席江月，蒲少華，劉艷飛，唐 浩

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081；2.中國鐵路西安局集團有限公司貨運部，陜西 西安 710000)

為了提升鐵路貨物安全管理質(zhì)量，原中國鐵路總公司發(fā)布了《中國鐵路總公司關于加強高鐵快運、行包和零散貨物快運、混裝貨物安檢工作的通知》(鐵總運[2017]217 號)[1]，中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)印發(fā)了《鐵路零散貨物快運、貨物混裝運輸安全檢查管理辦法》(TG/HY 202-2022)[2]，對鐵路貨物安檢管理中組織管理、設備管理、人員管理、運輸條件管理、作業(yè)管理、問題處置、檢查考核等提出了明確的要求，鐵路貨運場站安檢查危管理水平有了顯著提升。但在實施過程中仍存在安檢環(huán)節(jié)作業(yè)量大、安檢制度落實不到位等問題，如何通過智能化技術，實現(xiàn)安全源頭卡控，加強物防技防手段，是當前鐵路貨物運輸安檢查危的主要發(fā)展方向。

1 鐵路貨物混裝運輸安檢查危現(xiàn)狀

近年來，國鐵集團逐步加強安檢查危管理力度，各鐵路貨運場站在管理制度、設備配置、作業(yè)流程、人員培訓等方面加強管理[3]，但與民用航空、海關口岸等相比[4]，在安檢隊伍、安檢設備、安檢信息化等方面仍存在差距。當前鐵路貨運場站安全管理以“人工開包檢查+過機安檢人眼盯控”模式為主，安檢查危智能化技術手段的輔助決策支撐不足，“人防+物防+技防”三位一體安全保障能力需要進一步提升。鐵路貨物混裝運輸安檢查危目前存在以下問題。

（1）貨物安檢查危作業(yè)主要依賴人眼盯控。鐵路貨物安檢查危目前存在安檢貨運員綜合素質(zhì)有待提升、安檢查危崗位對青年員工吸引力不足等問題。當前鐵路貨物安檢查危完全依賴于安檢貨運員進行開包檢查或過機安檢人眼識別判定，主觀性較強，安檢查危判別準確程度與安檢貨運員綜合業(yè)務素質(zhì)和安檢貨運員疲勞程度密切相關[5]。

（2）貨物安檢查危技術裝備先進性有待提升。鐵路貨運場站既有安檢查危技術裝備大多為采用X射線透視成像技術的小型安檢儀，存在以下問題：一是通道尺寸無法滿足大件貨物過機安檢需求。安檢設備通道尺寸以1 000 mm×1 000 mm 為主，只能對小件貨物進行過機安檢，不能滿足成托或大件貨物過機安檢的要求，僅有部分場站引入大型安檢設備。二是人工判圖無法滿足貨物安檢可靠性需求。安檢貨運員需長時間人眼判圖，勞動強度大，技能要求高，判圖速度慢，存在誤檢和漏檢風險。三是圖像質(zhì)量無法滿足成托貨物判圖需求。當前鐵路貨運場站配置安檢設備主要以X 光安檢機為主，X 光機管電壓約為200 kV，穿透能力約為30～40 mm，大多采用頂置單視角技術，存在成托貨物穿透力不足、安檢圖像重疊遮擋、貨物品類難以辨別、成像清晰度不高等問題[6]。

（3）鐵路貨物混裝運輸安檢查危信息化不足。當前鐵路不斷強化貨物安檢查危管理制度與機制，但是鐵路貨運場站安檢裝備的類型及技術條件仍未統(tǒng)一，無法實現(xiàn)鐵路貨物安檢查危裝備聯(lián)網(wǎng)管理和數(shù)據(jù)共享共用的需求。主要表現(xiàn)在以下方面：一是通過現(xiàn)場調(diào)研核查貨運場站的安檢查危裝備發(fā)現(xiàn)，安檢查危技術裝備種類、規(guī)格較多，而且未設置與鐵路信息系統(tǒng)連接的接口[7]。二是貨運場站間安檢查危的信息缺乏共享共用渠道，難以對貨物信息、安檢情況進行數(shù)據(jù)共享[8]。

