基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控模式探討

張鐵鋼

(中國國家鐵路集團有限公司 貨運部，北京 100844)

在煤炭產(chǎn)能釋放、交通運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整等有利政策支持下，中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)持續(xù)深化鐵路貨運增量行動，發(fā)揮鐵路在綜合交通運輸體系中的骨干作用，努力實現(xiàn)增運增收。2021 年，國家鐵路貨物發(fā)送量連續(xù)3 年保持增長，達到37.2 億t，同比增長4.0%。鐵路貨物發(fā)送量持續(xù)增加、貨物品類更加豐富，這就對鐵路貨運安全管控能力提出了更高要求。鐵路貨車裝載狀態(tài)檢查是鐵路貨運安全管理的重要組成，是貨運場站裝卸作業(yè)、專用線交接檢查作業(yè)、貨檢站貨檢作業(yè)的主要內(nèi)容。長期以來，國鐵集團高度重視貨運安全檢測能力建設(shè)，以視頻監(jiān)控設(shè)備和貨運計量安全檢測設(shè)備為核心，加快構(gòu)建鐵路貨運安全檢測監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。自2004 年開始，原鐵道部開始逐步在主要裝車站和編組站安裝貨運計量安全檢測設(shè)備，實現(xiàn)超偏載檢測裝置、軌道衡等貨運計量安全檢測設(shè)備檢測信息的自動收集和集中管理，為各級貨運管理部門和作業(yè)部門提供電子化貨運裝載安全監(jiān)測與管理信息服務(wù)，全面提高了鐵路貨運安全保障能力[1]。當前全路納入鐵路貨運計量安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)三級聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的已有758 臺軌道衡、447 臺超偏載監(jiān)測裝置。視頻監(jiān)控設(shè)備、貨運計量安全檢測設(shè)備的投入運用，豐富了鐵路貨運安全檢測監(jiān)測監(jiān)控的技術(shù)手段，但依賴人工經(jīng)驗確認或比對確認、狀態(tài)檢測信息維度不全面、路網(wǎng)數(shù)據(jù)運用不充分等問題較為突出，與鐵路貨運安全精準化管控、高質(zhì)量發(fā)展的要求存在較大差距[2]。因此，以物聯(lián)感知設(shè)備為基礎(chǔ)，運用群智感知技術(shù)創(chuàng)新鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控模式，以充分發(fā)揮鐵路貨車裝載狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢，推動鐵路貨運安全管控從人工經(jīng)驗管控向數(shù)字化、智能化管控轉(zhuǎn)型升級。

1 鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控現(xiàn)狀分析

鐵路貨車裝載狀態(tài)是否良好，直接影響了鐵路運輸行車安全和貨物安全。《鐵路貨物運輸管理規(guī)則》(鐵運[2000]90 號)、《鐵路貨運檢查管理規(guī)則》(鐵總運[2016]21 號)、《鐵路貨物裝卸安全技術(shù)規(guī)則》(鐵總運[2015]244 號)等鐵路貨運規(guī)章制度對裝車組織后、在途運輸中、卸車組織前的貨車裝載狀態(tài)檢查提出明確的要求。一是在裝車組織后，要認真檢查車門、車窗、蓋、閥關(guān)閉及擰固和裝載加固情況；二是在途運輸中，在貨檢站對貨物列車的貨物裝載、加固狀態(tài)，以及貨車門、窗、蓋、閥關(guān)閉情況，和罐式集裝箱蓋、閥關(guān)閉情況等進行狀態(tài)檢查；三是在卸車組織前，要認真檢查車輛、篷布苫蓋、貨物裝載狀態(tài)有無異狀，施封是否完好。當前，以貨運計量安全檢測設(shè)備、高清視頻監(jiān)控設(shè)備等檢測監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備為載體的貨車裝載狀態(tài)檢查模式，仍然存在路網(wǎng)數(shù)據(jù)運用不充分、狀態(tài)檢測信息維度不全面、依賴人工經(jīng)驗確認或比對確認等突出問題，存在問題具體分析如下。

