鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)設(shè)計研究

周寶憲，張少凱，郭建華，柴雪松，盧世團(tuán)

(1.中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 貨運部，甘肅 蘭州 730000；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 中鐵科學(xué)技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100081)

鐵路專用線是解決鐵路運輸“最后一公里”的重要設(shè)施，按照《關(guān)于加快推進(jìn)鐵路專用線建設(shè)的指導(dǎo)意見》(發(fā)改基礎(chǔ)[2019] 1445 號)要求，到2025年，沿海主要港口、大宗貨運量超過150 萬t/a 的大型工礦企業(yè)和新建物流園區(qū)鐵路專用線接入比例提升至85%，長江干線主要港口全部實現(xiàn)鐵路進(jìn)港。在鐵路專用線建設(shè)快速發(fā)展的形勢下，鐵路專用線交接檢查作為路企雙方貨物交接和安全責(zé)任交接的分界線，對鐵路貨運工作的影響日益凸顯，采用鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)可以更好地提高交接檢查作業(yè)的質(zhì)量和效率，加快提高鐵路貨運管理水平[1-2]。

1 鐵路專用線交接檢查現(xiàn)狀分析

1.1 作業(yè)流程

鐵路專用線交接檢查作業(yè)由鐵路貨運員和企業(yè)運輸員共同進(jìn)行，其交接檢查的對象是企業(yè)裝卸車，是鐵路與企業(yè)劃分貨運安全責(zé)任的關(guān)鍵節(jié)點[3-4]。鐵路專用線交接檢查作業(yè)的重點檢查項目包含裝車方案、貨物裝載狀態(tài)和車輛編組3 個方面。其中，裝車方案包含貨物品類檢查、貨物來源檢查和貨物庫存信息檢查等方面；貨物裝載狀態(tài)檢查內(nèi)容包括車頂平整性檢查、車門嚴(yán)密性檢查、篷布覆蓋情況檢查和空車異物狀況檢查；車輛編組檢查對企業(yè)裝卸車來源、企業(yè)裝卸車品類、企業(yè)裝卸車去向等方面進(jìn)行檢查。鐵路專用線交接檢查作業(yè)流程為企業(yè)裝卸車到達(dá)鐵路專用線后，對停留在鐵路專用線的企業(yè)裝卸車進(jìn)行交接檢查，如果企業(yè)裝卸車符合交接檢查各項要求，企業(yè)裝卸車就可以放行，否則企業(yè)裝卸車將繼續(xù)接受交接檢查作業(yè)，直到不合格項目符合交接檢查各項要求后才能放行。目前，鐵路專用線交接檢查作業(yè)的重點檢查項目均需要由人工步行圍繞企業(yè)裝卸車進(jìn)行目視檢查，交接檢查作業(yè)效率低下，人身安全無法得到有效保障。鐵路專用線交接檢查流程如圖1 所示。

圖1 鐵路專用線交接檢查流程Fig.1 Handover inspection workflow for special railway lines

1.2 存在問題

鐵路專用線交接檢查是發(fā)現(xiàn)裝車方案、貨物裝載狀態(tài)和車輛編組問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，裝車方案是否繁多、貨物裝載狀態(tài)是否穩(wěn)定和車輛編組方式是否復(fù)雜是影響鐵路專用線交接檢查質(zhì)量的關(guān)鍵原因。由于目前鐵路專用線交接檢查采用人工步行目視檢查方式，導(dǎo)致既有鐵路專用線交接檢查存在交接檢查質(zhì)量不高、交接檢查作業(yè)時間長、信息化程度低等問題[5-6]。

（1）交接檢查質(zhì)量不高。鐵路專用線交接檢查質(zhì)量受外界條件、人員責(zé)任心等因素影響較大，尤其是對于罐車頂蓋是否鎖好、空車是否空載等裝載狀態(tài)的交接檢查項目都需要檢查人員登上車頂檢查。在電氣化區(qū)段中，檢查人員無法登上車頂進(jìn)行交接檢查，造成交接檢查存在盲區(qū)；在惡劣天氣下，檢查人員登車?yán)щy，漏檢、檢查不到位等鐵路專用線交接檢查問題時有發(fā)生，降低了鐵路專用線交接檢查質(zhì)量，給鐵路貨運帶來安全隱患。

