大型客運(yùn)站本務(wù)機(jī)防錯(cuò)辦輔助系統(tǒng)

趙 瑋，楊 斐，劉為民

（1、中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸部，高級(jí)工程師，2、蘭州安信鐵路科技有限公司，工程師，3、蘭州安信鐵路科技有限公司，助理工程師 1、2、3，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)，具有“跨時(shí)空、多環(huán)節(jié)、不可逆、高風(fēng)險(xiǎn)、大信息量”等特征，是一個(gè)復(fù)雜的綜合性生產(chǎn)過程，對(duì)相關(guān)一線作業(yè)人員的技能水平和專業(yè)素質(zhì)要求非常高。一旦發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員操作失誤，極易導(dǎo)致重大事故發(fā)生，不僅造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡和環(huán)境破壞，還會(huì)因運(yùn)輸中斷造成路網(wǎng)運(yùn)輸秩序的紊亂，影響車站運(yùn)輸效率，所以鐵路車站一線人員的換掛作業(yè)操作的規(guī)范性和正確性至關(guān)重要。針對(duì)以上出現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)問題和困難，結(jié)合計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真技術(shù)，綜合利用無線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻采集技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)開發(fā)出一套集作業(yè)監(jiān)控、防護(hù)、提醒和管理功能為一體的“大型客運(yùn)站本務(wù)機(jī)車防錯(cuò)辦輔助系統(tǒng)”，從而可以有效滿足鐵路大型客運(yùn)站本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)的防護(hù)需求。［2-4］

1 本務(wù)機(jī)防錯(cuò)辦現(xiàn)狀分析

本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)一般均在運(yùn)輸繁忙的大型鐵路客運(yùn)站或編組場(chǎng)進(jìn)行，生產(chǎn)過程復(fù)雜、工作量大、風(fēng)險(xiǎn)性高。目前，大型客運(yùn)站本務(wù)機(jī)防錯(cuò)辦現(xiàn)狀有以下4方面。［1］

1.1本務(wù)機(jī)換掛作業(yè)量大鐵路大型客運(yùn)站承擔(dān)辦理乘客出行、貨物裝卸及相關(guān)運(yùn)輸作業(yè)繁重任務(wù)，具有機(jī)車臺(tái)數(shù)多，機(jī)車換掛工作量大，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)強(qiáng)度高、內(nèi)容復(fù)雜等特點(diǎn)。

1.2人工為主的本務(wù)機(jī)防錯(cuò)辦控制可靠性差目前本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)的信息內(nèi)容是通過人工方式獲得并采取書面記錄方式掌握，整體換掛作業(yè)自動(dòng)化、智能化程度不高；同時(shí)，在大型客運(yùn)站的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制臺(tái)股道外，不具備機(jī)車號(hào)標(biāo)注功能，只是以紅光帶方式顯示機(jī)車占用，車站作業(yè)人員無法從作業(yè)控制臺(tái)面獲取機(jī)車信息和作業(yè)目的，更無法實(shí)時(shí)掌握站區(qū)各機(jī)車的動(dòng)態(tài)信息，在此綜合情況下，鐵路車站作業(yè)人員極易發(fā)生本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)的錯(cuò)辦、漏辦等問題。［5,6］

1.3員工業(yè)務(wù)素質(zhì)不高管理手段乏力一方面是部分負(fù)責(zé)本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)任務(wù)的員工，對(duì)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《車站行車工作細(xì)則》學(xué)習(xí)不夠執(zhí)行不好［7］，另一方面是現(xiàn)場(chǎng)管理發(fā)現(xiàn)、解決問題能力不強(qiáng)，致使本務(wù)機(jī)車換掛作業(yè)隱患難除，威脅鐵路運(yùn)輸及車站運(yùn)營(yíng)的安全和效率［6］。

1.4CTC等設(shè)備防錯(cuò)辦作用未充分發(fā)揮目前，部分大型客運(yùn)站采用調(diào)度集中控制（CTC）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了列車進(jìn)路按計(jì)劃自動(dòng)觸發(fā)和人工觸發(fā)，進(jìn)路觸發(fā)前CTC通過設(shè)定條件和階段計(jì)劃，對(duì)股道、方向以及線路是否具備辦理該列車作業(yè)等進(jìn)行判別，可有效防止接發(fā)列車錯(cuò)辦問題的發(fā)生。但是對(duì)本務(wù)機(jī)換掛作業(yè)錯(cuò)辦提醒功能并不完善。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分為室外信息采集模塊、CTC界面紅光帶識(shí)別跟蹤模塊，主控軟件模塊和人機(jī)交互界面模塊組成。

