基于全景技術的機車檢修接車系統設計

李康民 趙萬里 李哲

摘要：針對原接車系統拍照上傳圖集和手記謄抄上傳接車文檔方式，存在圖多零碎查閱困難和接車記錄形成繁瑣且后續使用困難的問題，提出了新型的設計理念。采用3D建模、全景技術和移動計算，構建了新型接車鑒定工作模式;以3D機車為依托，融合全景圖和細節平面圖;清單化接車作業;提升了接車鑒定工作效率和質量。

Abstract： Aiming at the problems of the original pickup system taking pictures and uploading the atlas and the handwritten notes uploading the pickup documents， there are problems such as the difficulty of checking multiple pictures and the cumbersome formation of pickup records and the difficulty of subsequent use. A new design concept is proposed. 3D modeling， panoramic technology and mobile computing are used to construct a new model of locomotive pickup appraisal; relying on 3D locomotive， it integrates panoramic images and detailed floor images; inventory pickup operations; improve the efficiency and quality of locomotive pickup appraisal.

關鍵詞：鐵路機車;機車檢修;接車鑒定;預檢作業;全景看車

Key words： railway locomotive;locomotive inspection and repair;appraisal of receiving train;preinspection operation;panoramic view of the locomotive

中圖分類號：U269.322? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0153-04

0? 引言

機車經過一定時期運行，各部件會發生磨耗、變形或損壞，為保障機車可靠地運行，須有計劃地進行檢修。依據鐵路相關規定，承修單位組織有關人員，會同承驗驗收室和送車單位代表共同做好接車鑒定記錄，并由送車單位代表帶回一份記錄交機務段[1];接車鑒定是對機車部件進行檢查、記錄、確認檢修要求及拍照存檔，記載機車入廠狀態和檢修要求，對后續檢修過程有重要的指導作用。以往做法是一方面通過相機拍攝機車部件，導出后上傳原系統，每臺份約300余張;另一方面邊檢查邊手記到紙上，然后謄抄入電腦，整理形成接車記錄，將文檔上傳到原系統。主要存在：重復工作多、圖片零碎查找難、文檔形式傳遞信息利用難度大;針對以上問題，進行新的設計架構研究，對于提升接車鑒定工作效率和質量有重要意義。

1? 系統架構設計

對于接車鑒定工作中存在的問題，本研究設計思路如下：

①對SS4B、HXD1型機車進行3D建模，作為圖片載體，解決圖片零碎，查找難問題;

②利用全景技術，對機車各室區域全景采圖，并融入3D機車，提升機車整體感;

③細節平面圖，嵌入對應全景點，滿足對清晰度的不同需求，詳略得宜;

④將接車檢查項條目化，在APP端清單化作業，自動生成接車記錄，避免重復工作，并對后續檢修過程提供班組級精準化指導。

依據以上思路，系統架構設計分為基礎設置、全景子系統、預檢子系統，架構設計如圖1所示。

1.1 基礎設置

該部分主要是對SS4B和HXD1型機車進行3D建模，為全景圖提供依托和背景。SS4B型電力機車是由兩節完整的單司機室4軸機車通過機械和電氣重聯組成的8軸機車。[2]HXD1型機車由兩節完整的單司機室四軸機車通過機械和電氣重聯的形式組成八軸機車，機車的設備布置與通風系統以單節車為單元，其設備布置采用中間走廊、模塊化結構設計。[3]

在3D模型上定義全景點和細節圖，為采圖任務提供模板;機型的配件組成是機車預檢的基礎，通過系統進行配置，并在此基礎上設置機型預檢項點，將接車鑒定工作按配件進行條目化定義，設定檢查標準和預選結果集。

完成以上配置工作后，進行預檢模板設置，通過預檢模板定義作業分工角色，并對每個角色分配預檢部件范圍及預檢項，這是發布預檢作業的基礎，預檢模板還可以方便對同一機型同一修程的不同機務段進行差別化定義，以滿足日益豐富的機務段個性化檢修要求，確保系統能夠適應將來一定時期內的業務變化。

