CN107972700B - 一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***，包括第一上行检测节点、第二上行检测节点、多个中继节点、第一下行检测节点、第二下行检测节点、以及报警终端，第一上行检测节点和第二上行检测节点均设置在上行轨道上，第一下行检测节点和第二下行检测节点均设置在下行轨道上，第一上行检测节点与第二上行检测节点、多个中继节点、第二下行检测节点、以及第一下行检测节点依次组成链接的主网络，主网络与其周边的报警终端以轮询的方式进行信息交互，从而共同组成局域网。本发明能解决现有自动列车接近预警方法在通讯状况较差的区域传输距离有限、不能确保施工人员能够准确地接收到报警信号、实用性差的技术问题。

Description

一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***和方法

技术领域

本发明属于铁路运营安全领域，更具体地，涉及一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***和方法。

背景技术

铁路轨道施工是为了保障铁路运输的正常运行而执行的重要工作，如果列车接近施工路段而无法提前通知铁路现场施工人员撤离到安全区域，则极容易导致危险情况的发生。有鉴于此，列车接近预警方法目前得以广泛的应用。

如今，在铁路轨道施工中采用的列车接近预警方法包括人工监测方法和自动预警方法。

人工监测方法主要包括作业调度和人工瞭望两种，但这两种方式无法完全满足铁路轨道施工的安全要求，尤其在弯道、隧道、山体遮挡、雨天或沙尘暴天气等外在环境因素下，人工监测的不确定性大大增加，造成预警准确度低。现有实现列车接近自动预警的方法主要采用单点传输的通信方式，即利用传感器来检测列车接近信号，由无线报警发射机将检测到的列车接近信息进行无线发送，再由报警接收机根据无线报警发射机传输的列车接近信息进行语音报警，该方法在视野空旷时最大可以达到3公里的使用范围，但在有山体遮挡、隧道、弯道等通信状况较差的区域使用时，信号传输距离十分有限，不能确保施工人员能够准确地接收到报警信号，实用性受到很大的限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***和方法，其目的在于，解决现有人工列车接近预警方法在恶劣环境下预警效率低下、预警准确度低的技术问题，以及自动列车接近预警方法在通讯状况较差的区域传输距离有限、不能确保施工人员能够准确地接收到报警信号、实用性差的技术问题。

一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***，包括第一上行检测节点、第二上行检测节点、多个中继节点、第一下行检测节点、第二下行检测节点、以及报警终端，第一上行检测节点和第二上行检测节点均设置在上行轨道上，第一下行检测节点和第二下行检测节点均设置在下行轨道上，第一上行检测节点与第二上行检测节点、多个中继节点、第二下行检测节点、以及第一下行检测节点依次组成链接的主网络，主网络与其周边的报警终端以轮询的方式进行信息交互，从而共同组成局域网，第一上行检测节点与第二上行检测节点之间、第二上行检测节点与中继节点之间、中继节点之间、中继节点与报警终端之间、中继节点与第二下行检测节点、以及第二下行检测节点与第一下行检测节点之间是通过LoRa扩频通信方式彼此通信，并通过信令传输的方式进行数据传输。

优选地，第一上行检测节点用于使用其动态工作表维护所在局域网的工作状态，根据该动态工作表生成信令，检测该节点处的列车到来信息，并根据该列车到来信息对信令进行更新，第一上行检测节点的动态工作表包括中继节点信息表、报警终端信息表和来车报警信息表，中继节点信息表用于监测和维护第一下行检测节点、第二上行检测节点、第二下行检测节点的当前状态，以及每个中继节点的当前状态及其对应的报警终端，报警终端信息表用于监测和维护每个报警终端的在线状态、其对应的中继节点、以及其对应的来车报警确认信息，来车报警信息表用于指示不同的列车接近时的来车报警确认信息，即报警终端是否接收到关于该列车接近的报警信息。

