基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態安全管控模式探討

張鐵鋼

(中國國家鐵路集團有限公司 貨運部，北京 100844)

在煤炭產能釋放、交通運輸結構調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”)持續深化鐵路貨運增量行動，發揮鐵路在綜合交通運輸體系中的骨干作用，努力實現增運增收。2021 年，國家鐵路貨物發送量連續3 年保持增長，達到37.2 億t，同比增長4.0%。鐵路貨物發送量持續增加、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、專用線交接檢查作業、貨檢站貨檢作業的主要內容。長期以來，國鐵集團高度重視貨運安全檢測能力建設，以視頻監控設備和貨運計量安全檢測設備為核心，加快構建鐵路貨運安全檢測監測監控網絡。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備，實現超偏載檢測裝置、軌道衡等貨運計量安全檢測設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部門提供電子化貨運裝載安全監測與管理信息服務，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控系統三級聯網應用的已有758 臺軌道衡、447 臺超偏載監測裝置。視頻監控設備、貨運計量安全檢測設備的投入運用，豐富了鐵路貨運安全檢測監測監控的技術手段，但依賴人工經驗確認或比對確認、狀態檢測信息維度不全面、路網數據運用不充分等問題較為突出，與鐵路貨運安全精準化管控、高質量發展的要求存在較大差距[2]。因此，以物聯感知設備為基礎，運用群智感知技術創新鐵路貨車裝載狀態安全管控模式，以充分發揮鐵路貨車裝載狀態網絡化數據資源優勢，推動鐵路貨運安全管控從人工經驗管控向數字化、智能化管控轉型升級。

1 鐵路貨車裝載狀態安全管控現狀分析

鐵路貨車裝載狀態是否良好，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則》(鐵運[2000]90 號)、《鐵路貨運檢查管理規則》(鐵總運[2016]21 號)、《鐵路貨物裝卸安全技術規則》(鐵總運[2015]244 號)等鐵路貨運規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，以及貨車門、窗、蓋、閥關閉情況，和罐式集裝箱蓋、閥關閉情況等進行狀態檢查；三是在卸車組織前，要認真檢查車輛、篷布苫蓋、貨物裝載狀態有無異狀，施封是否完好。當前，以貨運計量安全檢測設備、高清視頻監控設備等檢測監測監控設備為載體的貨車裝載狀態檢查模式，仍然存在路網數據運用不充分、狀態檢測信息維度不全面、依賴人工經驗確認或比對確認等突出問題，存在問題具體分析如下。

（1）貨車裝載狀態檢查范圍不統一。《鐵路貨運檢查管理規則》(鐵總運[2016]21 號)從貨物裝載、加固狀態，以及貨車門、窗、蓋、閥關閉情況等方面明確了鐵路貨檢作業范圍，但在貨檢站實際作業時，受不同人員對異常狀態判定標準認知不同，造成同一問題項點在不同貨檢站、不同作業班組間的處置方式差異明顯。

（2）海量貨運安全數據運用不充分。一是路網數據運用不充分，在貨運場站、專用線和貨檢站通過手持機、高清視頻監控設備所采集的圖片、數據，主要用于本站的貨運生產作業，未聯網的貨運計量安全檢測設備同樣僅用于本站使用；二是歷史數據運用不充分，鐵路貨運圖片、視頻等數據存儲時間一般不超過6 個月，由于數據挖掘和分析手段不足、數據關聯關系建立不完備，不能有效發揮貨運作業歷史數據作用。

（3）檢測監測監控信息維度不全面。依靠設備采集的鐵路貨車裝載狀態信息，主要包括貨車超偏載狀態信息和貨車裝載狀態圖片信息，對貨物溫度狀態、凍結狀態等尚未形成可靠技術手段。其中，貨車超偏載狀態信息作為輔助判定貨車偏載、偏重、超載狀態情況，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；貨車裝載狀態圖像由于標準化建設不足，設備質量、圖像質量差異較大，阻礙了貨檢作業質量提升。

（4）依賴人工經驗確認或比對確認。貨運計量安全檢測設備和視頻監控設備采集的信息，主要依賴人工經驗確認或比對確認。對于貨車超偏載信息，分析后得出的貨車超偏載狀態，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。對于貨檢視頻和圖像信息，主要依賴人工逐張判圖，依靠個人經驗判定貨車裝載狀態是否良好。總體來看，依賴人工經驗確認或比對確認方式進行的裝載狀態檢查，風險防控能力不足、工作強度較大，不能滿足貨運生產力布局優化調整需要。

