鐵路智能貨檢作業(yè)模式優(yōu)化設計研究

孫文橋，劉啟鋼，江 鳴，李 想，葉 飛

(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.中國鐵路南寧局集團有限公司貨運部，廣西 南寧 530029；3.中國鐵路南寧局集團有限公司 柳州南車站，廣西 柳州 545007)

1 鐵路貨檢作業(yè)現(xiàn)狀及影響因素分析

1.1 鐵路貨檢作業(yè)現(xiàn)狀

隨著鐵路貨檢安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)的部署和應用，監(jiān)控設備、信息系統(tǒng)、基礎規(guī)章等作業(yè)環(huán)境不斷優(yōu)化，鐵路貨檢作業(yè)由“人檢為主、機檢為輔”模式，向到達作業(yè)“機檢為主、人檢為輔”和出發(fā)作業(yè)“人檢為主、人機結(jié)合”模式轉(zhuǎn)型升級[1]。在該模式下，利用視頻監(jiān)控、超偏載檢測等設備對到達列車進行預檢，補充標注重點車和問題車，生成并發(fā)布作業(yè)計劃，向車站調(diào)度員(值班員)通知需要甩車整理車輛。貨檢員根據(jù)所接收的作業(yè)計劃及重點車信息，使用手持機拍攝首車照片，記錄檢查開始和完成時間，并對問題車、押運人證件等信息進行拍照或記錄并反饋[2]。

目前預檢作業(yè)以機檢為主，現(xiàn)場檢查作業(yè)以人檢為主，兩者間主要以語音對話傳遞信息，難以保證信息傳遞的及時性和準確性，不能實時掌握貨檢員作業(yè)狀態(tài)，存在安全防護不足、作業(yè)質(zhì)量不高等隱患風險，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）作業(yè)效果難以保證。貨檢作業(yè)主要依靠貨檢值班員通過視頻回放判圖，受員工經(jīng)驗和責任心等人為因素影響較大。同時，線陣、面陣相機等設備運用狀態(tài)良莠不齊，圖像采集效果難以保障，導致漏報風險高。貨檢員現(xiàn)場檢查作業(yè)質(zhì)量也取決于經(jīng)驗和責任心，無法與貨檢值班員形成有效的互控互校，導致作業(yè)質(zhì)量同樣難以有效保障。

（2）作業(yè)效率有待提升。內(nèi)勤貨檢員貨檢作業(yè)量極大。以西南某編組站為例，平均每人每天需要判別超過1 500輛車、4 500張圖，工作強度大，人員成本居高不下；機檢與人檢融合不足，外勤人檢與視頻機檢之間缺乏有效信息交互，外勤逐車檢查效率不高。

（3）管理成本居高不下。線陣相機、面陣相機、人員作業(yè)記錄儀等設備所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)均為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，難以進行高效的檢索分析，因而難以為貨檢作業(yè)的精細化管理提供數(shù)據(jù)支撐；車站需要大量的工作人員通過查看實時監(jiān)控，對現(xiàn)場作業(yè)人員的行為及作業(yè)安全進行監(jiān)督和保障，人力成本較高[3]。

1.2 鐵路貨檢作業(yè)影響因素分析

鐵路貨檢作業(yè)中存在的作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)效率難以有效提升，管理成本難以有效降低的問題，其主要影響因素是信息不對稱，主要表現(xiàn)為管理層與作業(yè)層間信息不對稱、各作業(yè)環(huán)節(jié)間信息不對稱、各作業(yè)系統(tǒng)間信息不對稱[4]。

（1）作業(yè)層與管理層間信息不對稱。目前貨檢站應用貨檢安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)和貨檢手持機，貨檢值班員可以掌握貨檢員檢查進度，貨檢員可以實時將在列整理情況通過貨檢手持機進行反饋，或是作業(yè)完畢回到崗點通過系統(tǒng)錄入檢查問題。但管理層對作業(yè)人員的作業(yè)過程不能實時掌握，尤其是外勤貨檢員的實時作業(yè)位置、作業(yè)效果等信息，僅能通過調(diào)閱作業(yè)視頻記錄儀或固定攝像頭抽查的方式進行抽查和事后檢查。