（1）貨車裝載狀態(tài)檢查范圍不統(tǒng)一?！惰F路貨運檢查管理規(guī)則》(鐵總運[2016]21 號)從貨物裝載、加固狀態(tài)，以及貨車門、窗、蓋、閥關(guān)閉情況等方面明確了鐵路貨檢作業(yè)范圍，但在貨檢站實際作業(yè)時，受不同人員對異常狀態(tài)判定標準認知不同，造成同一問題項點在不同貨檢站、不同作業(yè)班組間的處置方式差異明顯。

（2）海量貨運安全數(shù)據(jù)運用不充分。一是路網(wǎng)數(shù)據(jù)運用不充分，在貨運場站、專用線和貨檢站通過手持機、高清視頻監(jiān)控設(shè)備所采集的圖片、數(shù)據(jù)，主要用于本站的貨運生產(chǎn)作業(yè)，未聯(lián)網(wǎng)的貨運計量安全檢測設(shè)備同樣僅用于本站使用；二是歷史數(shù)據(jù)運用不充分，鐵路貨運圖片、視頻等數(shù)據(jù)存儲時間一般不超過6 個月，由于數(shù)據(jù)挖掘和分析手段不足、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系建立不完備，不能有效發(fā)揮貨運作業(yè)歷史數(shù)據(jù)作用。

（3）檢測監(jiān)測監(jiān)控信息維度不全面。依靠設(shè)備采集的鐵路貨車裝載狀態(tài)信息，主要包括貨車超偏載狀態(tài)信息和貨車裝載狀態(tài)圖片信息，對貨物溫度狀態(tài)、凍結(jié)狀態(tài)等尚未形成可靠技術(shù)手段。其中，貨車超偏載狀態(tài)信息作為輔助判定貨車偏載、偏重、超載狀態(tài)情況，對已形成安全風險但尚未演變成問題或事故的險兆事件，不能有效識別并報警；貨車裝載狀態(tài)圖像由于標準化建設(shè)不足，設(shè)備質(zhì)量、圖像質(zhì)量差異較大，阻礙了貨檢作業(yè)質(zhì)量提升。

（4）依賴人工經(jīng)驗確認或比對確認。貨運計量安全檢測設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備采集的信息，主要依賴人工經(jīng)驗確認或比對確認。對于貨車超偏載信息，分析后得出的貨車超偏載狀態(tài)，仍需要人工與沿途貨車超偏載信息進行比對確認，判定是否為異常貨車裝載狀態(tài)。對于貨檢視頻和圖像信息，主要依賴人工逐張判圖，依靠個人經(jīng)驗判定貨車裝載狀態(tài)是否良好。總體來看，依賴人工經(jīng)驗確認或比對確認方式進行的裝載狀態(tài)檢查，風險防控能力不足、工作強度較大，不能滿足貨運生產(chǎn)力布局優(yōu)化調(diào)整需要。

2 基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控模式優(yōu)化設(shè)計

2.1 優(yōu)化思路

群智感知是將移動感知和眾包思想相結(jié)合，是一種新穎的物聯(lián)網(wǎng)感知范式，也是智慧城市中一種全新的信息傳播方式和信息服務(wù)模式，能夠有效解決感知數(shù)據(jù)不完整和不準確的問題[3]。群智感知具有擴展性強、節(jié)點智能性等特點，能夠根據(jù)需要招募更多固定和移動的參與者，滿足感知規(guī)模和感知參數(shù)的需求變化。群智感知模式下的任務(wù)分配流程為“任務(wù)下發(fā)→執(zhí)行者選擇→提交感知數(shù)據(jù)→分發(fā)獎勵→返回數(shù)據(jù)”[4]，群智感知系統(tǒng)的任務(wù)分配流程如圖1所示。

圖1 群智感知系統(tǒng)的任務(wù)分配流程Fig.1 Task allocation process of the crowdsensing system

對鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控，任何單一數(shù)據(jù)采集方式、單一場景貨車裝載狀態(tài)均無法全面描述鐵路貨車裝載狀態(tài)是否良好。因此，按照多維度感知、全過程采集的貨車裝載狀態(tài)安全管控思路，擴大感知規(guī)模、豐富感知維度，基于群智感知創(chuàng)新鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式，提升鐵路貨運安全風險識別能力，完善人防、物防、技防“三位一體”鐵路貨運安全保障體系。

