一种非集中区道岔智能化管理系统的制作方法

本实用新型涉及对铁路技术作业进行管理的技术领域，涉及非集中区道岔生产安全领域，尤其是一种非集中区道岔智能化管理系统。

背景技术：

铁路道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，通常在车站、编组站大量铺设，其设备状态及开放方向对铁路行车安全及作业安全至关重要。

目前，道岔控制分为集中控制和非集中控制两种方式，对于集中区的道岔操作及安全监控，使用计算机联锁系统进行自动化操作和管理，需要铺设轨道电路、安装道岔转辙机；非集中控制方式是在没有铺设轨道电路的区段，采用人工扳动的方式对道岔进行操作。非集中区道岔为数众多，主要分布在行车量较小的线路、中间站、专用线及厂矿内部线路，由于作业量小、位置相对偏远、电气化改造成本过高等特点，依旧保留原有手动立式扳道方式，以机械挂锁和插销固定的方式保障道岔运行状态和开放方向。

道岔操作人员操作流程是：

1）打开手动立式道岔扳道器上起落凹卡槽槽口的机械挂锁和插销；

2）将固定在固定台起落卡槽中的道岔扳手扳从下往上提起，穿过该起落卡槽到卡槽上方，将道岔扳手往另一侧转动到另一个起落卡槽的上方，这时通过道岔扳手将道岔尖轨扳往另一侧，进行变道，然后再将道岔扳手从另一个起落卡槽的上方放下，从上到下穿过该卡槽停放在卡槽内；

3）将上述另一个起落卡槽的插销拴上关闭锁，将道岔扳手锁定在另一个起落卡槽内，操作完成。

非集中区道岔由于没有轨道电路和自动控制设备，需调车人员现场扳动道岔、上报信息，这种原始的操作方式，带来两个方面的问题，一是道岔长时间处于非控制状态，道岔开通方向、道岔锁闭状态、道岔密贴情况等均无法掌控；二是存在社会人员破坏、人为操作失误的情况，难以进行有效监管。其实质是道岔状态信息不对称造成的。目前人工道岔的安全管理主要存在如下隐患：

a.机械挂锁过于简单，很容易被破环，导致道岔扳手被非法人员操作；

b.由于是人工操作，且多人拥有机械钥匙，无法识别操作人员的身份和权限，以及判断是否操作规范，比如没有扳往规定股道，忘记上插销或忘记关闭锁；

c.无法自动对操作进行记录，出现事故无法分析事故原因及责任认定；

d.无法确保基本轨与尖轨完全密贴，比如人工扳手变道不到位，扳手松动，轨道间有异物；

e.当岔区被车辆占用时，不能再扳动道岔，但是现有机制没法控制；上述隐患，很可能导致脱轨等事故，直接影响人工道岔的安全性；

f.由于人工操作可能扳错方向，导致与钩计划不一致，目前除了人工现场核查外没有其他预防措施。

解决非集中区道岔状态信息不对称的问题，从原理上可以分为集中化改造、采用物联网技术两种方式。对非集中区道岔进行集中化改造需要铺设轨道电路、提供动力电源、安装道岔转折机、安装计算机联锁系统及相关设备，投入产出比极低。采用物联网方式，是利用物联网技术对道岔关键部位、操作动作进行监控，并通过数据实时上传实现信息对称。随着物联网技术快速发展，具备了低成本解决非集中区道岔安全防护的基础。因此，以物联网技术为核心，集成电子锁、传感器等装备技术，研发非集中区道岔安全智能防护系统，对于非集中区安全防护具有重大现实意义。

例如公开号为cn108099954a、名称为铁路道岔智能安全管理控制方法及系统装置公开的一种铁路道岔的智能安全管理方法，利用物联网进行铁路道岔的智能安全管理，在铁路道岔的移动控制装置内安装铁路岔路远程智能监控终端，并通过基于物联网所构成二级平台对岔路开闭进行实时远程监控和管理，以及通过铁路岔路远程智能监控系统实现信息提示、安全警示；其公开的系统装置包括铁路岔路远程智能监控终端和二级云平台构成；通过铁路岔路远程智能监控终端和云平台结合进行铁路智能运输调度管理；所述的铁路岔路远程智能监控终端是在铁路道岔控制装置上安装铁路岔路远程智能监控终端，通过铁路岔路远程智能监控终端采集铁路道岔实时的位置信息，经mcu处理，送铁路岔路远程智能监控终端内部通信模块，通信模块通过内部天线发报铁路道岔本身信息，与外部基站进行通信，基站接收到数据之后经分组核心网以及iot连接管理的物联网平台，把智能终端发报上来的岔道状态数据，提供给应用服务器以及云平台；由管理员进行安全系统操控，进行铁路道岔的安全管理；所述的铁路岔路远程智能监控终端包括传感器模块、岔道开关传感器、mcu、通信模块、电源管理；传感器模块将铁路道岔的物理信号转化为电信号，通过adc接口和总线接口将铁轨道岔状态等信息保存至mcu，岔道开关传感器检测铁路道岔位置信息通过串口传送给mcu，mcu则负责把铁路道岔位置信息和物理数据、电池电量及内部系统信息进行软件判断处理，若判断出有异常或故障，则通过at命令/uart接口将判断结果和历史数据一起发送至通信模块，由通信模块负责与无线网络基站进行通信。

这种铁路道岔的智能安全管理方法，利用物联网对铁路道岔安全进行管理，该种铁路道岔安全管理方法可对铁路道岔作业进行智能化的安全管理，主要有以下特点：管理员可以通过本实用新型系统对铁路道岔实行智能化的安全信息系统管理，能够有效减少安全隐患，防止事故发生，充分实现资源共享；可以确定铁路道岔实时位置和安全管理；可实现建立其健康监测历史记录和大数据分析判断及管理系统；对模组（包括温度、3d加速度和压力等数字化传感器，mcu,通讯芯片，锂电池电源等）内部故障及电源不足等进行实时管理。