（2）交接檢查作業(yè)時間長。鐵路專用線貨物列車長度不一，大部分由50 節(jié)貨車編組成列。檢查人員在核查車輛編組和裝載狀態(tài)時，需要步行對所有貨車進(jìn)行檢查，完成1 次列檢工作大約耗時30 min 以上。檢查人員需要登頂檢查貨車頂部的裝載狀態(tài)，檢查人員頻繁上下待檢貨車，增加交接檢查作業(yè)時間。此外，由于貨物列車編組內(nèi)容較為復(fù)雜，1 列貨物列車包含有多種貨車，每輛貨車的車號位置各不相同，檢查人員需要多次尋找車號位置，造成交接檢查作業(yè)時間進(jìn)一步加長。

（3）信息化程度低。目前在鐵路專用線交接檢查工作中，鐵路和企業(yè)工作人員需要人工查看貨物列車編組情況并記錄每輛貨車的車號，車號抄寫工作和列車編組查看工作量較為繁重，車號抄寫錯誤的風(fēng)險較高，增加列車編組信息及車號信息的管理難度。此外，鐵路無法準(zhǔn)確掌握車輛進(jìn)出企業(yè)的時間、停留時間，以及企業(yè)內(nèi)停留的車輛數(shù)量，致使部分車輛無效停留時間過長，車輛運用效率降低。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

針對目前鐵路專用線交接檢查現(xiàn)狀，設(shè)計鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)，通過電子化手段自動采集鐵路專用線車輛的圖像和車號信息，并通過可視化界面展示集成信息開展鐵路專用線交接檢查，以提升鐵路專用線交接檢查質(zhì)量和效率。根據(jù)鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)的功能需求，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)分為車號采集模塊、視頻采集模塊和信息集成模塊3 個功能模塊，其中車號采集模塊、視頻采集模塊為前端數(shù)據(jù)采集模塊，信息集成模塊則負(fù)責(zé)對鐵路專用線交接檢查相關(guān)信息的存儲、分析和應(yīng)用展示。根據(jù)鐵路專用線交接檢查數(shù)據(jù)流向，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)邏輯架構(gòu)由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)分析層和應(yīng)用層4 個層次組成。鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

（1）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層包括視頻采集模塊和車號采集模塊，其中視頻采集模塊從車輛的左側(cè)、右側(cè)、頂部及車輛整體進(jìn)行圖像采集，為作業(yè)人員提供車輛全方位圖像，可以消除既有人工登頂檢查和步行檢查環(huán)節(jié)；車號采集模塊自動采集通過車輛的車次及車號，并記錄車輛的進(jìn)場時間和出場時間，實現(xiàn)抄寫車號的自動化。

（2）數(shù)據(jù)存儲層。數(shù)據(jù)存儲層采用MySQL 數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對車輛的車號信息、圖片信息等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，設(shè)備臺賬、測點信息、用戶信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及設(shè)備的狀態(tài)信息等各類型數(shù)據(jù)進(jìn)行分類及匯總。

（3）數(shù)據(jù)分析層。數(shù)據(jù)分析層對數(shù)據(jù)存儲層內(nèi)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息匹配處理，例如車輛在鐵路專用線內(nèi)的占用時間可以通過提取數(shù)據(jù)存儲層的進(jìn)場時間和出場時間，經(jīng)數(shù)據(jù)分析層進(jìn)行計算，得出車輛在鐵路專用線的占用時間。

（4）應(yīng)用層。應(yīng)用層包含綜合展示、車輛查詢、信息補錄和統(tǒng)計分析等模塊，用戶可以進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)的查詢及統(tǒng)計。其中，綜合展示模塊按車輛編組順序提供車輛的車號和多方位圖像，作業(yè)人員在值班室內(nèi)通過屏幕就可以查看貨物的裝載方案、裝載狀態(tài)和車輛編組狀態(tài)，從而解決既有交接檢查中作業(yè)時間長、交接質(zhì)量不高、信息化程度低等問題。

