周寶憲，張少凱，郭建華，柴雪松，盧世團(tuán)

(1.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 貨運(yùn)部，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；3.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 中鐵科學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100081)

鐵路專用線是解決鐵路運(yùn)輸“最后一公里”的重要設(shè)施，按照《關(guān)于加快推進(jìn)鐵路專用線建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》(發(fā)改基礎(chǔ)[2019] 1445 號(hào))要求，到2025年，沿海主要港口、大宗貨運(yùn)量超過(guò)150 萬(wàn)t/a 的大型工礦企業(yè)和新建物流園區(qū)鐵路專用線接入比例提升至85%，長(zhǎng)江干線主要港口全部實(shí)現(xiàn)鐵路進(jìn)港。在鐵路專用線建設(shè)快速發(fā)展的形勢(shì)下，鐵路專用線交接檢查作為路企雙方貨物交接和安全責(zé)任交接的分界線，對(duì)鐵路貨運(yùn)工作的影響日益凸顯，采用鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)可以更好地提高交接檢查作業(yè)的質(zhì)量和效率，加快提高鐵路貨運(yùn)管理水平[1-2]。

1 鐵路專用線交接檢查現(xiàn)狀分析

1.1 作業(yè)流程

鐵路專用線交接檢查作業(yè)由鐵路貨運(yùn)員和企業(yè)運(yùn)輸員共同進(jìn)行，其交接檢查的對(duì)象是企業(yè)裝卸車，是鐵路與企業(yè)劃分貨運(yùn)安全責(zé)任的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[3-4]。鐵路專用線交接檢查作業(yè)的重點(diǎn)檢查項(xiàng)目包含裝車方案、貨物裝載狀態(tài)和車輛編組3 個(gè)方面。其中，裝車方案包含貨物品類檢查、貨物來(lái)源檢查和貨物庫(kù)存信息檢查等方面；貨物裝載狀態(tài)檢查內(nèi)容包括車頂平整性檢查、車門嚴(yán)密性檢查、篷布覆蓋情況檢查和空車異物狀況檢查；車輛編組檢查對(duì)企業(yè)裝卸車來(lái)源、企業(yè)裝卸車品類、企業(yè)裝卸車去向等方面進(jìn)行檢查。鐵路專用線交接檢查作業(yè)流程為企業(yè)裝卸車到達(dá)鐵路專用線后，對(duì)停留在鐵路專用線的企業(yè)裝卸車進(jìn)行交接檢查，如果企業(yè)裝卸車符合交接檢查各項(xiàng)要求，企業(yè)裝卸車就可以放行，否則企業(yè)裝卸車將繼續(xù)接受交接檢查作業(yè)，直到不合格項(xiàng)目符合交接檢查各項(xiàng)要求后才能放行。目前，鐵路專用線交接檢查作業(yè)的重點(diǎn)檢查項(xiàng)目均需要由人工步行圍繞企業(yè)裝卸車進(jìn)行目視檢查，交接檢查作業(yè)效率低下，人身安全無(wú)法得到有效保障。鐵路專用線交接檢查流程如圖1 所示。

圖1 鐵路專用線交接檢查流程Fig.1 Handover inspection workflow for special railway lines

1.2 存在問(wèn)題

鐵路專用線交接檢查是發(fā)現(xiàn)裝車方案、貨物裝載狀態(tài)和車輛編組問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，裝車方案是否繁多、貨物裝載狀態(tài)是否穩(wěn)定和車輛編組方式是否復(fù)雜是影響鐵路專用線交接檢查質(zhì)量的關(guān)鍵原因。由于目前鐵路專用線交接檢查采用人工步行目視檢查方式，導(dǎo)致既有鐵路專用線交接檢查存在交接檢查質(zhì)量不高、交接檢查作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、信息化程度低等問(wèn)題[5-6]。

（1）交接檢查質(zhì)量不高。鐵路專用線交接檢查質(zhì)量受外界條件、人員責(zé)任心等因素影響較大，尤其是對(duì)于罐車頂蓋是否鎖好、空車是否空載等裝載狀態(tài)的交接檢查項(xiàng)目都需要檢查人員登上車頂檢查。在電氣化區(qū)段中，檢查人員無(wú)法登上車頂進(jìn)行交接檢查，造成交接檢查存在盲區(qū)；在惡劣天氣下，檢查人員登車?yán)щy，漏檢、檢查不到位等鐵路專用線交接檢查問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，降低了鐵路專用線交接檢查質(zhì)量，給鐵路貨運(yùn)帶來(lái)安全隱患。

