面向普速車站的智能到發(fā)作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳興華

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

隨著我國鐵路客運(yùn)和鐵路信息化的快速發(fā)展，旅客服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)成為客運(yùn)車站必不可少的生產(chǎn)系統(tǒng)之一。近些年來，除高鐵車站以外，各鐵路局既有普速車站和普速高速混跑車站也在逐步建設(shè)旅客服務(wù)集成管理平臺(tái)（簡(jiǎn)稱：旅服平臺(tái)），從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化客運(yùn)作業(yè)。

普速車站旅服系統(tǒng)的到發(fā)作業(yè)流程采用和高鐵車站相同的方式，如圖1所示[1-3]。

目前，全路既有普速客運(yùn)車站相比高鐵車站信息化、智能化建設(shè)落后很多。通過對(duì)太原站、武昌站、商丘站等多個(gè)普速車站旅服到發(fā)作業(yè)流程調(diào)研，發(fā)現(xiàn)普速車站旅服系統(tǒng)作業(yè)主要存在以下問題。

（1）TDMS階段計(jì)劃數(shù)據(jù)不準(zhǔn)

相對(duì)于高鐵車站，普速車站由于運(yùn)行線路情況復(fù)雜，因此，調(diào)度計(jì)劃員在做計(jì)劃時(shí)往往存在不準(zhǔn)確、不及時(shí)的情況[4]，從而導(dǎo)致旅服系統(tǒng)接口的運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS）階段計(jì)劃數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，影響旅服系統(tǒng)作業(yè)準(zhǔn)確度。

圖1 旅服到發(fā)作業(yè)流程

普速車站TDMS階段計(jì)劃不準(zhǔn)確、不及時(shí)誤差可能會(huì)在幾分鐘至十幾分鐘不等[5]，很難通過旅服系統(tǒng)本身進(jìn)行相應(yīng)的誤差調(diào)整。

（2）列車晚點(diǎn)情況頻繁，晚點(diǎn)時(shí)間長短不定

普速車站客運(yùn)列車常常會(huì)因列車運(yùn)行環(huán)境、列車調(diào)度等因素出現(xiàn)晚點(diǎn)情況，晚點(diǎn)時(shí)間長短也無法確定[4-5]，短時(shí)間可能1～

2 min，長時(shí)間的甚至可能數(shù)小時(shí)。再加上TDMS階段計(jì)劃可能存在的誤差，使得客運(yùn)綜控員需要頻繁關(guān)注列車運(yùn)行位置并調(diào)整作業(yè)模板來解決，很大程度上加大了綜控員的工作量。

（3）停車時(shí)間長短不定，單一作業(yè)模板很難適應(yīng)旅服系統(tǒng)作業(yè)管理

普速車站客運(yùn)列車在站停車時(shí)間因?yàn)檐囆筒煌鴮?duì)于相同的車型，也會(huì)因?yàn)榱熊囌{(diào)度、列車晚點(diǎn)、趕點(diǎn)等情況而頻繁變化，從而使得單一作業(yè)模板很難適應(yīng)旅服系統(tǒng)作業(yè)管理。

例如：以列車到達(dá)時(shí)間驅(qū)動(dòng)的廣播和引導(dǎo)業(yè)務(wù)，當(dāng)列車壓縮停點(diǎn)時(shí)間，應(yīng)該修改為以發(fā)點(diǎn)、開檢等時(shí)間驅(qū)動(dòng)更為合理；以列車發(fā)車時(shí)間驅(qū)動(dòng)的廣播和引導(dǎo)業(yè)務(wù)，在列車停車時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)該修改為以到點(diǎn)時(shí)間驅(qū)動(dòng)更為合理。

因此，本文根據(jù)以上問題，提出一種新的方式，即采用進(jìn)站咽喉區(qū)域設(shè)置攝像頭進(jìn)行進(jìn)站車次識(shí)別與臨站TDMS實(shí)績到發(fā)信息相結(jié)合的方式進(jìn)行列車實(shí)時(shí)跟蹤，并據(jù)此優(yōu)化現(xiàn)有旅服系統(tǒng)到發(fā)作業(yè)流程，從而解決普速車站由于TDMS計(jì)劃不準(zhǔn)、無法自動(dòng)聯(lián)動(dòng)到發(fā)作業(yè)的問題。

1 旅服智能到發(fā)作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）攝像頭架設(shè)