2 鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危管理體系設計

2.1 設計需求

民用航空、海關口岸等已對安檢圖像智能識別進行了一定探索，對過機物品中夾帶的主要違禁品和典型物品能夠基本實現(xiàn)智能識別和報警功能[9]。相比而言，鐵路貨物安檢查危則是鐵路核查貨主是否按照物品清單如實托運貨物，主要包括防止匿報品名和夾帶貨物2 項作業(yè)內(nèi)容[10]。其中，防止匿報品名是指防止托運人委托運輸?shù)呢浳锱c其提報的物品清單信息不一致；防止夾帶貨物是指防止托運人在貨物混裝運輸中，夾帶危險貨物或物品清單未列出的貨物，以此降低收費標準，并造成貨物運輸安全隱患。

（1）貨物混裝運輸成托安檢作業(yè)需求。針對當前貨物混裝運輸需要將成托貨物拆為小件貨物過機安檢，造成安檢作業(yè)效率低的問題，綜合考慮通道尺寸和安檢儀射線穿透能力，配置面向成托貨物的鐵路貨物安檢儀，滿足當前鐵路貨運場站成托貨物作業(yè)要求，實現(xiàn)逐件過機安檢向整托過機安檢轉(zhuǎn)變，有效提升鐵路混裝貨物安檢查危作業(yè)效率。

（2）貨物混裝運輸不開包安檢作業(yè)需求。鐵路整車貨物和站內(nèi)裝箱貨物混裝運輸，要求根據(jù)貨物類型，按抽檢比例(或全部)采用安檢儀檢查或人工開包檢查；站外裝箱貨物混裝運輸，要求對掏箱貨物采用安檢儀檢查或人工開包檢查。由于貨物開包安檢過程中，可能會影響貨物的包裝與裝載形態(tài)，造成客戶滿意度下降，因此，需要通過提升安檢儀射線穿透能力、優(yōu)化X光探測器性能等方式，增強安檢裝備的作業(yè)能力，滿足混裝貨物不開包安檢的作業(yè)需求。

（3）貨物混裝運輸安檢裝備智能判圖需求。鐵路貨物混裝運輸人工開包檢查或過機安檢人眼盯控工作強度大，為嚴格落實貨物安全源頭把控的要求，亟需采用智能化技術，推進鐵路貨物混裝運輸由“人工判圖”模式向“機器判圖+人工校驗”的貨物安檢判圖模式轉(zhuǎn)變，有效提升對匿報品名、夾帶危險貨物等安全隱患的識別能力。

2.2 設計思路

針對鐵路貨物混裝運輸安檢查危目前存在的問題，嚴格落實貨物安全源頭把控的要求，結(jié)合鐵路貨運安全管理需要和客戶提升物流效率需求，面向發(fā)站內(nèi)外勤貨運員和到站外勤貨運員，以貨物混裝運輸為重點，以圖像掃描、智能識別、圖像處理技術為抓手，以鐵路貨物安檢設備和視頻監(jiān)控設備為載體，以鐵路貨物安檢查危管理系統(tǒng)為支撐，以安檢作業(yè)貫穿裝車前受理環(huán)節(jié)、貨物進站環(huán)節(jié)、貨物交接環(huán)節(jié)、貨物裝卸車環(huán)節(jié)為基礎，建立完善鐵路安檢內(nèi)部作業(yè)制度和外部約束條件，充分運用“機器判圖+人工校驗”的貨物安檢判圖模式，構建鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危管理體系，推動鐵路貨物混裝運輸智能安檢，防止夾帶危險貨物或匿報品名的問題發(fā)生，顯著提升安檢查危作業(yè)效率，降低人員工作強度。鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危管理體系架構如圖1所示。

圖1 鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危管理體系架構Fig.1 System architecture for intelligent security inspection management of railway mixed cargo transportation

