文| 歐陽籽勃 陳云峰 宋志丹

1.中國鐵道科學(xué)研究院

2.中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司

一、引言

鐵路工務(wù)施工作業(yè)具有流程多、作業(yè)的區(qū)域大、施工環(huán)境條件差、現(xiàn)場的施工人員和車輛多等特點，目前大多還是采用視覺、聽覺和集體作業(yè)防護(hù)等以人為主的管理和技術(shù)手段相結(jié)合的方式，已經(jīng)難以適應(yīng)高速鐵路智能化、信息化發(fā)展要求。

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目前，施工人員或大型設(shè)備的設(shè)備定位精度主要采用GPS定位、超寬帶（UWB）定位、北斗定位等，但在實際使用情況下，受限于人員移動和現(xiàn)場環(huán)境的遮擋，定位效果在5～10m，少數(shù)情況能夠超過30m。在通信方面由于鐵路沿線情況復(fù)雜，對于西部鐵路，公網(wǎng)覆蓋情況相對較差，一旦公網(wǎng)信號缺失，將會失去對人員和大型設(shè)備的位置跟蹤功能，在緊急情況出現(xiàn)時，不能及時通知現(xiàn)場施工人員或車輛，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

綜上，本文提出基于高精度北斗組合定位施工防護(hù)電子圍欄技術(shù)，利用我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，融合慣導(dǎo)信息和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，對鐵路工務(wù)施工人員或大型設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)定位和監(jiān)控，通過設(shè)置圍欄警戒，及時對施工人員或大型設(shè)備進(jìn)行預(yù)警，實現(xiàn)鐵路施工安全防護(hù)[1]。

二、方案概述

1.應(yīng)用目標(biāo)

基于高精度北斗組合定位施工防護(hù)電子圍欄技術(shù)的研究及應(yīng)用，主要通過高精度北斗組合定位并采集工程測量、監(jiān)測、檢測等項目需要用到的位置坐標(biāo)，替代傳統(tǒng)的人工采集，進(jìn)而能夠大大提高測量精度和準(zhǔn)確性，同時結(jié)合通信技術(shù)，將位置信息、圍欄信息以及慣導(dǎo)等信息上傳到網(wǎng)絡(luò)管理平臺、預(yù)警信息傳遞到施工作業(yè)現(xiàn)場，以達(dá)到對鐵路工務(wù)施工的遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場預(yù)警，通過設(shè)置圍欄警戒，確保鐵路工務(wù)施工安全防護(hù)的目的。

2.總體構(gòu)成

方案總體由無線傳感器基礎(chǔ)應(yīng)用平臺和網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用平臺構(gòu)成，總體框圖如圖1所示。

基于高精度北斗組合定位電子圍欄技術(shù)研究及應(yīng)用的無線傳感器基礎(chǔ)平臺主要由感知層面與通信層面組成。

感知層面主要利用北斗組合定位、毫米波雷達(dá)等技術(shù)對軌道車、施工人員、防護(hù)點等采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)施工人員定位、電子圍欄防護(hù)、列車接近預(yù)警等應(yīng)用。

圖1 方案總體框圖

通信層面用無線電臺、3G/4G公網(wǎng)無線傳輸，預(yù)留窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-loT）接口，組建基于高精度北斗組合定位電子圍欄技術(shù)應(yīng)用的通信網(wǎng)絡(luò)。

高精度北斗組合定位終端嵌入式軟件實現(xiàn)將終端與列車、網(wǎng)絡(luò)管理平臺進(jìn)行交互如圖2所示，實現(xiàn)列車接近報警、人員高精度位置實時采集及顯示、圍欄預(yù)警等功能[2]，具體功能如下。

