半自動閉塞區段列車整列到達智能分析系統設計與研究

徐建華 張國榮 中國鐵路上海局集團有限公司寧波車務段

鐵路作為國民經濟的大動脈、國家重要基礎設施和大眾交通工具，在促進國家經濟發展、保證社會穩定方面發揮著至關重要的作用。目前我國正處于全面建設“一帶一路”的關鍵時期，截止2018年6月，“一帶一路”中歐班列累計開行量已突破9 000列，如何進一步提高鐵路運輸效率，保證“一帶一路”戰略的順利進行，已成為鐵路運輸行業新熱點。與此同時，行業內部正在積極尋求鐵路行車系統勞動組織方式優化、工作機制創新，減少運營成本。而鐵路半自動閉塞區段列車整列到達自動智能分析系統的設計與研究，正是兼顧了運輸效率提高和勞動組織方式優化的合適切入點。

目前半自動閉塞區段列車整列到達的確認以人工方式確認列車尾部標志為主，人工目測監視列車運行準確率低、橫越正線等過程存在安全隱患、普通監控裝置難以保證運輸效率等存在的問題亟待解決。通過技術手段實現可靠的半自動化閉塞區段整列到達的自動化確認是解決現有問題，提升鐵路運輸效率，實現勞動組織改革的有效手段。所以本文擬在此需求基礎上，對半自動閉塞區段列車整列到達自動智能分析系統進行設計與研究。

1 系統概述

半自動閉塞區段列車整列到達智能分析系統的作用應體現在以下三個方面：

（1）系統能夠自動檢測列車經過，然后啟動信息讀取設備，并在列車經過過程中進行實時的圖像監控，同時對經過列車的尾部軟管和車號圖片進行精確捕捉。

（2）列車到達檢測位置時，通過檢測裝置自動讀取車列尾部車號，然后自動比對進出站車號的一致性與否，并將比對結果及時傳輸到上傳到應用平臺，并以語音方式提示車站值班員。

（3）系統能夠對列車運行的速度、方向等基礎信息進行測算以便于車站值班員及時掌握列車運行動態。

為實現上述功能，充分利用人工智能技術、計算機網絡技術、信息技術、大數據共享、云計算、物聯網等技術，實現應用系統的智能化。系統所選設備各項技術性能指標均達到行業一流標準，保證其在相當長的時間內具有技術優勢，能夠適應未來技術發展的潮流。

2 系統構架設計

2.1 物理構架設計

半自動閉塞區段列車整列到達智能分析系統架構由五部分組成：行車室視窗顯示與操作、出站圖像視頻采集、出站車號采集、進站車號采集、云服務平臺系統（見圖1）。

圖1 系統物理構架

（1）行車室視窗顯示與操作：是終端信息顯示節點，由視窗顯示終端、綜合應用工控機、存儲服務器及交換機構成，分別顯示車號圖像、尾部軟管吊起圖像、列車經過動態視頻圖像、出站車號顯示、手動輸入車號、進站車號顯示、列車整列到達信息顯示與語音提示、圖像視頻車號信息查詢、信息控制處理、與云平臺進行信息交互等。

（2）出站圖像視頻采集：是圖像與視頻信息采集的節點，由高清拍照單元、高清視頻單元、網傳單元、主控觸發單元、列車檢測單元等構成。

（3）出站車號采集：主要由出站車號讀取裝置和物聯網傳輸設備構成，當列車出站經過采集位置時，讀取裝置將采集到的車號信息經過處理后，通過物聯網對經過車輛的車號自動上傳給云服務平臺。

（4）進站車號采集：主要由進站車號讀取裝置和物聯網傳輸設備構成，當列車進站經過采集位置時，讀取裝置將采集到的車號信息經過處理后，通過物聯網對經過車輛的車號自動上傳給云服務平臺。

（5）云服務平臺：包括數據庫服務模塊、管理服務模塊、接入服務模塊、報警服務模塊、車號數據服務模塊、圖像分析處理服務模塊、視頻服務模塊等，它們共同形成大數據運算處理中心，完成各種數據信息的共享交互，集管理、交換、分析處理、存儲和轉發于一體，是系統能穩定、可靠、安全運行的先決條件。

2.2 功能構架設計

（1）列車整列到達自動智能分析

運用車輪檢測、RFID技術、窄帶物聯網傳輸、后臺運算等進行自動分析計算，最終在行車室終端顯示列車整列到達信息。

通過在出站位置部署車號采集子系統，同時在進站位置部署車號采集子系統，經過云平臺服務對出站進站車號進行自動比對輸出列車整列到達信息（見圖2）。

圖2 列車到達檢測分析

（2）列車尾部車號和軟管吊起定位拍照

系統充分考慮列車運行速度與攝像機快門拍攝的要求，同時結合計軸技術、信息技術、網絡傳輸等技術，構成了一套先進的可快速部署的視頻抓拍系統。

列車經過計軸檢測，即當列車到達自動開啟車輪計軸裝置，當計軸裝置檢測到列車車輛2組輪對時，輸出視頻拍照信號，這樣可精準定位每列車輛位置。當拍照系統收到信號后，立即觸發控制模塊抓拍車輛圖像，放入專用存儲器，等待后臺來提取車號圖像和尾部軟管吊起圖像。系統不僅能實時抓拍車號圖像和尾部軟管吊起圖像，并且通過網絡傳輸技術將列車車身車號圖像和尾部軟管吊起圖像的最后一張及時傳輸到行車室，車站值班員可以及時觀看到列車整列到達時的真實情況，便于車站值班員及時開通區間（見圖3）。

