趙 瑋，楊 斐，劉為民

（1、中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 運輸部，高級工程師，2、蘭州安信鐵路科技有限公司，工程師，3、蘭州安信鐵路科技有限公司，助理工程師 1、2、3，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)，具有“跨時空、多環(huán)節(jié)、不可逆、高風(fēng)險、大信息量”等特征，是一個復(fù)雜的綜合性生產(chǎn)過程，對相關(guān)一線作業(yè)人員的技能水平和專業(yè)素質(zhì)要求非常高。一旦發(fā)生現(xiàn)場作業(yè)人員操作失誤，極易導(dǎo)致重大事故發(fā)生，不僅造成巨大的財產(chǎn)損失、人員傷亡和環(huán)境破壞，還會因運輸中斷造成路網(wǎng)運輸秩序的紊亂，影響車站運輸效率，所以鐵路車站一線人員的換掛作業(yè)操作的規(guī)范性和正確性至關(guān)重要。針對以上出現(xiàn)的現(xiàn)實問題和困難，結(jié)合計算機(jī)聯(lián)鎖仿真技術(shù)，綜合利用無線通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、視頻采集技術(shù)和圖像識別技術(shù)開發(fā)出一套集作業(yè)監(jiān)控、防護(hù)、提醒和管理功能為一體的“大型客運站本務(wù)機(jī)車防錯辦輔助系統(tǒng)”，從而可以有效滿足鐵路大型客運站本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)的防護(hù)需求。［2-4］

1 本務(wù)機(jī)防錯辦現(xiàn)狀分析

本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)一般均在運輸繁忙的大型鐵路客運站或編組場進(jìn)行，生產(chǎn)過程復(fù)雜、工作量大、風(fēng)險性高。目前，大型客運站本務(wù)機(jī)防錯辦現(xiàn)狀有以下4方面。［1］

1.1本務(wù)機(jī)換掛作業(yè)量大鐵路大型客運站承擔(dān)辦理乘客出行、貨物裝卸及相關(guān)運輸作業(yè)繁重任務(wù)，具有機(jī)車臺數(shù)多，機(jī)車換掛工作量大，現(xiàn)場作業(yè)強(qiáng)度高、內(nèi)容復(fù)雜等特點。

1.2人工為主的本務(wù)機(jī)防錯辦控制可靠性差目前本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)的信息內(nèi)容是通過人工方式獲得并采取書面記錄方式掌握，整體換掛作業(yè)自動化、智能化程度不高；同時，在大型客運站的計算機(jī)聯(lián)鎖控制臺股道外，不具備機(jī)車號標(biāo)注功能，只是以紅光帶方式顯示機(jī)車占用，車站作業(yè)人員無法從作業(yè)控制臺面獲取機(jī)車信息和作業(yè)目的，更無法實時掌握站區(qū)各機(jī)車的動態(tài)信息，在此綜合情況下，鐵路車站作業(yè)人員極易發(fā)生本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)的錯辦、漏辦等問題。［5,6］

1.3員工業(yè)務(wù)素質(zhì)不高管理手段乏力一方面是部分負(fù)責(zé)本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)任務(wù)的員工，對《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《車站行車工作細(xì)則》學(xué)習(xí)不夠執(zhí)行不好［7］，另一方面是現(xiàn)場管理發(fā)現(xiàn)、解決問題能力不強(qiáng)，致使本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)隱患難除，威脅鐵路運輸及車站運營的安全和效率［6］。

1.4CTC等設(shè)備防錯辦作用未充分發(fā)揮目前，部分大型客運站采用調(diào)度集中控制（CTC）系統(tǒng)，實現(xiàn)了列車進(jìn)路按計劃自動觸發(fā)和人工觸發(fā)，進(jìn)路觸發(fā)前CTC通過設(shè)定條件和階段計劃，對股道、方向以及線路是否具備辦理該列車作業(yè)等進(jìn)行判別，可有效防止接發(fā)列車錯辦問題的發(fā)生。但是對本務(wù)機(jī)換掛作業(yè)錯辦提醒功能并不完善。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分為室外信息采集模塊、CTC界面紅光帶識別跟蹤模塊，主控軟件模塊和人機(jī)交互界面模塊組成。