系統設計遵循了信息系統安全管理的一般要求，包括強口令原則、分權與授權原則、分級保護原則等內容。[4]

1.2 全景子系統

全景子系統分為采圖作業、自動制作合成及全景看車三個部分;當檢修機車入廠后，可以針對該機車發布采圖作業任務，由機車分解室人員持智能終端和全景相機上車采圖，通過智能終端可以查看采圖任務列表，按預定義任務逐個采圖，智能終端通過無線方式控制全景相機進行拍攝，獲取全景圖，并使用智能終端對細節平面圖進行拍攝，完成采圖任務;然后將數據上傳至服務器;圖片數據上傳后，系統進行自動數據合成并與3D模型融合，形成一套完整的機車入廠圖集資料;其他用戶即可通過全景看車平臺查看機車入廠狀態，輔助指導生產。系統流程圖見圖2所示。

1.3 預檢子系統

預檢子系統分為預檢作業、上會評議、智能分發和查閱使用四個部分;當檢修機車入廠后，可以針對該機車發布預檢作業任務，機車分解室人員通過智能終端接收預檢任務，持智能終端上車進行清單化預檢作業，可以通過wifi在線作業，也可以進行離線作業再上傳，解決局部網絡信號差的問題;預檢作業后，需要組織機務段送車代表、驗收中心、車間生產共同對預檢項點上會逐個評議，直至達成統一共識，形成接車鑒定記錄;系統按責任班組進行定向分發;班組在生產過程中通過系統隨時查閱接車鑒定記錄，用以指導生產;系統流程圖見圖3所示。

2? 系統功能設計

基于以上的業務需求及系統架構設計，將軟件項的需求轉變為一種體系結構，該體系結構描述其頂層結構并標識各個軟件部件。應確保軟件項的所有需求都被分配給了其軟件部分，并得到進一步細化。[5]遵循以上規則，將體系結構分解如下。

2.1 機車3D建模

采用3DsMax對SS4B和HXD1機型進行建模，并用Unity三維可視化技術進行呈現，構建逼真的機車3D模型，將作為全景圖的載體;3D機車模型可以縮放和720度任意旋轉，兼具了機型基本認知和配件認知學習功能;為了避免用戶過度縮放或拖拽造成視覺上機車丟失，系統設計了一鍵空格回到初始視角功能;對于機車內部結構，采用平面分布圖展示機車內部配件布局，一目了然，系統支持在3D外部視圖和俯視內部視圖間自由切換;機車3D為全景看車提供了依托，將以往零碎的圖片整合起來，一改之前“只見樹木不見森林”的看圖痛點。

2.2 全景點定義

全景點定義，是針對不同機型和修程組合的產品進行定義，方便將來業務拓展依然可以通過配置來繼續使用系統，根據業務需要定義需要拍攝全景的點位信息，并將每個點位通過三維坐標系的（x，y，z）將全景點點位與3D模型建立一一對應關系，為自動制作合成全景奠定基礎。

為了滿足對機車不同部位圖片清晰度的差別化需求，同時也彌補全景圖清晰度方面的缺陷，系統設計每個全景點中可以定義多張細節平面圖，作為有力補充，滿足生產指導需要。

2.3 采圖作業

當機車入廠檢修時，機車分解室根據該機車的機型、配屬及修程，確定采用預定義的全景點定義模板，發布采圖作業任務;作業人員通過智能終端下載采圖任務，并攜全景相機及配套支架進行機車采圖作業。

根據采圖任務中描述的采圖點進行逐點采圖，作業人員用智能終端以wifi方式連接全景相機，并遠距離控制相機采圖，采圖后，全景圖自動傳輸到智能終端，保存在本地;此時對該全景點下的細節平面圖進行逐個采圖，使用智能終端自帶相機即可完成，核驗圖片數量和質量，無誤后，進行下一全景點作業。

