半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)智能分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

徐建華 張國(guó)榮 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司寧波車務(wù)段

鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈、國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施和大眾交通工具，在促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保證社會(huì)穩(wěn)定方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前我國(guó)正處于全面建設(shè)“一帶一路”的關(guān)鍵時(shí)期，截止2018年6月，“一帶一路”中歐班列累計(jì)開行量已突破9 000列，如何進(jìn)一步提高鐵路運(yùn)輸效率，保證“一帶一路”戰(zhàn)略的順利進(jìn)行，已成為鐵路運(yùn)輸行業(yè)新熱點(diǎn)。與此同時(shí)，行業(yè)內(nèi)部正在積極尋求鐵路行車系統(tǒng)勞動(dòng)組織方式優(yōu)化、工作機(jī)制創(chuàng)新，減少運(yùn)營(yíng)成本。而鐵路半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)自動(dòng)智能分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，正是兼顧了運(yùn)輸效率提高和勞動(dòng)組織方式優(yōu)化的合適切入點(diǎn)。

目前半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)的確認(rèn)以人工方式確認(rèn)列車尾部標(biāo)志為主，人工目測(cè)監(jiān)視列車運(yùn)行準(zhǔn)確率低、橫越正線等過(guò)程存在安全隱患、普通監(jiān)控裝置難以保證運(yùn)輸效率等存在的問(wèn)題亟待解決。通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)可靠的半自動(dòng)化閉塞區(qū)段整列到達(dá)的自動(dòng)化確認(rèn)是解決現(xiàn)有問(wèn)題，提升鐵路運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)組織改革的有效手段。所以本文擬在此需求基礎(chǔ)上，對(duì)半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)自動(dòng)智能分析系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。

1 系統(tǒng)概述

半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)智能分析系統(tǒng)的作用應(yīng)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)列車經(jīng)過(guò)，然后啟動(dòng)信息讀取設(shè)備，并在列車經(jīng)過(guò)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像監(jiān)控，同時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)列車的尾部軟管和車號(hào)圖片進(jìn)行精確捕捉。

（2）列車到達(dá)檢測(cè)位置時(shí)，通過(guò)檢測(cè)裝置自動(dòng)讀取車列尾部車號(hào)，然后自動(dòng)比對(duì)進(jìn)出站車號(hào)的一致性與否，并將比對(duì)結(jié)果及時(shí)傳輸?shù)缴蟼鞯綉?yīng)用平臺(tái)，并以語(yǔ)音方式提示車站值班員。

（3）系統(tǒng)能夠?qū)α熊囘\(yùn)行的速度、方向等基礎(chǔ)信息進(jìn)行測(cè)算以便于車站值班員及時(shí)掌握列車運(yùn)行動(dòng)態(tài)。

為實(shí)現(xiàn)上述功能，充分利用人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)共享、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的智能化。系統(tǒng)所選設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)一流標(biāo)準(zhǔn)，保證其在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠適應(yīng)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的潮流。

2 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

2.1 物理構(gòu)架設(shè)計(jì)

半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)智能分析系統(tǒng)架構(gòu)由五部分組成：行車室視窗顯示與操作、出站圖像視頻采集、出站車號(hào)采集、進(jìn)站車號(hào)采集、云服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。

圖1 系統(tǒng)物理構(gòu)架

（1）行車室視窗顯示與操作：是終端信息顯示節(jié)點(diǎn)，由視窗顯示終端、綜合應(yīng)用工控機(jī)、存儲(chǔ)服務(wù)器及交換機(jī)構(gòu)成，分別顯示車號(hào)圖像、尾部軟管吊起圖像、列車經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)視頻圖像、出站車號(hào)顯示、手動(dòng)輸入車號(hào)、進(jìn)站車號(hào)顯示、列車整列到達(dá)信息顯示與語(yǔ)音提示、圖像視頻車號(hào)信息查詢、信息控制處理、與云平臺(tái)進(jìn)行信息交互等。

（2）出站圖像視頻采集：是圖像與視頻信息采集的節(jié)點(diǎn)，由高清拍照單元、高清視頻單元、網(wǎng)傳單元、主控觸發(fā)單元、列車檢測(cè)單元等構(gòu)成。

（3）出站車號(hào)采集：主要由出站車號(hào)讀取裝置和物聯(lián)網(wǎng)傳輸設(shè)備構(gòu)成，當(dāng)列車出站經(jīng)過(guò)采集位置時(shí)，讀取裝置將采集到的車號(hào)信息經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)經(jīng)過(guò)車輛的車號(hào)自動(dòng)上傳給云服務(wù)平臺(tái)。

（4）進(jìn)站車號(hào)采集：主要由進(jìn)站車號(hào)讀取裝置和物聯(lián)網(wǎng)傳輸設(shè)備構(gòu)成，當(dāng)列車進(jìn)站經(jīng)過(guò)采集位置時(shí)，讀取裝置將采集到的車號(hào)信息經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)經(jīng)過(guò)車輛的車號(hào)自動(dòng)上傳給云服務(wù)平臺(tái)。