依據(jù)系統(tǒng)全天候數(shù)據(jù)采集的需求，需在普速車站兩個(gè)進(jìn)站方向的進(jìn)站咽喉處軌邊分別設(shè)置2組帶云臺(tái)的紅外高清攝像頭，每組攝像頭分別監(jiān)測(cè)進(jìn)站方向遠(yuǎn)端和進(jìn)站站臺(tái)處，如圖2所示，以保證監(jiān)測(cè)范圍能夠覆蓋列車即將進(jìn)站至列車停穩(wěn)全部時(shí)間的區(qū)間。

圖2 攝像頭架設(shè)方式

（2）本站視頻分析服務(wù)器架設(shè)及臨站TDMS數(shù)據(jù)擴(kuò)展

在車站端，需在車站信息機(jī)房視頻網(wǎng)內(nèi)部設(shè)置視頻接口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)（NVR）、視頻交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)防火墻。其中，NVR主要用于視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，視頻接口服務(wù)器主要用于視頻數(shù)據(jù)的分析與處理和對(duì)旅服平臺(tái)進(jìn)行消息發(fā)布，視頻交換機(jī)主要用于視頻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸，網(wǎng)絡(luò)防火墻主要用于隔離綜合視頻網(wǎng)和旅服數(shù)據(jù)網(wǎng)。

當(dāng)攝像頭采集到列車進(jìn)站視頻信號(hào)時(shí)，通過視頻接口服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，并將有效數(shù)據(jù)發(fā)送至旅服平臺(tái)，旅服平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器結(jié)合列車到發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)車次進(jìn)行判斷[6]，同時(shí)修正客運(yùn)組織計(jì)劃。

在鐵路局端，需增加對(duì)臨站TDMS數(shù)據(jù)的擴(kuò)展接收，即除本站TDMS壓軌信號(hào)外，擴(kuò)展接收各運(yùn)行方向臨站TDMS實(shí)際發(fā)車壓軌信號(hào)數(shù)據(jù)。

當(dāng)監(jiān)測(cè)到臨站列車發(fā)車壓軌信號(hào)后，將業(yè)務(wù)處理需求發(fā)送至視頻分析服務(wù)器，并開啟本站旅服到發(fā)作業(yè)，對(duì)各類業(yè)務(wù)進(jìn)行預(yù)處理。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.2 到發(fā)管理業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程可劃分為：業(yè)務(wù)啟動(dòng)、車次識(shí)別、業(yè)務(wù)處理3個(gè)階段?？紤]到大型車站同時(shí)進(jìn)站列車可能為多趟，在識(shí)別時(shí)可能會(huì)有混淆的情況，因此，本文采用智能視頻分析、特征過濾和人工判別相結(jié)合的方式進(jìn)行車次到達(dá)判斷流程設(shè)計(jì)。具體流程，如圖4所示。

（1）業(yè)務(wù)啟動(dòng)階段

當(dāng)旅服平臺(tái)監(jiān)測(cè)臨站列車發(fā)車壓軌信號(hào)后，開始激活本站旅服作業(yè)中到發(fā)、廣播、引導(dǎo)計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)，并將即將到達(dá)列車發(fā)送至智能視頻分析系統(tǒng)，加入監(jiān)測(cè)隊(duì)列。

（2）車次識(shí)別階段

智能視頻分析系統(tǒng)判斷隊(duì)列中監(jiān)測(cè)列車數(shù)量如果僅有一趟，即可通過模式識(shí)別算法并結(jié)合歷史特征庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí)與識(shí)別計(jì)算，開始識(shí)別。

圖4 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

如果監(jiān)測(cè)隊(duì)列中列車數(shù)量有多趟，則需要反饋至旅服平臺(tái)，由旅服平臺(tái)根據(jù)動(dòng)態(tài)到發(fā)計(jì)劃對(duì)編組、車型、股道、調(diào)令等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)過濾，并將特征差異反饋至智能視頻分析系統(tǒng)。如果此時(shí)特征差異明顯可識(shí)別，則開始識(shí)別，否則，由旅服平臺(tái)結(jié)合TDCS數(shù)據(jù)進(jìn)行人工確認(rèn)[7-9]。

（3）業(yè)務(wù)處理階段

車次識(shí)別完成，命令可直接發(fā)送至旅服平臺(tái)，對(duì)列車到發(fā)作業(yè)進(jìn)行修正，對(duì)智能視頻分析監(jiān)測(cè)隊(duì)列進(jìn)行初始化，刪除識(shí)別完畢的車次。

