鐵路貨場(chǎng)防侵限安全智能預(yù)警監(jiān)控技術(shù)研究

王健，李琦，魏子雄

（沈陽(yáng)鐵道科學(xué)技術(shù)研究所有限公司，沈陽(yáng) 遼寧 110013）

鐵路貨場(chǎng)是指鐵路貨運(yùn)站辦理貨物承運(yùn)、保管、裝卸和交付作業(yè)的一個(gè)生產(chǎn)車間，也是鐵路貨物運(yùn)輸與其他貨物運(yùn)輸工具銜接的場(chǎng)所。貨場(chǎng)是鐵路貨物運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程的起始、中轉(zhuǎn)和終止的地點(diǎn)，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門直接發(fā)生聯(lián)系，是鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)。然而，在貨場(chǎng)實(shí)際的生產(chǎn)及作業(yè)過(guò)程中存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，如近幾年集團(tuán)公司貨場(chǎng)發(fā)生的多起調(diào)車組人員傷亡事故，教訓(xùn)極為深刻，事故原因主要為汽車搶越?jīng)]有設(shè)置防護(hù)欄桿的平過(guò)道和汽車侵限與線路平行運(yùn)行，這在一定程度上暴露了鐵路貨場(chǎng)在防侵限安全預(yù)警監(jiān)控方面的技術(shù)手段相對(duì)落后，無(wú)法對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)有效的管控。

1 需求分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全國(guó)貨物運(yùn)量不斷提升，鐵路物流基地不斷地增多，這不僅提高了鐵路的運(yùn)輸能力，也為各企業(yè)的運(yùn)輸生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利。然而，隨之帶來(lái)的安全問(wèn)題和責(zé)任，也日漸加重。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的貨場(chǎng)普遍實(shí)施有綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了貨場(chǎng)的高清視頻全覆蓋。但是，現(xiàn)有的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)也面臨著很大的挑戰(zhàn)，大量的視頻源往往通過(guò)大屏輪循的方式顯示在大屏幕上，通過(guò)人工判斷的方式，進(jìn)行事態(tài)監(jiān)控。在如此多的視頻流中，人的監(jiān)管工作就顯得繁重而低效，監(jiān)控的更大作用，依然只能用于事后的取證和檢索。因此，如何能再事件發(fā)生的第一時(shí)間，通過(guò)視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常事故行為，通知管理人員，避免事故的發(fā)生，就顯得尤為突出。隨著近年來(lái)深度學(xué)習(xí)算法在圖像識(shí)別領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及以GPU為代表的計(jì)算性能跨越式提升，基于視頻模式識(shí)別的區(qū)域入侵檢測(cè)逐漸具備了實(shí)際應(yīng)用條件，基于深度學(xué)習(xí)算法的周界防范技術(shù)已經(jīng)可以很好地為鐵路行業(yè)提供可靠、穩(wěn)定的安全技術(shù)保障。

2 預(yù)期目標(biāo)

采用比較成熟的智能視頻監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻內(nèi)的虛擬界限和車輛活動(dòng)路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控是否有車輛及貨物侵限的情況，同時(shí)，將報(bào)警信息傳送到調(diào)車作業(yè)人員手臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨場(chǎng)中車輛及貨物侵入線路限界的智能預(yù)警監(jiān)控。主要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：

（1）貨車靜止?fàn)顟B(tài)下，監(jiān)控貨車?？繒r(shí)的非法侵入情況，并進(jìn)行報(bào)警；

（2）貨車運(yùn)行狀態(tài)下，監(jiān)控貨車運(yùn)行途中的非法侵入情況，并進(jìn)行報(bào)警；

（3）貨車在行駛過(guò)程中，監(jiān)控有攔截桿路口的攔截桿抬起/落下?tīng)顟B(tài)，針對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警；