圖3 列車尾部風管及車號定位拍照

（3）列車接近與視頻監控融合

當列車接近進站位置時，產生列車經過專用視頻信息存儲后臺，值班員可點擊視窗按鈕回放經過列車視頻信息，確認列車尾部車號及軟管狀態。

圖4 列車接近于視頻監控融合

（4）高度集成與各子系統的融合

應用工業互聯、物聯網、大數據共享、云計算、嵌入式、計算機等技術，系統實現了列車整列到達自動智能分析、實時車輛車號和尾部軟管吊起圖像抓拍、實時視頻監控與定位回放、遠程運維監測管理服務支持等功能的高度集成，為當前車務系統減員增效提供了技術支撐。

3 系統運行模式

列車整列到達智能分析系統共三種運行模式：全自動監視模式、半自動監視模式、監視模式。

（1）全自動運行監視

當列車通過出站位置時，進站采集裝置將出站列車尾部車號，上傳云服務平臺處理，存儲等待比對運算，并發送給客戶端視窗顯示，將車號自動運算信息呈現給車站值班員。

當列車通過進站位置時，進站采集裝置將列車進站列車尾部車號，上傳云服務器與出站車號實時比對運算。如果一致，則語音提示和文字顯示“車號匹配成功”告知車站值班員；同時，高清拍照單元通過列車信息檢測單元和觸發單元將列車經過的車號和尾部軟管圖像，分析處理將最后一張圖像上傳顯示終端。

車站值班員通過車號比對運算信息、車號和尾部軟管吊起圖片、動態視頻圖像及語音提示，實現對列車運行跟蹤及車號與尾部軟管吊起信息的確認，調度指揮接發列車。

（2）半自動運行監視

在信號樓視窗顯示終端界面上，專門設計手動車號輸入窗口，手動輸入尾部車輛車號便于與列車出站自動采集的車號進行比對分析運算，最后在終端顯示；同時，高清拍照單元通過列車信息檢測單元和觸發單元將列車經過的最后一張車號和尾部軟管圖像上傳視窗顯示終端并同時發出提示信號，視頻信息同步上傳，幫助車站值班員調度指揮接發列車。半自動監視模式主要針對多方向經過列車，手動輸入車號自動比對，對于列車通過較少站點適用，降低成本。

（3）運行監視狀態

高清拍照單元通過列車信息檢測單元和觸發單元將列車經過的車號和尾部軟管圖像，分析處理后將最后一張圖像上傳顯示終端；尾部軟管監控和車號監控系統將列車經過實時圖像同步上傳顯示終端；車站值班員可看見車號和尾部軟管吊起圖片、動態視頻圖像。

4 系統供電保障

設備供電：主要分前端拍照監控子系統供電、進出站車號讀取子系統供電、行車室設備供電等組成。

（1）前端拍照監控子系統供電

設備通常采用集中供電方式，各攝像機、閃光燈、頻閃燈等終端在就近的場站供電系統取一路220 V市電，市電經加裝自動重合閘開關（含SPD），引到設備箱使用，保證了引入部分電源線路的漏電及防雷防護。供電電壓要求為220 V/AC，功率約為1 000 VA。

（2）進出站車號讀取子系統供電

根據進出站點位置現場查看，設備端距離站場接電位置距離遠，且需要挖溝過軌施工難度大，故設備采用太陽能磷酸鐵鋰電池發電系統，依據當地天氣情況確保15天陰雨天供電，太陽能電池的使用壽命≥20年，磷酸鐵鋰電池具有耐高低溫的特性，是鉛酸電池壽命的4倍，保證了夜間和陰雨天的持續供電。

（3）行車室顯示與操作子系統供電

本子系統供電電壓要求為220 V/AC，功率約為500 VA。

5 結束語

（1）智能分析系統取代人工作業

建立半自動閉塞區段列車整列到達自動分析比對系統，可實現半自動閉塞區段列車整列到達智能分析。用該系統取代人工確認模式，減少助理值班員出務作業量，避免作業人員橫越線路風險，減輕作業壓力，減少作業人員數量，降低人工成本，促進勞動組織改革。

（2）鐵路作業人機交互新形式

建立穩定、可靠、高效的半自動閉塞區段列車整列到達智能分析人機交互平臺，集成車輛信息對比、圖片捕捉、視頻同步、語音提醒等功能，改善以往人工作業可靠性低、不確定因素多、受環境影響大等特點。

（3）半自動閉塞區段運輸效率新高度

建立半自動閉塞區段列車整列到達智能分析系統，可大量減少確認列車整列到達時間，實現半自動區段閉塞辦理效率新的飛躍，從而顯著提高鐵路半自動閉塞區段運輸效率。