（5）云服務(wù)平臺(tái)：包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊、管理服務(wù)模塊、接入服務(wù)模塊、報(bào)警服務(wù)模塊、車號(hào)數(shù)據(jù)服務(wù)模塊、圖像分析處理服務(wù)模塊、視頻服務(wù)模塊等，它們共同形成大數(shù)據(jù)運(yùn)算處理中心，完成各種數(shù)據(jù)信息的共享交互，集管理、交換、分析處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)于一體，是系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠、安全運(yùn)行的先決條件。

2.2 功能構(gòu)架設(shè)計(jì)

（1）列車整列到達(dá)自動(dòng)智能分析

運(yùn)用車輪檢測(cè)、RFID技術(shù)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)傳輸、后臺(tái)運(yùn)算等進(jìn)行自動(dòng)分析計(jì)算，最終在行車室終端顯示列車整列到達(dá)信息。

通過(guò)在出站位置部署車號(hào)采集子系統(tǒng)，同時(shí)在進(jìn)站位置部署車號(hào)采集子系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)云平臺(tái)服務(wù)對(duì)出站進(jìn)站車號(hào)進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)輸出列車整列到達(dá)信息（見(jiàn)圖2）。

圖2 列車到達(dá)檢測(cè)分析

（2）列車尾部車號(hào)和軟管吊起定位拍照

系統(tǒng)充分考慮列車運(yùn)行速度與攝像機(jī)快門拍攝的要求，同時(shí)結(jié)合計(jì)軸技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，構(gòu)成了一套先進(jìn)的可快速部署的視頻抓拍系統(tǒng)。

列車經(jīng)過(guò)計(jì)軸檢測(cè)，即當(dāng)列車到達(dá)自動(dòng)開啟車輪計(jì)軸裝置，當(dāng)計(jì)軸裝置檢測(cè)到列車車輛2組輪對(duì)時(shí)，輸出視頻拍照信號(hào)，這樣可精準(zhǔn)定位每列車輛位置。當(dāng)拍照系統(tǒng)收到信號(hào)后，立即觸發(fā)控制模塊抓拍車輛圖像，放入專用存儲(chǔ)器，等待后臺(tái)來(lái)提取車號(hào)圖像和尾部軟管吊起圖像。系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)抓拍車號(hào)圖像和尾部軟管吊起圖像，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將列車車身車號(hào)圖像和尾部軟管吊起圖像的最后一張及時(shí)傳輸?shù)叫熊囀?，車站值班員可以及時(shí)觀看到列車整列到達(dá)時(shí)的真實(shí)情況，便于車站值班員及時(shí)開通區(qū)間（見(jiàn)圖3）。

圖3 列車尾部風(fēng)管及車號(hào)定位拍照

（3）列車接近與視頻監(jiān)控融合

當(dāng)列車接近進(jìn)站位置時(shí)，產(chǎn)生列車經(jīng)過(guò)專用視頻信息存儲(chǔ)后臺(tái)，值班員可點(diǎn)擊視窗按鈕回放經(jīng)過(guò)列車視頻信息，確認(rèn)列車尾部車號(hào)及軟管狀態(tài)。

圖4 列車接近于視頻監(jiān)控融合

（4）高度集成與各子系統(tǒng)的融合

應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)共享、云計(jì)算、嵌入式、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了列車整列到達(dá)自動(dòng)智能分析、實(shí)時(shí)車輛車號(hào)和尾部軟管吊起圖像抓拍、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控與定位回放、遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)測(cè)管理服務(wù)支持等功能的高度集成，為當(dāng)前車務(wù)系統(tǒng)減員增效提供了技術(shù)支撐。

3 系統(tǒng)運(yùn)行模式

列車整列到達(dá)智能分析系統(tǒng)共三種運(yùn)行模式：全自動(dòng)監(jiān)視模式、半自動(dòng)監(jiān)視模式、監(jiān)視模式。

（1）全自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)視

當(dāng)列車通過(guò)出站位置時(shí)，進(jìn)站采集裝置將出站列車尾部車號(hào)，上傳云服務(wù)平臺(tái)處理，存儲(chǔ)等待比對(duì)運(yùn)算，并發(fā)送給客戶端視窗顯示，將車號(hào)自動(dòng)運(yùn)算信息呈現(xiàn)給車站值班員。

當(dāng)列車通過(guò)進(jìn)站位置時(shí)，進(jìn)站采集裝置將列車進(jìn)站列車尾部車號(hào)，上傳云服務(wù)器與出站車號(hào)實(shí)時(shí)比對(duì)運(yùn)算。如果一致，則語(yǔ)音提示和文字顯示“車號(hào)匹配成功”告知車站值班員；同時(shí)，高清拍照單元通過(guò)列車信息檢測(cè)單元和觸發(fā)單元將列車經(jīng)過(guò)的車號(hào)和尾部軟管圖像，分析處理將最后一張圖像上傳顯示終端。

