基于人工智能的企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計

時振東

[摘 ? ?要] ?隨著時代的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。因此，在當(dāng)前的企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計中，合理地利用人工智能，就可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。因此，就人工智能的企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分析，以滿足具體的要求。

[關(guān)鍵詞]企業(yè)鐵路;全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng);人工智能

[中圖分類號]U292.4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]With the continuous development of the times， artificial intelligence technology is more and more widely used. Therefore， in the current enterprise railway whole process transportation management system design， reasonable use of artificial intelligence， can meet the design requirements of the system. Therefore， this paper analyzes the design of enterprise railway whole process transportation management system based on artificial intelligence， hoping to meet the specific requirements.

[Keywords]enterprise railway; whole process transportation management system; artificial intelligence

1 企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)概述

矩陣人工智能火車調(diào)度裝運(yùn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自合同、計劃、派車、稱重、裝車直至結(jié)算的企業(yè)火車發(fā)運(yùn)業(yè)務(wù)全過程管控。系統(tǒng)以基于JAVA的B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，在保證功能部署靈活性的同時，方便集團(tuán)級企業(yè)業(yè)務(wù)的升級與擴(kuò)展。針對傳統(tǒng)技術(shù)難以解決的車廂信息識別及裝車控制問題，矩陣軟件針對性建立和訓(xùn)練AI模型，應(yīng)用貨運(yùn)列車標(biāo)記信息智能識別技術(shù)，對行進(jìn)中的貨運(yùn)列車進(jìn)行車頭出現(xiàn)、車廂間隔和標(biāo)記信息區(qū)域?qū)崟r甄別，完成多尺寸多目標(biāo)信息的動態(tài)監(jiān)測，智能識別車廂信息。

2 企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)實(shí)際情況和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，確定本設(shè)計方案遵循以下設(shè)計原則：統(tǒng)籌規(guī)劃原則、先進(jìn)性原則、模塊化原則、實(shí)用為本原則、高效精準(zhǔn)原則、可擴(kuò)展性原則。在了解基本原則的前提下，就可以實(shí)現(xiàn)對于企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)總體設(shè)計。

2.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S二級架構(gòu)設(shè)計，所有業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)的處理均基于服務(wù)器。

在公司數(shù)據(jù)服務(wù)中心服務(wù)器部署系統(tǒng)平臺，集中對發(fā)運(yùn)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

根據(jù)業(yè)務(wù)的不同，各關(guān)鍵發(fā)運(yùn)位置可部署設(shè)備接入終端，如入式采集設(shè)備、識別系統(tǒng)主機(jī)、AI智能分析服務(wù)器、PLC控制器，各接入終端集成硬件服務(wù)、控制邏輯等，負(fù)責(zé)現(xiàn)場設(shè)備的接入、信息的預(yù)處理、設(shè)備數(shù)據(jù)的上傳及控制命令的下發(fā)。

2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

人工智能火車調(diào)度裝運(yùn)系統(tǒng)主要包含三個子系統(tǒng)，分別為火車營銷調(diào)度管理系統(tǒng)、火車車廂信息智能識別系統(tǒng)、火車智能裝車系統(tǒng)。同時系統(tǒng)可通過接口對接企業(yè)其他系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通[1]。

其中火車發(fā)運(yùn)業(yè)務(wù)營銷調(diào)度管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了火車發(fā)運(yùn)業(yè)務(wù)的營銷管理、計劃調(diào)度、軌道衡檢斤、業(yè)務(wù)報表統(tǒng)計等相應(yīng)功能，是整個人工智能火車調(diào)度裝運(yùn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

火車車廂信息智能識別系統(tǒng)通過在現(xiàn)場增加的高速抓拍攝像機(jī)、車軸檢測器、智能分析終端等設(shè)備，結(jié)合AI機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了火車車廂信息的智能識別，輔助其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。

火車智能裝車系統(tǒng)則通過在現(xiàn)場增加的激光雷達(dá)、PLC控制器、智能分析終端等設(shè)備，將AI技術(shù)與傳統(tǒng)PLC控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了火車裝車的智能控制，是人工智能火車調(diào)度裝運(yùn)系統(tǒng)功能的有效補(bǔ)充。

3 基于人工智能的企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)現(xiàn)

為了更好地研究企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計，以貨運(yùn)列車車廂信息智能識別系統(tǒng)為例，進(jìn)行了具體的分析探討。在貨運(yùn)列車到礦確認(rèn)及裝車過程中，車廂編號，以及載重、自重等關(guān)鍵信息是裝車控制和發(fā)運(yùn)計費(fèi)的基礎(chǔ)信息。貨運(yùn)列車車廂信息智能識別系統(tǒng)主要包括國鐵標(biāo)簽信息讀取與對應(yīng)車廂照片抓拍、人工智能車廂信息智能識別。