优选地，第一上行检测节点所生成的信令包括信令头字段、信令类型字段、轮询终端编号字段、通讯链路状态字段、加密与校验字段、以及来车信息字段，信令头字段用于指示主网络中节点的地址、信令的方向、以及信令号等信令基本信息，信令类型字段用于指示通讯中的节点所使用的信令类型，包括轮询信令、以及入网询问信令，轮询终端编号字段用于在信令头字段记载的信令方向是从第一上行检测节点到第一下行检测节点时指示第一上行检测节点希望通过轮询方式与其进行通讯的报警终端的编号，在信令头字段记载的信令方向是从第一下行检测节点到第一上行检测节点时携带报警终端的应答信息，通讯链路状态字段用于指示当前主网络是否正常工作，以及该主网络中可能存在故障的节点，加密与校验字段用于指示对局域网中节点之间传输的数据进行加密和校验所采用的方式，来车信息字段用于指示是否有列车接近，以及接近的方向是上行还是下行。

优选地，所述***进一步包括服务器，其与第一上行检测节点通信连接，第一上行检测节点还用于将来车报警信息表存储在本地工作日志中，并根据需要将该工作日志传送到服务器中。

优选地，第一上行检测节点包括第一列车检测模块、第一LoRa无线模块、存储模块、蜂窝通讯模块、第一电量检测模块、以及第一ARM微处理器模块；第一列车检测模块用于接收列车检测传感器发送的电信号，并将列车检测传感器的电信号转换为数字信号；第一LoRa无线模块用于实现局域网中不同节点之间的信令传输；存储模块用于存储第一上行检测节点的工作日志；蜂窝通讯模块与服务器通信，用于定时将本地存储的工作日志传送给服务器；第一电量检测模块用于监测第一上行检测节点的电池电量使用情况；第一ARM微处理器模块用于对第一列车检测模块、第一LoRa无线模块、存储模块、蜂窝通讯模块、以及第一电量检测模块进行控制。

优选地，第二上行检测节点用于检测该节点处的列车到来信息，并根据该列车到来信息对信令进行更新；中继节点用于将第二上行检测节点更新后的信令以接力的方式转发给后续的中继节点，判断是否从下一个中继节点接收到其将信令成功发送到下下一个中继节点的确认信息，并在未接收到该确认信息时，重新将信令发送到该下一个中继节点；报警终端用于在其自身就是该信令的轮询终端编号字段中指示的该报警终端时，生成对应的应答信息，并将该应答信息发送到对应的中继节点。

优选地，应答信息包括报警终端的轮询终端编号、其对应的中继节点编号和在线状态、以及来车报警确认信息，该信息指示报警终端是否接收到关于该列车接近的报警信息；报警终端包括第三LoRa无线模块、第三电量检测模块、第三ARM微处理器模块、对讲模块、以及报警响应模块；第三LoRa无线模块用于实现报警终端与局域网中不同节点之间的信令传输；第三电量检测模块用于监测报警终端的电池电量使用情况；第三ARM微处理器模块用于对第三LoRa无线模块以及第三电量检测模块进行控制；对讲模块用于提供报警终端之间的对讲功能；报警响应模块用于根据报警终端接收到的信令中的列车信息字段执行相应的报警响应动作；中继节点还用于将应答信息写入信令中，并按照接力的方式转发给后续的中继节点。

优选地，第一上行检测节点和第一下行检测节点被设置在距施工路段起点1至2公里处，第二上行检测节点和第二下行检测节点被设置在距施工路段起点0.5至1公里处。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警方法，其是应用在上述低功耗列车接近预警***中，所述方法包括以下步骤：

(1)报警终端在其持有者进入施工路段时发出唤醒信令将主网络唤醒，使主网络中的所有节点进入工作状态，其中第一上行检测节点、第二上行检测节点、第一下行检测节点、以及第二下行检测节点分别检测其自身位置处的列车到来信息；

(2)第一上行检测节点向第二上行检测节点发送入网询问信令，第二上行检测节点、中继节点、以及第二下行检测节点按照接力的方式依次传输该入网询问信令，以完成入网操作，第一上行检测节点根据入网操作的结果更新其报警终端信息表，其中在入网询问信令的接力传输过程中，该入网询问信令所到达的第一上行检测节点、第二上行检测节点、第一下行检测节点、以及第二下行检测节点使用列车到来信息对该入网询问信令进行更新；