其中，鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危體系的技術層要素主要包括圖像掃描、圖像識別、圖像處理。圖像掃描和圖像處理能力可通過安檢設備的升級改造提升，而圖像識別存在2 大技術難點。一是貨物輪廓辨識難度較大。由于相同類別的物質(zhì)在X光射線安檢儀中成像顏色一致，貨物混裝運輸中多種貨物品類混雜疊加，若相同物質(zhì)貨物疊加遮擋后，成像均顯示為相同的顏色，難以辨識疊加貨物的輪廓。二是貨物具體品類辨識難度較大。根據(jù)貨物成像顏色的不同，只能判斷該貨物為有機物、無機物、混合物和輕金屬，難以判斷貨物的物質(zhì)組成。對于與物品清單內(nèi)貨物相同形狀、相同物質(zhì)的夾帶物品或危險品，不能有效判斷貨物具體品類，難以排除危險物品。例如，洗衣粉和爆炸物TNT 均成像為橙色，若包裝形狀一樣，則機器無法判別。

3 鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危實現(xiàn)路徑

針對鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危管理體系關鍵技術難點，主要圍繞鐵路貨物混裝運輸安檢查危裝備配置和安檢查危圖像智能輔助識別，探討提出鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危實現(xiàn)路徑。鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危實現(xiàn)路徑如圖2所示。

圖2 鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危實現(xiàn)路徑Fig.2 Realization path of intelligent security inspection for railway mixed cargo transportation

3.1 安檢查危裝備配置

面向鐵路貨物混裝運輸安檢查危需求與智能安檢查危技術難點，宜選擇以通道式為主、專用型為輔的安檢設備配置方案，以提高安檢查危作業(yè)效率。通道式安檢設備包括X 光安檢機、CT 型安檢機、門架式安檢設備等，專用型安檢設備主要包括痕量檢測設備、拉曼光譜設備等。智能安檢查危設備配置的實現(xiàn)路徑如下。

（1）X 光安檢儀。通過改造X 光安檢儀的X 射線發(fā)射器和探測器，可以優(yōu)化安檢儀的穿透力和線分辨力等主要性能，提升成像的清晰和精細程度，但是受X 光安檢儀圖像處理和圖像識別技術的限制，在貨物品類辨識和貨物輪廓辨識等方面，仍不能滿足成托貨物智能安檢的需要。

（2）CT 型安檢儀。CT 型安檢儀在X 光安檢儀技術的基礎上，增加CT 切片圖像、3D 圖像和爆炸物/液體爆炸物/毒品等多種違禁品自動檢測識別技術，可以滿足成托貨物智能安檢的需要，但是不能充分利舊，且CT型安檢儀購置成本過高。

（3）專用型輔助安檢設備。針對專用安檢需求，應配置痕量檢測、危險液體檢查等專用型安檢設備予以輔助檢查[11]。痕量監(jiān)測設備采用離子遷移光譜技術，輔助檢測是否裝有炸藥和毒品；危險液體檢查設備采用拉曼光譜技術，輔助識別液體的屬性和名稱。

（4）大型安檢設備。針對成托貨物或大件貨物過機安檢的需求，購置通道尺寸為1 500 mm×1 500 mm的大型安檢設備，由于成托或大件貨物品類及數(shù)量相對更多，圖像貨物之間重疊度更高，在現(xiàn)有X光安檢技術水平限制下，雖然安檢作業(yè)效率更高，但安檢圖像智能識別的準確率有所下降。未來隨著X光安檢技術和CT 安檢技術的升級迭代，可考慮購置大型安檢設備，實現(xiàn)帶托或大件貨物混裝運輸智能安檢。

3.2 智能判圖技術研發(fā)

安檢圖像智能輔助識別實現(xiàn)的最終目標為：達到安檢人員在理想狀態(tài)下(充分培訓，按規(guī)章作業(yè))的工作效果，降低安檢人員工作強度，提升安檢作業(yè)判圖效率，減少安檢人員數(shù)量。綜合考慮安檢圖像智能識別研發(fā)資金投入和時間投入，建議采用總體設計、分步實施的方式推進鐵路貨物安檢圖像智能輔助識別項目的研發(fā)工作，實施計劃與實現(xiàn)效果如下。

