鐵路專用線交接檢查系統設計研究

周寶憲，張少凱，郭建華，柴雪松，盧世團

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

鐵路專用線是解決鐵路運輸“最后一公里”的重要設施，按照《關于加快推進鐵路專用線建設的指導意見》(發改基礎[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 的大型工礦企業和新建物流園區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鐵路進港。在鐵路專用線建設快速發展的形勢下，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可以更好地提高交接檢查作業的質量和效率，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狀分析

1.1 作業流程

鐵路專用線交接檢查作業由鐵路貨運員和企業運輸員共同進行，其交接檢查的對象是企業裝卸車，是鐵路與企業劃分貨運安全責任的關鍵節點[3-4]。鐵路專用線交接檢查作業的重點檢查項目包含裝車方案、貨物裝載狀態和車輛編組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；貨物裝載狀態檢查內容包括車頂平整性檢查、車門嚴密性檢查、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裝卸車來源、企業裝卸車品類、企業裝卸車去向等方面進行檢查。鐵路專用線交接檢查作業流程為企業裝卸車到達鐵路專用線后，對停留在鐵路專用線的企業裝卸車進行交接檢查，如果企業裝卸車符合交接檢查各項要求，企業裝卸車就可以放行，否則企業裝卸車將繼續接受交接檢查作業，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的重點檢查項目均需要由人工步行圍繞企業裝卸車進行目視檢查，交接檢查作業效率低下，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現裝車方案、貨物裝載狀態和車輛編組問題的關鍵環節，裝車方案是否繁多、貨物裝載狀態是否穩定和車輛編組方式是否復雜是影響鐵路專用線交接檢查質量的關鍵原因。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，導致既有鐵路專用線交接檢查存在交接檢查質量不高、交接檢查作業時間長、信息化程度低等問題[5-6]。

（1）交接檢查質量不高。鐵路專用線交接檢查質量受外界條件、人員責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。在電氣化區段中，檢查人員無法登上車頂進行交接檢查，造成交接檢查存在盲區；在惡劣天氣下，檢查人員登車困難，漏檢、檢查不到位等鐵路專用線交接檢查問題時有發生，降低了鐵路專用線交接檢查質量，給鐵路貨運帶來安全隱患。

（2）交接檢查作業時間長。鐵路專用線貨物列車長度不一，大部分由50 節貨車編組成列。檢查人員在核查車輛編組和裝載狀態時，需要步行對所有貨車進行檢查，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，檢查人員頻繁上下待檢貨車，增加交接檢查作業時間。此外，由于貨物列車編組內容較為復雜，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，造成交接檢查作業時間進一步加長。

（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，鐵路無法準確掌握車輛進出企業的時間、停留時間，以及企業內停留的車輛數量，致使部分車輛無效停留時間過長，車輛運用效率降低。

1.3 系統架構設計

針對目前鐵路專用線交接檢查現狀，設計鐵路專用線交接檢查系統，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量和效率。根據鐵路專用線交接檢查系統的功能需求，鐵路專用線交接檢查系統分為車號采集模塊、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據采集模塊，信息集成模塊則負責對鐵路專用線交接檢查相關信息的存儲、分析和應用展示。根據鐵路專用線交接檢查數據流向，鐵路專用線交接檢查系統邏輯架構由數據采集層、數據存儲層、數據分析層和應用層4 個層次組成。鐵路專用線交接檢查系統架構如圖2 所示。

（1）數據采集層。數據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、右側、頂部及車輛整體進行圖像采集，為作業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節；車號采集模塊自動采集通過車輛的車次及車號，并記錄車輛的進場時間和出場時間，實現抄寫車號的自動化。

（2）數據存儲層。數據存儲層采用MySQL 數據庫，實現對車輛的車號信息、圖片信息等業務數據，設備臺賬、測點信息、用戶信息等基礎數據，以及設備的狀態信息等各類型數據進行分類及匯總。

（3）數據分析層。數據分析層對數據存儲層內的多源異構數據進行信息匹配處理，例如車輛在鐵路專用線內的占用時間可以通過提取數據存儲層的進場時間和出場時間，經數據分析層進行計算，得出車輛在鐵路專用線的占用時間。

（4）應用層。應用層包含綜合展示、車輛查詢、信息補錄和統計分析等模塊，用戶可以進行可視化數據的查詢及統計。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，作業人員在值班室內通過屏幕就可以查看貨物的裝載方案、裝載狀態和車輛編組狀態，從而解決既有交接檢查中作業時間長、交接質量不高、信息化程度低等問題。