圖2 網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用平臺

（1）人員定位器亞米級定位功能

帶燈按鈕：開關(guān)機(jī)、圍欄指示；

（2）電子圍欄功能

2)基地在建設(shè)過程中，社會服務(wù)能力還有待加強(qiáng)和提高。目前主要承接的是合作企業(yè)的各項培訓(xùn)任務(wù)，希望經(jīng)過校企的共同努力，能夠擴(kuò)大基地在區(qū)域經(jīng)濟(jì)的影響力度，能夠擴(kuò)充業(yè)務(wù)承接范圖和業(yè)務(wù)的多樣性，更好地服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

當(dāng)高精度北斗組合定位終端設(shè)置電子圍欄功能時，人員在進(jìn)入圍欄和出圍欄時，可分別進(jìn)行入圍欄報警和出圍欄報警，人員定位器電子圍欄生成有兩種方式：網(wǎng)絡(luò)管理平臺利用數(shù)傳電臺模塊將電子圍欄數(shù)據(jù)點文件傳輸給人員定位器，人員高精度北斗組合定位終端將電子圍欄信息存儲在Flash并自動生成電子圍欄；人員高精度北斗組合定位終端具有電子圍欄打點功能，人員攜帶終端在需要生成電子圍欄的區(qū)域進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點位置采集并打點，生成電子圍欄的位置信息并存儲在Flash。

中國水利：《意見》明確提出要建立水資源管理責(zé)任和考核制度，考慮到我國南北方水資源條件有較大差異，下一步如何進(jìn)行責(zé)任分解和考核？

教學(xué)目標(biāo)的確定是教學(xué)活動的首要工作，是實施教學(xué)的主導(dǎo)環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)目標(biāo)一方面是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中前進(jìn)的目標(biāo)，另一方面是教師組織課堂教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，是評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)。在BOPPPS模型中強(qiáng)調(diào)教學(xué)目標(biāo)必須是具體的、明確的描述，包括誰是教學(xué)對象、要學(xué)什么、在什么情況下學(xué)、如何學(xué)，從而使教學(xué)目標(biāo)更具可操作性。

（3）列車接近預(yù)警

明確劃分各級護(hù)理人員的職責(zé)以及工作標(biāo)準(zhǔn),并將具體的職責(zé)層層分解具體到個人,術(shù)前完善器械以及儀器相關(guān)檢查,術(shù)前1d集中訪視患者,并于術(shù)日護(hù)理人員在手術(shù)室門口做好迎接、交接工作,根據(jù)手術(shù)內(nèi)容護(hù)理做好相應(yīng)的配合,術(shù)后常規(guī)管理,手術(shù)全程中需進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。

人員高精度北斗組合定位終端與列車進(jìn)行交互[3]，通過在施工區(qū)域外提前放置預(yù)警雷達(dá)，獲取列車接近信息，通過人員與列車的位置計算，實時判斷列車與人員的距離，當(dāng)超過安全距離時，系統(tǒng)將產(chǎn)生報警信息，邊界處設(shè)置的警戒雷達(dá)、人員佩戴的定位器都將產(chǎn)生聲光報警。

（4）標(biāo)準(zhǔn)語音報警

人員高精度北斗組合定位終端配備揚聲器，將鐵路標(biāo)準(zhǔn)語音燒寫到語音芯片中，根據(jù)不同場景調(diào)取不同的標(biāo)準(zhǔn)語音。

3.基于高精度北斗組合定位電子圍欄技術(shù)研究及應(yīng)用的安全策略

圖3 系統(tǒng)應(yīng)用安全策略

施工人員終端首先通過打點功能自動生成以自我為中心的圓形圍欄進(jìn)行警戒，也可通過接收網(wǎng)絡(luò)管理平臺下發(fā)的電子圍欄區(qū)域坐標(biāo)進(jìn)行存儲，當(dāng)施工人員或者大型設(shè)備移動時，將實時的北斗高精度組合定位坐標(biāo)信息與電子圍欄警戒區(qū)域信息進(jìn)行對比，當(dāng)判斷坐標(biāo)在電子圍欄警戒區(qū)域外時，將立刻向網(wǎng)絡(luò)管理平臺進(jìn)行報警，同時網(wǎng)絡(luò)管理平臺將接收到的圍欄預(yù)警信息與自身判斷的圍欄預(yù)警進(jìn)行判斷對比分析，確定為預(yù)警信息時顯示預(yù)警信息，實現(xiàn)對工務(wù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