2.2 模式優(yōu)化

基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式實施思路是，以各類鐵路貨車裝載檢測監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備為載體，運用圖像采集、圖像識別、揚塵檢測、導(dǎo)航定位等技術(shù)，實現(xiàn)對裝車端、途中運輸、卸車端各場所節(jié)點的貨車車體狀態(tài)、貨物狀態(tài)和貨物裝載加固狀態(tài)的檢測監(jiān)測監(jiān)控，并對各實施主體的作業(yè)質(zhì)量進行激勵。按照數(shù)據(jù)采集、處理、運用的流程，基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式分為設(shè)備層、技術(shù)層、節(jié)點層、需求層?；谌褐歉兄蔫F路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式實施思路如圖2所示。

圖2 基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式實施思路Fig.2 Implementation idea for the crowdsensing-based whole-process safety management and control mode for loading status of railway freight cars

設(shè)備層主要包括視頻監(jiān)控設(shè)備、計量安全檢測設(shè)備等設(shè)備；技術(shù)層包括圖像采集技術(shù)、圖像識別技術(shù)、車體輪廓數(shù)據(jù)采集技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、超偏載智能預(yù)警技術(shù)等裝載狀態(tài)數(shù)據(jù)采集及分析關(guān)鍵技術(shù)；節(jié)點層包括裝車端、卸車端的貨運場站或?qū)Ｓ镁€，以及途中運輸?shù)母髫洐z站；需求層包括貨車車體狀態(tài)、貨物狀態(tài)、貨物裝載加固狀態(tài)。需求層、節(jié)點層、技術(shù)層、設(shè)備層的主要內(nèi)容如下。

（1）以貨車車體狀態(tài)、貨物狀態(tài)、貨物裝載加固狀態(tài)“三態(tài)”檢查為導(dǎo)向。貨車車體狀態(tài)是指貨車門窗蓋閥、罐式集裝箱蓋閥關(guān)閉情況，以及側(cè)墻、端墻等車體部件狀態(tài)情況，確保車體狀態(tài)滿足貨物裝載安全要求。貨物狀態(tài)是指貨物自身物理狀態(tài)是否發(fā)生變化，包括貨物凍結(jié)、貨物自燃、貨物包裝破損等不良狀態(tài)。貨物裝載加固狀態(tài)主要是指裝載加固材料及裝置失效狀態(tài)，包括拉牽捆綁材料松動、斷裂，掩擋類材料失效、丟失，座架傾斜、位移等不良狀態(tài)。構(gòu)建鐵路貨車裝載狀態(tài)檢查作業(yè)范圍及標準，確?！叭龖B(tài)”狀態(tài)良好，是確保鐵路貨車裝載狀態(tài)良好的核心和關(guān)鍵。

（2）以貨運場站、專用線、貨檢站“三地”作業(yè)場景為載體。鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控全過程是包括裝車端、途中運輸和卸車端三大環(huán)節(jié)的全過程管控模式。裝車端包括開展裝車后三檢的貨運場站和開展交接檢查的專用線，途中運輸包括途經(jīng)的各貨檢站，卸車端包括卸車前三檢的貨運場站和開展交接檢查的專用線。通過打通“三地”的數(shù)據(jù)交互通道，實現(xiàn)全過程不同場景下同一對象檢測數(shù)據(jù)的比對分析，有效提升鐵路貨車裝載狀態(tài)檢查質(zhì)量。

（3）破解超偏載智能預(yù)警、圖像智能識別、多源數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)。為滿足“三地”“三態(tài)”檢查需求，需要對不同類型設(shè)備采集的多源信息進行處理分析[5]。結(jié)合當前視頻監(jiān)控設(shè)備、計量安全檢測設(shè)備等設(shè)備配置和使用情況，重點需要破解高質(zhì)量圖像采集技術(shù)、高泛化能力的圖像識別技術(shù)、室外作業(yè)人員導(dǎo)航定位技術(shù)、超偏載智能預(yù)警預(yù)測技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高質(zhì)量采集、傳輸、處理、反饋。