但这种安全管理控制方法不能对道岔扳手进行操作人员认证等安全管理控制，不能够对道岔区的异常情况如扳手未按计划扳到正确位置、不密贴、有机车压岔等情况进行提前预警，对于铁路运输管理中心提高工作和管理效率以及提高铁路运输的安全保证还存在监管漏洞。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在解决上述人工道岔安全隐患和计算机联锁系统建设成本高的问题，提供一种非集中区道岔智能化管理系统及安全控制方法，这种管理系统功耗低，可靠性高，建设成本和维护成本低；这种方法可以有效避免非法人员破环和保证员工操作规范，安全性高，在特定情况下能控制智能锁的开关权限管理，能自动识别进路方向是否与钩计划一致，能对所有的操作过程和告警信息进行记录，并提供分析统计和查询，便于铁路运输管理中心提高工作和管理效率以及提高铁路运输的安全保证，便于在非集中区道岔部署推广。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种非集中区道岔智能化管理系统，包括智能锁装置和应用管理系统，所述智能锁装置通过无线通信方式与应用管理系统连接，进行双向数据交换；

所述智能锁装置用于接收应用管理系统的权限设置及信息，对道岔工作人员的身份进行识别及检测操作过程，将信息上传到应用管理系统；

所述智能锁装置中的扳手位置感应器用于检测道岔扳手的位置，其包括定位、反位两个扳手位置感应器；智能锁装置中的外锁舌用于将道岔扳手锁定在手动立式道岔扳道器的定位或反位卡槽内，在用户有操作权限时智能锁装置允许开锁，智能锁装置将信息上传到应用管理系统；

所述应用管理系统用于设定权限设置，接收智能锁装置传来的信息，对信息进行记录、处理，提供记录查询。

所述智能锁装置包括锁具和控制装置；

所述控制装置包括mcu以及与mcu电连接的无线通信模块、扳手位置感应器、锁舌位置感应器、身份识别模块和驱动模块；

所述锁具包括设置在锁体外壳内的两套结构相同的锁体，即第一锁体和第二锁体，第一锁体的外锁舌和扳手档杆对应道岔扳手的定位卡槽槽口，第二锁体的外锁舌和扳手档杆对应道岔扳手的反位卡槽槽口；

所述锁体外壳的侧面板设有可供外锁舌外端部伸出的通孔，以及可供扳手档杆穿过、不阻碍扳手档杆在水平面方向上活动的长形通孔；

第一锁体的外锁舌将道岔扳手锁定在定位卡槽槽口内或第二锁体的外锁舌将道岔扳手锁定在反位卡槽槽口内；

每套锁体包括锁舌总成、扳手档杆总成、电机、电机套、锁销拨杆和锁销，

所述锁舌总成包括外锁舌、内锁舌、闭锁弹簧、开锁弹簧、棘齿条和齿条座，所述外锁舌分为两部分，一部分为可伸出锁体外壳侧面板外的外端部，另一部分为在锁体外壳内的内端部；

所述棘齿条设置在齿条座内，棘齿条前端的棘齿露出齿条座侧面外，棘齿条的后端与齿条座内侧设有棘齿条复位弹簧；

齿条座的后侧挡板往下延伸形成锁舌座后端面，锁舌座的后端面设有可供外锁舌内端部伸出的内通孔；锁舌座和齿条座可在锁体外壳内的滑槽上滑动；

所述内锁舌为一空腔套筒，内锁舌的一端与锁舌座的后端面靠接，内锁舌的另一端与齿条座的前端面平齐，内锁舌围设在外锁舌的外围，外锁舌的内端部从锁舌座后端面的内通孔伸出；内锁舌的内腔中设有闭锁弹簧，闭锁弹簧的一端与锁舌座后端面抵接，另一端与外锁舌外端部和内端部的连接处抵接；内锁舌外设有开锁弹簧，开锁弹簧的一端与锁舌座后端面抵接，另一端与锁体外壳内侧抵接；

所述外锁舌外端部的后端侧设有与锁销前端适配的销孔；

所述锁销呈柱状体形，锁销与外锁舌呈垂直状态，锁销前端在锁销弹簧的弹力下可插入所述外锁舌的销孔中，使外锁舌无法缩回锁体外壳内从而形成闭锁；锁销的中部设有拨块，锁销弹簧的两端分别与拨块后端面、锁体外壳抵接，使锁销有向前的弹力；

所述电机套为一不完全圆形块，电机套套接在电机的转轴上；

所述锁销拨杆为一可绕其中部支点旋转的条状杆，所述锁销拨杆的一端与电机套相配合，另一端与拨块的前端面靠接，当电机套转动时，电机套迫使锁销拨杆的一端转动，带动锁销拨杆的另一端从锁销拨块的前端面向后端方向拨动拨块，使锁销向后运动，锁销前端脱离销孔，外锁舌外端部在开锁弹簧的作用下缩回锁体外壳内，形成开锁状态，道岔扳手可从卡槽槽口中向上提起；

所述扳手档杆总成包括扳手档杆、档杆复位扭簧和不完全棘轮；所述扳手档杆为一条状杆，其前端部从锁体外壳侧面板的长形通孔伸出，扳手档杆的后端部与不完全棘轮连接，扳手档杆与不完全棘轮呈垂直状水平设置，并可绕不完全棘轮的轴心支杆旋转，不完全棘轮的棘齿与棘齿条的棘齿相啮合，使扳手档杆在岔道扳手从卡槽槽口外部放下回到定位卡槽或反位卡槽的过程中被岔道扳手推动时，扳手档杆从靠近外锁舌端向远离外锁舌的方向滑动，带动不完全棘轮旋转，带动与不完全棘轮啮合的棘齿条使齿条座和锁舌座向有外锁舌通孔的侧面板的方向滑动，使外锁舌前端部从锁体外壳内伸出，伸出的外锁舌被锁销插入外锁舌销孔中，外锁舌被固定住无法缩回锁体外壳内，形成闭锁状态，卡槽槽口被伸出的外锁舌锁定，道岔扳手被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口向上提起；

