席江月，蒲少華，劉艷飛，唐 浩

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2.中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司貨運(yùn)部，陜西 西安 710000)

為了提升鐵路貨物安全管理質(zhì)量，原中國(guó)鐵路總公司發(fā)布了《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于加強(qiáng)高鐵快運(yùn)、行包和零散貨物快運(yùn)、混裝貨物安檢工作的通知》(鐵總運(yùn)[2017]217 號(hào))[1]，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)鐵集團(tuán)”)印發(fā)了《鐵路零散貨物快運(yùn)、貨物混裝運(yùn)輸安全檢查管理辦法》(TG/HY 202-2022)[2]，對(duì)鐵路貨物安檢管理中組織管理、設(shè)備管理、人員管理、運(yùn)輸條件管理、作業(yè)管理、問(wèn)題處置、檢查考核等提出了明確的要求，鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站安檢查危管理水平有了顯著提升。但在實(shí)施過(guò)程中仍存在安檢環(huán)節(jié)作業(yè)量大、安檢制度落實(shí)不到位等問(wèn)題，如何通過(guò)智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全源頭卡控，加強(qiáng)物防技防手段，是當(dāng)前鐵路貨物運(yùn)輸安檢查危的主要發(fā)展方向。

1 鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)鐵集團(tuán)逐步加強(qiáng)安檢查危管理力度，各鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站在管理制度、設(shè)備配置、作業(yè)流程、人員培訓(xùn)等方面加強(qiáng)管理[3]，但與民用航空、海關(guān)口岸等相比[4]，在安檢隊(duì)伍、安檢設(shè)備、安檢信息化等方面仍存在差距。當(dāng)前鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站安全管理以“人工開(kāi)包檢查+過(guò)機(jī)安檢人眼盯控”模式為主，安檢查危智能化技術(shù)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(jìn)一步提升。鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危目前存在以下問(wèn)題。

（1）貨物安檢查危作業(yè)主要依賴(lài)人眼盯控。鐵路貨物安檢查危目前存在安檢貨運(yùn)員綜合素質(zhì)有待提升、安檢查危崗位對(duì)青年員工吸引力不足等問(wèn)題。當(dāng)前鐵路貨物安檢查危完全依賴(lài)于安檢貨運(yùn)員進(jìn)行開(kāi)包檢查或過(guò)機(jī)安檢人眼識(shí)別判定，主觀性較強(qiáng)，安檢查危判別準(zhǔn)確程度與安檢貨運(yùn)員綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)和安檢貨運(yùn)員疲勞程度密切相關(guān)[5]。

（2）貨物安檢查危技術(shù)裝備先進(jìn)性有待提升。鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站既有安檢查危技術(shù)裝備大多為采用X射線透視成像技術(shù)的小型安檢儀，存在以下問(wèn)題：一是通道尺寸無(wú)法滿(mǎn)足大件貨物過(guò)機(jī)安檢需求。安檢設(shè)備通道尺寸以1 000 mm×1 000 mm 為主，只能對(duì)小件貨物進(jìn)行過(guò)機(jī)安檢，不能滿(mǎn)足成托或大件貨物過(guò)機(jī)安檢的要求，僅有部分場(chǎng)站引入大型安檢設(shè)備。二是人工判圖無(wú)法滿(mǎn)足貨物安檢可靠性需求。安檢貨運(yùn)員需長(zhǎng)時(shí)間人眼判圖，勞動(dòng)強(qiáng)度大，技能要求高，判圖速度慢，存在誤檢和漏檢風(fēng)險(xiǎn)。三是圖像質(zhì)量無(wú)法滿(mǎn)足成托貨物判圖需求。當(dāng)前鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站配置安檢設(shè)備主要以X 光安檢機(jī)為主，X 光機(jī)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(shù)，存在成托貨物穿透力不足、安檢圖像重疊遮擋、貨物品類(lèi)難以辨別、成像清晰度不高等問(wèn)題[6]。

（3）鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危信息化不足。當(dāng)前鐵路不斷強(qiáng)化貨物安檢查危管理制度與機(jī)制，但是鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站安檢裝備的類(lèi)型及技術(shù)條件仍未統(tǒng)一，無(wú)法實(shí)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研核查貨運(yùn)場(chǎng)站的安檢查危裝備發(fā)現(xiàn)，安檢查危技術(shù)裝備種類(lèi)、規(guī)格較多，而且未設(shè)置與鐵路信息系統(tǒng)連接的接口[7]。二是貨運(yùn)場(chǎng)站間安檢查危的信息缺乏共享共用渠道，難以對(duì)貨物信息、安檢情況進(jìn)行數(shù)據(jù)共享[8]。