兩大部分功能組成，現(xiàn)場布置示意圖如圖1所示。

主干道及各裝車道上均部署了車廂照片抓拍攝像機(jī)、照明系統(tǒng)、軌道磁鋼傳感器、國鐵標(biāo)簽識別天線、車廂信息智能識別攝像機(jī)。這些設(shè)備集中接入附近的室外控制柜中預(yù)處理，室外控制柜又將相應(yīng)的信息傳輸給控制室中的AI智能分析服務(wù)器和系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)一步分析處理。

主要實(shí)現(xiàn)功能如下：

①當(dāng)火車駛?cè)脒M(jìn)站口時，系統(tǒng)通過安裝的軌道磁鋼傳感器自動感應(yīng)駛?cè)肓熊嚪较?，開啟國鐵標(biāo)簽識別天線進(jìn)行車號識別，當(dāng)車輛經(jīng)過識別區(qū)域時，系統(tǒng)通過RFID射頻識別技術(shù)獲取車輛車號、車型、自重、載重信息。②車廂信息智能識別攝像機(jī)可自動識別分析車廂上噴涂的信息，不僅能與標(biāo)簽信息比對，提升識別準(zhǔn)確度，還可解決無標(biāo)簽車輛（企業(yè)自備車）或標(biāo)簽損壞車輛信息讀取的問題。③系統(tǒng)能夠解決停車、低速、倒車等狀態(tài)時的車號自動識別問題，適應(yīng)廠礦企業(yè)復(fù)雜的運(yùn)輸環(huán)境，能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下正常工作。系統(tǒng)能夠自動判斷在裝車線上經(jīng)過多次反復(fù)倒調(diào)作業(yè)后最終進(jìn)入該車道的車輛具體數(shù)量及倒調(diào)到位時間。④車廂照片抓拍攝像機(jī)能夠在車輛通過時同時抓拍到貨車車廂上的車號、自重及貨位清晰圖像，并與自動識別到的每輛貨車車號形成關(guān)聯(lián)的打包數(shù)據(jù)。在點(diǎn)擊查詢該輛車信息時出現(xiàn)對應(yīng)車號的清晰圖像。⑤系統(tǒng)能夠保留每列貨車經(jīng)過過程的清晰錄像。⑥系統(tǒng)配有自動照明裝置，可確保夜間捕捉到清晰的過車圖像。⑦系統(tǒng)能夠?qū)囕v的車數(shù)、進(jìn)出倒調(diào)狀態(tài)、速度進(jìn)行智能計算及判斷，能夠?qū)^車圖像進(jìn)行分割定位，使車號與圖像關(guān)聯(lián)定位一一對應(yīng)。

3.1 國鐵標(biāo)簽信息讀取與對應(yīng)車廂照片抓拍功能

該功能主要實(shí)現(xiàn)國鐵標(biāo)簽信息的讀取，同時實(shí)現(xiàn)抓拍對應(yīng)車廂照片，方便工作人員比對。其設(shè)計如圖2所示。

兩邊兩個磁鋼傳感器為開關(guān)機(jī)磁鋼傳感器：車輛從兩個方向來，這兩個磁鋼提供系統(tǒng)觸發(fā)信號，識別系統(tǒng)主機(jī)檢測到磁鋼信號，控制標(biāo)簽識別裝置開始識別，也可以判斷列車的方向，車經(jīng)過天線有效區(qū)時，識別標(biāo)簽，系統(tǒng)通過RFID射頻識別技術(shù)獲取車輛車號、車型、自重、載重信息，識別信息實(shí)時傳送上位機(jī)。

中間兩個磁鋼傳感器負(fù)責(zé)計軸判輛，每個車輪經(jīng)過產(chǎn)生一個TTL信號，并提供攝像IO指令，控制列車圖像智能抓拍。

現(xiàn)場嵌入式采集設(shè)備準(zhǔn)確采集到標(biāo)簽識別器、有源計軸傳感器、車廂信息抓拍攝像機(jī)等外部設(shè)備信號節(jié)點(diǎn)、報文信息、列車圖像，結(jié)合視頻圖像分析處理技術(shù)，根據(jù)車速進(jìn)行智能計算及判斷，將車皮抓拍圖片與鐵路車號自動識別儀識別信息進(jìn)行1對1準(zhǔn)確對位，實(shí)現(xiàn)車皮信息自動識別、圖像信息準(zhǔn)確匹配，計量人員通過系統(tǒng)識別信息進(jìn)行計量作業(yè)，改變了傳統(tǒng)現(xiàn)場抄車號的工作模式，降低人員工作量的同時，極大降低了車輛在廠區(qū)滯留時間，提高了企業(yè)裝車效率。