2 鐵路專用線交接檢查系統功能分析

根據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，實現抄寫車號工作的自動化；視頻采集模塊進行車輛圖像采集，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信息進行集成分析，實現數據的可視化。

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(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致的車號信息錯誤。AEI 是安裝在軌道上的硬件系統，當AEI 收到來車信息時，車號采集模塊開始采集列車經過時的輪位信息、車輛的電子標簽信息等。其中，電子標簽信息包含車型、車號等重要信息，為圖像匹配和車輛占用分析提供索引數據。車號采集模塊工作由開機磁鋼和判軸磁鋼共同完成，當開機磁鋼感知到鐵路專用線有貨車經過時，天線開機并識別車號信息；貨車車輪接觸判軸磁鋼后，在計算貨車的速度后，依據車輪經過判軸磁鋼的時間和貨車速度對貨車類型進行劃分。當車輛編碼、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，鐵路視頻技術在鐵路貨運中應用較為廣泛，一般采用面陣相機和線陣相機2 種設備，其中面陣相機成本較低，適用于靜態場景監測；對線陣相機而言，其圖像分辨率遠高于面陣相機，而且對運行狀態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的貨物種類有所差異，相應的交接檢查的重點內容也有所不同。因此，在充分考慮經濟性的基礎上，提出以面陣相機為主和以線陣相機為主2 種視頻采集模塊方案供企業根據實際情況選用。

（1）以面陣相機為主。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，左、右圖像均采用2 臺面陣高清相機，場景圖像采用1 臺面陣高清相機。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，其關注重點在車輛頂部裝載狀態的情況，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，場景圖像采用1 臺面陣高清相機。該方案適用于現場通過車輛類型較多，或對車輛兩側及頂部裝載狀態全面關注的以卷鋼、鋼錠等運輸為主的鐵路專用線，從上方和側方詳細查看敞車扣鐵缺失、篷布繩索捆扎狀態等工況。

2.3 信息集成模塊

信息集成模塊基于瀏覽器/服務器(B/S)架構，具有車輛視頻、車號等信息的多源異構數據的匯聚與管理功能，使用數據可視化技術為用戶提供友好的人機界面展示。根據鐵路專用線交接檢查的工作內容，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，供作業人員在網頁上開展交接檢查工作。交接檢查結果實時錄入系統，可以同步提供給企業，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，當列車到達時可以識別到達列車的車號和進場時間；在列車離開時可以識別出發列車的車號和離場時間。車輛查詢子模塊在獲取車號、進場時間和離場時間后，通過數據庫判斷車輛狀態并準確計算得到車輛的在場時間。鐵路局集團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。在日常應用中，由于存在車輛標簽丟失、車號天線長期使用后性能下降等問題，會造成少數車輛車號丟失，無法準確識別車號信息[9]。據統計，“空標簽”車輛占所有車輛的1‰左右，基于此，信息補錄子模塊根據輪位傳感器識別車輛序號，并將車號標記為未知狀態。此后，在車號補錄界面，對車號信息標記為未知狀態的車輛，用戶根據對應的車輛圖片肉眼識別出標注在車體側面的車號后，將車號信息補錄至數據庫中。

（4）統計分析子模塊。統計分析子模塊基于存儲的歷史數據，用戶可以根據車次、車號等查詢統計車輛的進場時間、出場時間、占用時間，以及車輛的多角度圖片等多種信息。結合操作員登錄信息，管理部門可以確認作業人員所負責的每趟列車的交接檢查工作質量，并在發生事故后進行信息回溯，從而敦促作業人員提高工作責任心，確保鐵路專用線交接檢查作業質量。

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

3 結束語

提升鐵路專用線交接檢查質量和檢查效率，是鐵路專用線運輸的重要內容。鐵路專用線交接檢查系統具有視頻采集、車號采集、信息集成等功能，可以實現鐵路專用線交接檢查的室內預檢作業，能夠有效減輕檢查人員作業強度、提高鐵路專用線交接檢查作業效率、保障鐵路專用線交接檢查的質量。鐵路專用線交接檢查系統目前已經在中國鐵路蘭州局集團有限公司部分車站和甘肅省部分企業投入使用，實踐證明，鐵路專用線交接檢查系統能夠起到提升交接檢查作業效率、改善交接檢查質量和提高信息化管理水平的效果，達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的應用，鐵路專用線交接檢查系統將進一步提升鐵路專用線交接檢查技術水平，優化專用線交接檢查作業流程，從而促進鐵路專用線運輸效率的有效提升。