2.2系統(tǒng)功能需求

1）室外機(jī)車信息采集功能：室外機(jī)車信息采集設(shè)備通過對(duì)車站重要節(jié)點(diǎn)（機(jī)待線、牽出線、出庫(kù)線、入庫(kù)線）的機(jī)車位置的動(dòng)態(tài)采集，將機(jī)車信息（機(jī)車編號(hào)、機(jī)車停留位置、機(jī)車停留順序）傳輸至室內(nèi)信息終端進(jìn)行處理。

2）CTC界面紅光帶識(shí)別跟蹤功能：通過對(duì)室內(nèi)的CTC界面監(jiān)控分析，實(shí)時(shí)捕捉股道車次號(hào)、信號(hào)機(jī)顯示、紅光帶、白光帶，跟蹤機(jī)車走行情況。

3）主控軟件模塊和人機(jī)交互界面功能：通過室外采集到的機(jī)車編號(hào)和室內(nèi)采集到的股道車次號(hào)比對(duì)，提示值班員本務(wù)機(jī)車需要掛靠的股道。在主控界面牽出線、機(jī)待線顯示停留機(jī)車編號(hào)、作業(yè)車次號(hào)、停留順序等信息。

4）機(jī)車出入庫(kù)狀態(tài)顯示功能:機(jī)車出庫(kù)過程和機(jī)車入庫(kù)過程示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 機(jī)車出庫(kù)示意圖

圖2 機(jī)車入庫(kù)示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1圖像識(shí)別技術(shù)圖像識(shí)別是指圖形刺激作用于感覺器官，人們辨認(rèn)出它是經(jīng)驗(yàn)過的某一圖形的過程，也叫圖像再認(rèn)。圖像識(shí)別技術(shù)是以圖像的主要特征為基礎(chǔ)的。本防錯(cuò)辦系統(tǒng)能夠?qū)⒔邮盏降母咔鍒D像進(jìn)行定向圖像處理，通過優(yōu)化算法分析，可實(shí)現(xiàn)本務(wù)機(jī)車的機(jī)車號(hào)自動(dòng)識(shí)別。該系統(tǒng)基于圖像采集可以知道本務(wù)機(jī)車的停留位置，進(jìn)而通過程序邏輯判斷該機(jī)車的停留順序、數(shù)量等信息。整體系統(tǒng)的本務(wù)機(jī)車機(jī)車號(hào)識(shí)別率高，并且能夠區(qū)分回庫(kù)列車與換掛列車。［8］

通過對(duì)本務(wù)機(jī)車的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)將按機(jī)車出入順序在監(jiān)控中心終端顯示出機(jī)車的前后位置，實(shí)現(xiàn)車站一線人員對(duì)本務(wù)機(jī)車位置的準(zhǔn)確掌握。圖像識(shí)別的過程如圖4所示。

圖4 圖像識(shí)別過程

3.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是通過研究數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)以及應(yīng)用的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法，并利用這些理論來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和理解的技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研究和解決了計(jì)算機(jī)信息處理過程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲(chǔ)的問題，在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)的管理更加方便有序，將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)較好地應(yīng)用在鐵路領(lǐng)域。［9］

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1機(jī)車信息采集功能系統(tǒng)在大型客運(yùn)站關(guān)鍵位置如機(jī)待線、牽出線、出庫(kù)線及入庫(kù)線設(shè)置高清攝像頭裝置，該攝像頭可以根據(jù)室內(nèi)監(jiān)控中心的命令自動(dòng)采集相應(yīng)區(qū)域的本務(wù)機(jī)車信息。同時(shí)，通過室外無線通信基站可將高清圖像傳輸至室內(nèi)系統(tǒng)監(jiān)控中心，并在監(jiān)控終端電腦上面實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)能對(duì)接收到的高清圖像做定向圖像處理，通過優(yōu)化算法分析，可實(shí)現(xiàn)本務(wù)機(jī)車的機(jī)車號(hào)自動(dòng)識(shí)別。該系統(tǒng)基于對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的圖像采集能知道本務(wù)機(jī)車停留位置，進(jìn)而通過程序邏輯判斷該機(jī)車的停留順序、數(shù)量等信息。通過對(duì)一組測(cè)距傳感器的觸發(fā)順序，系統(tǒng)自動(dòng)判定機(jī)車走行方向。