（2）交接檢查作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。鐵路專用線貨物列車長(zhǎng)度不一，大部分由50 節(jié)貨車編組成列。檢查人員在核查車輛編組和裝載狀態(tài)時(shí)，需要步行對(duì)所有貨車進(jìn)行檢查，完成1 次列檢工作大約耗時(shí)30 min 以上。檢查人員需要登頂檢查貨車頂部的裝載狀態(tài)，檢查人員頻繁上下待檢貨車，增加交接檢查作業(yè)時(shí)間。此外，由于貨物列車編組內(nèi)容較為復(fù)雜，1 列貨物列車包含有多種貨車，每輛貨車的車號(hào)位置各不相同，檢查人員需要多次尋找車號(hào)位置，造成交接檢查作業(yè)時(shí)間進(jìn)一步加長(zhǎng)。

（3）信息化程度低。目前在鐵路專用線交接檢查工作中，鐵路和企業(yè)工作人員需要人工查看貨物列車編組情況并記錄每輛貨車的車號(hào)，車號(hào)抄寫(xiě)工作和列車編組查看工作量較為繁重，車號(hào)抄寫(xiě)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)較高，增加列車編組信息及車號(hào)信息的管理難度。此外，鐵路無(wú)法準(zhǔn)確掌握車輛進(jìn)出企業(yè)的時(shí)間、停留時(shí)間，以及企業(yè)內(nèi)停留的車輛數(shù)量，致使部分車輛無(wú)效停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，車輛運(yùn)用效率降低。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)目前鐵路專用線交接檢查現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)，通過(guò)電子化手段自動(dòng)采集鐵路專用線車輛的圖像和車號(hào)信息，并通過(guò)可視化界面展示集成信息開(kāi)展鐵路專用線交接檢查，以提升鐵路專用線交接檢查質(zhì)量和效率。根據(jù)鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)的功能需求，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)分為車號(hào)采集模塊、視頻采集模塊和信息集成模塊3 個(gè)功能模塊，其中車號(hào)采集模塊、視頻采集模塊為前端數(shù)據(jù)采集模塊，信息集成模塊則負(fù)責(zé)對(duì)鐵路專用線交接檢查相關(guān)信息的存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用展示。根據(jù)鐵路專用線交接檢查數(shù)據(jù)流向，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)邏輯架構(gòu)由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)分析層和應(yīng)用層4 個(gè)層次組成。鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

（1）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層包括視頻采集模塊和車號(hào)采集模塊，其中視頻采集模塊從車輛的左側(cè)、右側(cè)、頂部及車輛整體進(jìn)行圖像采集，為作業(yè)人員提供車輛全方位圖像，可以消除既有人工登頂檢查和步行檢查環(huán)節(jié)；車號(hào)采集模塊自動(dòng)采集通過(guò)車輛的車次及車號(hào)，并記錄車輛的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間和出場(chǎng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)抄寫(xiě)車號(hào)的自動(dòng)化。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層采用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的車號(hào)信息、圖片信息等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，設(shè)備臺(tái)賬、測(cè)點(diǎn)信息、用戶信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及設(shè)備的狀態(tài)信息等各類型數(shù)據(jù)進(jìn)行分類及匯總。

（3）數(shù)據(jù)分析層。數(shù)據(jù)分析層對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層內(nèi)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息匹配處理，例如車輛在鐵路專用線內(nèi)的占用時(shí)間可以通過(guò)提取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間和出場(chǎng)時(shí)間，經(jīng)數(shù)據(jù)分析層進(jìn)行計(jì)算，得出車輛在鐵路專用線的占用時(shí)間。

（4）應(yīng)用層。應(yīng)用層包含綜合展示、車輛查詢、信息補(bǔ)錄和統(tǒng)計(jì)分析等模塊，用戶可以進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)的查詢及統(tǒng)計(jì)。其中，綜合展示模塊按車輛編組順序提供車輛的車號(hào)和多方位圖像，作業(yè)人員在值班室內(nèi)通過(guò)屏幕就可以查看貨物的裝載方案、裝載狀態(tài)和車輛編組狀態(tài)，從而解決既有交接檢查中作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、交接質(zhì)量不高、信息化程度低等問(wèn)題。