（4）以手持終端、視頻監(jiān)控設(shè)備等多源智能感知設(shè)備為源點，改變傳統(tǒng)僅依賴視頻監(jiān)控設(shè)備等固定設(shè)備的信息采集方式，向固定設(shè)備采集和移動終端采集結(jié)合的群智感知模式轉(zhuǎn)變，豐富數(shù)據(jù)采集的傳感器類型，提升貨車裝載狀態(tài)數(shù)據(jù)準確性[6-7]。

2.3 流程設(shè)計

鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控流程主要包括任務(wù)下發(fā)、裝車端任務(wù)處理與反饋、沿途貨檢站任務(wù)處理與反饋、卸車端任務(wù)處理與反饋等環(huán)節(jié)，通過多源智能感知設(shè)備采集的信息匯聚到鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺。管理人員通過鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺盯控裝車端、沿途貨檢站、卸車端的貨車裝載狀態(tài)檢查的作業(yè)質(zhì)量和效果，按期進行獎勵分發(fā)?；谌褐歉兄蔫F路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控任務(wù)分配流程如圖3所示。

圖3 基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控任務(wù)分配流程Fig.3 Task allocation process of crowdsensing-based wholeprocess safety management and control of loading status of railway freight cars

裝車端任務(wù)處理包括貨運場站裝車后檢查和專用線交接檢查，貨運場站內(nèi)狀態(tài)檢查是按照貨物裝載加固方案對貨物位置及狀態(tài)、車體狀態(tài)、裝載加固材料及裝置使用等進行檢查，專用線內(nèi)交接檢查是按照運輸協(xié)議對貨物施封、貨物現(xiàn)狀、車門車窗、篷布苫蓋等進行檢查。其中，貨運場站裝車后檢查要求較高，以確保貨物在運輸全過程中，不發(fā)生移動、滾動、傾覆、倒塌或墜落等情況。

2.4 應(yīng)用效果

通過基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式創(chuàng)新，能夠?qū)崿F(xiàn)貨車裝載狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)化管理、全過程管控、多維度感知，推動鐵路貨車裝載狀態(tài)檢測監(jiān)測設(shè)備集成化創(chuàng)新，為提升鐵路貨運安全管理能力和質(zhì)量提供可靠技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)。

（1）實現(xiàn)貨車裝載狀態(tài)全過程管控。通過打通裝車、在途、卸車等不同環(huán)節(jié)間信息通道，實現(xiàn)裝載狀態(tài)信息實時對稱，構(gòu)建全過程鐵路貨車裝載狀態(tài)管控體系。一是風險排查實時化，以貨物運單為基礎(chǔ)查詢發(fā)到站和沿途各貨檢站的作業(yè)信息、貨車裝載狀態(tài)圖片信息和超偏載狀態(tài)信息，及時對比識別貨車裝載風險隱患，提升鐵路貨運安全管理能力。二是問題追溯可視化，對檢查發(fā)現(xiàn)的貨車裝載狀態(tài)問題及隱患，管理人員可查詢裝卸、貨檢、專用線交接檢查等歷史作業(yè)信息，精準分析判斷問題發(fā)生環(huán)節(jié)及場所，實現(xiàn)鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程可追溯、可視化[8]。

（2）實現(xiàn)貨車裝載狀態(tài)多維度感知。通過配置手持終端、視頻監(jiān)控設(shè)備等多源智能感知設(shè)備，實現(xiàn)貨車裝載狀態(tài)圖片、重量、溫度、濕度、壓強等多源信息匯集，降低人眼盯控的勞動強度，豐富鐵路貨車裝載狀態(tài)檢查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)范圍。以多維度感知數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)層、特征層、決策層的數(shù)據(jù)融合形成更全面的鐵路貨車裝載狀態(tài)評價信息，為精準判斷貨車裝載狀態(tài)提供可靠數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