2 鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)功能分析

根據(jù)鐵路專用線交接檢查工作實際及功能需求，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)由車號采集模塊、視頻采集模塊和信息集成模塊3 個功能模塊組成，其中車號采集模塊可以自動獲取車輛的編組與車號信息，實現(xiàn)抄寫車號工作的自動化；視頻采集模塊進(jìn)行車輛圖像采集，便于快速地定位車輛；信息集成模塊將鐵路專用線交接檢查的相關(guān)信息進(jìn)行集成分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

2.1 車號采集模塊

車號采集模塊采用成熟的車號識別系統(tǒng)(AEI)來獲取通過車輛的車號信息，抄寫車號工作得以自動化，減少由于人工抄寫車號導(dǎo)致的車號信息錯誤。AEI 是安裝在軌道上的硬件系統(tǒng)，當(dāng)AEI 收到來車信息時，車號采集模塊開始采集列車經(jīng)過時的輪位信息、車輛的電子標(biāo)簽信息等。其中，電子標(biāo)簽信息包含車型、車號等重要信息，為圖像匹配和車輛占用分析提供索引數(shù)據(jù)。車號采集模塊工作由開機(jī)磁鋼和判軸磁鋼共同完成，當(dāng)開機(jī)磁鋼感知到鐵路專用線有貨車經(jīng)過時，天線開機(jī)并識別車號信息；貨車車輪接觸判軸磁鋼后，在計算貨車的速度后，依據(jù)車輪經(jīng)過判軸磁鋼的時間和貨車速度對貨車類型進(jìn)行劃分。當(dāng)車輛編碼、車型、車號、出廠信息均被有效識別后，車號采集模塊對上述信息進(jìn)行合成及匹配，得出完整的車輛編組順序、軸距和車號等信息。車號采集模塊工作流程如圖3 所示。

圖3 車號采集模塊工作流程Fig.3 Workflow of vehicle number acquisition

2.2 視頻采集模塊

目前，鐵路視頻技術(shù)在鐵路貨運中應(yīng)用較為廣泛，一般采用面陣相機(jī)和線陣相機(jī)2 種設(shè)備，其中面陣相機(jī)成本較低，適用于靜態(tài)場景監(jiān)測；對線陣相機(jī)而言，其圖像分辨率遠(yuǎn)高于面陣相機(jī)，而且對運行狀態(tài)中的貨物列車成像清晰[7-8]。鐵路專用線具有貨物種類相對固定特點，不同鐵路專用線所運輸?shù)呢浳锓N類有所差異，相應(yīng)的交接檢查的重點內(nèi)容也有所不同。因此，在充分考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，提出以面陣相機(jī)為主和以線陣相機(jī)為主2 種視頻采集模塊方案供企業(yè)根據(jù)實際情況選用。

（1）以面陣相機(jī)為主。在視頻采集模塊的4 類圖像中，頂部圖像采用1 臺線陣高清相機(jī)，左、右圖像均采用2 臺面陣高清相機(jī)，場景圖像采用1 臺面陣高清相機(jī)。該方案適用于以煤炭、礦石、或石油等貨物品類相對單一的貨物列車為主的鐵路專用線，其關(guān)注重點在車輛頂部裝載狀態(tài)的情況，如罐車頂部異物、頂蓋開、螺栓缺失、敞車頂部異物、敞車是否卸空等工況。

（2）以線陣相機(jī)為主。在視頻采集模塊的4 類圖像中，頂部圖像和左右圖像均采用3 臺線陣高清相機(jī)，場景圖像采用1 臺面陣高清相機(jī)。該方案適用于現(xiàn)場通過車輛類型較多，或?qū)囕v兩側(cè)及頂部裝載狀態(tài)全面關(guān)注的以卷鋼、鋼錠等運輸為主的鐵路專用線，從上方和側(cè)方詳細(xì)查看敞車扣鐵缺失、篷布繩索捆扎狀態(tài)等工況。