(3)第一上行检测节点根据报警终端信息表生成对应的信令，并以透明传输方式向主网络中的第二上行检测节点发送信令，第二上行检测节点、中继节点、以及第二下行检测节点按照接力的方式依次传输该信令，该信令中的轮询终端编号字段在信令头字段记载的信令方向是从第一上行检测节点到第一下行检测节点时指示第一上行检测节点希望通过轮询方式与其进行通讯的报警终端的编号，在信令头字段记载的信令方向是从第一下行检测节点到第一上行检测节点时携带报警终端的应答信息；

(4)第一上行检测节点在接收到接力方式传输的信令时，判断该信令中是否包括报警终端生成的应答信息，如果包括则进入步骤(5)，否则判定该报警终端处于离线状态，则将该报警终端从报警终端信息表中删除，然后转入步骤(6)；

(5)第一上行检测节点从信令中读取来车信息字段、以及报警终端生成的应答信息，使用该来车信息和来车报警确认信息更新动态工作表中的来车报警信息表和报警终端信息表，并将此来车报警信息表中的信息定时存入工作日志表中；

(6)第一上行检测节点判断其所维护的报警终端信息表是否变空，若变空则第一上行检测节点持续发送一段时间的入网询问信令并判断是否有报警终端响应，若无报警终端响应该入网询问信令，则判定铁路施工人员已经离开施工路段，此时第一上行检测节点将当天的工作日志通过蜂窝通讯模块传送给服务器后进入休眠状态，过程结束，若有报警终端显影该入网询问信令，则返回步骤(2)，若没有变空则返回步骤(3)。

优选地，步骤(2)中，在中继节点接收到入网询问信令后，其对应的报警终端依次执行以下操作：首先判断其自身是否已经加入局域网，若已入网则不发送入网应答并进入下一个报警终端的执行过程，如未入网，则会向其对应的中继节点发送入网应答信息，入网应答信息中会包含该报警终端自身的终端编号。中继节点在收到报警终端的入网应答信息后，将终端入网应答信息写入传输的入网询问信令中进行后续的接力传输过程，第一上行检测节点在收到该入网询问信令后，判断入网询问信令中是否有终端入网应答信息，若有，则将此报警终端的编号和在线状态更新至报警终端信息表，重复本过程，从而最终将铁路施工人员所携带的所有报警终端的编号及对应信息写入报警终端信息表中，从而完成所有报警终端加入局域网的操作；步骤(3)中，初始时刻是对报警终端信息表中的第一个报警终端生成轮询信令，然后依次对报警终端信息表中的剩余报警终端进行同样的生成轮询信令操作，最后生成入网询问信令，依次循环；其中当报警终端收到传输的轮询信令或最后生成的入网询问信令时，会首先判断轮询信令中的列车信息字段中是否有列车到来信息，若有，则报警终端根据该列车信息字段执行相应的报警响应动作，报警终端将铁路施工人员根据报警响应动作发送的来车报警确认信息存入本地，此后报警终端判断轮询信令中是否有对其自身的轮询信息，或者在收到最后生成的入网询问信令时判断其是否需要入网，若是，则根据该信令生成对应的应答信息，将来车报警确认信息加入该应答信息中，并将该应答信息传送到其对应的中继节点，否则不做任何操作。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明利用LoRa局域组网技术，可以大幅增加通信距离，克服弯道、隧道、山体遮挡等通讯状况差的环境。

(2)本发明中构建的局域网的核心是单个独立的第一上行检测节点，其不需要依赖蜂窝网、以太网等传统网络，在偏远山区或网络通信状况较差的区域也可以完全独立的组网并工作。

(3)本发明通过LoRa局域组网技术能够准确、稳定的将列车到来信息以自动报警的方式及时告知铁路施工现场的工作人员，从而能够解决现有人工报警方法在恶劣环境下预警效率低的技术问题。

(4)本发明通过利用LoRa局域组网技术，可以确保报警信号的安全接收以及报警终端的正常工作。

(5)本发明利用LoRa局域组网技术建造小规模、远距离、低数据量的列车接近预警***，可以确保报警信号的实时性。

(6)本发明利用LoRa无线模块及ARM微处理器模块的低功耗特性，并具有工作模式和休眠模式，从而可以确保***的低功耗、长时间工作。

附图说明

图1是本发明基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***的***架构图。

图2是本发明基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***沿铁路线布设的示意图。

图3是本发明基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***包括第一上行检测节点1、第二上行检测节点2、多个中继节点3、第一下行检测节点4、第二下行检测节点5、以及报警终端6。