所述复位扭簧设置在不完全棘轮的支杆上，使扳手档杆的初始位置为靠近外锁舌端，外锁舌前端部缩回锁体外壳内，呈开锁状态；

所述锁销后端的锁体外壳内设有与锁销后端对应的锁舌位置感应器，当锁销向后运动，锁销前端脱离销孔后，外锁舌外端部缩回锁体外壳内，呈开锁状态，锁销后端与锁舌位置感应器接触；当锁销后端部不与锁舌位置感应器接触时，锁舌位置感应器向mcu发出闭锁信号；

所述扳手档杆后端部的锁体外壳内设有扳手位置感应器，当扳手档杆旋转到处于远离外锁舌的位置时（闭锁状态），扳手档杆的后端部与扳手位置感应器接触，扳手位置感应器向mcu发出道岔扳手放置到位信号；

所述电机通过驱动模块与mcu电连接。

进一步地，所述棘齿条为两条，两条棘齿条平行叠置，棘齿方向相反；

所述不完全棘轮为两个，两个不完全棘轮平行叠置，棘齿方向相反；

上层的棘齿条与上层的不完全棘轮相啮合；下层的棘齿条与下层的不完全棘轮相啮合。其中一层不完全棘轮和棘齿条的作用是实现上述的“扳手档杆从靠近外锁舌端向远离外锁舌的方向滑动，带动不完全棘轮旋转，带动与不完全棘轮啮合的棘齿条使齿条座和锁舌座向有外锁舌通孔的侧面板的方向滑动”，另一层不完全棘轮和棘齿条的作用是防止外锁舌在闭锁的状况下回退。

进一步地，所述扳手位置感应器、锁舌位置感应器为微动开关。

进一步地，所述身份识别模块包括用于读取操作人员的身份信息的感应卡识别模块和/或生物特征识别模块。

进一步地，包括声光警示模块，所述声光警示模块与mcu电连接。

进一步地，包括电池，所述控制装置与电池连接。

进一步地，包括车轮传感器，所述车轮传感器设置在道岔区两侧的轨道上，用于检测进路和出清的机车轮轴数，所述车轮传感器与mcu电连接。所述车轮传感器为行程开关。

进一步地，包括道岔密贴检测器，所述道岔密贴检测器设置在与每组道岔的尖轨连接的连杆上，用于检测基本轨与尖轨的密贴情况，所述道岔密贴检测器与mcu电连接。

进一步地，设有唤醒按键与mcu电连接。以便于将mcu从休眠状态唤醒到工作状态。

进一步地，包括手持终端，所述手持终端通过无线通信方式与应用管理系统连接。

智能锁装置的锁体固定在手动立式道岔扳道器上，与手动立式道岔扳道器上的道岔扳手固定台叠接，智能锁的外锁舌外端部伸出时横向插入道岔扳手起落的卡槽中形成闭锁状态，扳手档杆横向插入卡槽中，并可在水平方向上在卡槽中前后滑动，道岔扳手被外锁舌的外端部锁定在定位、反位两个起落卡槽中的其中一个卡槽内，道岔扳手位于外锁舌外端部与扳手档杆之间。身份识别模块感应到正确的操作人员信息时，mcu通过驱动模块使电机转动，同时带动电机套转动，电机套迫使锁销拨杆的一端转动，带动锁销拨杆的另一端从锁销拨块的前端面向后端方向拨动拨块，使锁销向后运动，锁销前端脱离销孔，外锁舌在开锁弹簧的作用下缩回锁体外壳内，形成开锁状态，开锁后外锁舌外端部缩回锁体外壳内，卡槽的槽口打开，人工手动提起道岔扳手从下到上穿过卡槽，道岔扳手离开卡槽到该卡槽的上方，水平方向旋转道岔扳手完成变道操作，此时道岔扳手到达另一个卡槽的上方，再将道岔扳手从所述另一个卡槽的上方放下，道岔扳手从上到下穿过所述另一个卡槽，推动扳手档杆向卡槽的后方移动，同时通过不完全棘轮带动外锁舌从锁体外壳内伸出，将变道后的道岔扳手锁定在所述另一个卡槽内；道岔扳手推动扳手档杆到达所述另一个卡槽的底部时，扳手位置感应器向mcu发出扳手放置到位信号，确认道岔扳手完成变道，不完全棘轮带动外锁舌从锁体外壳内伸出，伸出的外锁舌被锁销插入外锁舌销孔中，外锁舌被固定住无法缩回锁体外壳内，形成闭锁状态，锁舌位置感应器向mcu发出闭锁信号，卡槽槽口被伸出的外锁舌锁定，道岔扳手被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口向上提起，这样就将变道后的道岔扳手锁定在另一个卡槽内；需要再变道时，重复上述操作。

在变道操作过程中，如果mcu接收到同一个锁体的扳手位置感应器发来的道岔扳手放置到位信号和锁舌位置感应器发来的闭锁信号，则判断为道岔扳手变道到位，操作正确；其他情况下，对于同一个锁体，如果mcu不能同时接收到扳手位置感应器发来的道岔扳手放置到位信号和锁舌位置感应器发来的闭锁信号，则判断为变道不到位，操作不正确，则通过声光警示模块发出警示信号，提醒操作人员注意排除故障；同时，mcu通过无线通信模块将信息传输到远程服务器应用管理系统。

无线通信模块可通过基于物联网等的无线通信方式与远程服务器应用管理系统无线连接。

本智能锁装置在使用时，控制装置通过身份识别模块可以对操作人员身份进行识别，通过扳手位置感应器、锁舌位置感应器判断操作人员动作是否规范到位，并在现场进行相应的声光警示，并可以将作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定、反位位置、智能锁编号等信息通过无线通信模块传输给远程服务器进行备案，提供责任事故认定依据。

本技术方案的智能锁直接叠接在手动立式道岔扳道器的固定台上，以智能锁装置锁定人工道岔扳手替代现有机械挂锁插销装置的锁定功能，现有的手动立式道岔扳道器不需要进行任何改造，相对于现有的机械锁插销装置具有身份识别、操作动作监控、数据远程自动备份等优点，本装置体积小，安装简单，有效地克服了现有挂锁装置存在的安全隐患。