2 鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)功能分析

根據(jù)鐵路專用線交接檢查工作實(shí)際及功能需求，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)由車號(hào)采集模塊、視頻采集模塊和信息集成模塊3 個(gè)功能模塊組成，其中車號(hào)采集模塊可以自動(dòng)獲取車輛的編組與車號(hào)信息，實(shí)現(xiàn)抄寫(xiě)車號(hào)工作的自動(dòng)化；視頻采集模塊進(jìn)行車輛圖像采集，便于快速地定位車輛；信息集成模塊將鐵路專用線交接檢查的相關(guān)信息進(jìn)行集成分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

2.1 車號(hào)采集模塊

車號(hào)采集模塊采用成熟的車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)(AEI)來(lái)獲取通過(guò)車輛的車號(hào)信息，抄寫(xiě)車號(hào)工作得以自動(dòng)化，減少由于人工抄寫(xiě)車號(hào)導(dǎo)致的車號(hào)信息錯(cuò)誤。AEI 是安裝在軌道上的硬件系統(tǒng)，當(dāng)AEI 收到來(lái)車信息時(shí)，車號(hào)采集模塊開(kāi)始采集列車經(jīng)過(guò)時(shí)的輪位信息、車輛的電子標(biāo)簽信息等。其中，電子標(biāo)簽信息包含車型、車號(hào)等重要信息，為圖像匹配和車輛占用分析提供索引數(shù)據(jù)。車號(hào)采集模塊工作由開(kāi)機(jī)磁鋼和判軸磁鋼共同完成，當(dāng)開(kāi)機(jī)磁鋼感知到鐵路專用線有貨車經(jīng)過(guò)時(shí)，天線開(kāi)機(jī)并識(shí)別車號(hào)信息；貨車車輪接觸判軸磁鋼后，在計(jì)算貨車的速度后，依據(jù)車輪經(jīng)過(guò)判軸磁鋼的時(shí)間和貨車速度對(duì)貨車類型進(jìn)行劃分。當(dāng)車輛編碼、車型、車號(hào)、出廠信息均被有效識(shí)別后，車號(hào)采集模塊對(duì)上述信息進(jìn)行合成及匹配，得出完整的車輛編組順序、軸距和車號(hào)等信息。車號(hào)采集模塊工作流程如圖3 所示。

圖3 車號(hào)采集模塊工作流程Fig.3 Workflow of vehicle number acquisition

2.2 視頻采集模塊

目前，鐵路視頻技術(shù)在鐵路貨運(yùn)中應(yīng)用較為廣泛，一般采用面陣相機(jī)和線陣相機(jī)2 種設(shè)備，其中面陣相機(jī)成本較低，適用于靜態(tài)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)；對(duì)線陣相機(jī)而言，其圖像分辨率遠(yuǎn)高于面陣相機(jī)，而且對(duì)運(yùn)行狀態(tài)中的貨物列車成像清晰[7-8]。鐵路專用線具有貨物種類相對(duì)固定特點(diǎn)，不同鐵路專用線所運(yùn)輸?shù)呢浳锓N類有所差異，相應(yīng)的交接檢查的重點(diǎn)內(nèi)容也有所不同。因此，在充分考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，提出以面陣相機(jī)為主和以線陣相機(jī)為主2 種視頻采集模塊方案供企業(yè)根據(jù)實(shí)際情況選用。

（1）以面陣相機(jī)為主。在視頻采集模塊的4 類圖像中，頂部圖像采用1 臺(tái)線陣高清相機(jī)，左、右圖像均采用2 臺(tái)面陣高清相機(jī)，場(chǎng)景圖像采用1 臺(tái)面陣高清相機(jī)。該方案適用于以煤炭、礦石、或石油等貨物品類相對(duì)單一的貨物列車為主的鐵路專用線，其關(guān)注重點(diǎn)在車輛頂部裝載狀態(tài)的情況，如罐車頂部異物、頂蓋開(kāi)、螺栓缺失、敞車頂部異物、敞車是否卸空等工況。

（2）以線陣相機(jī)為主。在視頻采集模塊的4 類圖像中，頂部圖像和左右圖像均采用3 臺(tái)線陣高清相機(jī)，場(chǎng)景圖像采用1 臺(tái)面陣高清相機(jī)。該方案適用于現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)車輛類型較多，或?qū)囕v兩側(cè)及頂部裝載狀態(tài)全面關(guān)注的以卷鋼、鋼錠等運(yùn)輸為主的鐵路專用線，從上方和側(cè)方詳細(xì)查看敞車扣鐵缺失、篷布繩索捆扎狀態(tài)等工況。