徐宏勛算了一筆賬，經(jīng)過多年的發(fā)展，特別是2013年長沙繞城高速公路開通后，潯龍河村的交通優(yōu)勢凸顯出來。從潯龍河村到長沙繞城高速公路長龍收費站8公里，車程8分鐘，走黃興大道到長沙縣城星沙15分鐘車程，到黃花國際機(jī)場、長沙市區(qū)、長沙高鐵南站車程均在30分鐘以內(nèi)。

4.系統(tǒng)應(yīng)用指標(biāo)及硬件設(shè)計

高精度北斗組合定位終端指示燈及功能：

在施工人員利用高精度北斗組合定位終端進(jìn)行作業(yè)時，需要達(dá)到以下總體技術(shù)指標(biāo)，如表1所示。

表1 技術(shù)總體指標(biāo)

施工人員或者大型設(shè)備的終端具有自身打點功能并將自身的位置上傳到網(wǎng)絡(luò)管理平臺，生成以自身為中心的圓形圍欄，但網(wǎng)絡(luò)管理平臺沒有下發(fā)多邊形圍欄指令時，施工人員或者大型設(shè)備將依據(jù)自身的圓形圍欄進(jìn)行預(yù)警，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理平臺下發(fā)多邊形指令時，施工人員或者大型設(shè)備終端將自動生成多邊形圍欄進(jìn)行預(yù)警[6]。

依據(jù)上述的總體技術(shù)指標(biāo)要求，高精度北斗組合定位終端硬件系統(tǒng)包括：微控制單元（MCU）處理器、高精定位模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、慣導(dǎo)模塊、外掛實時時鐘（RTC）、外掛Flash、電源管理模塊、語音模塊、按鍵。

三、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

1.高精度北斗定位技術(shù)

高精度北斗定位技術(shù)主要利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)播出的差分信息進(jìn)行高精度定位解算[4]，主要為用戶計算差分改正數(shù)等數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)絡(luò)解算獲取覆蓋范圍地區(qū)和該時間段的局域精密星歷及其他改正參數(shù)，同時能夠連續(xù)不間斷對導(dǎo)航衛(wèi)星的完好性監(jiān)測，對衛(wèi)星精密星歷、衛(wèi)星精密鐘差、大氣層傳播延遲等誤差[5]進(jìn)行確定和播送，大大克服導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)在可靠性、可用性方面的脆弱性。

Electric Field Distribution of AC Transmission Lines Considering Vertical Sag GUO Linxia,GONG Youjun(103)

2.電子圍欄生成技術(shù)

（2）人員終端硬件設(shè)計

在自身圓形圍欄或者網(wǎng)絡(luò)管理平臺設(shè)定區(qū)域（矩形、多邊形等）多邊形圍欄時，由網(wǎng)絡(luò)管理平臺將區(qū)域的拐點坐標(biāo)信息通過WiFi鏈路傳導(dǎo)，并通過組網(wǎng)電臺傳輸?shù)绞┕と藛T終端或者大型設(shè)備終端上，確保對施工區(qū)域?qū)嵤崟r警戒，一旦有人員或者設(shè)備越界或侵限，將觸發(fā)報警并上傳到網(wǎng)絡(luò)管理平臺。通過警戒雷達(dá)傳遞的列車接近信息，對列車運行趨勢進(jìn)行判斷，結(jié)合圍欄信息，及時給出列車接近預(yù)警[7]。

基于高精度北斗組合定位電子圍欄技術(shù)研究及應(yīng)用的安全要求較高，必須確保信息的完整性、安全性和真實性，其中重點在物理安全、信息傳輸安全等方面，結(jié)合無線電臺傳輸?shù)饶Ｊ剑捎梅謱影踩呗蕴幚?，如圖3所示。