（3）推動檢測監(jiān)測設(shè)備集成化創(chuàng)新。鐵路貨車裝載狀態(tài)多維度檢測監(jiān)測需求，推動了視頻設(shè)備、計量安全檢測設(shè)備等集成化、一體化發(fā)展。一是推動基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備共用，視頻設(shè)備、計量安全檢測設(shè)備等檢測設(shè)備均需要車號識別設(shè)備、門架、光纜等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，通過集成化能夠?qū)崿F(xiàn)一次投入、多設(shè)備使用，極大降低設(shè)備投資成本和運用成本；二是推動采集數(shù)據(jù)集成化處理，通過多源感知設(shè)備集成化能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理前置，減少數(shù)據(jù)傳輸成本，優(yōu)化數(shù)據(jù)采集處理流程，提升鐵路貨車裝載狀態(tài)檢測監(jiān)測效率和質(zhì)量。

3 鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控模式優(yōu)化措施建議

為確保基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態(tài)安全管控模式優(yōu)化的應(yīng)用實施，需要構(gòu)建統(tǒng)一鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺、完善鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程檢查制度、強化裝載狀態(tài)任務(wù)完成激勵機制、加強貨車裝載檢測監(jiān)測監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新等措施。

（1）構(gòu)建統(tǒng)一鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺。針對不同場景下狀態(tài)檢查、不同設(shè)備運用管理分散在不同鐵路貨運管理信息系統(tǒng)，造成數(shù)據(jù)交互不順暢、不及時的突出問題，需要構(gòu)建統(tǒng)一的鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺，打通貨運場站、專用線、貨檢站間的數(shù)據(jù)交互通道，構(gòu)建互認的鐵路貨車裝載狀態(tài)檢查功能模塊，為鐵路貨車裝載全過程安全管控提供可靠的信息平臺基礎(chǔ)支撐。

（2）完善鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程檢查制度。裝卸管理、貨檢管理、專用線專用鐵路管理等管理要求分散在各專業(yè)管理規(guī)章制度中，檢查內(nèi)容、檢查標準、檢查流程等存在較大差異，不能滿足鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控的需要。因此，需要在構(gòu)建鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺的基礎(chǔ)上，明確不同場景下狀態(tài)檢查的作業(yè)標準、管理要求，完善鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程檢查制度，有力支撐鐵路貨運站段標準化規(guī)范化建設(shè)。

（3）強化裝載狀態(tài)檢查任務(wù)完成激勵機制。設(shè)計合適的激勵機制補償任務(wù)執(zhí)行者，從而激發(fā)保持其持續(xù)參與感知任務(wù)的熱情，對于群智感知系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。通過優(yōu)化當前以考核為主的管理方式，逐步建立以激勵為主、考核為輔的鐵路貨車裝載狀態(tài)檢查任務(wù)管理方式，提升鐵路貨運系統(tǒng)作業(yè)人員積極性，并鼓勵跨系統(tǒng)作業(yè)人員參與貨車裝載狀態(tài)檢查。

（4）加強貨車裝載檢測監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)創(chuàng)新。鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程管控模式的建立，需要有可靠的貨車裝載狀態(tài)數(shù)據(jù)。針對當前視頻監(jiān)控設(shè)備、手持終端等設(shè)備仍存在數(shù)據(jù)采集質(zhì)量不良、數(shù)據(jù)傳輸存在延時、分析處理存在誤差等問題，在有效控制設(shè)備采購成本基礎(chǔ)上，按照集成化、智能化、便捷化研發(fā)思路，加強相應(yīng)鐵路貨車裝載狀態(tài)檢測監(jiān)測監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，提升設(shè)備采集、傳輸、分析、展示的質(zhì)量與效果。

4 結(jié)束語

構(gòu)建鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式，對提升鐵路貨運安全管理質(zhì)量，確保鐵路行車安全具有重要作用。但鐵路貨車裝載狀態(tài)全過程安全管控模式優(yōu)化是一項跨專業(yè)的系統(tǒng)性工程，涉及到鐵路貨運系統(tǒng)、客運系統(tǒng)、車務(wù)系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等多個專業(yè)。僅解決鐵路貨運系統(tǒng)專業(yè)內(nèi)部問題尚不能最大化釋放模式優(yōu)化所產(chǎn)生的效能，需要進一步從數(shù)據(jù)交互、業(yè)務(wù)交互、管理交互等方面與其他專業(yè)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)鐵路全要素、全過程的生產(chǎn)組織和安全管控，共同推動鐵路人防、物防、技防“三位一體”安全保障體系構(gòu)建完善。