綜合管理平臺：
鐵路沿線防護網內側電子監測語音警示報警智慧管理平臺是鐵路電子監測語音警示報警系統核心，是總控軟件，可以管理某個鐵路段，甚至某個鐵路局下轄所有鐵路沿線線路防護網內側區域都可以匯總統一管理。
硬件設備：工控計算機；軟件：鐵路沿線防護網內側電子監測語音警示報警智慧管理平臺軟件。
四、系統工作流程
如圖，在鐵路沿線鐵軌與鐵藝防護網之間的防護網內測區域依次與鐵軌平行設立實用距離1-100米通用的太陽能全無線紅外光墻作為檢測設備，當外包施工人員或者外來人員無意闖入或者為貪圖方便翻越防護欄進入線路時阻斷紅外線即觸發報警。并在數秒內執行以下動作：
1、現場警示：即刻啟動太陽能光墻自帶的揚聲器進行語音播報，以120分貝的音量播放“您已非法進入鐵路危險區域，請盡速離開，遠離鐵軌，注意安全，造成鐵路安全事故將承擔法律責任！”等相關語音，啟到再次警示、震懾及驅離作用；
2、上傳警情：太陽能光墻采用防干擾的跳頻信號將警情上傳給采集終端，采集終端內置4G無線模塊，采用無線網絡的形式上傳至綜合管理平臺；
3、百度定位：綜合管理平臺自動彈出百度地圖，自動定位該警情精準地理位置，迅速鎖定出警路線；
4、視頻監控聯動：綜合管理平臺自動彈出視頻畫面，復核報警事件的有效性，并同時錄像，留存證據；
5、手機通知：多個路段責任人手機端接到警情通知，便于快速響應、及時救助、就近出警，提高效率。
五、系統的技術特點和創新點
考慮到鐵路沿線電氣施工的困難點跟難度，所以本系統現場所有設備均采用太陽能供電，無線射頻信號轉成4G無線網絡信號上傳平臺管理的全無線架構，在保證前端正常工作，數據穩定上傳的同時又合理解決鐵路沿線電氣施工布線難的痛點。
系統技術特點詳解：
（1）全無線架構：本系統采用全無線架構，包括前端設備、采集終端與綜合管理平臺之間的通信均為無線方式，無需鋪設復雜的電纜，有效降低了鐵路沿線電氣施工的難度。同時，全無線架構還具有易于擴展、維護簡便等優點。
（2）太陽能供電：系統所有設備均采用太陽能供電，具有良好的環保性和節能性。太陽能供電方式適應性強，即使在惡劣的天氣條件下，也能保證設備的正常工作。同時，太陽能供電減少了電力線的鋪設，降低了施工難度和成本。
其中前端的監測設備太陽能全無線紅外光墻采用太陽能一體的專利技術，無需外接太陽能板，更進一步提升施工便利性同時更具備IP66的戶外優越防水性能。
（3）24小時全時電子高靈敏度監測，闖入即報警：系統采用高靈敏度的探測設備，能夠24小時不間斷地實時監測鐵路沿線防護網內側線路重點區域的狀態，規避人員巡邏防護疲勞、疏忽、人力配備不足等造成的防護漏洞，及時發現潛在的闖入行為，確保了鐵路安全，同時還減少了大量的人力投入。
（4）智能語音警示：系統具備智能語音警示功能，對非法闖入者進行實時喊話警告，提醒其離開危險區域，保障人身安全及鐵路運行安全，語音可根據需要定制。
（5）數據實時上傳：系統采集終端將實時采集到的數據上傳至綜合管理平臺，便于管理人員及時了解鐵路沿線的安全狀況，為安全防范提供有力支持。也可通過對匯總的報警數據進行大數據分析，統計出經常出現突破防護網闖入線路內部這類事件的高發區域及路段，便于轄區護路員對這些重點區域進行精準安全隱患排查，補裝多層電子監測設備，對鐵路周邊村民開展鐵路安全知識宣傳，避免鐵路運行安全事故發生。
（6）專業綜合平臺管理：智能化管理平臺軟件可以將下轄所有鐵路沿線電子監測路段信息匯總管理，涵蓋百度地圖、信息數據管理、視頻監控聯動多板塊，并具備故障接收、百度電子地圖管理、視頻自動彈屏、視頻自動錄像、視頻查看等等功能，結合前端入侵跟監控自動聯動，和平臺管理軟件的匯總功能，從而為鐵路沿線線路重點安全區防闖入提供完整解決方案。
（7）自動定位闖入位置：綜合管理平臺自帶百度地圖，沿線任一防護網內側出現闖入者即被探知，平臺即時聲音加顏色提示有報警事件產生，同步彈出該警情精準的百度地圖，迅速鎖定出警路線，便于護路員快速到達現場處理。
（8）闖入即報警，視頻看現場：任一線路的路段防護網內側人或大型動物侵入時，太陽能紅外監測設備即刻語音嚇止，同時上傳警情至綜合管理平臺，平臺彈出相關區域的聯動監控畫面，視頻一旦被彈出，系統將自動啟動錄像、截圖功能，并實時存儲，便于交管人員查看現場情況及保留證據。
（9）遠程控制與維護：綜合管理平臺可以實現遠程控制與維護，便于對系統進行升級和優化，提高系統的穩定性和可靠性。
（10）高效協同與聯動：該系統能夠與其他現有鐵路管理系統進行高效協同，實現信息共享和聯動控制。例如，當監測到線路有人或物突破第一層鐵防護網進入防護網內側區域時，系統不僅能夠自動發出警示音，還可以將相關信息發送至調度中心，協助工作人員進行緊急處理
六、系統的應用場景
本系統以其獨特的全無線架構和創新點，適用于需要對鐵路沿線進行安全防護的場景，可以有效降低事故發生率，保障鐵路運輸安全，具體包括：
1、鐵路干線、支線：本系統可應用于各等級的鐵路干線及支線，對鐵路沿線進行實時監控，防止非法闖入行為的發生，有效降低事故發生率，保障鐵路運輸安全。