2 鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危管理體系設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)需求

民用航空、海關(guān)口岸等已對(duì)安檢圖像智能識(shí)別進(jìn)行了一定探索，對(duì)過(guò)機(jī)物品中夾帶的主要違禁品和典型物品能夠基本實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別和報(bào)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(shí)托運(yùn)貨物，主要包括防止匿報(bào)品名和夾帶貨物2 項(xiàng)作業(yè)內(nèi)容[10]。其中，防止匿報(bào)品名是指防止托運(yùn)人委托運(yùn)輸?shù)呢浳锱c其提報(bào)的物品清單信息不一致；防止夾帶貨物是指防止托運(yùn)人在貨物混裝運(yùn)輸中，夾帶危險(xiǎn)貨物或物品清單未列出的貨物，以此降低收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并造成貨物運(yùn)輸安全隱患。

（1）貨物混裝運(yùn)輸成托安檢作業(yè)需求。針對(duì)當(dāng)前貨物混裝運(yùn)輸需要將成托貨物拆為小件貨物過(guò)機(jī)安檢，造成安檢作業(yè)效率低的問(wèn)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(mǎn)足當(dāng)前鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站成托貨物作業(yè)要求，實(shí)現(xiàn)逐件過(guò)機(jī)安檢向整托過(guò)機(jī)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(yùn)輸不開(kāi)包安檢作業(yè)需求。鐵路整車(chē)貨物和站內(nèi)裝箱貨物混裝運(yùn)輸，要求根據(jù)貨物類(lèi)型，按抽檢比例(或全部)采用安檢儀檢查或人工開(kāi)包檢查；站外裝箱貨物混裝運(yùn)輸，要求對(duì)掏箱貨物采用安檢儀檢查或人工開(kāi)包檢查。由于貨物開(kāi)包安檢過(guò)程中，可能會(huì)影響貨物的包裝與裝載形態(tài)，造成客戶(hù)滿(mǎn)意度下降，因此，需要通過(guò)提升安檢儀射線穿透能力、優(yōu)化X光探測(cè)器性能等方式，增強(qiáng)安檢裝備的作業(yè)能力，滿(mǎn)足混裝貨物不開(kāi)包安檢的作業(yè)需求。

（3）貨物混裝運(yùn)輸安檢裝備智能判圖需求。鐵路貨物混裝運(yùn)輸人工開(kāi)包檢查或過(guò)機(jī)安檢人眼盯控工作強(qiáng)度大，為嚴(yán)格落實(shí)貨物安全源頭把控的要求，亟需采用智能化技術(shù)，推進(jìn)鐵路貨物混裝運(yùn)輸由“人工判圖”模式向“機(jī)器判圖+人工校驗(yàn)”的貨物安檢判圖模式轉(zhuǎn)變，有效提升對(duì)匿報(bào)品名、夾帶危險(xiǎn)貨物等安全隱患的識(shí)別能力。

2.2 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危目前存在的問(wèn)題，嚴(yán)格落實(shí)貨物安全源頭把控的要求，結(jié)合鐵路貨運(yùn)安全管理需要和客戶(hù)提升物流效率需求，面向發(fā)站內(nèi)外勤貨運(yùn)員和到站外勤貨運(yùn)員，以貨物混裝運(yùn)輸為重點(diǎn)，以圖像掃描、智能識(shí)別、圖像處理技術(shù)為抓手，以鐵路貨物安檢設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)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(chē)前受理環(huán)節(jié)、貨物進(jìn)站環(huán)節(jié)、貨物交接環(huán)節(jié)、貨物裝卸車(chē)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，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(yùn)用“機(jī)器判圖+人工校驗(yàn)”的貨物安檢判圖模式，構(gòu)建鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危管理體系，推動(dòng)鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢，防止夾帶危險(xiǎn)貨物或匿報(bào)品名的問(wèn)題發(fā)生，顯著提升安檢查危作業(yè)效率，降低人員工作強(qiáng)度。鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危管理體系架構(gòu)如圖1所示。