第一上行检测节点1和第二上行检测节点2均设置在上行轨道上，第二下行检测节点4和第二下行检测节点5均设置在下行轨道上。

第一上行检测节点1通过第二上行检测节点2、多个中继节点3、以及第二下行检测节点5与第一下行检测节点4通信连接，每个中继节点3都可对应与多个报警终端6通信连接，每个报警终端6也可对应与多个中继节点3通信连接，只要其位于这些中继节点3的覆盖范围内即可。

作为进一步优选地，本发明的***还可包括服务器7，其与第一上行检测节点1通信连接。

第一上行检测节点1与第二上行检测节点2、多个中继节点3、第二下行检测节点5、以及第一下行检测节点4依次组成一个链接的双向网络(将这个链接的双向网络称为主网络)，主网络与其周边的报警终端6以轮询的方式进行信息交互，从而共同组成一个局域网。为了避免局域网内的同频干扰，第一上行检测节点1与第二上行检测节点2之间、第二上行检测节点2与中继节点3之间、中继节点3之间、中继节点3与报警终端6之间、中继节点3与第二下行检测节点5、以及第二下行检测节点5与第一下行检测节点4之间都是通过LoRa扩频通信方式彼此通信，并通过信令传输的方式进行数据传输。

在本实施方式中，报警终端为用户手持设备。

第一上行检测节点1用于使用其动态工作表维护所在局域网的工作状态，根据该动态工作表生成信令，检测该节点处的列车到来信息，并根据该列车到来信息对信令进行更新。

第一上行检测节点1的动态工作表包括中继节点信息表和报警终端信息表。进一步优选地，动态工作表还可包括来车报警信息表，用于指示不同的列车接近时的来车报警确认信息，即报警终端是否接收到关于该列车接近的报警信息。

中继节点信息表用于监测和维护第一下行检测节点4、第二上行检测节点2、第二下行检测节点5的当前状态(即正常工作或是出现故障)，以及每个中继节点的当前状态(即正常工作或是出现故障)及其对应的报警终端。

报警终端信息表用于监测和维护每个报警终端的在线状态、其对应的中继节点、以及其对应的来车报警确认信息。

第一上行检测节点1所生成的信令的结构如下表1所示，其包括信令头字段(Field)、信令类型字段、轮询终端编号字段、通讯链路状态字段、以及加密与校验字段。必要时，信令还可包括来车信息字段，其用于指示是否有列车接近，以及接近的方向是上行还是下行。

举例而言，当第一上行检测节点1检测到来车时，其将信令中的“来车信息”字段中的对应位(例如第一位)设置为1，后续当第二上行检测节点2检测到来车时，其将信令中的“来车信息”字段中的对应位(例如第二位)设置为1。

表1

信令头字段用于指示主网络中节点的地址、信令的方向、以及信令号等信令基本信息，例如某个信令头字段为00001111，其中前四位0000表示节点在主网络中的地址，第五位1表示信令方向是从第一上行检测节点1到第一下行检测节点4，最后三位111表示信令本身的编号；

信令类型字段用于指示通讯中的节点所使用的信令类型，包括轮询信令、以及入网询问信令。可选地，可根据具体用户需求提供其他的信令类型。局域网内可以允许不同的信令之间进行通信和信息交互，也可以根据不同的信令类型做出相应的响应动作。

轮询信令用于对报警终端信息表中的报警终端进行轮询，入网询问信令是在报警终端信息表中的报警终端被轮询完以后生成的信令，用于询问是否有新的报警终端需要接入主网络。

例如，第一上行检测节点1的报警终端信息表中现有3个处于在线状态的报警终端的编号，分别为00000001，00000010，00000011，则第一上行检测节点1会依次对三个报警终端进行轮询，相应地，会首先生成一个轮询终端编号字段为00000001的信令并发送，完成后再生成一个轮询终端编号字段为00000010的信令并发送，完成后再生成一个轮询终端编号字段为00000011的信令并发送，这三个信令都是轮询信令，在发送完这三个信令以后，第一上行检测节点1生成入网询问信令并发送。