3 旅服智能到發(fā)作業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 智能到發(fā)作業(yè)算法實(shí)現(xiàn)

目前，普速車站旅服到發(fā)作業(yè)執(zhí)行主要通過綜控人員人工調(diào)整的到發(fā)時(shí)間為基準(zhǔn)進(jìn)行向后或向前推移確定。

令列車到達(dá)時(shí)間為ta，列車發(fā)車時(shí)間為td。

則每日列車本站到發(fā)時(shí)間序列為{(ta1,td1),(ta2,td2),…,(tan,tdn)}。令到發(fā)時(shí)間序列中的某次列車Gi的到發(fā)時(shí)間為(tai,tdi)，則該列車到發(fā)業(yè)務(wù)執(zhí)行狀態(tài)pi可表示為：

Tai和Tdi為計(jì)劃開始執(zhí)行時(shí)間與到發(fā)時(shí)間的偏移量。

由于普速車站ta、td與實(shí)際列車到發(fā)時(shí)間誤差較大，因此，引入列車視頻監(jiān)測(cè)列車即將進(jìn)站時(shí)間為tc、視頻監(jiān)測(cè)列車停穩(wěn)時(shí)間為ts以及列車臨站發(fā)車時(shí)間為ta'。

則新業(yè)務(wù)流程條件下，列車實(shí)際到發(fā)時(shí)間序列可表示為{(ta1',ts1,tc1),(ta2',ts2,tc2),…,(tan',tsn,tcn)}。令實(shí)際到發(fā)時(shí)間序列中的某次列車Gi的到發(fā)時(shí)間為(tai',tsi,tci)，則新業(yè)務(wù)流程條件下，列車到發(fā)業(yè)務(wù)執(zhí)行狀態(tài)可表示為：

本文采用Windows 7環(huán)境下c#編程語言，結(jié)合業(yè)務(wù)啟動(dòng)、車次識(shí)別、業(yè)務(wù)處理的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)核心代碼可歸納為如下部分：

3.2 旅服智能到發(fā)作業(yè)系統(tǒng)搭建與應(yīng)用

目前，本項(xiàng)研究正在太原站實(shí)驗(yàn)，根據(jù)太原站實(shí)際情況，兩個(gè)方向進(jìn)站咽喉區(qū)域各安裝1個(gè)攝像頭（采用是sony的CCD（1/2.8''靶面），分辨率是 1 920×1 080，晝間探測(cè)距離是500 m，夜間探測(cè)距離200 m）進(jìn)行相應(yīng)的視頻采集。安裝如圖5所示。

圖5 實(shí)際安裝位置

視頻信號(hào)通過光纖接入通信機(jī)房，在視頻分析服務(wù)器分析后結(jié)合鐵路局TDMS接口數(shù)據(jù)將列車運(yùn)行信息發(fā)送至旅服平臺(tái)。應(yīng)用效果，如圖6、圖7所示。

圖6 監(jiān)測(cè)界面

圖7 列車到發(fā)作業(yè)自動(dòng)修正界面

作業(yè)流程優(yōu)化后，通過對(duì)太原站116趟列車7天到發(fā)情況的統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)對(duì)車次到發(fā)時(shí)間預(yù)測(cè)接近100%，區(qū)間運(yùn)行誤差不超過2 min，基本實(shí)現(xiàn)了車站到發(fā)作業(yè)的精準(zhǔn)化自動(dòng)處理。具體統(tǒng)計(jì)情況，如表1所示。

表1 到發(fā)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

本文研究設(shè)計(jì)了采用的基于智能視頻分析和臨站TDMS壓軌信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)列車到發(fā)數(shù)據(jù)綜合判別方法，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)7天內(nèi)旅服到發(fā)狀態(tài)與到發(fā)時(shí)間預(yù)測(cè)觀察，采用新算法優(yōu)化后，到發(fā)誤差時(shí)間明顯減小，極大地提高了普速車站旅服到發(fā)作業(yè)的精準(zhǔn)性和作業(yè)效率。

目前，研究僅局限在單站，只能對(duì)單站到發(fā)作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化，未來，可將旅服智能到發(fā)作業(yè)系統(tǒng)搭建在客運(yùn)段中心，提高整個(gè)區(qū)域內(nèi)普速、高鐵以及高普混跑車站的全面到發(fā)作業(yè)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域旅服到發(fā)管理的業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。