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

其中，鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危體系的技術(shù)層要素主要包括圖像掃描、圖像識(shí)別、圖像處理。圖像掃描和圖像處理能力可通過(guò)安檢設(shè)備的升級(jí)改造提升，而圖像識(shí)別存在2 大技術(shù)難點(diǎn)。一是貨物輪廓辨識(shí)難度較大。由于相同類(lèi)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(yùn)輸中多種貨物品類(lèi)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(shí)疊加貨物的輪廓。二是貨物具體品類(lèi)辨識(shí)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(jī)物、無(wú)機(jī)物、混合物和輕金屬，難以判斷貨物的物質(zhì)組成。對(duì)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(xiǎn)品，不能有效判斷貨物具體品類(lèi)，難以排除危險(xiǎn)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(jī)器無(wú)法判別。

3 鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危實(shí)現(xiàn)路徑

針對(duì)鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危管理體系關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，主要圍繞鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危裝備配置和安檢查危圖像智能輔助識(shí)別，探討提出鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危實(shí)現(xiàn)路徑。鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危實(shí)現(xiàn)路徑如圖2所示。

圖2 鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危實(shí)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(yùn)輸安檢查危需求與智能安檢查危技術(shù)難點(diǎn)，宜選擇以通道式為主、專(zhuān)用型為輔的安檢設(shè)備配置方案，以提高安檢查危作業(yè)效率。通道式安檢設(shè)備包括X 光安檢機(jī)、CT 型安檢機(jī)、門(mén)架式安檢設(shè)備等，專(zhuān)用型安檢設(shè)備主要包括痕量檢測(cè)設(shè)備、拉曼光譜設(shè)備等。智能安檢查危設(shè)備配置的實(shí)現(xiàn)路徑如下。

（1）X 光安檢儀。通過(guò)改造X 光安檢儀的X 射線發(fā)射器和探測(cè)器，可以?xún)?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(xì)程度，但是受X 光安檢儀圖像處理和圖像識(shí)別技術(shù)的限制，在貨物品類(lèi)辨識(shí)和貨物輪廓辨識(shí)等方面，仍不能滿(mǎn)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(shù)的基礎(chǔ)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(dòng)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)，可以滿(mǎn)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(gòu)置成本過(guò)高。

（3）專(zhuān)用型輔助安檢設(shè)備。針對(duì)專(zhuān)用安檢需求，應(yīng)配置痕量檢測(cè)、危險(xiǎn)液體檢查等專(zhuān)用型安檢設(shè)備予以輔助檢查[11]。痕量監(jiān)測(cè)設(shè)備采用離子遷移光譜技術(shù)，輔助檢測(cè)是否裝有炸藥和毒品；危險(xiǎn)液體檢查設(shè)備采用拉曼光譜技術(shù)，輔助識(shí)別液體的屬性和名稱(chēng)。

（4）大型安檢設(shè)備。針對(duì)成托貨物或大件貨物過(guò)機(jī)安檢的需求，購(gòu)置通道尺寸為1 500 mm×1 500 mm的大型安檢設(shè)備，由于成托或大件貨物品類(lèi)及數(shù)量相對(duì)更多，圖像貨物之間重疊度更高，在現(xiàn)有X光安檢技術(shù)水平限制下，雖然安檢作業(yè)效率更高，但安檢圖像智能識(shí)別的準(zhǔn)確率有所下降。未來(lái)隨著X光安檢技術(shù)和CT 安檢技術(shù)的升級(jí)迭代，可考慮購(gòu)置大型安檢設(shè)備，實(shí)現(xiàn)帶托或大件貨物混裝運(yùn)輸智能安檢。

3.2 智能判圖技術(shù)研發(fā)

安檢圖像智能輔助識(shí)別實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)為：達(dá)到安檢人員在理想狀態(tài)下(充分培訓(xùn)，按規(guī)章作業(yè))的工作效果，降低安檢人員工作強(qiáng)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(shí)別研發(fā)資金投入和時(shí)間投入，建議采用總體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的方式推進(jìn)鐵路貨物安檢圖像智能輔助識(shí)別項(xiàng)目的研發(fā)工作，實(shí)施計(jì)劃與實(shí)現(xiàn)效果如下。