2.3 信息集成模塊

信息集成模塊基于瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)，具有車輛視頻、車號(hào)等信息的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯聚與管理功能，使用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)為用戶提供友好的人機(jī)界面展示。根據(jù)鐵路專用線交接檢查的工作內(nèi)容，將信息集成模塊劃分為綜合展示、車輛查詢、信息補(bǔ)錄和統(tǒng)計(jì)分析4 個(gè)子模塊。

（1）綜合展示子模塊。綜合展示子模塊將列車編組信息、線陣圖像、面陣視頻等文件匹配，最終生成帶有車次、車號(hào)、過(guò)車時(shí)間、方向、圖片和視頻文件的綜合信息，供作業(yè)人員在網(wǎng)頁(yè)上開(kāi)展交接檢查工作。交接檢查結(jié)果實(shí)時(shí)錄入系統(tǒng)，可以同步提供給企業(yè)，提高信息傳遞效率。

（2）車輛查詢子模塊。車輛查詢子模塊以車號(hào)信息為索引，當(dāng)列車到達(dá)時(shí)可以識(shí)別到達(dá)列車的車號(hào)和進(jìn)場(chǎng)時(shí)間；在列車離開(kāi)時(shí)可以識(shí)別出發(fā)列車的車號(hào)和離場(chǎng)時(shí)間。車輛查詢子模塊在獲取車號(hào)、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間和離場(chǎng)時(shí)間后，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)判斷車輛狀態(tài)并準(zhǔn)確計(jì)算得到車輛的在場(chǎng)時(shí)間。鐵路局集團(tuán)公司可以通過(guò)超時(shí)提醒、超時(shí)懲罰措施等來(lái)敦促鐵路專用線企業(yè)積極提升車輛的運(yùn)用效率。車輛查詢流程如圖4 所示。

（3）信息補(bǔ)錄子模塊。在日常應(yīng)用中，由于存在車輛標(biāo)簽丟失、車號(hào)天線長(zhǎng)期使用后性能下降等問(wèn)題，會(huì)造成少數(shù)車輛車號(hào)丟失，無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別車號(hào)信息[9]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“空標(biāo)簽”車輛占所有車輛的1‰左右，基于此，信息補(bǔ)錄子模塊根據(jù)輪位傳感器識(shí)別車輛序號(hào)，并將車號(hào)標(biāo)記為未知狀態(tài)。此后，在車號(hào)補(bǔ)錄界面，對(duì)車號(hào)信息標(biāo)記為未知狀態(tài)的車輛，用戶根據(jù)對(duì)應(yīng)的車輛圖片肉眼識(shí)別出標(biāo)注在車體側(cè)面的車號(hào)后，將車號(hào)信息補(bǔ)錄至數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（4）統(tǒng)計(jì)分析子模塊。統(tǒng)計(jì)分析子模塊基于存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)車次、車號(hào)等查詢統(tǒng)計(jì)車輛的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間、出場(chǎng)時(shí)間、占用時(shí)間，以及車輛的多角度圖片等多種信息。結(jié)合操作員登錄信息，管理部門可以確認(rèn)作業(yè)人員所負(fù)責(zé)的每趟列車的交接檢查工作質(zhì)量，并在發(fā)生事故后進(jìn)行信息回溯，從而敦促作業(yè)人員提高工作責(zé)任心，確保鐵路專用線交接檢查作業(yè)質(zhì)量。

圖4 車輛查詢流程Fig.4 Workflow of vehicle inquiry

3 結(jié)束語(yǔ)

提升鐵路專用線交接檢查質(zhì)量和檢查效率，是鐵路專用線運(yùn)輸?shù)闹匾獌?nèi)容。鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)具有視頻采集、車號(hào)采集、信息集成等功能，可以實(shí)現(xiàn)鐵路專用線交接檢查的室內(nèi)預(yù)檢作業(yè)，能夠有效減輕檢查人員作業(yè)強(qiáng)度、提高鐵路專用線交接檢查作業(yè)效率、保障鐵路專用線交接檢查的質(zhì)量。鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)目前已經(jīng)在中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司部分車站和甘肅省部分企業(yè)投入使用，實(shí)踐證明，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)能夠起到提升交接檢查作業(yè)效率、改善交接檢查質(zhì)量和提高信息化管理水平的效果，達(dá)到有效保障鐵路專用線貨運(yùn)安全的目的。隨著人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)將進(jìn)一步提升鐵路專用線交接檢查技術(shù)水平，優(yōu)化專用線交接檢查作業(yè)流程，從而促進(jìn)鐵路專用線運(yùn)輸效率的有效提升。