非集中区道岔智能化管理系统的安全控制方法，包括智能卡开锁和/或手持终端开锁方式：

所述智能卡开锁方式包括如下步骤，

步骤a，系统管理员通过应用管理系统对智能卡进行权限设置，并下发到智能锁装置；

步骤b，道岔操作人员刷卡后，智能锁装置通过读取卡号进行鉴权：如果没权限则不允许开锁；有权限则允许开锁，进行扳手操作；

步骤c，开锁成功则上传作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定、反位位置、智能锁编号到应用管理系统进行记录；开锁失败则上传失败告警；

所述手持终端开锁方式包括如下步骤：

步骤a，系统管理员通过应用管理系统设置用户权限；

步骤b，道岔操作人员按下智能锁装置唤醒按键，智能锁装置向应用管理系统上报接收准备就绪；

步骤c，同时道岔操作人员通过手持终端app输入用户名与密码验证，然后手持终端向应用管理系统发送开锁指令；

步骤d，应用管理系统通过用户名和密码认证：如果认证不通过，返回手持终端app无权限；如果认证通过，且接收到智能锁装置接收准备就绪信息，则远程下发开锁指令到智能锁装置进行开锁；

步骤e，智能锁装置接到应用管理系统的开锁指令后进行开锁：开锁成功则上传作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定、反位位置、智能锁编号给应用管理系统并进行记录，开锁失败则上传失败告警。

包括应急开锁方法，当无线网络故障和智能卡读卡故障同时发生时，采用应急开锁方法：通过机械钥匙，扭动锁销拨杆，从锁销拨块的前端面向后端方向拨动拨块，使锁销向后运动，锁销前端脱离销孔，外锁舌外端部在开锁弹簧的作用下缩回锁体外壳内，形成开锁状态。

包括对开/关锁操作进行记录的步骤：应用管理系统对何人何时何种方式开锁，何时关锁，扳动后的道岔扳手定、反位位置进行记录；并提供记录查询，从而达到对道岔人员工作规范的检测。由于可设定第一锁体对应定位卡槽，第二锁体对应反位卡槽，因此可通过第一锁体或第二锁体的扳手位置感应器和锁舌位置感应器所处的状态得知道岔扳手所处的卡槽位置，并可得知道岔是处于定位或反位位置。

包括对智能锁装置设备安全进行监控的步骤：

智能锁装置作为客户端和应用管理系统吗建立心跳检测机制，一旦应用管理系统收不到智能锁装置数据的时间超过设定的安全阈值，即可判断智能锁装置遭破坏，系统发出警示；

开关锁异常检测：当刷卡后，智能锁装置判断该卡号拥有开锁权限，智能锁装置给驱动模块发送信号驱动电机开锁，如果锁舌位置感应器没有检测到处于闭锁状态，则认为锁打开出现故障，进行开锁异常告警；锁成功打开后，按照操作规范，应该在打开锁后操作道岔扳手将可移动轨道尖轨扳到位，之后需要将变道后道岔扳手所处的另一个锁体关闭，如果达到系统设置的时间阈值，仍然没检测到另一个锁体关闭，则认为工人操作不符合规范，进行关锁异常告警。

包括机车压岔检测与智能锁装置联动控制方法，包括如下步骤：

步骤一，进路方向和出清方向的车轮传感器将检测信息上传智能锁装置；

步骤二，智能锁装置分别进行进路轮轴和出清轮轴计数，如果进路轮轴数等于出清轮轴数，表示机车完全出清，反之，表示机车处于压岔状态；

步骤三，当智能锁装置判断机车处于压岔状态时，如果有操作人员进行开锁，则智能锁装置不允许锁打开：如果机车处于压岔状态，智能锁装置进行状态判断，压岔时，即使检测到有刷卡开锁动作，也不会执行开锁的指令，从而控制不允许开锁。

包括实时监测基本轨与尖轨密贴情况的步骤：

道岔密贴检测器将基本轨与尖轨密贴情况传输到智能锁装置，由智能锁装置通过无线通信模块传送到应用管理系统进行判断，如果基本轨与尖轨间的距离超过3mm，则认定为道岔不密贴，应用管理系统将发出警示信息到智能锁装置，通过声光模块提醒有关人员进行检查，从而实现对道岔异常情况实施监控。

包括进路方向播报及钩计划自动比对的步骤：

步骤1，智能锁装置闭锁后上传道岔扳手所处的定、反位信息给应用管理系统；

步骤2，应用管理系统根据定反位信息分析出道岔开通进路方向，并显示播报出来：钩计划里，表明了期望道岔扳手所处的位置；工人操作道岔扳手变道到位后，智能锁装置上报实际的道岔扳手定反位信息，将实际的道岔扳手定反位信息与之前期望的位置信息比较，如果一致即可认为操作正确，并播报出来；

步骤3，通过手持终端app或通过应用管理系统采集钩计划，与应用管理系统分析出的道岔开通进路方向自动比较，如果不一致则提供预警。

本实用新型的功能特点及效果：

1、本系统由应用管理系统、手持终端app、智能锁装置、车轮传感器和道岔密贴检测器组成，应用于非集中区道岔管理；

2、本系统中，智能锁装置采用低功耗芯片、内置电池供电、通过无线网络如nb-iot（窄带物联网，narrowbandinternetofthings，简称nb-iot）或者lora物联网与应用管理系统进行信息通信，首次为非集中区道岔管理提供一个无需外部有线信号线和无需外部有线电源的低成本无线组网方案；

3、本系统可同时提供智能卡和/或手持终端app方式鉴权开锁，通过智能锁装置读取智能卡id或手持终端app用户名和密码对操作人员的身份进行识别和权限认证，只有有权限的智能卡和app用户才允许开锁；

4、本系统通过智能锁装置上的感应器和传感器，采集工作人员对道岔扳手的操作过程信息如时间、智能卡id、开锁、关锁、扳手最后处的定、反位位置，并通过nb-iot或lora网络将信息传送到应用管理系统进行关联记录；

5、本系统通过道岔密贴检测器，检测到信息后由有线方式传送到智能锁装置，智能锁装置进行分析判断道岔是否处于密贴状态，如果不密贴，通过无线网络向应用管理系统上报告警信息；