（1）充分引用既有違禁品清單模型庫。民用航空、海關口岸等已在安檢圖像智能識別領域進行了一定探索，形成了一套相對成熟的違禁物品安檢圖像模型庫，包括液體、管制刀具、廚刀、仿真槍、壓力罐、香煙、充電寶、蓄電池、碳粉、打火機等品類。其中，部分違禁物品品類亦屬于鐵路貨物混裝運輸違禁物品，其安檢圖像模型可以直接應用于鐵路貨物運輸安檢圖像智能識別。另外，結(jié)合鐵路貨運場站既有匿報品名和夾帶危險貨物案例，選擇常見鐵路危險貨物，訓練危險貨物特征模型。充分利用其他行業(yè)既有違禁物品安檢圖像模型，結(jié)合鐵路常見危險貨物特征模型，構建鐵路貨物安檢查危違禁品清單(負面清單)圖像模型庫，初步實現(xiàn)對安檢圖像中鐵路危險貨物的智能識別與報警功能。

（2）構建鐵路貨運場站正面清單模型庫。對鐵路發(fā)運貨物正面物品清單的物品品類進行拆分和合并，根據(jù)圖像智能識別需求，研究鐵路貨運場站物品清單品類分類方法，利用鐵路貨運場站既有安檢圖像及新采集安檢圖像，人工標記貨物品類，根據(jù)貨物輪廓、顏色、尺寸等特征模型訓練，構建正面清單模型庫。實現(xiàn)已訓練模型貨物品類智能識別，未建模貨物品類及危險貨物自動報警，人工輔助識圖查驗。由于單個貨物品類約需采集10 000 張安檢圖片，單張安檢圖像約標記10個框，標記時間和人力成本較高。

（3）完善鐵路貨運場站正負面清單模型庫。在鐵路貨運場站貨物安檢查危作業(yè)過程中，對安檢查危圖像智能識別系統(tǒng)識別出的未建模危險貨物圖像進行人工標記，通過機器自主學習，對標記的違禁品貨物進行特征模型訓練，模型納入鐵路貨物安檢查危違禁品清單(負面清單)圖像模型庫。對于客戶新增的物品清單貨物品類，需提供新增物品樣品，進行特征模型訓練，納入鐵路貨物安檢查危正面清單模型庫。由此，不斷補充完善鐵路貨運場站正負面清單模型庫。

（4）共享共用全路貨運場站安檢查危數(shù)據(jù)及模型庫。將安檢查危圖像智能識別系統(tǒng)采集的安檢查危數(shù)據(jù)和構建的正負面清單模型庫，由各貨運場站安檢終端共享到全路貨運安檢查危信息化管理平臺，將不同場站、不同品牌安檢機識別信息匯總至網(wǎng)絡控制中心，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管控，打破安檢查危信息孤島。同時，管理者能夠?qū)崟r掌握各安檢終端匿報品名和夾帶危險貨物識別信息并進行統(tǒng)計分析，實時預警。

4 結(jié)束語

鐵路貨運正在逐步從傳統(tǒng)大宗貨物為主向大宗、白貨共同發(fā)展轉(zhuǎn)型，對鐵路貨運安全源頭管控提出了更高的要求，加快鐵路貨運智能安檢查危體系的研究迫在眉睫，對保障鐵路貨運安全、確保白貨持續(xù)增量具有重要意義。鐵路貨物混裝運輸智能安檢查危技術的探討，能夠有力推進鐵路貨物混裝運輸安檢查危智能化轉(zhuǎn)型升級，有效提升鐵路貨運場站人防、物防、技防“三位一體”安全保障能力，以科技創(chuàng)新保障鐵路貨運高質(zhì)量發(fā)展。未來，隨著安檢技術的升級迭代，將重點圍繞成托貨物或大件貨物，展開智能安檢查危技術的深化研究，為提升鐵路貨物混裝運輸安檢查危作業(yè)效率、增強風險隱患源頭管控能力提供科技支撐。