3.列車接近雷達(dá)預(yù)警技術(shù)

對于列車接近，需要重點區(qū)分兩種情況：列車與施工區(qū)域的相對位置，是在施工區(qū)域股道上，還是相鄰股道上；列車與施工區(qū)域的運動趨勢，是接近施工區(qū)域還是遠(yuǎn)離施工區(qū)域。

通過與信號系統(tǒng)接口連接，可以獲得股道區(qū)段的占用信息，從而提前獲得列車與施工區(qū)域的相對位置及運動趨勢。在沒有數(shù)據(jù)接口的情況下，通過設(shè)置預(yù)警雷達(dá)，可以有效解決上述兩個問題。

同樣因為經(jīng)濟(jì)原因，成績出色的她，拿著由美國戰(zhàn)地服務(wù)團(tuán)提供的留美獎學(xué)金，只身一人前往美國馬里蘭州的女校學(xué)習(xí)。雖然并不情愿年輕輕就背井離鄉(xiāng)，但這段經(jīng)歷帶給了她出色的英語水平和美國人的思維方式。高中畢業(yè)后，拉加德在美國國會議員、即后來的國防部部長威廉·科恩辦公室做實習(xí)生。這段早年經(jīng)歷影響了拉加德的一生：“反性格、反周期，你要的什么都相反。”拉加德這樣評價自己的成長軌跡。

通過使用預(yù)警雷達(dá)，可以對多達(dá)4個股道區(qū)域進(jìn)行雷達(dá)照射，區(qū)分人員和機(jī)車，并對其位置和運動趨勢進(jìn)行跟蹤，通過設(shè)置防區(qū)，在列車進(jìn)入預(yù)設(shè)防區(qū)或與報警終端通信中斷時，產(chǎn)生告警信息。

四、系統(tǒng)應(yīng)用

依據(jù)基于高精度北斗組合定位電子圍欄技術(shù)研究及應(yīng)用需求，在城市進(jìn)行模擬測試。

（三）住房改造尚有差距。一是危房識別較難。有關(guān)區(qū)縣對D級危房尚沒有具體的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村把握的尺度不一致。二是D級危房改造、農(nóng)房“四改”、風(fēng)格風(fēng)貌改造進(jìn)度較慢。因大部分貧困戶居住在條件比較差的地方，住房普遍為土木結(jié)構(gòu)的穿斗房，改造成本高，上級補助少，自籌資金多，導(dǎo)致部分農(nóng)戶積極性不高，“等靠要”思想嚴(yán)重，住房改造進(jìn)度普遍較慢。

1.高精度定位組合定位終端設(shè)計及實際設(shè)備

高精度定位組合定位終端如圖4所示。

（1）系統(tǒng)應(yīng)用指標(biāo)

報警燈：高亮報警燈；

高精度北斗組合定位終端嵌入式軟件利用數(shù)傳電臺，實時接收北斗連續(xù)運行參考站（CORS）差分信息并傳輸給定位模塊，實現(xiàn)亞米級定位精度，并將位置通過數(shù)傳電臺或者公網(wǎng)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)管理平臺。

LED1：定位指示；

從中或可窺知，雖然由于每支“昆唱”的長度均受板則之制約，昆曲多節(jié)型過腔的節(jié)數(shù)不可能無限制地增加，但過腔的這種結(jié)構(gòu)，卻足以表明昆曲基因性構(gòu)架之宏大。事實上，昆曲對于這一基因性構(gòu)架功能的利用率，恐怕百分之一都不到，應(yīng)該說，其間還有著很大的發(fā)展空間，這是一塊既完全可以絲毫無損昆曲固有傳統(tǒng)的一切品性，又能充分發(fā)揮其作用的，亟待探索、開發(fā)和利用的新大陸。