2 基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態安全管控模式優化設計

2.1 優化思路

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

圖1 群智感知系統的任務分配流程Fig.1 Task allocation process of the crowdsensing system

對鐵路貨車裝載狀態安全管控，任何單一數據采集方式、單一場景貨車裝載狀態均無法全面描述鐵路貨車裝載狀態是否良好。因此，按照多維度感知、全過程采集的貨車裝載狀態安全管控思路，擴大感知規模、豐富感知維度，基于群智感知創新鐵路貨車裝載狀態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 模式優化

基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態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測監控設備為載體，運用圖像采集、圖像識別、揚塵檢測、導航定位等技術，實現對裝車端、途中運輸、卸車端各場所節點的貨車車體狀態、貨物狀態和貨物裝載加固狀態的檢測監測監控，并對各實施主體的作業質量進行激勵。按照數據采集、處理、運用的流程，基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控模式分為設備層、技術層、節點層、需求層。基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態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

設備層主要包括視頻監控設備、計量安全檢測設備等設備；技術層包括圖像采集技術、圖像識別技術、車體輪廓數據采集技術、導航定位技術、超偏載智能預警技術等裝載狀態數據采集及分析關鍵技術；節點層包括裝車端、卸車端的貨運場站或專用線，以及途中運輸的各貨檢站；需求層包括貨車車體狀態、貨物狀態、貨物裝載加固狀態。需求層、節點層、技術層、設備層的主要內容如下。

（1）以貨車車體狀態、貨物狀態、貨物裝載加固狀態“三態”檢查為導向。貨車車體狀態是指貨車門窗蓋閥、罐式集裝箱蓋閥關閉情況，以及側墻、端墻等車體部件狀態情況，確保車體狀態滿足貨物裝載安全要求。貨物狀態是指貨物自身物理狀態是否發生變化，包括貨物凍結、貨物自燃、貨物包裝破損等不良狀態。貨物裝載加固狀態主要是指裝載加固材料及裝置失效狀態，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。構建鐵路貨車裝載狀態檢查作業范圍及標準，確保“三態”狀態良好，是確保鐵路貨車裝載狀態良好的核心和關鍵。

（2）以貨運場站、專用線、貨檢站“三地”作業場景為載體。鐵路貨車裝載狀態安全管控全過程是包括裝車端、途中運輸和卸車端三大環節的全過程管控模式。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”的數據交互通道，實現全過程不同場景下同一對象檢測數據的比對分析，有效提升鐵路貨車裝載狀態檢查質量。

（3）破解超偏載智能預警、圖像智能識別、多源數據融合等關鍵技術。為滿足“三地”“三態”檢查需求，需要對不同類型設備采集的多源信息進行處理分析[5]。結合當前視頻監控設備、計量安全檢測設備等設備配置和使用情況，重點需要破解高質量圖像采集技術、高泛化能力的圖像識別技術、室外作業人員導航定位技術、超偏載智能預警預測技術等關鍵技術，實現數據高質量采集、傳輸、處理、反饋。

（4）以手持終端、視頻監控設備等多源智能感知設備為源點，改變傳統僅依賴視頻監控設備等固定設備的信息采集方式，向固定設備采集和移動終端采集結合的群智感知模式轉變，豐富數據采集的傳感器類型，提升貨車裝載狀態數據準確性[6-7]。

2.3 流程設計

鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控流程主要包括任務下發、裝車端任務處理與反饋、沿途貨檢站任務處理與反饋、卸車端任務處理與反饋等環節，通過多源智能感知設備采集的信息匯聚到鐵路貨運生產作業與管控平臺。管理人員通過鐵路貨運生產作業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檢查的作業質量和效果，按期進行獎勵分發。基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控任務分配流程如圖3所示。

圖3 基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控任務分配流程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，貨運場站內狀態檢查是按照貨物裝載加固方案對貨物位置及狀態、車體狀態、裝載加固材料及裝置使用等進行檢查，專用線內交接檢查是按照運輸協議對貨物施封、貨物現狀、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，不發生移動、滾動、傾覆、倒塌或墜落等情況。

2.4 應用效果

通過基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控模式創新，能夠實現貨車裝載狀態網絡化管理、全過程管控、多維度感知，推動鐵路貨車裝載狀態檢測監測設備集成化創新，為提升鐵路貨運安全管理能力和質量提供可靠技術支撐和理論指導。