（4）貨車在行駛過(guò)程中，監(jiān)控沒(méi)有攔截桿路口，針對(duì)爭(zhēng)道搶行情況進(jìn)行報(bào)警。

（5）貨物擺放的非法侵入情況，針對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。

3 工作原理及技術(shù)指標(biāo)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采用圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過(guò)濾掉視頻畫面無(wú)用的或干擾信息、自動(dòng)識(shí)別不同物體，分析抽取視頻源中關(guān)鍵有用信息，快速準(zhǔn)確地定位事故現(xiàn)場(chǎng)，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其他動(dòng)作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警，事中處理，事后及時(shí)取證的全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能系統(tǒng)。

3.1 工作原理

接近開(kāi)關(guān)安裝在距離列車進(jìn)入貨場(chǎng)裝卸區(qū)一定距離外，當(dāng)列車觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)后，接近開(kāi)關(guān)立即將信號(hào)傳輸至系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)智能分析，根據(jù)來(lái)車具體情況啟動(dòng)一級(jí)相應(yīng)，貨場(chǎng)道閘位置區(qū)域廣播立即鳴放禁止車輛通行，裝卸區(qū)域的作業(yè)廣播立即警示注意作業(yè)安全有列車接近，并將所在區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，判斷是否有非法侵如情況，同時(shí)，將通過(guò)對(duì)講機(jī)提示調(diào)車作業(yè)人員注意危險(xiǎn)。

當(dāng)列車進(jìn)入貨場(chǎng)停穩(wěn)后，貨場(chǎng)內(nèi)的傳感器繼續(xù)監(jiān)控貨車的侵限情況，對(duì)講機(jī)及區(qū)域廣播將發(fā)布二級(jí)相應(yīng)通告，所有裝卸區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)場(chǎng)區(qū)車輛人員進(jìn)行全面監(jiān)控，地方貨車，嚴(yán)格按照貨場(chǎng)工作人員引導(dǎo)，方能進(jìn)行貨物裝卸區(qū)域進(jìn)行裝卸車作業(yè)。

當(dāng)列車完成裝卸工作后，駛離場(chǎng)區(qū)時(shí)，再次發(fā)出一級(jí)響應(yīng)，系統(tǒng)軟件將再次將重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行布控及警告廣播，直至列車駛出貨場(chǎng)。

3.2 技術(shù)指標(biāo)

3.2.1 實(shí)時(shí)性

從入侵行為開(kāi)始到系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示所需的響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)不大于3s。

3.2.2 準(zhǔn)確性

系統(tǒng)支持24小時(shí)運(yùn)行；

在80米以內(nèi)檢測(cè)區(qū)域，誤報(bào)率為0%，漏報(bào)率為0；

在80～100米以內(nèi)的檢測(cè)區(qū)域，誤報(bào)率小于2%，漏報(bào)率為0；

在100～150米以內(nèi)的檢測(cè)區(qū)域，誤報(bào)率小于5%，漏報(bào)率為0；

在150～230米以內(nèi)的檢測(cè)區(qū)域，誤報(bào)率小于8%，漏報(bào)率為0。

3.2.3 其他要求

系統(tǒng)對(duì)報(bào)警發(fā)生期間的視頻片段應(yīng)滿足長(zhǎng)期存儲(chǔ)要求。

4 實(shí)施方案

采用比較成熟的視頻監(jiān)控技術(shù)，借助智能攝像頭進(jìn)行安全區(qū)域的劃定，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況（比如，報(bào)警信息傳送到手臺(tái)等），進(jìn)行必要的二次開(kāi)發(fā)。

智能攝像頭主要技術(shù)參數(shù)：300萬(wàn)紅外網(wǎng)絡(luò)高清智能球，300萬(wàn)像素，30倍光學(xué)，支持H.265兼容H.264，超低照度，3D降噪，低碼率，ROI，三碼流，透霧，強(qiáng)光抑制，Smart IR，電子防抖，智能運(yùn)動(dòng)跟蹤，越界偵測(cè)、區(qū)域入侵、人臉偵測(cè)、音頻偵測(cè)、進(jìn)入?yún)^(qū)域、離開(kāi)區(qū)域、徘徊、物品遺留、物品拿取、人員聚集、車牌識(shí)別，IP66，紅外180米。

