鐵路貨場防侵限安全智能預警監控技術研究

王健，李琦，魏子雄

（沈陽鐵道科學技術研究所有限公司，沈陽 遼寧 110013）

鐵路貨場是指鐵路貨運站辦理貨物承運、保管、裝卸和交付作業的一個生產車間，也是鐵路貨物運輸與其他貨物運輸工具銜接的場所。貨場是鐵路貨物運輸生產過程的起始、中轉和終止的地點，與國民經濟各部門直接發生聯系，是鐵路貨物運輸的主要環節。然而，在貨場實際的生產及作業過程中存在著一定的安全風險，如近幾年集團公司貨場發生的多起調車組人員傷亡事故，教訓極為深刻，事故原因主要為汽車搶越沒有設置防護欄桿的平過道和汽車侵限與線路平行運行，這在一定程度上暴露了鐵路貨場在防侵限安全預警監控方面的技術手段相對落后，無法對上述風險進行及時有效的管控。

1 需求分析

隨著經濟的發展，全國貨物運量不斷提升，鐵路物流基地不斷地增多，這不僅提高了鐵路的運輸能力，也為各企業的運輸生產帶來了極大的便利。然而，隨之帶來的安全問題和責任，也日漸加重。當前，國內的貨場普遍實施有綜合視頻監控系統，實現了貨場的高清視頻全覆蓋。但是，現有的高清視頻監控系統也面臨著很大的挑戰，大量的視頻源往往通過大屏輪循的方式顯示在大屏幕上，通過人工判斷的方式，進行事態監控。在如此多的視頻流中，人的監管工作就顯得繁重而低效，監控的更大作用，依然只能用于事后的取證和檢索。因此，如何能再事件發生的第一時間，通過視頻監控發現異常事故行為，通知管理人員，避免事故的發生，就顯得尤為突出。隨著近年來深度學習算法在圖像識別領域的廣泛應用以及以GPU為代表的計算性能跨越式提升，基于視頻模式識別的區域入侵檢測逐漸具備了實際應用條件，基于深度學習算法的周界防范技術已經可以很好地為鐵路行業提供可靠、穩定的安全技術保障。

2 預期目標

采用比較成熟的智能視頻監控技術，實現對視頻內的虛擬界限和車輛活動路徑進行實時讀取分析，實時監控是否有車輛及貨物侵限的情況，同時，將報警信息傳送到調車作業人員手臺中，實現對貨場中車輛及貨物侵入線路限界的智能預警監控。主要實現目標：

（1）貨車靜止狀態下，監控貨車停靠時的非法侵入情況，并進行報警；

（2）貨車運行狀態下，監控貨車運行途中的非法侵入情況，并進行報警；

（3）貨車在行駛過程中，監控有攔截桿路口的攔截桿抬起/落下狀態，針對異常情況進行報警；

（4）貨車在行駛過程中，監控沒有攔截桿路口，針對爭道搶行情況進行報警。

（5）貨物擺放的非法侵入情況，針對異常情況進行報警。

3 工作原理及技術指標

智能視頻監控系統是采用圖像處理、模式識別和計算機視覺技術，通過在監控系統中增加智能視頻分析模塊，借助計算機強大的數據處理能力過濾掉視頻畫面無用的或干擾信息、自動識別不同物體，分析抽取視頻源中關鍵有用信息，快速準確地定位事故現場，判斷監控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發出警報或觸發其他動作，從而有效進行事前預警，事中處理，事后及時取證的全自動、全天候、實時監控的智能系統。

3.1 工作原理

接近開關安裝在距離列車進入貨場裝卸區一定距離外，當列車觸發接近開關后，接近開關立即將信號傳輸至系統軟件，系統經過智能分析，根據來車具體情況啟動一級相應，貨場道閘位置區域廣播立即鳴放禁止車輛通行，裝卸區域的作業廣播立即警示注意作業安全有列車接近，并將所在區域監控系統自動啟動，判斷是否有非法侵如情況，同時，將通過對講機提示調車作業人員注意危險。