6、本系统通过在道岔区两侧的铁轨上安装行程开关作为车轮传感器，用来检测机车进路和出清的方向以及轮轴计数信息，并将信息通过有线传输到智能锁，智能锁通过信息判断机车是否处于道岔区，如果是，则控制在机车没有完全出清前，不允许智能锁装置通过智能卡或者app打开，同时智能锁装置将进路方向上传应用管理系统；

7、应用管理系统录根据获得的道岔扳手定、反位位置分析得出的预计进路方向，在管理系统界面进行预计进路信息提示，通过手持终端app或应用管理系统获得钩计划，如果预计进路方向与购计划不一致提供告警，同时将告警信息推送到app；

8、应用管理系统通过获得的实际进路方向，通过手持终端app或应用管理系统获得钩计划，如果实际进路方向与购计划不一致则提供告警，同时将告警信息推送到手持终端app。

本实用新型的优点：

本管理系统提供了一个无线组网、内置电池供电、低功耗方案，建设成本和维护成本低，便于系统在非集中区道岔部署推广；通过对道岔工作人员的身份识别，以及操作过程的检测，可以有效避免非法人员破环和保证员工操作规范；能够对道岔区的异常情况如智能锁未按要整正常关闭、扳手未按计划扳到正确位置、不密贴、有机车压岔等进行提前预警，提前避免安全隐患，保证铁路运输安全；在特定情况下能控制智能锁的开关权限管理，如有机车进入道岔区为出清情况，禁止任何人开锁扳动道岔；通过道岔定、反位位置检测信息和钩计划对比，自动识别进路方向是否与钩计划一致，并提供提示和预警；能对所有的操作过程和告警信息进行记录，并提供分析统计和查询，便于铁路运输管理中心提高工作和管理效率以及提高铁路运输的安全保证。

附图说明

图1为实施例中非集中区道岔智能化管理系统示意图；

图2为实施例中用于人工道岔扳手的智能锁装置的结构示意图；

图3为实施例中用于人工道岔扳手的智能锁装置的爆炸结构示意图；

图4为实施例中锁舌总成的结构示意图；

图5a、图5b为实施例中本智能锁装置与手动立式道岔扳道器的配装示意图；

图6为实施例中用于人工道岔扳手的智能锁装置的电路连接方框示意图；

图7为实施例中人工道岔安全控制系统示意图；

图8为实施例中机车压岔检测与智能锁联动控制示意图。

图中，1-1.锁体外壳1-2.通孔1-3.长形通孔1-4.滑槽1-5.支杆2-1.外锁舌2-1-1.外端部2-1-2.内端部2-1-3.销孔2-2.内锁舌2-3.闭锁弹簧2-4.开锁弹簧2-5.棘齿条2-6.齿条座2-7.棘齿条复位弹簧2-8.锁舌座后端面2-9.内通孔3-1.扳手档杆3-2.复位扭簧3-3.不完全棘轮4-1.锁销4-2.锁销弹簧4-3.拨块5-1.锁舌位置感应器5-2.扳手位置感应器6-1.电机6-2.电机套6-3.锁销拨杆7-1.手动立式道岔扳道器7-2.固定台7-3.卡槽7-4.道岔扳手7-5.扳手支杆；

1.智能锁装置2.应用管理系统3.手持终端4.第一车轮传感器5.第二车轮传感器6.第三车轮传感器7.密贴检测器8.基本轨9.尖轨。

箭头指示进车方向。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型内容作进一步的阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1-图8所示，一种非集中区道岔智能化管理系统，包括智能锁装置1和应用管理系统2，所述智能锁装置1通过无线通信方式与应用管理系统2连接，进行双向数据交换；

所述智能锁装置1用于接收应用管理系统2的权限设置及信息，对道岔工作人员的身份进行识别及检测操作过程，将信息上传到应用管理系统2；

所述智能锁装置1中的扳手位置感应器用于检测道岔扳手7-4的位置，其包括定位、反位两个扳手位置感应器；智能锁装置1中的外锁舌2-1用于将道岔扳手7-4锁定在手动立式道岔扳道器的定位或反位卡槽内，在用户有操作权限时智能锁装置1允许开锁，智能锁装置1将信息上传到应用管理系统2；

所述应用管理系统2用于设定权限设置，接收智能锁装置1传来的信息，对信息进行记录、处理，提供记录查询。

如图2-图6所示，所述智能锁包括锁具和控制装置；

所述控制装置包括mcu以及与mcu电连接的无线通信模块、扳手位置感应器、锁舌位置感应器、身份识别模块和驱动模块；

所述锁具包括设置在锁体外壳1-1内的两套结构相同的锁体，即第一锁体和第二锁体，第一锁体的外锁舌和扳手档杆对应道岔扳手的定位卡槽槽口，第二锁体的外锁舌和扳手档杆对应道岔扳手的反位卡槽槽口；

所述锁体外壳1-1的侧面板设有可供外锁舌2-1外端部2-1-1伸出的通孔1-2，以及可供扳手档杆3-1穿过、不阻碍扳手档杆3-1在水平面方向上活动的长形通孔1-3；

第一锁体的外锁舌将道岔扳手锁定在定位卡槽槽口内或第二锁体的外锁舌将道岔扳手锁定在反位卡槽槽口内；

每套锁体包括锁舌总成、扳手档杆总成、电机6-1、电机套6-2、锁销拨杆6-3和锁销4-1，

所述锁舌总成包括外锁舌2-1、内锁舌2-2、闭锁弹簧2-3、开锁弹簧2-4、棘齿条2-5和齿条座2-6，所述外锁舌2-1分为两部分，一部分为可伸出锁体外壳1-1侧面板外的外端部2-1-1，另一部分为在锁体外壳1-1内的内端部2-1-2，外端部2-1-1的直径大于内端部2-1-2的直径；

所述棘齿条2-5设置在齿条座2-6内，棘齿条2-5前端的棘齿露出齿条座2-6侧面外，棘齿条2-5的后端与齿条座2-6内侧设有棘齿条复位弹簧2-7，使棘齿条有向前的弹力；

齿条座2-6的后侧挡板往下延伸形成锁舌座后端面2-8，锁舌座后端面2-8设有可供外锁舌内端部2-1-2伸出的内通孔2-9；锁舌座和齿条座2-6可在锁体外壳1-1内的滑槽1-4上滑动；