2.2系統(tǒng)功能需求

1）室外機(jī)車信息采集功能：室外機(jī)車信息采集設(shè)備通過對車站重要節(jié)點（機(jī)待線、牽出線、出庫線、入庫線）的機(jī)車位置的動態(tài)采集，將機(jī)車信息（機(jī)車編號、機(jī)車停留位置、機(jī)車停留順序）傳輸至室內(nèi)信息終端進(jìn)行處理。

2）CTC界面紅光帶識別跟蹤功能：通過對室內(nèi)的CTC界面監(jiān)控分析，實時捕捉股道車次號、信號機(jī)顯示、紅光帶、白光帶，跟蹤機(jī)車走行情況。

3）主控軟件模塊和人機(jī)交互界面功能：通過室外采集到的機(jī)車編號和室內(nèi)采集到的股道車次號比對，提示值班員本務(wù)機(jī)車需要掛靠的股道。在主控界面牽出線、機(jī)待線顯示停留機(jī)車編號、作業(yè)車次號、停留順序等信息。

4）機(jī)車出入庫狀態(tài)顯示功能:機(jī)車出庫過程和機(jī)車入庫過程示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 機(jī)車出庫示意圖

圖2 機(jī)車入庫示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1圖像識別技術(shù)圖像識別是指圖形刺激作用于感覺器官，人們辨認(rèn)出它是經(jīng)驗過的某一圖形的過程，也叫圖像再認(rèn)。圖像識別技術(shù)是以圖像的主要特征為基礎(chǔ)的。本防錯辦系統(tǒng)能夠?qū)⒔邮盏降母咔鍒D像進(jìn)行定向圖像處理，通過優(yōu)化算法分析，可實現(xiàn)本務(wù)機(jī)車的機(jī)車號自動識別。該系統(tǒng)基于圖像采集可以知道本務(wù)機(jī)車的停留位置，進(jìn)而通過程序邏輯判斷該機(jī)車的停留順序、數(shù)量等信息。整體系統(tǒng)的本務(wù)機(jī)車機(jī)車號識別率高，并且能夠區(qū)分回庫列車與換掛列車。［8］

通過對本務(wù)機(jī)車的實時動態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)將按機(jī)車出入順序在監(jiān)控中心終端顯示出機(jī)車的前后位置，實現(xiàn)車站一線人員對本務(wù)機(jī)車位置的準(zhǔn)確掌握。圖像識別的過程如圖4所示。

圖4 圖像識別過程

3.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是通過研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲以及應(yīng)用的基本理論和實現(xiàn)方法，并利用這些理論來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和理解的技術(shù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究和解決了計算機(jī)信息處理過程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲的問題，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)存儲冗余、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)的管理更加方便有序，將數(shù)據(jù)庫技術(shù)較好地應(yīng)用在鐵路領(lǐng)域。［9］

4 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

4.1機(jī)車信息采集功能系統(tǒng)在大型客運站關(guān)鍵位置如機(jī)待線、牽出線、出庫線及入庫線設(shè)置高清攝像頭裝置，該攝像頭可以根據(jù)室內(nèi)監(jiān)控中心的命令自動采集相應(yīng)區(qū)域的本務(wù)機(jī)車信息。同時，通過室外無線通信基站可將高清圖像傳輸至室內(nèi)系統(tǒng)監(jiān)控中心，并在監(jiān)控終端電腦上面實時顯示。系統(tǒng)能對接收到的高清圖像做定向圖像處理，通過優(yōu)化算法分析，可實現(xiàn)本務(wù)機(jī)車的機(jī)車號自動識別。該系統(tǒng)基于對關(guān)鍵點的圖像采集能知道本務(wù)機(jī)車停留位置，進(jìn)而通過程序邏輯判斷該機(jī)車的停留順序、數(shù)量等信息。通過對一組測距傳感器的觸發(fā)順序，系統(tǒng)自動判定機(jī)車走行方向。