2.3 信息集成模塊

信息集成模塊基于瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)，具有車輛視頻、車號等信息的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯聚與管理功能，使用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)為用戶提供友好的人機(jī)界面展示。根據(jù)鐵路專用線交接檢查的工作內(nèi)容，將信息集成模塊劃分為綜合展示、車輛查詢、信息補錄和統(tǒng)計分析4 個子模塊。

（1）綜合展示子模塊。綜合展示子模塊將列車編組信息、線陣圖像、面陣視頻等文件匹配，最終生成帶有車次、車號、過車時間、方向、圖片和視頻文件的綜合信息，供作業(yè)人員在網(wǎng)頁上開展交接檢查工作。交接檢查結(jié)果實時錄入系統(tǒng)，可以同步提供給企業(yè)，提高信息傳遞效率。

（2）車輛查詢子模塊。車輛查詢子模塊以車號信息為索引，當(dāng)列車到達(dá)時可以識別到達(dá)列車的車號和進(jìn)場時間；在列車離開時可以識別出發(fā)列車的車號和離場時間。車輛查詢子模塊在獲取車號、進(jìn)場時間和離場時間后，通過數(shù)據(jù)庫判斷車輛狀態(tài)并準(zhǔn)確計算得到車輛的在場時間。鐵路局集團(tuán)公司可以通過超時提醒、超時懲罰措施等來敦促鐵路專用線企業(yè)積極提升車輛的運用效率。車輛查詢流程如圖4 所示。

（3）信息補錄子模塊。在日常應(yīng)用中，由于存在車輛標(biāo)簽丟失、車號天線長期使用后性能下降等問題，會造成少數(shù)車輛車號丟失，無法準(zhǔn)確識別車號信息[9]。據(jù)統(tǒng)計，“空標(biāo)簽”車輛占所有車輛的1‰左右，基于此，信息補錄子模塊根據(jù)輪位傳感器識別車輛序號，并將車號標(biāo)記為未知狀態(tài)。此后，在車號補錄界面，對車號信息標(biāo)記為未知狀態(tài)的車輛，用戶根據(jù)對應(yīng)的車輛圖片肉眼識別出標(biāo)注在車體側(cè)面的車號后，將車號信息補錄至數(shù)據(jù)庫中。

（4）統(tǒng)計分析子模塊。統(tǒng)計分析子模塊基于存儲的歷史數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)車次、車號等查詢統(tǒng)計車輛的進(jìn)場時間、出場時間、占用時間，以及車輛的多角度圖片等多種信息。結(jié)合操作員登錄信息，管理部門可以確認(rèn)作業(yè)人員所負(fù)責(zé)的每趟列車的交接檢查工作質(zhì)量，并在發(fā)生事故后進(jìn)行信息回溯，從而敦促作業(yè)人員提高工作責(zé)任心，確保鐵路專用線交接檢查作業(yè)質(zhì)量。

圖4 車輛查詢流程Fig.4 Workflow of vehicle inquiry

3 結(jié)束語

提升鐵路專用線交接檢查質(zhì)量和檢查效率，是鐵路專用線運輸?shù)闹匾獌?nèi)容。鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)具有視頻采集、車號采集、信息集成等功能，可以實現(xiàn)鐵路專用線交接檢查的室內(nèi)預(yù)檢作業(yè)，能夠有效減輕檢查人員作業(yè)強(qiáng)度、提高鐵路專用線交接檢查作業(yè)效率、保障鐵路專用線交接檢查的質(zhì)量。鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)目前已經(jīng)在中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司部分車站和甘肅省部分企業(yè)投入使用，實踐證明，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)能夠起到提升交接檢查作業(yè)效率、改善交接檢查質(zhì)量和提高信息化管理水平的效果，達(dá)到有效保障鐵路專用線貨運安全的目的。隨著人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，鐵路專用線交接檢查系統(tǒng)將進(jìn)一步提升鐵路專用線交接檢查技術(shù)水平，優(yōu)化專用線交接檢查作業(yè)流程，從而促進(jìn)鐵路專用線運輸效率的有效提升。