所述内锁舌2-2为一空腔套筒，内锁舌2-2的一端与锁舌座后端面2-8靠接，内锁舌2-2的另一端与齿条座2-6的前端面平齐，内锁舌2-2围设在外锁舌2-1的外围，外锁舌2-1的内端部2-1-2从锁舌座后端面2-8的内通孔2-9伸出；内锁舌2-2的内腔中设有闭锁弹簧2-3，闭锁弹簧2-3的一端与锁舌座后端面2-8抵接，另一端与外锁舌外端部2-1-1和内端部2-1-2的连接处抵接，使外锁舌有向前的弹力；内锁舌2-2外设有开锁弹簧2-4，开锁弹簧2-4的一端与锁舌座后端面2-8抵接，另一端与锁体外壳1-1内侧抵接，闭锁时，使连在一起的齿条座2-6和锁舌座有向锁体外壳1-1内部方向的弹力，开锁时在开锁弹簧2-4的作用下，齿条座2-6和锁舌座向锁体外壳1-1内部运动，带动外锁舌外端部2-1-1缩回锁体外壳1-1内，形成开锁状态；

所述外锁舌外端部2-1-1的后端侧设有与锁销前端适配的销孔2-1-3；

所述锁销4-1呈柱状体形，锁销4-1与外锁舌2-1呈垂直状态，锁销4-1前端在锁销弹簧4-2的弹力下可插入所述外锁舌的销孔2-1-3中，使外锁舌2-1无法缩回锁体外壳1-1内从而形成闭锁；锁销4-1的中部设有拨块4-3，锁销弹簧4-2的两端分别与拨块4-3后端面、锁体外壳1-1抵接，使锁销4-1有向前插入销孔2-1-3的弹力；

所述电机套6-2为一不完全圆形块，电机套6-2套接在电机6-1的转轴上；

所述锁销拨杆6-3为一可绕其中部支点旋转的条状杆，所述锁销拨杆6-3的一端与电机套6-2相配合，另一端与拨块4-3的前端面靠接，当电机套6-2转动时，电机套6-2迫使锁销拨杆6-3的一端转动，带动锁销拨杆6-3的另一端从锁销拨块的前端面向后端方向拨动拨块4-3，抵消锁销弹簧4-2的弹力后使锁销4-1向后运动，锁销4-1前端脱离销孔2-1-3，外锁舌外端部2-1-1在开锁弹簧2-4的作用下缩回锁体外壳1-1内，形成开锁状态，道岔扳手7-4可从卡槽槽口中向上提起；

所述扳手档杆总成包括扳手档杆3-1、档杆复位扭簧3-2和不完全棘轮3-3；所述扳手档杆3-1为一条状杆，其前端部从锁体外壳1-1侧面板的长形通孔1-3伸出，扳手档杆3-1的后端部与不完全棘轮3-3连接，扳手档杆3-1与不完全棘轮3-3呈垂直状水平设置，并可绕不完全棘轮3-3的轴心支杆1-5旋转，不完全棘轮3-3的棘齿与棘齿条2-5的棘齿相啮合，使扳手档杆3-1在岔道扳手7-4从卡槽槽口上方放下回到定位卡槽或反位卡槽的过程中被岔道扳手7-4推动时，扳手档杆3-1从靠近外锁舌2-1端向远离外锁舌2-1的方向滑动，带动不完全棘轮3-3旋转，带动与不完全棘轮3-3啮合的棘齿条2-5使齿条座2-6和锁舌座向有外锁舌通孔1-2的侧面板的方向滑动，使外锁舌前端部2-1-1从锁体外壳1-1内伸出，伸出的外锁舌2-1被锁销4-1插入外锁舌销孔2-1-3中，外锁舌2-1被固定住无法缩回锁体外壳1-1内，形成闭锁状态，卡槽槽口被伸出的外锁舌2-1锁定，道岔扳手7-4被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口向上提起；

外锁舌前端部2-1-1在扳手档杆3-1的作用下从锁体外壳1-1内伸出的过程中，在闭锁弹簧2-3的作用下，外锁舌2-1有向前的弹力，由于道岔扳手7-4的侧面有一定的宽度，外锁舌前端部2-1-1刚开始伸出时，外锁舌前端部2-1-1抵住道岔扳手7-4的侧面停止前进，而齿条座2-6和锁舌座在扳手档杆3-1的作用下压缩闭锁弹簧2-3继续向前，当道岔扳手7-4完全划过卡槽槽口后，外锁舌前端部2-1-1解除抵住道岔扳手7-4侧面的状态，在闭锁弹簧2-3的作用下完全伸出，被锁销4-1插入外锁舌销孔2-1-3中，形成闭锁状态；

所述复位扭簧3-2设置在不完全棘轮3-3的支杆1-5上，使扳手档杆3-1的初始位置为靠近外锁舌2-1端，外锁舌前端部2-1-1缩回锁体外壳1-1内，呈开锁状态；

所述锁销4-1后端的锁体外壳1-1内设有与锁销4-1后端对应的锁舌位置感应器5-1，当锁销4-1向后运动，锁销4-1前端脱离销孔2-1-3后，外锁舌外端部2-1-1缩回锁体外壳1-1内，呈开锁状态，锁销4-1后端与锁舌位置感应器5-1接触；当锁销4-1后端部不与锁舌位置感应器5-1接触时，锁舌位置感应器5-1向mcu发出闭锁信号；

所述扳手档杆3-1后端部的锁体外壳1-1内设有扳手位置感应器5-2，当扳手档杆3-1旋转到处于远离外锁舌2-1的位置时（闭锁状态），扳手档杆3-1的后端部与扳手位置感应器5-2接触，扳手位置感应器5-2向mcu发出道岔扳手放置到位信号；