LED2：高精度定位狀態(tài)指示；

LED3：充電顯示；

語音報警喇叭設(shè)計。

高精度北斗組合定位終端功能：

自身設(shè)置圓形圍欄；

圖4 高精度定位組合定位終端

接收上位機(jī)的多邊形圍欄點生成圍欄；

判斷進(jìn)出圍欄狀態(tài)并報警；

吸引一批文化工作者、黃河文化演藝人員、手工藝者扎根黃河景區(qū)，提升景區(qū)文化活力；吸引旅游經(jīng)營和管理類人才、創(chuàng)新型人才進(jìn)行旅游創(chuàng)業(yè)，完善本地居民參與黃河全域旅游的發(fā)展機(jī)制；培養(yǎng)一批景區(qū)專業(yè)講解人員；目的地建設(shè)還要本著全域生態(tài)優(yōu)先的原則，保護(hù)旅游生態(tài)環(huán)境，推動全域旅游可持續(xù)發(fā)展。

將自身的位置實時上傳到平臺客戶端。

2.實際現(xiàn)場應(yīng)用測試

圖5 圓形圍欄實際測試動靜態(tài)測試精度分析

圓形圍欄實際測試動靜態(tài)測試精度分析如圖5所示。依據(jù)高精度北斗組合定位終端當(dāng)前的位置點信息，打點設(shè)置半徑可調(diào)的圓形圍欄，測試時半徑設(shè)置為25m，通過測試可以看出實際的測試精度為3cm以內(nèi)并且語音報警。

如圖6所示為動靜態(tài)測試精度分析。在高精度北斗組合定位終端長時間靜止?fàn)顟B(tài)下，測試精度至少在1m內(nèi)，后續(xù)通過分析可看出測試精度在20cm，在動態(tài)測試的時候，并且沒有差分信息時，其定位精在5m以內(nèi)。

圖6 動靜態(tài)測試精度分析（上圖為動態(tài)測試精度分析，下圖為靜態(tài)測試精度分析）

五、結(jié)束語

基于高精度北斗組合定位施工防護(hù)電子圍欄技術(shù)研究，可以實時采集工程測量、監(jiān)測、檢測等項目需要用到的位置坐標(biāo)，替代傳統(tǒng)人工采集，極大地提高施工人員和大型設(shè)備的定位精度和準(zhǔn)確性，能夠?qū)崟r對工務(wù)施工人員或大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控[8]。

在使用機(jī)械化進(jìn)行水稻插秧過程中，如果機(jī)械處于較為稀爛的田塊會導(dǎo)致插秧機(jī)過深的陷入到田間，機(jī)械設(shè)備在向前行進(jìn)過程中，秧苗直立狀態(tài)較差，常常東倒西歪，缺苗率和漏苗率較高。在機(jī)械操作過程中，一旦操作人員技術(shù)不熟練，缺苗、漏苗現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。當(dāng)農(nóng)機(jī)手遇到秧苗土壤薄厚不均勻的情況，需要結(jié)合秧苗的實際情況對秧苗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低作業(yè)效率。

通過設(shè)置電子圍欄警戒，配合列車接近預(yù)警雷達(dá)技術(shù)，能夠?qū)崟r對人員和設(shè)備越界或侵限、列車或大型設(shè)備接近施工區(qū)域和現(xiàn)場的列車接近進(jìn)行預(yù)警，統(tǒng)籌運用人防、物防、技防等措施，確保人員和大型設(shè)備的安全，為鐵路工務(wù)施工安全提供堅強(qiáng)的技術(shù)保障。

近年來，中央及各地政府機(jī)構(gòu)加大財政投入，加強(qiáng)資源整合，在農(nóng)村地區(qū)開展衛(wèi)生治理、村莊環(huán)境建設(shè)、道路修建等一系列基礎(chǔ)建設(shè)工作，使得鄉(xiāng)村呈現(xiàn)出天藍(lán)、水綠、村民安居樂業(yè)的美好景象。