當完成所有采圖任務后，可以關閉全景相機，作業人員將智能終端連接到生產局域網wifi中，將采集的全景圖和細節平面圖統一上傳到服務端，至此，完成采圖作業任務。不僅通過全景圖的引入提升了作業質量，而且通過系統設計，完成了自動化上傳，減少人為干預，提升工作效率和質量。

2.4 全景自動制作合成

完成采圖作業，只是第一步，如何將這些素材有機的整合成一套完整的全景資料，是該階段需要完成的工作。接車鑒定工作是要對每臺車都要進行，這種場景不同于市面上常見的全景宣傳產品，全景宣傳產品一般都是一次性的制作過程，之后就是傳播瀏覽，制作過程除了自動合成還可以進行人工精細調整，對制作者要求較高;而接車鑒定工作需要重復很多遍的制作過程，且使用人員很難達到人工合成調整的技術要求，自動合成制作無疑是可行性驗證的一個重要依據;針對該使用場景，進行了多次論證研究，最終在使用和體驗方面找到平衡點，實現了全景與3D機型的自動制作合成，滿足使用效果需求，大大降低了對使用者的技術門檻，是關系設計成敗的關鍵點。

2.5 全景看車

全景看車是本設計的重要目標，也是檢驗設計成敗的重要參考點，對于其他科室和車間生產人員，能夠方便的看車，是其最終訴求;經過前面的工作，系統自動完成了全景制作，只需查找目標機車，然后進行全景看車即可，各全景點標注在3D機型上的對應位置上，可以根據需要直接點看某個全景點，系統進入全景圖模式，在此場景下，可以拖拽、縮放等操作，全方位的查看該點的周圍景象，也可以點擊查看細節平面圖，來進一步查看某些部件的細節圖。

生產人員可以隨時從全景圖中跳出到3D機型，再有選擇的進入其他全景點，當然也可以直接在全景點模式下通過路點進入相鄰的全景點，猶如直接走過去，實現沉浸式看車體驗，滿足生產看車的需求。

2.6 預檢模板設置

機型配件樹，維護機型配件組成樹級結構，標記需要預檢的配件。

機型預檢項點定義，針對各機型需要預檢的配件定義一個或多個預檢項點，為了方便APP清單化作業，對于存在選擇項的項點進行設置預選項。

產品預檢項點定義，為了滿足同一機型不同修程的機車預檢范圍的不同，在機型預檢項點定義的基礎上增加產品預檢項點定義，可以從前者中選擇一部分作為該產品的預檢作業范圍，從而滿足多業務場景的需求。

預檢模板設置，由于不同機務段的差異化檢修要求，需要分別維護不同機務段的預檢模板，以適應這種個性化需求;為了方便多套模板的維護，系統支持模板復制功能，方便相似模板的設置，大大提升了模板的維護效率。

2.7 預檢作業

當機車入廠檢修時，機車分解室根據該機車的機型、配屬及修程，選擇對應的預檢模板，發布預檢任務，系統根據預定義信息自動將預檢作業任務分配給相應人員。

預檢作業人員通過智能作業終端下載預檢任務，并上車進行清單式預檢作業，依據作業清單，逐點進行檢查核驗，通過點選和簡潔輸入模式進行預檢作業，數據實時同步到服務端，一改之前手記、謄抄和整理工作模式，對于有異議點還可以隨時拍照以供接車鑒定會上進行集中討論;條目化清單化作業方式，形成的數據有利于定向傳播和利用，對于指導車間班組生產有重要意義，盤活數據資產，讓數據流動起來;大幅提升了工作效率和工作質量，為智能化建設奠定了基礎。