（2）各作業(yè)環(huán)節(jié)間信息不對稱。貨檢作業(yè)需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)車站調(diào)度員(值班員)、貨檢值班員、貨檢員等相關作業(yè)環(huán)節(jié)，而現(xiàn)有通過電話、對講機進行作業(yè)匯報溝通的方式，容易造成錯聽、錯記等問題，且無法提供準確的作業(yè)時間、作業(yè)地點、問題描述、問題圖片等信息，信息傳遞效率較低。

（3）各作業(yè)系統(tǒng)間信息不對稱。帶自動識別功能的視頻監(jiān)控設備發(fā)現(xiàn)的問題沒有整合到貨檢安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)，信息整合程度不夠，共享范圍有限，系統(tǒng)的信息壁壘存在，妨礙作業(yè)效率的提升。

2 鐵路智能貨檢作業(yè)模式優(yōu)化設計

鐵路智能貨檢集成運用先進智能技術(shù)，解決傳統(tǒng)貨檢作業(yè)過程信息不對稱的問題，實現(xiàn)貨檢作業(yè)信息自主感知、生產(chǎn)自動組織、管理數(shù)據(jù)決策[5]。鐵路智能貨檢模式首次引入作業(yè)人員空間定位、第一視角攝像耳機等智能技術(shù)，具備了信息對稱基礎條件，需要針對信息流程、作業(yè)崗位、作業(yè)流程進行優(yōu)化設計。

2.1 信息流程優(yōu)化設計

鐵路智能貨檢作業(yè)信息流程集成應用衛(wèi)星導航、電子地圖、深度學習等技術(shù)，實現(xiàn)安全隱患智能識別、貨檢問題自動互校、作業(yè)行為可視化、作業(yè)效果數(shù)字化、作業(yè)管理精細化，全面覆蓋貨檢作業(yè)人員管理、安全防護、過程管理、效果統(tǒng)計分析等管理領域，提升貨檢作業(yè)效果和效率。鐵路智能貨檢作業(yè)信息流程如圖1所示[6]。

圖1 鐵路智能貨檢作業(yè)信息流程Fig.1 Information fl ow of intelligent railway cargo inspection

2.2 作業(yè)崗位優(yōu)化設計

鐵路智能貨檢作業(yè)模式打通相關作業(yè)信息系統(tǒng)及現(xiàn)場作業(yè)人員作業(yè)數(shù)據(jù)鏈路，簡化作業(yè)過程、壓縮作業(yè)人員、提升作業(yè)效率。在鐵路貨檢作業(yè)信息對稱的基礎上，機檢由人工智能鎖替代，取消貨檢員中的內(nèi)勤貨檢員崗位。鐵路智能貨檢作業(yè)層級崗位職責如表1所示。

按照鐵路智能貨檢作業(yè)層級工作職責要求，以車站調(diào)度員(值班員)下達的列車到達、解體、出發(fā)等計劃的時間為基礎，規(guī)劃貨檢員的作業(yè)計劃，合理安排作業(yè)時間，貨檢值班員僅需要核驗并對特殊情況進行干預和調(diào)整，貨檢員負責進行具體的貨檢作業(yè)，并上報作業(yè)結(jié)果，保障作業(yè)質(zhì)量。

表1 鐵路智能貨檢作業(yè)層級崗位職責Tab.1 Job responsibilities of the intelligent railway cargo inspection operation process at all levels

2.3 作業(yè)流程優(yōu)化設計

在鐵路智能貨檢作業(yè)模式下，智能貨檢系統(tǒng)進行問題車輛及問題情況的智能判別，自動生成作業(yè)計劃并派發(fā)給相應貨檢員。貨檢員根據(jù)系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)計劃進行作業(yè)時，系統(tǒng)根據(jù)其所在位置，對重點作業(yè)內(nèi)容進行提示，通過手持機或其他智能穿戴設備，將現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題拍照回傳，通過對比影像資料與現(xiàn)場圖片，校核車輛問題，下發(fā)甩車整理、拍發(fā)電報等任務。鐵路智能貨檢作業(yè)流程如圖2所示。

智能穿戴設備以外勤作業(yè)人員的第一作業(yè)視角全程錄制作業(yè)視頻。結(jié)合高精度北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和現(xiàn)存車信息，管理人員即可在智能貨檢系統(tǒng)中依據(jù)作業(yè)時間、位置、車號、人員等信息進行作業(yè)視頻的檢索、調(diào)取和查閱。