當列車進入貨場停穩后，貨場內的傳感器繼續監控貨車的侵限情況，對講機及區域廣播將發布二級相應通告，所有裝卸區域監控系統將對場區車輛人員進行全面監控，地方貨車，嚴格按照貨場工作人員引導，方能進行貨物裝卸區域進行裝卸車作業。

當列車完成裝卸工作后，駛離場區時，再次發出一級響應，系統軟件將再次將重點區域進行布控及警告廣播，直至列車駛出貨場。

3.2 技術指標

3.2.1 實時性

從入侵行為開始到系統發出報警提示所需的響應時間，應不大于3s。

3.2.2 準確性

系統支持24小時運行；

在80米以內檢測區域，誤報率為0%，漏報率為0；

在80～100米以內的檢測區域，誤報率小于2%，漏報率為0；

在100～150米以內的檢測區域，誤報率小于5%，漏報率為0；

在150～230米以內的檢測區域，誤報率小于8%，漏報率為0。

3.2.3 其他要求

系統對報警發生期間的視頻片段應滿足長期存儲要求。

4 實施方案

采用比較成熟的視頻監控技術，借助智能攝像頭進行安全區域的劃定，同時，根據實際情況（比如，報警信息傳送到手臺等），進行必要的二次開發。

智能攝像頭主要技術參數：300萬紅外網絡高清智能球，300萬像素，30倍光學，支持H.265兼容H.264，超低照度，3D降噪，低碼率，ROI，三碼流，透霧，強光抑制，Smart IR，電子防抖，智能運動跟蹤，越界偵測、區域入侵、人臉偵測、音頻偵測、進入區域、離開區域、徘徊、物品遺留、物品拿取、人員聚集、車牌識別，IP66，紅外180米。

進出貨場記錄方式：采用攝像頭與紅外傳感器聯動的方式，既通過攝像頭識別技術，紅外傳感器感應火車進出場；開啟攝像頭錄像功能，準確快捷的定位火車進出場過程。

鐵軌沿火車行駛方向兩側劃定安全區域：采用電子圍欄與視頻聯動的方式進行劃定。電子圍欄與以前的紅外對射器一樣，都屬于報警探頭類的設備。該類型設備是分防區的。布防的情況下，只要某個防區產生觸動和遮擋報警，該防區的模塊組會向監控室發送一個開關量報警信號，報警主機識別該地址碼的報警信號以后，輸出一個報警信號給電子地圖或電腦、聯動裝置。監控系統主機若與報警主機進行過報警聯動設置，這時，會對報警主機傳遞過來的報警信號進行甄別，然后，把該防區里面的監控探頭調用，進行錄像以及重點強調觀看。

有攔截桿路口監控實現方式：將攔截桿改造為智能道閘，即選配車輛探測器，紅外傳感器，壓力波等安全裝置；配置RS232/485等接口，便于遠程采集道閘狀態，與攝像頭進行聯動進行報警。同時，利用攝像頭AI技術作為輔助手段，對攔截桿的起落狀態進行監控。

無攔截桿路口監控實現方式：主要是針對火車在運行過程中，針對鐵軌沿火車行駛方向兩側劃定安全區域，火車前進區域或后退區域（根據火車運行速度，計算剎車距離）。將兩側與前后4個方向的區域劃定為安全區域。關鍵技術解決前后2個方向的安全區域劃定。

在路口安裝車輛探測器、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，劃定安全區域。

或者在火車上，安裝一個移動式攝像頭，用于感應當前車輛的速度；通過與各路口的監控攝像頭進行聯動（按照距離的方式，進行聯動），保證當前火車在行駛過程中，所能夠進行聯動的區域即為安全區域。

任何闖入安全區域的物體都通過調度手臺進行報警。

5 結語

綜上所述，視頻安全智能預警監控技術已經非常成熟并應用于其他領域的周界報警中，若能成功應用于貨場防侵限領域，用于監控及阻止貨場內貨運汽車侵入線路限界內，避免火車與汽車碰撞安全事故的發生，挽救生命財產的同時，也保證了鐵路運輸生產的安全，對于鐵路運輸保障具有非常深遠的意義。