所述电机6-1通过驱动模块与mcu电连接。

所述mcu为stm32系列。

进一步地，所述棘齿条2-5为两条，两条棘齿条平行叠置，棘齿方向相反；

所述不完全棘轮3-3为两个，两个不完全棘轮平行叠置，棘齿方向相反；

上层的棘齿条与上层的不完全棘轮相啮合；下层的棘齿条与下层的不完全棘轮相啮合。

进一步地，所述扳手位置感应器5-2、锁舌位置感应器5-1均为微动开关。

进一步地，所述身份识别模块包括用于读取操作人员的身份信息的感应卡识别模块和/或生物特征识别模块，感应卡识别模块包括ic卡、nfc卡等，生物特征识别包括指纹识别、虹膜识别和面相识别等。

进一步地，包括声光警示模块，所述声光警示模块与mcu电连接。

进一步地，包括电池，所述控制装置与电池连接，由电池进行供电。

进一步地，还可设置紧急开锁钥匙，将紧急开锁钥匙插入锁体外壳1-1内，旋转，直接扭动锁销拨杆6-3，使锁销4-1向后运动，锁销4-1前端脱离销孔2-1-3，外锁舌2-1外端部2-1-1在开锁弹簧2-4的作用下缩回锁体外壳1-1内，形成开锁状态。

进一步地，包括车轮传感器，所述车轮传感器设置在道岔区两侧的轨道上，用于检测进路和出清的机车轮轴数，所述车轮传感器与mcu电连接。所述车轮传感器为行程开关。

进一步地，包括道岔密贴检测器7，所述道岔密贴检测器7设置在与每组道岔的尖轨9连接的连杆上，用于检测基本轨8与尖轨9的密贴情况，所述道岔密贴检测器7与mcu电连接。

进一步地，设有唤醒按键与mcu电连接，以便于将mcu从休眠状态唤醒到工作状态。

进一步地，包括手持终端3，所述手持终端3通过无线通信方式与应用管理系统2连接。

智能锁锁体固定在手动立式道岔扳道器7-1上，与手动立式道岔扳道器7-1上的道岔扳手固定台7-2叠接，叠置在固定台7-2的下端面，智能锁的外锁舌外端部2-1-1伸出时横向插入道岔扳手7-4起落卡槽7-3中形成闭锁状态，扳手档杆3-1横向插入起落卡槽7-3中，并可在水平方向上在起落卡槽7-3中前后滑动，道岔扳手7-4被外锁舌的外端部2-1-1锁定在定位、反位卡槽两个起落卡槽中的其中一个卡槽内，道岔扳手7-4位于外锁舌外端部2-1-1与扳手档杆3-1之间，其中第一锁体的扳手档杆和外锁舌对应定位卡槽，第二锁体的扳手档杆和外锁舌对应反位卡槽。

身份识别模块感应到正确的操作人员信息时，mcu通过驱动模块使电机6-1转动，同时带动电机套6-2转动，电机套6-2迫使锁销拨杆6-3的一端转动，带动锁销拨杆6-3的另一端从锁销拨块4-3的前端面向后端方向拨动拨块4-3，使锁销4-1向后运动，锁销4-1前端脱离销孔2-1-3，外锁舌2-1在开锁弹簧2-4的作用下缩回锁体外壳1-1内，形成开锁状态，开锁后外锁舌外端部2-1-1缩回锁体外壳1-1内，起落卡槽7-3的槽口打开，人工手动提起道岔扳手7-4，道岔扳手7-4绕扳手支杆7-5转动，从下到上穿过卡槽，道岔扳手7-4离开卡槽到该卡槽的上方，水平方向旋转道岔扳手7-4完成变道操作，此时道岔扳手7-4到达另一个卡槽的上方，再将道岔扳手7-4从所述另一个卡槽的上方放下，道岔扳手7-4从上到下穿过所述另一个卡槽，推动扳手档杆3-1向卡槽的后方移动，同时通过不完全棘轮3-3带动外锁舌2-1从锁体外壳1-1内伸出，将变道后的道岔扳手7-4锁定在所述另一个卡槽内；道岔扳手7-4推动扳手档杆3-1到达所述另一个卡槽的底部时，扳手位置感应器5-2微动开关向mcu发出道岔扳手放置到位信号，确认道岔扳手完成变道，不完全棘轮3-3带动外锁舌2-1从锁体外壳1-1内伸出，伸出的外锁舌2-1被锁销4-1插入外锁舌销孔2-1-3中，外锁舌2-1被固定住无法缩回锁体外壳1-1内，形成闭锁状态，锁舌位置感应器5-1微动开关向mcu发出闭锁信号，卡槽槽口被伸出的外锁舌2-1锁定，道岔扳手7-4被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口向上提起，这样就将变道后的道岔扳手7-4锁定在所述另一个卡槽内；需要再变道时，重复上述操作。

在变道操作过程中，如果mcu接收到同一个锁体的扳手位置感应器5-2发来的道岔扳手放置到位信号和锁舌位置感应器5-1发来的闭锁信号，则判断为道岔扳手7-4变道到位，操作正确；其他情况下，对于同一个锁体，如果mcu不能同时接收到扳手位置感应器5-2发来的道岔扳手放置到位信号和锁舌位置感应器5-1发来的闭锁信号，则判断为变道不到位，操作不正确，则通过声光警示模块发出警示信号，提醒操作人员注意排除故障；同时，mcu通过无线通信模块将信息传输到远程服务器。

无线通信模块可通过基于物联网等的无线通信方式将mcu与远程服务器应用管理系统无线连接，应用管理系统用来设置能够开启该智能锁装置的授权身份。

本智能锁装置在使用时，控制装置通过感应卡识别模块和/或生物特征识别模块等对操作人员的ic卡等身份进行识别；判断操作人员动作是否规范到位，并在现场进行相应的声光警示；可以将作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定反位位置、智能锁编号等信息通过无线通信模块传输给远程服务器应用管理系统进行备案，提供责任事故认定依据。

非集中区道岔智能化管理系统的安全控制方法，包括智能卡开锁和/或手持终端开锁方式：

智能卡开锁方式包括如下步骤，

步骤a，系统管理员通过应用管理系统2对智能卡进行权限设置，并下发到智能锁装置1；

步骤b，道岔操作人员刷卡后，智能锁装置1通过读取卡号进行鉴权：如果没权限则不允许开锁；有权限则允许开锁，进行扳手操作；

步骤c，开锁成功则智能锁装置1上传作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定、反位位置、智能锁编号到应用管理系统2进行记录；开锁失败则上传失败告警；