轮询终端编号字段用于在信令头字段记载的信令方向是从第一上行检测节点1到第一下行检测节点4时指示第一上行检测节点1希望通过轮询方式与其进行通讯的报警终端6的编号，在信令头字段记载的信令方向是从第一下行检测节点4到第一上行检测节点1时携带报警终端6的应答信息。

通讯链路状态字段用于指示当前主网络是否正常工作，以及该主网络中可能存在故障的节点。

加密与校验字段用于指示对局域网中节点之间传输的数据进行加密和校验所采用的方式(例如循环冗余校验算法，即CRC)。

优选地，第一上行检测节点1还用于将来车报警信息表存储在本地工作日志中，并根据需要将该工作日志传送到与第一上行检测节点1通信连接的服务器7中。

第一上行检测节点1包括第一列车检测模块11、第一LoRa无线模块12、存储模块13、蜂窝通讯模块14、第一电量检测模块15、以及第一ARM微处理器模块16。

第一列车检测模块11用于接收列车检测传感器(其设置在铁轨附近，也可以设置在铁轨上)发送的电信号，并将列车检测传感器的电信号转换为数字信号。

具体而言，列车检测传感器可以是磁电转换传感器、红外检测传感器、声光检测传感器、光电检测传感器，并可以根据不同的应用需求来选择不同的列车检测传感器。

第一LoRa无线模块12用于实现局域网中不同节点之间的信令传输。

存储模块13用于存储工作日志。

蜂窝通讯模块14与服务器7通信，用于定时将本地存储的工作日志传送给服务器7。优选地，蜂窝通讯模块14还用于在蜂窝信号良好时通过服务器7来维护第一上行检测节点1的动态工作表。

第一电量检测模块15用于监测第一上行检测节点1的电池电量使用情况。

第一ARM微处理器模块16用于对第一列车检测模块11、第一LoRa无线模块12、存储模块13、蜂窝通讯模块14、以及第一电量检测模块15进行控制。

第二上行检测节点2用于检测该节点处的列车到来信息，并根据该列车到来信息对信令进行更新。

具体而言，信令更新就是对信令中“来车信息”字段中的对应位进行更新。

第二上行检测节点2、第一下行检测节点4、以及第二下行检测节点5具有一样的组成结构，且均包括第二列车检测模块21、第二LoRa无线模块22、第二电量检测模块23、以及第二ARM微处理器模块24。

第二列车检测模块21用于接收列车检测传感器(其设置在铁轨附近，也可以设置在铁轨上)发送的电信号，并将列车检测传感器的电信号转换为数字信号。

具体而言，列车检测传感器可以是磁电转换传感器、红外检测传感器、声光检测传感器、光电检测传感器，并可以根据不同的应用需求来选择不同的列车检测传感器。

第二LoRa无线模块22用于实现第二上行检测节点2与局域网中不同节点之间的信令传输。

第二电量检测模块23用于监测对应节点的电池电量使用情况，即如果是第二上行检测节点2所包括的第二电量检测模块23，则其监测第二上行检测节点2的电池电量使用情况。

第二ARM微处理器模块24用于对第二列车检测模块21、第二LoRa无线模块22、以及第二电量检测模块23进行控制。

中继节点3用于将第二上行检测节点2更新后的信令以接力的方式转发给后续的中继节点，判断是否从下一个中继节点接收到其将信令成功发送到下下一个中继节点的确认信息，并在未接收到该确认信息时，重新将信令发送到该下一个中继节点。

报警终端6用于在其自身就是该信令的轮询终端编号字段中指示的该报警终端时，生成对应的应答信息，并将该应答信息发送到对应的中继节点3。

具体而言，应答信息包括报警终端6的轮询终端编号、其对应的中继节点编号和在线状态、以及来车报警确认信息，该信息指示报警终端是否接收到关于该列车接近的报警信息。

报警终端6包括第三LoRa无线模块61、第三电量检测模块62、第三ARM微处理器模块63、对讲模块64、以及报警响应模块65。

其中前三个模块的功能和结构与上述完全相同，在此不再赘述。

对讲模块64用于提供报警终端6之间的对讲功能。

报警响应模块65用于根据报警终端6接收到的信令中的列车信息字段执行相应的报警响应动作，包括但不局限于语音播报、灯光提醒、振动提醒等。

例如，如果列车信息字段中的第1到4位都是1，则表示在上行方向上有列车到达第一上行检测节点1、以及第二上行检测节点2，同时下行方向上有列车到达第一下行检测节点4、以及第二下行检测节点5。