3 鐵路智能貨檢關鍵技術(shù)支撐

3.1 系統(tǒng)接口

在鐵路智能貨檢作業(yè)模式下，貨檢作業(yè)將不再人為割裂成機檢、人檢2個作業(yè)部分，而是通過智能圖像識別篩選出問題車，生成外勤作業(yè)計劃推送給現(xiàn)場作業(yè)人員。智能貨檢系統(tǒng)通過賦予待檢車輛和外勤貨檢員相應的時間、位置、事件等屬性，關聯(lián)已有作業(yè)和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)貨檢作業(yè)全流程和全要素的信息對稱。

車號識別系統(tǒng)為智能貨檢系統(tǒng)提供車種信息，以提升智能判圖作業(yè)效率；機檢視頻系統(tǒng)提供智能判圖所需原始拍攝圖像[7]；運輸調(diào)度管理系統(tǒng)提供車站接發(fā)車作業(yè)計劃信息，并接收甩車等作業(yè)計劃，以優(yōu)化貨檢外勤作業(yè)計劃；貨檢安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)接收存儲貨檢作業(yè)結(jié)果并上報相關部門。

圖2 鐵路智能貨檢作業(yè)流程Fig.2 Intelligent railway cargo inspection operation process

3.2 圖像智能識別技術(shù)

現(xiàn)有機檢技術(shù)無法自動通過機器高效、準確地智能判別問題車輛，是制約鐵路貨檢作業(yè)智能化的關鍵。因此，采用先進人工智能圖像識別技術(shù)，可以有效解決車輛切割，提高處理速度和辨識準確率等問題。

（1）車輛切割方面，采用深度學習、特征識別技術(shù)，確定車輛起始、終止的準確位置，改變傳統(tǒng)磁鋼計數(shù)、紅外對射造成的車輛切割不準的問題，為故障識別提供準確的數(shù)據(jù)。

（2）處理速度方面，常見的AI技術(shù)在不同應用場景下算法復雜，模式匹配復雜，時間和資源消耗嚴重。如果采用智能優(yōu)選處理方式，結(jié)合云集群架構(gòu)，可以達到過車圖像秒級處理，即時獲得檢測結(jié)果的效果。

（3）辨識準確率方面，使用復雜神經(jīng)網(wǎng)絡算法，增強問題抽象能力，增加對裝載位置、拍照角度變化引起的差異場景適應能力，通過目標分析、去除噪聲、幾何解算、修正等處理，提升正確率。

（4）自動進化方面，通過增加人工神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練樣本，反復自我學習，以提升辨識的正確率。

3.3 作業(yè)行為防控技術(shù)

在鐵路智能貨檢作業(yè)模式下，系統(tǒng)自主進行作業(yè)人員安全防護、作業(yè)項點提示、作業(yè)效果判斷、作業(yè)數(shù)據(jù)多維度查詢分析等。

（1）作業(yè)人員安全防護方面，通過北斗高精度定位技術(shù)和電子地圖技術(shù)，實時掌握作業(yè)人員的時空位置，結(jié)合車站其他相關作業(yè)內(nèi)容，對人員侵限、鄰線來車等事件進行安全作業(yè)提醒[8]。

（2）作業(yè)項目提示方面，通過北斗高精度定位技術(shù)，引導作業(yè)人員接近重點檢查車輛，并呈現(xiàn)式提示系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)計劃及相關重點作業(yè)內(nèi)容。

（3）作業(yè)效果判斷方面，系統(tǒng)自動將外勤作業(yè)人員所拍攝的問題車圖片與智能圖像識別所判斷的問題進行比對校核，生成后續(xù)處理意見。

（4）作業(yè)數(shù)據(jù)多維度查詢分析方面，依托北斗衛(wèi)星導航技術(shù)，現(xiàn)場作業(yè)圖像及作業(yè)數(shù)據(jù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化，可以根據(jù)管理需要進行各類作業(yè)內(nèi)容檢索、比較、分析，并自動生成相應的作業(yè)效果、作業(yè)效率分析圖表。

4 結(jié)束語

鐵路智能貨檢作業(yè)模式是提升貨檢作業(yè)效率、保障貨檢作業(yè)安全、降低貨檢作業(yè)成本的必然方向。目前，全路重點貨檢站還處于智能貨檢作業(yè)的初期探索階段，以機檢+人檢為主要作業(yè)模式。利用北斗衛(wèi)星高精度定位和人工智能技術(shù)，從技術(shù)上提供了機檢人檢相融合的條件，是智能貨檢作業(yè)模式的技術(shù)發(fā)展方向。