車輛通過后，系統(tǒng)自動識別通過信息、車號自動識別系統(tǒng)進(jìn)行待機(jī)狀態(tài)。

設(shè)備附近可就近安裝室外一體化溫控箱，內(nèi)部集成通信電源、交直流配電、溫控、監(jiān)控、防雷接地等系統(tǒng)功能，可安裝識別系統(tǒng)主機(jī)、嵌入式采集設(shè)備、工業(yè)交換機(jī)、UPS、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器等設(shè)備，保證了設(shè)備24h不間斷穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 人工智能車廂信息識別

列車車廂編號、載重、自重等關(guān)鍵信息是裝車控制和發(fā)運(yùn)計費(fèi)的基礎(chǔ)信息，而車廂上涂打的標(biāo)記信息具有準(zhǔn)確（當(dāng)前最新信息）、直觀（便于人工校驗(yàn)）的特點(diǎn)。矩陣軟件應(yīng)用人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)，成功研發(fā)出模型計算引擎，可通過高速攝像頭，對行進(jìn)中的貨運(yùn)列車，在線智能識別車廂標(biāo)記信息[2]。

標(biāo)記信息識別節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步完成詳細(xì)標(biāo)記信息（車廂類型、編號、載重、自重、容積、換長等）的小尺寸目標(biāo)識別，識別結(jié)果反饋給總控節(jié)點(diǎn)，由總控節(jié)點(diǎn)完成各車廂標(biāo)記信息的綜合，得出最終識別結(jié)果，最后由應(yīng)用系統(tǒng)接口模塊將識別結(jié)果提供給業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

主要實(shí)現(xiàn)如下主要功能：

①在線識別（行駛速度≤50 km/h）。支持列車在行駛速度≤50 km/h的正常運(yùn)行過程中實(shí)時識別信息。②準(zhǔn)實(shí)時識別（列車過后，2分鐘內(nèi)出識別結(jié)果）。系統(tǒng)識別一輛35～55節(jié)車廂的貨運(yùn)列車，自第一節(jié)車廂開始識別開始，總耗時為4～6min，即列車通過后，2min內(nèi)可出識別結(jié)果。③車廂智能切分（鐵路局車廂/自備車廂）。系統(tǒng)可根據(jù)國鐵車廂或企業(yè)自備車廂的不同特征，智能切分車廂。④空軌、無信息車廂、車廂光斑智能甄別。系統(tǒng)在識別信息過程中可智能甄別各種異常狀態(tài)，如無車空軌狀態(tài)、無信息車廂、車廂夜晚由于車廂涂料問題產(chǎn)生的光斑等。⑤車輛運(yùn)行狀態(tài)智能甄別。系統(tǒng)可智能判斷車輛運(yùn)行狀態(tài)，如前進(jìn)、倒車、停車、行駛速度等，避免出現(xiàn)信息重復(fù)識別等問題。⑥車廂信息區(qū)域智能識別。系統(tǒng)智能識別車廂類型編號信息區(qū)域、車廂屬性信息區(qū)域。⑦標(biāo)記信息關(guān)鍵幀智能選優(yōu)。系統(tǒng)可智能從所提取的信息關(guān)鍵幀內(nèi)優(yōu)選最佳識別結(jié)果。⑧車廂標(biāo)記信息智能識別。系統(tǒng)可智能識別的信息包括：類型、編號、載重、自重、容積、換長等車廂關(guān)鍵信息。⑨識別結(jié)果提供WebService/WebSocket服務(wù)接口。系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備指標(biāo)：攝像機(jī)為專用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（內(nèi)嵌空軌檢測算法）;AI智能機(jī)為華為Atlas500智能小站（業(yè)界領(lǐng)先的AI計算平臺）;內(nèi)嵌Hi3559A視頻處理器和Ascend310智能計算芯片（16TOPS/INT8）;工業(yè)級設(shè)計，-40 ℃至70 ℃室外工作，無風(fēng)扇散熱，防護(hù)等級為IP40[3]。

4 結(jié)語

就人工智能的企業(yè)鐵路全流程運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計探討，能夠滿足具體的需求，并且為今后的系統(tǒng)設(shè)計以及對應(yīng)的運(yùn)輸管理能夠提供良好的保障條件。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張東濤.大準(zhǔn)鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計研究[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2017（S1）：75-81，87.

[3] 張伯駒.新一代鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)研究與實(shí)踐[J].中國鐵路，2017（9）：26-32.