4.2室內(nèi)外通信功能室外設(shè)備采用太陽能電池板加蓄電池供電，無需室外鋪設(shè)電源電纜供電；系統(tǒng)室內(nèi)、外設(shè)備無線通信設(shè)備采用4G DTU模式，獨(dú)立組網(wǎng)，將本地串口數(shù)據(jù)利用TD-LTE或FDD-LTE的4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)器雙向數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離傳輸；具有通信數(shù)據(jù)量大，通信速度快，信息傳輸安全等特點(diǎn)。

4.3紅光帶采集跟蹤功能系統(tǒng)通過采集CTC界面顯示信息，實(shí)時(shí)捕捉界面紅光帶、白光帶、信號(hào)機(jī)顯示，跟蹤機(jī)車走行情況。通過優(yōu)化算法分析，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別股道車次號(hào)。

4.4人機(jī)交互模塊系統(tǒng)人機(jī)交互界面主要是根據(jù)站場(chǎng)數(shù)據(jù)文件顯示站場(chǎng)界面，并根據(jù)紅光帶采集跟蹤模塊識(shí)別信息，實(shí)時(shí)反映界面紅光帶、白光帶、信號(hào)機(jī)顯示、股道車次號(hào)等信息，實(shí)現(xiàn)與CTC界面顯示同步。界面設(shè)置出庫(kù)登記窗口，替代了既有紙質(zhì)“機(jī)車出入庫(kù)登記”，當(dāng)室外機(jī)車信息采集模塊采集到機(jī)車信息后，系統(tǒng)自動(dòng)將出庫(kù)登記窗口中的機(jī)車信息自動(dòng)帶入到本務(wù)機(jī)車顯示列表中，并且可以查看機(jī)車的實(shí)時(shí)位置顯示、要掛靠的車次號(hào)、作業(yè)時(shí)間等作業(yè)信息。系統(tǒng)存車記錄窗口將牽出線、機(jī)待線位置根據(jù)實(shí)際存車順序、機(jī)車信息實(shí)時(shí)顯示，方便值班員對(duì)本務(wù)機(jī)車位置的準(zhǔn)確掌握。［10］

4.5換掛作業(yè)提醒功能模塊系統(tǒng)能自動(dòng)按照當(dāng)天設(shè)定的機(jī)車號(hào)與股道車次邏輯，在實(shí)際工作人員指導(dǎo)列車需要掛車時(shí)，對(duì)應(yīng)的股道會(huì)有相應(yīng)的閃爍提示，以便提醒現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行觀察和核對(duì)，保證機(jī)車號(hào)與股道號(hào)保持一致。

4.6防錯(cuò)辦功能模塊本系統(tǒng)具有提前預(yù)防功能，當(dāng)識(shí)別作業(yè)人員排列的當(dāng)前進(jìn)路與作業(yè)任務(wù)順序不一致時(shí)，能在顯示終端進(jìn)行聲光報(bào)警提醒。該本務(wù)機(jī)車防錯(cuò)辦輔助系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)、延遲報(bào)警的情況，確保信息的準(zhǔn)確性；同時(shí)，在本務(wù)機(jī)車掛車計(jì)劃不變的情況下，盡量避免人工干預(yù)，輔助現(xiàn)場(chǎng)人員完成作業(yè)任務(wù)。

5 結(jié)束語

在數(shù)字化、信息化技術(shù)廣泛運(yùn)用的大背景下，為保障車站行車安全、提高作業(yè)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境，安全管理已經(jīng)從原來單一的“反饋控制模式”轉(zhuǎn)變成為“事故預(yù)防”的現(xiàn)代化管理模式，它的核心就是要提前預(yù)防事故隱患，防止事故發(fā)生，做到防患于未然。必須堅(jiān)持依靠設(shè)備保安全、依靠科技進(jìn)步保安全，積極推進(jìn)以設(shè)備自動(dòng)辦理替代人工作業(yè)，減少人工作業(yè)可能帶來的接發(fā)列車錯(cuò)辦風(fēng)險(xiǎn)。通過人防、物防和技防的有機(jī)結(jié)合提高本務(wù)機(jī)車防錯(cuò)辦水平，保證行車安全，提高車站作業(yè)效率。