進(jìn)出貨場(chǎng)記錄方式：采用攝像頭與紅外傳感器聯(lián)動(dòng)的方式，既通過(guò)攝像頭識(shí)別技術(shù)，紅外傳感器感應(yīng)火車進(jìn)出場(chǎng)；開(kāi)啟攝像頭錄像功能，準(zhǔn)確快捷的定位火車進(jìn)出場(chǎng)過(guò)程。

鐵軌沿火車行駛方向兩側(cè)劃定安全區(qū)域：采用電子圍欄與視頻聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行劃定。電子圍欄與以前的紅外對(duì)射器一樣，都屬于報(bào)警探頭類的設(shè)備。該類型設(shè)備是分防區(qū)的。布防的情況下，只要某個(gè)防區(qū)產(chǎn)生觸動(dòng)和遮擋報(bào)警，該防區(qū)的模塊組會(huì)向監(jiān)控室發(fā)送一個(gè)開(kāi)關(guān)量報(bào)警信號(hào)，報(bào)警主機(jī)識(shí)別該地址碼的報(bào)警信號(hào)以后，輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)給電子地圖或電腦、聯(lián)動(dòng)裝置。監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)若與報(bào)警主機(jī)進(jìn)行過(guò)報(bào)警聯(lián)動(dòng)設(shè)置，這時(shí)，會(huì)對(duì)報(bào)警主機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行甄別，然后，把該防區(qū)里面的監(jiān)控探頭調(diào)用，進(jìn)行錄像以及重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)觀看。

有攔截桿路口監(jiān)控實(shí)現(xiàn)方式：將攔截桿改造為智能道閘，即選配車輛探測(cè)器，紅外傳感器，壓力波等安全裝置；配置RS232/485等接口，便于遠(yuǎn)程采集道閘狀態(tài)，與攝像頭進(jìn)行聯(lián)動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)，利用攝像頭AI技術(shù)作為輔助手段，對(duì)攔截桿的起落狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

無(wú)攔截桿路口監(jiān)控實(shí)現(xiàn)方式：主要是針對(duì)火車在運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)鐵軌沿火車行駛方向兩側(cè)劃定安全區(qū)域，火車前進(jìn)區(qū)域或后退區(qū)域（根據(jù)火車運(yùn)行速度，計(jì)算剎車距離）。將兩側(cè)與前后4個(gè)方向的區(qū)域劃定為安全區(qū)域。關(guān)鍵技術(shù)解決前后2個(gè)方向的安全區(qū)域劃定。

在路口安裝車輛探測(cè)器、紅外傳感器、壓力波等安全裝置，獲取火車與路口的安全距離，劃定安全區(qū)域。

或者在火車上，安裝一個(gè)移動(dòng)式攝像頭，用于感應(yīng)當(dāng)前車輛的速度；通過(guò)與各路口的監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行聯(lián)動(dòng)（按照距離的方式，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)），保證當(dāng)前火車在行駛過(guò)程中，所能夠進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的區(qū)域即為安全區(qū)域。

任何闖入安全區(qū)域的物體都通過(guò)調(diào)度手臺(tái)進(jìn)行報(bào)警。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，視頻安全智能預(yù)警監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)非常成熟并應(yīng)用于其他領(lǐng)域的周界報(bào)警中，若能成功應(yīng)用于貨場(chǎng)防侵限領(lǐng)域，用于監(jiān)控及阻止貨場(chǎng)內(nèi)貨運(yùn)汽車侵入線路限界內(nèi)，避免火車與汽車碰撞安全事故的發(fā)生，挽救生命財(cái)產(chǎn)的同時(shí)，也保證了鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的安全，對(duì)于鐵路運(yùn)輸保障具有非常深遠(yuǎn)的意義。