（1）充分引用既有違禁品清單模型庫(kù)。民用航空、海關(guān)口岸等已在安檢圖像智能識(shí)別領(lǐng)域進(jìn)行了一定探索，形成了一套相對(duì)成熟的違禁物品安檢圖像模型庫(kù)，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(jī)等品類(lèi)。其中，部分違禁物品品類(lèi)亦屬于鐵路貨物混裝運(yùn)輸違禁物品，其安檢圖像模型可以直接應(yīng)用于鐵路貨物運(yùn)輸安檢圖像智能識(shí)別。另外，結(jié)合鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站既有匿報(bào)品名和夾帶危險(xiǎn)貨物案例，選擇常見(jiàn)鐵路危險(xiǎn)貨物，訓(xùn)練危險(xiǎn)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(jiàn)危險(xiǎn)貨物特征模型，構(gòu)建鐵路貨物安檢查危違禁品清單(負(fù)面清單)圖像模型庫(kù)，初步實(shí)現(xiàn)對(duì)安檢圖像中鐵路危險(xiǎn)貨物的智能識(shí)別與報(bào)警功能。

（2）構(gòu)建鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站正面清單模型庫(kù)。對(duì)鐵路發(fā)運(yùn)貨物正面物品清單的物品品類(lèi)進(jìn)行拆分和合并，根據(jù)圖像智能識(shí)別需求，研究鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站物品清單品類(lèi)分類(lèi)方法，利用鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站既有安檢圖像及新采集安檢圖像，人工標(biāo)記貨物品類(lèi)，根據(jù)貨物輪廓、顏色、尺寸等特征模型訓(xùn)練，構(gòu)建正面清單模型庫(kù)。實(shí)現(xiàn)已訓(xùn)練模型貨物品類(lèi)智能識(shí)別，未建模貨物品類(lèi)及危險(xiǎn)貨物自動(dòng)報(bào)警，人工輔助識(shí)圖查驗(yàn)。由于單個(gè)貨物品類(lèi)約需采集10 000 張安檢圖片，單張安檢圖像約標(biāo)記10個(gè)框，標(biāo)記時(shí)間和人力成本較高。

（3）完善鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站正負(fù)面清單模型庫(kù)。在鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站貨物安檢查危作業(yè)過(guò)程中，對(duì)安檢查危圖像智能識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出的未建模危險(xiǎn)貨物圖像進(jìn)行人工標(biāo)記，通過(guò)機(jī)器自主學(xué)習(xí)，對(duì)標(biāo)記的違禁品貨物進(jìn)行特征模型訓(xùn)練，模型納入鐵路貨物安檢查危違禁品清單(負(fù)面清單)圖像模型庫(kù)。對(duì)于客戶(hù)新增的物品清單貨物品類(lèi)，需提供新增物品樣品，進(jìn)行特征模型訓(xùn)練，納入鐵路貨物安檢查危正面清單模型庫(kù)。由此，不斷補(bǔ)充完善鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站正負(fù)面清單模型庫(kù)。

（4）共享共用全路貨運(yùn)場(chǎng)站安檢查危數(shù)據(jù)及模型庫(kù)。將安檢查危圖像智能識(shí)別系統(tǒng)采集的安檢查危數(shù)據(jù)和構(gòu)建的正負(fù)面清單模型庫(kù)，由各貨運(yùn)場(chǎng)站安檢終端共享到全路貨運(yùn)安檢查危信息化管理平臺(tái)，將不同場(chǎng)站、不同品牌安檢機(jī)識(shí)別信息匯總至網(wǎng)絡(luò)控制中心，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管控，打破安檢查危信息孤島。同時(shí)，管理者能夠?qū)崟r(shí)掌握各安檢終端匿報(bào)品名和夾帶危險(xiǎn)貨物識(shí)別信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)時(shí)預(yù)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路貨運(yùn)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(duì)鐵路貨運(yùn)安全源頭管控提出了更高的要求，加快鐵路貨運(yùn)智能安檢查危體系的研究迫在眉睫，對(duì)保障鐵路貨運(yùn)安全、確保白貨持續(xù)增量具有重要意義。鐵路貨物混裝運(yùn)輸智能安檢查危技術(shù)的探討，能夠有力推進(jìn)鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，有效提升鐵路貨運(yùn)場(chǎng)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(yùn)高質(zhì)量發(fā)展。未來(lái)，隨著安檢技術(shù)的升級(jí)迭代，將重點(diǎn)圍繞成托貨物或大件貨物，展開(kāi)智能安檢查危技術(shù)的深化研究，為提升鐵路貨物混裝運(yùn)輸安檢查危作業(yè)效率、增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)隱患源頭管控能力提供科技支撐。