2、高鐵線路：本系統同樣可應用于高鐵沿線的安全防護，提高高鐵運行的安全性，確保乘客和列車的安全。
3、城際鐵路：城際鐵路可能需要防護的線路及區域會更多，安裝本系統可以更好的提升城際鐵路沿線的安全防護，提高城際鐵路的運輸效率，保障乘客安全。
4、地鐵線路：本系統也可應用于地鐵線路，在黃色警戒區，端臺等處設立電子警戒線，可以對地鐵運行的安全穩定，市民出行安全提供更好的保障。
5、鐵路沿線地質災害監測：本系統還可一定程度上監測鐵路沿線泥石流、山體滑坡、塌方等地質災害，當這類災害發生后巖石泥土沖破防護網進入鐵軌時，設立在防護網與鐵軌之間的太陽能紅外光墻即刻上傳警情，提前預警，聯動視頻查看現場，第一時間發現災情，讓調度人員有·充足的時間調度處理，保障鐵路運行的安全，保障人民生命財產的安全。
6、高速公路護欄防：本系統也可同樣用于高速公路沿線護欄防翻越警示報警，當翻越護欄這類情況產生時首先通過語音播報告知違法行為，語音嚇止進入高速道，其次上傳數據再大數據分析，篩選出常出現翻越現象的路段，重點管理。該系統在降低交通事故發生率，確保生命安全方面具有顯著成效。
7、廠區、景區等其他需要防護的場所：本系統也可在其他領域如廠區、景區等需要防護的場所進行推廣應用
本鐵路沿線安全區電子監測語音警示報警解決方案在保障鐵路沿線安全、提高運輸效率、提升國家形象等方面具有重要意義。通過采用全無線架構、太陽能供電等技術特點，有效解決了鐵路沿線電氣施工的難題，具有廣泛的應用前景。希望各級鐵路部門加大推廣力度，為我國鐵路安全事業發展貢獻力量。
七、系統部署和實施方案
本系統部署方案分為以下幾個步驟：
1.安裝前端監測設備及監控設備：根據鐵路沿線的實際情況，在防護網與鐵軌之間的線路內部區域選擇合適的位置安裝攝像機、太陽能無線紅外光墻傳感器。
2.布置太陽能供電系統：太陽能無線光墻為提高戶外防水等級采用一體式設計，自帶太陽能板，無需額外供電；監控攝像機及采集終端附近需設置太陽能供電系統，為設備提供穩定的電源。
3.安裝采集終端：在鐵路沿線合適的位置安裝采集終端，用于收集前端設備的數據。
4.搭建綜合管理平臺：根據實際情況，選擇合適的位置搭建綜合管理平臺，安裝工控計算機和鐵路沿線防護網內側區域電子監測語音警示報警智慧管理平臺軟件。
5.調試系統：對整個系統進行調試，確保各設備正常工作，數據穩定上傳。
6.培訓相關人員：對鐵路部門相關人員開展系統操作和維護培訓，確保系統高效運行。
八、系統應用風險分析
結合本系統在鐵路系統的實際應用反饋，提供一些建議和需要考慮的因素：
1. 合理平衡警示音量：該系統應具備語音喊話功能，以便在必要時向鐵路沿線的人員發出警告或通知。為了確保喊話的清晰度和可理解性，應選擇合適的揚聲器和音頻處理技術。此外，還需考慮如何平衡音量，以避免在居住區域沿線造成不必要的噪音干擾。
2. 攝像頭清晰度跟夜視功能有要求：該系統的工作步驟是一旦闖入者突破線路防護網進入防護網內側就會被探測到，并且馬上聯動現場攝像頭彈屏看現場，監控承擔了核實現場情況的重要作用。這樣，工作人員可以在控制中心根據彈出的監控畫面監控鐵路沿線的安全狀況，及時發現和處理問題。為了提高監控效果，建議使用高清攝像頭和適當的夜視設備。
3. 對安裝環境有一定的要求。作為該系統的前端探測設備我們均采用了太陽能供電技術，雖然不要求太陽光直射，在自然光條件即可正常工作，但對于一些光線長時間達不到太陽能板最低光照要求（最低光照不少于1800Lux）的安裝環境，供電就無法正常有序地進行。因此實際施工時選擇安裝的位置應避開上面有大樹、遮陽棚的場所。
4. 防雷和防電磁脈沖措施：由于該系統涉及電子設備，因此應采取適當的防雷和防電磁脈沖措施，以確保系統的穩定性和安全性。雖然本方案中無線信號傳輸采用的是目前行業最先進的軍用調頻+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平臺無法收到上傳的警情，監控畫面無法彈出，存在一定的風險。建議在線路防護網內側前后再安裝一道太陽能光墻做檢測，形成多層防護網探測，某一對光墻信號丟失時其余光墻正常探測，就像現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. 維護和管理：由于鐵路沿線可能需要穿越各種不同的環境，包括山地、河流、森林等，而太陽能紅外光墻及太陽能監控又安裝于戶外，大風大雨，使用環境非常惡劣，因此需每隔一年應進行一次保養，保養內容包括檢查對射是否偏移，對光是否良好，抱箍螺絲是否緊固以及清理太陽能板灰塵，以確保設備穩定運行。此外，還需建立適當的管理制度，以便對系統進行管理和調度。
通過以上解決方案，本系統在實施過程中可以有效應對各種難點，確保系統的順利實施。
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