（1）實現貨車裝載狀態全過程管控。通過打通裝車、在途、卸車等不同環節間信息通道，實現裝載狀態信息實時對稱，構建全過程鐵路貨車裝載狀態管控體系。一是風險排查實時化，以貨物運單為基礎查詢發到站和沿途各貨檢站的作業信息、貨車裝載狀態圖片信息和超偏載狀態信息，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，對檢查發現的貨車裝載狀態問題及隱患，管理人員可查詢裝卸、貨檢、專用線交接檢查等歷史作業信息，精準分析判斷問題發生環節及場所，實現鐵路貨車裝載狀態全過程可追溯、可視化[8]。

（2）實現貨車裝載狀態多維度感知。通過配置手持終端、視頻監控設備等多源智能感知設備，實現貨車裝載狀態圖片、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檢查的基礎數據范圍。以多維度感知數據為基礎，通過數據層、特征層、決策層的數據融合形成更全面的鐵路貨車裝載狀態評價信息，為精準判斷貨車裝載狀態提供可靠數據支撐和決策依據。

（3）推動檢測監測設備集成化創新。鐵路貨車裝載狀態多維度檢測監測需求，推動了視頻設備、計量安全檢測設備等集成化、一體化發展。一是推動基礎設施設備共用，視頻設備、計量安全檢測設備等檢測設備均需要車號識別設備、門架、光纜等基礎設施設備，通過集成化能夠實現一次投入、多設備使用，極大降低設備投資成本和運用成本；二是推動采集數據集成化處理，通過多源感知設備集成化能夠實現數據處理前置，減少數據傳輸成本，優化數據采集處理流程，提升鐵路貨車裝載狀態檢測監測效率和質量。

3 鐵路貨車裝載狀態安全管控模式優化措施建議

為確保基于群智感知的鐵路貨車裝載狀態安全管控模式優化的應用實施，需要構建統一鐵路貨運生產作業與管控平臺、完善鐵路貨車裝載狀態全過程檢查制度、強化裝載狀態任務完成激勵機制、加強貨車裝載檢測監測監控關鍵技術創新等措施。

（1）構建統一鐵路貨運生產作業與管控平臺。針對不同場景下狀態檢查、不同設備運用管理分散在不同鐵路貨運管理信息系統，造成數據交互不順暢、不及時的突出問題，需要構建統一的鐵路貨運生產作業與管控平臺，打通貨運場站、專用線、貨檢站間的數據交互通道，構建互認的鐵路貨車裝載狀態檢查功能模塊，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支撐。

（2）完善鐵路貨車裝載狀態全過程檢查制度。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管理規章制度中，檢查內容、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全過程安全管控的需要。因此，需要在構建鐵路貨運生產作業與管控平臺的基礎上，明確不同場景下狀態檢查的作業標準、管理要求，完善鐵路貨車裝載狀態全過程檢查制度，有力支撐鐵路貨運站段標準化規范化建設。

（3）強化裝載狀態檢查任務完成激勵機制。設計合適的激勵機制補償任務執行者，從而激發保持其持續參與感知任務的熱情，對于群智感知系統的可持續發展意義重大。通過優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檢查任務管理方式，提升鐵路貨運系統作業人員積極性，并鼓勵跨系統作業人員參與貨車裝載狀態檢查。

（4）加強貨車裝載檢測監測監控技術創新。鐵路貨車裝載狀態全過程管控模式的建立，需要有可靠的貨車裝載狀態數據。針對當前視頻監控設備、手持終端等設備仍存在數據采集質量不良、數據傳輸存在延時、分析處理存在誤差等問題，在有效控制設備采購成本基礎上，按照集成化、智能化、便捷化研發思路，加強相應鐵路貨車裝載狀態檢測監測監控關鍵技術創新，提升設備采集、傳輸、分析、展示的質量與效果。

4 結束語

構建鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控模式，對提升鐵路貨運安全管理質量，確保鐵路行車安全具有重要作用。但鐵路貨車裝載狀態全過程安全管控模式優化是一項跨專業的系統性工程，涉及到鐵路貨運系統、客運系統、車務系統、車輛系統等多個專業。僅解決鐵路貨運系統專業內部問題尚不能最大化釋放模式優化所產生的效能，需要進一步從數據交互、業務交互、管理交互等方面與其他專業系統協同優化，實現鐵路全要素、全過程的生產組織和安全管控，共同推動鐵路人防、物防、技防“三位一體”安全保障體系構建完善。