所述手持终端3开锁方式包括如下步骤：

步骤a，系统管理员通过应用管理系统2设置用户权限；

步骤b，道岔操作人员按下智能锁唤醒按键，智能锁装置1向应用管理系统2上报接收准备就绪；

步骤c，同时道岔操作人员通过手持终端3中的app输入用户名与密码验证，然后向应用管理系统2发送开锁指令；

步骤d，应用管理系统2通过用户名和密码认证：如果认证不通过，返回手持终端3app无权限；如果认证通过，且接收到智能锁装置1接收准备就绪信息，则远程下发开锁指令到智能锁装置1进行开锁；

步骤e，智能锁装置1接到应用管理系统2的开锁指令后进行开锁：开锁成功则智能锁装置1上传作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定反位位置、智能锁编号给应用管理系统并进行记录，开锁失败则上传失败告警。

步骤c中所述手持终端3中的app设有登陆界面、操作界面和信息提示界面，操作流程为：人员登陆后，在操作界面中按下开锁按钮，即可将人员信息和开锁指令发往管理系统，管理系统判断该人员有权限开锁，则下发开锁指令给智能锁装置1，智能锁装置1进行开锁后，返回开锁成功信息给应用管理系统2，应用管理系统2再推送至app。

包括应急开锁方法，当无线网络故障和智能卡读卡故障同时发生时，采用应急开锁方法：通过机械钥匙，扭动锁销拨杆6-3，从锁销拨块4-3的前端面向后端方向拨动拨块4-3，使锁销4-1向后运动，锁销4-1前端脱离销孔，外锁舌外端部2-1-1在开锁弹簧2-4的作用下缩回锁体外壳1-1内，形成开锁状态。

包括对开/关锁操作进行记录的步骤：应用管理系统2对何人何时何种方式开锁，何时关锁，扳动后的道岔扳手定、反位位置进行记录；并提供记录查询，从而达到对道岔人员工作规范的检测。

包括对智能锁装置1设备安全进行监控的步骤：

智能锁装置1作为客户端和应用管理系统2建立心跳检测机制，一旦应用管理系统2收不到智能锁装置数据的时间超过设定的安全阈值，即可判断智能锁装置遭破坏，系统发出警示；

开关锁异常检测；当刷卡后，智能锁装置1判断该卡号拥有开锁权限，智能锁装置1给电机6-1发送信号驱动开锁，如果锁舌位置感应器没有检测到处于闭锁状态，则认为锁打开出现故障，进行开锁异常告警；锁成功打开后，按照操作规范，应该在打开锁后操作道岔扳手7-4将可移动轨道尖轨9扳到位，之后需要将变道后道岔扳手所处的另一个锁体关闭，如果达到系统设置的时间阈值，仍然没检测到另一个锁体关闭，则认为工人操作不符合规范，进行关锁异常告警。

包括机车压岔检测与智能锁装置联动控制方法，如图8所示，包括如下步骤：

步骤一，进路方向和出清方向的第一车轮传感器4、第二车轮传感器5和第三车轮传感器6将检测信息上传智能锁装置1；

步骤二，智能锁装置1分别进行进路轮轴和出清轮轴计数，如果进路轮轴数等于出清轮轴数，表示机车完全出清，反之，表示机车处于压岔状态；

步骤三，当智能锁装置判断机车处于压岔状态时，如果有操作人员进行开锁，则智能锁装置不允许锁打开：如果机车处于压岔状态，智能锁装置进行状态判断，压岔时，即使检测到有刷卡开锁动作，也不会执行开锁的指令，从而控制不允许开锁。

车轮传感器可以采用但不限于行程开关的感应头，用来检测进路和出清的机车轮轴数和判断机车进路出清方向，如图7图8所示，通过在道岔区两侧的铁轨上部署行程开关作为车轮传感器，实际应用中每侧各安装2个行程开关，图中，在基本轨8的道岔区两侧分别设置第一车轮传感器4和第三车轮传感器6，其中第一车轮传感器4设置在机车进路方向，在尖轨9的道岔区侧设置第二车轮传感器5，用于方向判断，检测机车在道岔区的前后移动。本方案为了简述原理，以1个车轮传感器为例，车轮传感器与智能锁装置中的mcu有线连接，当有机车进路时，第一车轮传感器4进行信息上传智能锁装置1，智能锁装置1进行进路轮轴计数count1；当机车出清时，比如出清1，第二车轮传感器5上传信息给智能锁装置1，智能锁装置1进行出清1轮轴计数count2，如果count1=count2，表示机车完全出清；如果count1≠count2，表示机车处于压岔状态。

如图7所示，包括实时监测基本轨8与尖轨9密贴情况的步骤：如果基本轨8与尖轨9间的距离超过3mm，则认定为道岔不密贴，应用管理系统2将发出警示信息到智能锁装置1，通过声光模块提醒有关人员进行检查。

道岔密贴检测器7将尖轨9和基本轨8密贴情况传输到智能锁装置1，由智能锁装置1通过无线通信模块传送到应用管理系统2进行判断，如果基本轨8与尖轨9两者间的距离超过3mm，则认定为道岔不密贴，应用管理系统2将发出警示信息到智能锁装置1，通过声光模块提醒有关人员进行检查，从而实现对道岔异常情况实施监控。

包括进路方向播报及钩计划自动比对的步骤：

步骤1，智能锁装置1闭锁后上传道岔扳手7-4所处的定、反位信息给应用管理系统2；

步骤2，应用管理系统2根据定反位信息分析出道岔开通进路方向，并显示播报出来：钩计划里，表明了期望道岔扳手7-4所处的位置；工人操作道岔扳手7-4变道到位后，智能锁装置1上报实际的道岔扳手定反位信息，将实际的道岔扳手定反位信息与之前期望的位置信息比较，如果一致即可认为操作正确，并播报出来；

步骤3，通过手持终端app或通过应用管理系统2采集钩计划，与应用管理系统2分析出的道岔开通进路方向自动比较，如果不一致则提供预警。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。