中继节点3还用于将应答信息写入信令中，并按照接力的方式转发给后续的中继节点。

中继节点3包括第四LoRa无线模块31、第四电量检测模块32、以及第四ARM微处理器模块33。这些模块的功能与上述的模块相同，在此不再赘述。

第二下行检测节点5用于检测该节点处的列车到来信息，并根据该列车到来信息对信令进行更新。

第一下行检测节点4用于在信令到达该节点时，以接力的方式将该信令经过所有中继节点3返回给第一上行检测节点1。作为优选地，第一下行检测节点4也可替代第一上行检测节点1维护动态工作表。

作为进一步优选地，报警终端6进一步用于唤醒主网络。

因为LoRa架构采用了低功耗设计，在主网络下没有报警终端时，主网络中的所有节点会进入休眠状态，在新的报警终端入网之后，主网络会被新的报警终端快速唤醒并进入工作状态。

图2为上述基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***沿铁路线布点的示意图，其中第一上行检测节点和第二上行检测节点用于检测上行来车，第一下行检测节点和第二下行检测节点用于检测下行来车，第一上行检测节点和第一下行检测节点被设置在距施工路段起点(该施工路段的起止位置在图中是以虚线表示)1至2km处，为列车接近预警点，第二上行检测节点和第二下行检测节点被设置在距施工路段起点0.5至1km处，为列车接近报警点，施工路段的长度可以根据实际需求设定，一般约3-30km，施工路段内的信号通过中继节点传输，施工人员及其手持的报警终端均处于施工路段内。

如图3所示，本发明还提供了一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警方法，其是在上述基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警***中的实现，所述方法包括以下步骤：

(1)报警终端在其持有者进入施工路段时发出唤醒信令将主网络唤醒，使主网络中的所有节点进入工作状态，其中第一上行检测节点、第二上行检测节点、第一下行检测节点、以及第二下行检测节点检测该节点处的列车到来信息；

需要注意的是，主网络在施工路段没有施工人员进行施工的情况下会持续处于休眠状态，以保证***的低功耗运行，

(2)第一上行检测节点向第二上行检测节点发送入网询问信令，第二上行检测节点、中继节点、以及第二下行检测节点按照接力的方式依次传输该入网询问信令，以完成入网操作，第一上行检测节点根据入网操作的结果更新其报警终端信息表，其中在入网询问信令的接力传输过程中，该入网询问信令所到达的第一上行检测节点、第二上行检测节点、第一下行检测节点、以及第二下行检测节点使用列车到来信息对该入网询问信令进行更新；

具体而言，在本步骤中，在中继节点接收到入网询问信令后，其对应的报警终端会依次执行以下操作：首先判断其自身是否已经加入局域网，若已入网则不发送入网应答并进入下一个报警终端的执行过程，如未入网，则会向其对应的中继节点发送入网应答信息，入网应答信息中会包含该报警终端自身的终端编号。中继节点在收到报警终端的入网应答信息后，将终端入网应答信息写入传输的入网询问信令中进行后续的接力传输过程，第一上行检测节点在收到该入网询问信令后，判断入网询问信令中是否有终端入网应答信息，若有，则将此报警终端的编号和在线状态更新至报警终端信息表，重复本过程，从而最终将铁路施工人员所携带的所有报警终端的编号及对应信息写入报警终端信息表中，从而完成所有报警终端加入局域网的操作。

在本步骤中，对信令的更新过程，就是对信令中列车信息字段进行更新。

(3)第一上行检测节点根据报警终端信息表生成对应的信令，并以透明传输方式向主网络中的第二上行检测节点发送信令，第二上行检测节点、中继节点、以及第二下行检测节点按照接力的方式依次传输该信令，该信令中的轮询终端编号字段在信令头字段记载的信令方向是从第一上行检测节点到第一下行检测节点时指示第一上行检测节点希望通过轮询方式与其进行通讯的报警终端的编号，在信令头字段记载的信令方向是从第一下行检测节点到第一上行检测节点时携带报警终端的应答信息；