2.8 上會評議

完成預檢作業，系統自動形成的接車鑒定記錄初稿，可以直接進行上會評議，上會評議主要是由三方及車間生產人員對機車狀況和檢修要求進行逐一討論確定，鑒于會議室應用，該功能設計要在顏色和字體大小上進行仔細考量和試驗，要保證會議室人員都能看清，真正發揮接車鑒定會的作用，對于會議上不能確定的內容允許臨時掛起，會后確定后明確相應內容;由于條目眾多，該功能設計上還要考慮顯示完成占比，方便會議組織人員把控會議節奏和整體時間。該功能改變之前的工作模式，減少重復勞動，提升工作效率。

2.9 數據發布

通過上會評議，明確了細節，確定了檢修要求，機車分解室可以將機車記錄進行發布，一方面形成完整的接車記錄文檔，可以導出給送車單位代表帶回;另一方面，對生產車間發布，按預設負責班組進行定向分發，減少干擾信息，實現指導精準化。

2.10 接車記錄使用

班組通過工位機查閱接車記錄，開工前就對即將檢修機車的狀況和檢修細節要求做到心知肚明，利于有計劃的組織安排生產，有的放矢。徹底解決之前打印文檔分發模式下的種種弊端，諸如：資源浪費、文件丟失、班組查看漏項等問題;提升工作協作能力和工作質量。

3? 對比與分析

為了驗證基于全景技術的機車檢修接車系統的設計合理性，對新設計系統使用前后效果進行了調研和數據對比分析，具體如下：

3.1 概況

對新設計系統使用前后的各5臺車的機車鑒定工作為研究對象，從采圖作業、預檢作業、查看機車圖集和使用接車記錄4個指標的平均耗時上進行對比分析;統計數據如表1和表2。

3.2 對比分析

通過表1和表2數據對比，可以發現新設計模式下，四項作業耗時均有降低，分別：采圖作業平均耗時節省了30分鐘，效率提升約36.3%;預檢作業平均耗時節省了35分鐘，效率提升約52.4%;機車看圖查找平均耗時節省了12.76分鐘，效率提升約93.8%;接車記錄查找平均耗時節省了5.28分鐘，效率提升88%。

機車看圖查找和接車記錄查找效率提升最多，接近一個量級;采圖作業和預檢作業效率也有大幅提升;基本符合設計初衷，大幅提升了作業效率，作業質量在使用體驗方面有了全新的升級;由此可見，基于全景技術的機車檢修接車系統的設計對于接車鑒定工作和后續指導生產在效率和質量上都有大幅提升效果。

4? 結束語

本文以基于全景技術的新設計模式融入到機車檢修接車作業系統的設計中，從接車鑒定工作實際業務需求出發，詳細闡述了業務需求分析、業務設計和軟件功能設計。并驗證了前后效果;盡管可以看出該設計對接車鑒定工作有了大幅提升，但在實踐中，仍存在以下問題：

①由于機車內部比較暗，一般接車鑒定時，機車無電接入，照明燈無法打開，即使打開，也不夠明亮，拍攝的全景圖質量不高，在實際應用中采用磁吸手電補光，雖有所改善，但增加了工作繁瑣度，效果也仍有提升空間。

②機車內部空間狹小，雖說全景看圖體驗得到了大幅提升，之前導出傳圖的工作得到了簡化，但拍攝工作仍然比較辛苦。

③由于全景圖文件比較大，在全景看車加載時或切換全景點時有一定的等待，是因為考慮到系統內存空間有限，看完及時清除了內存，避免系統資源耗盡崩潰，全景看車體驗上還有提升空間。

參考文獻：

[1]神華集團有限責任公司.神華韶山4B型電力機車大修規程（試行）[G].滄州：神華集團有限責任公司，2014.

[2]劉友梅.韶山4B型電力機車大修規程[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[3]張曙光.HXD1型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[4]中國國家標準化管理委員會.GB/T 20269-2006，信息安全技術 信息系統安全管理要求[S].2006.

[5]中國國家標準化管理委員會.GB/T 8566-2007，信息技術 軟件生存周期過程[S].2007.