車站值班員通過(guò)車號(hào)比對(duì)運(yùn)算信息、車號(hào)和尾部軟管吊起圖片、動(dòng)態(tài)視頻圖像及語(yǔ)音提示，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行跟蹤及車號(hào)與尾部軟管吊起信息的確認(rèn)，調(diào)度指揮接發(fā)列車。

（2）半自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)視

在信號(hào)樓視窗顯示終端界面上，專門設(shè)計(jì)手動(dòng)車號(hào)輸入窗口，手動(dòng)輸入尾部車輛車號(hào)便于與列車出站自動(dòng)采集的車號(hào)進(jìn)行比對(duì)分析運(yùn)算，最后在終端顯示；同時(shí)，高清拍照單元通過(guò)列車信息檢測(cè)單元和觸發(fā)單元將列車經(jīng)過(guò)的最后一張車號(hào)和尾部軟管圖像上傳視窗顯示終端并同時(shí)發(fā)出提示信號(hào)，視頻信息同步上傳，幫助車站值班員調(diào)度指揮接發(fā)列車。半自動(dòng)監(jiān)視模式主要針對(duì)多方向經(jīng)過(guò)列車，手動(dòng)輸入車號(hào)自動(dòng)比對(duì)，對(duì)于列車通過(guò)較少站點(diǎn)適用，降低成本。

（3）運(yùn)行監(jiān)視狀態(tài)

高清拍照單元通過(guò)列車信息檢測(cè)單元和觸發(fā)單元將列車經(jīng)過(guò)的車號(hào)和尾部軟管圖像，分析處理后將最后一張圖像上傳顯示終端；尾部軟管監(jiān)控和車號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)將列車經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)圖像同步上傳顯示終端；車站值班員可看見(jiàn)車號(hào)和尾部軟管吊起圖片、動(dòng)態(tài)視頻圖像。

4 系統(tǒng)供電保障

設(shè)備供電：主要分前端拍照監(jiān)控子系統(tǒng)供電、進(jìn)出站車號(hào)讀取子系統(tǒng)供電、行車室設(shè)備供電等組成。

（1）前端拍照監(jiān)控子系統(tǒng)供電

設(shè)備通常采用集中供電方式，各攝像機(jī)、閃光燈、頻閃燈等終端在就近的場(chǎng)站供電系統(tǒng)取一路220 V市電，市電經(jīng)加裝自動(dòng)重合閘開關(guān)（含SPD），引到設(shè)備箱使用，保證了引入部分電源線路的漏電及防雷防護(hù)。供電電壓要求為220 V/AC，功率約為1 000 VA。

（2）進(jìn)出站車號(hào)讀取子系統(tǒng)供電

根據(jù)進(jìn)出站點(diǎn)位置現(xiàn)場(chǎng)查看，設(shè)備端距離站場(chǎng)接電位置距離遠(yuǎn)，且需要挖溝過(guò)軌施工難度大，故設(shè)備采用太陽(yáng)能磷酸鐵鋰電池發(fā)電系統(tǒng)，依據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r確保15天陰雨天供電，太陽(yáng)能電池的使用壽命≥20年，磷酸鐵鋰電池具有耐高低溫的特性，是鉛酸電池壽命的4倍，保證了夜間和陰雨天的持續(xù)供電。

（3）行車室顯示與操作子系統(tǒng)供電

本子系統(tǒng)供電電壓要求為220 V/AC，功率約為500 VA。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）智能分析系統(tǒng)取代人工作業(yè)

建立半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)自動(dòng)分析比對(duì)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)智能分析。用該系統(tǒng)取代人工確認(rèn)模式，減少助理值班員出務(wù)作業(yè)量，避免作業(yè)人員橫越線路風(fēng)險(xiǎn)，減輕作業(yè)壓力，減少作業(yè)人員數(shù)量，降低人工成本，促進(jìn)勞動(dòng)組織改革。

（2）鐵路作業(yè)人機(jī)交互新形式

建立穩(wěn)定、可靠、高效的半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)智能分析人機(jī)交互平臺(tái)，集成車輛信息對(duì)比、圖片捕捉、視頻同步、語(yǔ)音提醒等功能，改善以往人工作業(yè)可靠性低、不確定因素多、受環(huán)境影響大等特點(diǎn)。

（3）半自動(dòng)閉塞區(qū)段運(yùn)輸效率新高度

建立半自動(dòng)閉塞區(qū)段列車整列到達(dá)智能分析系統(tǒng)，可大量減少確認(rèn)列車整列到達(dá)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)區(qū)段閉塞辦理效率新的飛躍，從而顯著提高鐵路半自動(dòng)閉塞區(qū)段運(yùn)輸效率。