其中，初始时刻是对报警终端信息表中的第一个报警终端生成轮询信令，然后依次对报警终端信息表中的剩余报警终端进行同样的生成轮询信令操作，最后生成入网询问信令，依次循环。

例如，第一上行检测节点的报警终端信息表中现有3个处于在线状态的报警终端的编号，分别为00000001，00000010，00000011，则第一上行检测节点会依次对三个报警终端进行轮询，相应地，会首先生成一个轮询终端编号字段为00000001的轮询信令，在该信令循环的过程完成后再生成一个轮询终端编号字段为00000010的轮询信令并发送，在该信令循环的过程完成后再生成一个轮询终端编号字段为00000011的轮询信令，在该信令循环的过程完成以后，第一上行检测节点生成入网询问信令并发送。

具体而言，在本步骤中，当报警终端收到传输的轮询信令或最后生成的入网询问信令时，会首先判断轮询信令中的列车信息字段中是否有列车到来信息，若有，则报警终端根据该列车信息字段执行相应的报警响应动作，包括但不局限于语音播报、灯光提醒、振动提醒等，铁路施工人员在收到报警响应时，需按下报警终端上的确认报警键并停工下轨，同时报警终端会将铁路施工人员的来车报警确认信息存入本地，此后(或者无列车到来信息时)，报警终端判断轮询信令中是否有对其自身的轮询信息，或者在收到最后生成的入网询问信令时判断其是否需要入网，若是，则根据该信令生成对应的应答信息，将来车报警确认信息加入该应答信息中，并将该应答信息传送到其对应的中继节点，否则不做任何操作。

(4)第一上行检测节点在接收到接力方式传输的信令时，判断该信令中是否包括报警终端生成的应答信息(其包含来车报警确认信息)，如果包括则进入步骤(5)，否则判定该报警终端处于离线状态，则将该报警终端从报警终端信息表中删除，然后转入步骤(6)；

(5)第一上行检测节点从信令中读取来车信息字段、以及报警终端生成的应答信息，使用该来车信息和来车报警确认信息更新动态工作表中的来车报警信息表和报警终端信息表，并将此来车报警信息表中的信息定时存入工作日志表中；

(6)第一上行检测节点判断其所维护的报警终端信息表是否变空，若变空则第一上行检测节点持续发送一段时间(1到10分钟)的入网询问信令并判断是否有报警终端响应，若无报警终端响应该入网询问信令，则判定铁路施工人员已经离开施工路段，此时第一上行检测节点将当天的工作日志通过蜂窝通讯模块传送给服务器后进入休眠状态，过程结束，若有报警终端响应该入网询问信令，则返回步骤(2)，若没有变空则返回步骤(3)。

需要强调的是，当主网络中的其他节点在一段时间(1至10分钟)内没有收到第一上行检测节点发出的信令时，也会进入休眠状态，进而使主网络进入休眠状态。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于LoRa局域组网的低功耗列车接近预警方法，其是应用在一种低功耗列车接近预警***中，所述低功耗列车接近预警***包括第一上行检测节点、第二上行检测节点、多个中继节点、第一下行检测节点、第二下行检测节点、服务器、以及报警终端，第一上行检测节点和第二上行检测节点均设置在上行轨道上，第一下行检测节点和第二下行检测节点均设置在下行轨道上，第一上行检测节点与第二上行检测节点、多个中继节点、第二下行检测节点、以及第一下行检测节点依次组成链接的主网络，主网络与其周边的报警终端以轮询的方式进行信息交互，从而共同组成局域网，第一上行检测节点与第二上行检测节点之间、第二上行检测节点与中继节点之间、中继节点之间、中继节点与报警终端之间、中继节点与第二下行检测节点、以及第二下行检测节点与第一下行检测节点之间是通过LoRa扩频通信方式彼此通信，并通过信令传输的方式进行数据传输，服务器与第一上行检测节点通信连接，第一上行检测节点还用于将来车报警信息表存储在本地工作日志中，并根据需要将该工作日志传送到服务器中，其特征在于，所述低功耗列车接近预警方法包括以下步骤：