4.2室內(nèi)外通信功能室外設(shè)備采用太陽能電池板加蓄電池供電，無需室外鋪設(shè)電源電纜供電；系統(tǒng)室內(nèi)、外設(shè)備無線通信設(shè)備采用4G DTU模式，獨立組網(wǎng)，將本地串口數(shù)據(jù)利用TD-LTE或FDD-LTE的4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)器雙向數(shù)據(jù)長距離傳輸；具有通信數(shù)據(jù)量大，通信速度快，信息傳輸安全等特點。

4.3紅光帶采集跟蹤功能系統(tǒng)通過采集CTC界面顯示信息，實時捕捉界面紅光帶、白光帶、信號機(jī)顯示，跟蹤機(jī)車走行情況。通過優(yōu)化算法分析，系統(tǒng)能自動識別股道車次號。

4.4人機(jī)交互模塊系統(tǒng)人機(jī)交互界面主要是根據(jù)站場數(shù)據(jù)文件顯示站場界面，并根據(jù)紅光帶采集跟蹤模塊識別信息，實時反映界面紅光帶、白光帶、信號機(jī)顯示、股道車次號等信息，實現(xiàn)與CTC界面顯示同步。界面設(shè)置出庫登記窗口，替代了既有紙質(zhì)“機(jī)車出入庫登記”，當(dāng)室外機(jī)車信息采集模塊采集到機(jī)車信息后，系統(tǒng)自動將出庫登記窗口中的機(jī)車信息自動帶入到本務(wù)機(jī)車顯示列表中，并且可以查看機(jī)車的實時位置顯示、要掛靠的車次號、作業(yè)時間等作業(yè)信息。系統(tǒng)存車記錄窗口將牽出線、機(jī)待線位置根據(jù)實際存車順序、機(jī)車信息實時顯示，方便值班員對本務(wù)機(jī)車位置的準(zhǔn)確掌握。［10］

4.5換掛作業(yè)提醒功能模塊系統(tǒng)能自動按照當(dāng)天設(shè)定的機(jī)車號與股道車次邏輯，在實際工作人員指導(dǎo)列車需要掛車時，對應(yīng)的股道會有相應(yīng)的閃爍提示，以便提醒現(xiàn)場人員進(jìn)行觀察和核對，保證機(jī)車號與股道號保持一致。

4.6防錯辦功能模塊本系統(tǒng)具有提前預(yù)防功能，當(dāng)識別作業(yè)人員排列的當(dāng)前進(jìn)路與作業(yè)任務(wù)順序不一致時，能在顯示終端進(jìn)行聲光報警提醒。該本務(wù)機(jī)車防錯辦輔助系統(tǒng)，不會出現(xiàn)誤報、漏報、延遲報警的情況，確保信息的準(zhǔn)確性；同時，在本務(wù)機(jī)車掛車計劃不變的情況下，盡量避免人工干預(yù)，輔助現(xiàn)場人員完成作業(yè)任務(wù)。

5 結(jié)束語

在數(shù)字化、信息化技術(shù)廣泛運用的大背景下，為保障車站行車安全、提高作業(yè)效率、降低勞動強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境，安全管理已經(jīng)從原來單一的“反饋控制模式”轉(zhuǎn)變成為“事故預(yù)防”的現(xiàn)代化管理模式，它的核心就是要提前預(yù)防事故隱患，防止事故發(fā)生，做到防患于未然。必須堅持依靠設(shè)備保安全、依靠科技進(jìn)步保安全，積極推進(jìn)以設(shè)備自動辦理替代人工作業(yè)，減少人工作業(yè)可能帶來的接發(fā)列車錯辦風(fēng)險。通過人防、物防和技防的有機(jī)結(jié)合提高本務(wù)機(jī)車防錯辦水平，保證行車安全，提高車站作業(yè)效率。