(1)报警终端在其持有者进入施工路段时发出唤醒信令将主网络唤醒，使主网络中的所有节点进入工作状态，其中第一上行检测节点、第二上行检测节点、第一下行检测节点、以及第二下行检测节点分别检测其自身位置处的列车到来信息；

(2)第一上行检测节点向第二上行检测节点发送入网询问信令，第二上行检测节点、中继节点、以及第二下行检测节点按照接力的方式依次传输该入网询问信令，以完成入网操作，第一上行检测节点根据入网操作的结果更新其报警终端信息表，其中在入网询问信令的接力传输过程中，该入网询问信令所到达的第一上行检测节点、第二上行检测节点、第一下行检测节点、以及第二下行检测节点使用列车到来信息对该入网询问信令进行更新；

(3)第一上行检测节点根据报警终端信息表生成对应的信令，并以透明传输方式向主网络中的第二上行检测节点发送信令，第二上行检测节点、中继节点、以及第二下行检测节点按照接力的方式依次传输该信令，该信令中的轮询终端编号字段在信令头字段记载的信令方向是从第一上行检测节点到第一下行检测节点时指示第一上行检测节点希望通过轮询方式与其进行通讯的报警终端的编号，在信令头字段记载的信令方向是从第一下行检测节点到第一上行检测节点时携带报警终端的应答信息；

(4)第一上行检测节点在接收到接力方式传输的信令时，判断该信令中是否包括报警终端生成的应答信息，如果包括则进入步骤(5)，否则判定该报警终端处于离线状态，则将该报警终端从报警终端信息表中删除，然后转入步骤(6)；

(5)第一上行检测节点从信令中读取来车信息字段、以及报警终端生成的应答信息，使用该来车信息和来车报警确认信息更新动态工作表中的来车报警信息表和报警终端信息表，并将此来车报警信息表中的信息定时存入工作日志表中；

(6)若报警终端信息表变空则第一上行检测节点持续发送一段时间的入网询问信令并判断是否有报警终端响应，若无报警终端响应该入网询问信令，则判定铁路施工人员已经离开施工路段，此时第一上行检测节点将当天的工作日志通过蜂窝通讯模块传送给服务器后进入休眠状态，过程结束，若有报警终端响应该入网询问信令，则返回步骤(2)，若报警终端信息表没有变空则返回步骤(3)。

2.根据权利要求1所述的低功耗列车接近预警方法，其特征在于，

步骤(2)中，在中继节点接收到入网询问信令后，其对应的报警终端依次执行以下操作：首先判断其自身是否已经加入局域网，若已入网则不发送入网应答并进入下一个报警终端的执行过程，如未入网，则会向其对应的中继节点发送入网应答信息，入网应答信息中会包含该报警终端自身的终端编号，中继节点在收到报警终端的入网应答信息后，将终端入网应答信息写入传输的入网询问信令中进行后续的接力传输过程，第一上行检测节点在收到该入网询问信令后，判断入网询问信令中是否有终端入网应答信息，若有，则将此报警终端的编号和在线状态更新至报警终端信息表，重复本过程，从而最终将铁路施工人员所携带的所有报警终端的编号及对应信息写入报警终端信息表中，从而完成所有报警终端加入局域网的操作；

步骤(3)中，初始时刻是对报警终端信息表中的第一个报警终端生成轮询信令，然后依次对报警终端信息表中的剩余报警终端进行同样的生成轮询信令操作，最后生成入网询问信令，依次循环；

其中当报警终端收到传输的轮询信令或最后生成的入网询问信令时，会首先判断轮询信令中的列车信息字段中是否有列车到来信息，若有，则报警终端根据该列车信息字段执行相应的报警响应动作，报警终端将铁路施工人员根据报警响应动作发送的来车报警确认信息存入本地，此后报警终端判断轮询信令中是否有对其自身的轮询信息，或者在收到最后生成的入网询问信令时判断其是否需要入网，若是，则根据该信令生成对应的应答信息，将来车报警确认信息加入该应答信息中，并将该应答信息传送到其对应的中继节点，否则不做任何操作。