半自动闭塞区段列车整列到达智能分析系统设计与研究

2019-01-25徐建华张国荣中国铁路上海局集团有限公司宁波车务段

上海铁道增刊 2018年4期

徐建华张国荣中国铁路上海局集团有限公司宁波车务段

铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众交通工具，在促进国家经济发展、保证社会稳定方面发挥着至关重要的作用。目前我国正处于全面建设“一带一路”的关键时期，截止2018年6月，“一带一路”中欧班列累计开行量已突破9 000列，如何进一步提高铁路运输效率，保证“一带一路”战略的顺利进行，已成为铁路运输行业新热点。与此同时，行业内部正在积极寻求铁路行车系统劳动组织方式优化、工作机制创新，减少运营成本。而铁路半自动闭塞区段列车整列到达自动智能分析系统的设计与研究，正是兼顾了运输效率提高和劳动组织方式优化的合适切入点。

目前半自动闭塞区段列车整列到达的确认以人工方式确认列车尾部标志为主，人工目测监视列车运行准确率低、横越正线等过程存在安全隐患、普通监控装置难以保证运输效率等存在的问题亟待解决。通过技术手段实现可靠的半自动化闭塞区段整列到达的自动化确认是解决现有问题，提升铁路运输效率，实现劳动组织改革的有效手段。所以本文拟在此需求基础上，对半自动闭塞区段列车整列到达自动智能分析系统进行设计与研究。

1 系统概述

半自动闭塞区段列车整列到达智能分析系统的作用应体现在以下三个方面：

（1）系统能够自动检测列车经过，然后启动信息读取设备，并在列车经过过程中进行实时的图像监控，同时对经过列车的尾部软管和车号图片进行精确捕捉。

（2）列车到达检测位置时，通过检测装置自动读取车列尾部车号，然后自动比对进出站车号的一致性与否，并将比对结果及时传输到上传到应用平台，并以语音方式提示车站值班员。

（3）系统能够对列车运行的速度、方向等基础信息进行测算以便于车站值班员及时掌握列车运行动态。

为实现上述功能，充分利用人工智能技术、计算机网络技术、信息技术、大数据共享、云计算、物联网等技术，实现应用系统的智能化。系统所选设备各项技术性能指标均达到行业一流标准，保证其在相当长的时间内具有技术优势，能够适应未来技术发展的潮流。

2 系统构架设计

2.1 物理构架设计

半自动闭塞区段列车整列到达智能分析系统架构由五部分组成：行车室视窗显示与操作、出站图像视频采集、出站车号采集、进站车号采集、云服务平台系统（见图1）。

图1 系统物理构架

（1）行车室视窗显示与操作：是终端信息显示节点，由视窗显示终端、综合应用工控机、存储服务器及交换机构成，分别显示车号图像、尾部软管吊起图像、列车经过动态视频图像、出站车号显示、手动输入车号、进站车号显示、列车整列到达信息显示与语音提示、图像视频车号信息查询、信息控制处理、与云平台进行信息交互等。

（2）出站图像视频采集：是图像与视频信息采集的节点，由高清拍照单元、高清视频单元、网传单元、主控触发单元、列车检测单元等构成。

（3）出站车号采集：主要由出站车号读取装置和物联网传输设备构成，当列车出站经过采集位置时，读取装置将采集到的车号信息经过处理后，通过物联网对经过车辆的车号自动上传给云服务平台。

（4）进站车号采集：主要由进站车号读取装置和物联网传输设备构成，当列车进站经过采集位置时，读取装置将采集到的车号信息经过处理后，通过物联网对经过车辆的车号自动上传给云服务平台。

（5）云服务平台：包括数据库服务模块、管理服务模块、接入服务模块、报警服务模块、车号数据服务模块、图像分析处理服务模块、视频服务模块等，它们共同形成大数据运算处理中心，完成各种数据信息的共享交互，集管理、交换、分析处理、存储和转发于一体，是系统能稳定、可靠、安全运行的先决条件。

2.2 功能构架设计

（1）列车整列到达自动智能分析

运用车轮检测、RFID技术、窄带物联网传输、后台运算等进行自动分析计算，最终在行车室终端显示列车整列到达信息。

通过在出站位置部署车号采集子系统，同时在进站位置部署车号采集子系统，经过云平台服务对出站进站车号进行自动比对输出列车整列到达信息（见图2）。

图2 列车到达检测分析

（2）列车尾部车号和软管吊起定位拍照

系统充分考虑列车运行速度与摄像机快门拍摄的要求，同时结合计轴技术、信息技术、网络传输等技术，构成了一套先进的可快速部署的视频抓拍系统。

列车经过计轴检测，即当列车到达自动开启车轮计轴装置，当计轴装置检测到列车车辆2组轮对时，输出视频拍照信号，这样可精准定位每列车辆位置。当拍照系统收到信号后，立即触发控制模块抓拍车辆图像，放入专用存储器，等待后台来提取车号图像和尾部软管吊起图像。系统不仅能实时抓拍车号图像和尾部软管吊起图像，并且通过网络传输技术将列车车身车号图像和尾部软管吊起图像的最后一张及时传输到行车室，车站值班员可以及时观看到列车整列到达时的真实情况，便于车站值班员及时开通区间（见图3）。

图3 列车尾部风管及车号定位拍照

（3）列车接近与视频监控融合

当列车接近进站位置时，产生列车经过专用视频信息存储后台，值班员可点击视窗按钮回放经过列车视频信息，确认列车尾部车号及软管状态。

图4 列车接近于视频监控融合

（4）高度集成与各子系统的融合

应用工业互联、物联网、大数据共享、云计算、嵌入式、计算机等技术，系统实现了列车整列到达自动智能分析、实时车辆车号和尾部软管吊起图像抓拍、实时视频监控与定位回放、远程运维监测管理服务支持等功能的高度集成，为当前车务系统减员增效提供了技术支撑。

3 系统运行模式

列车整列到达智能分析系统共三种运行模式：全自动监视模式、半自动监视模式、监视模式。

（1）全自动运行监视

当列车通过出站位置时，进站采集装置将出站列车尾部车号，上传云服务平台处理，存储等待比对运算，并发送给客户端视窗显示，将车号自动运算信息呈现给车站值班员。

当列车通过进站位置时，进站采集装置将列车进站列车尾部车号，上传云服务器与出站车号实时比对运算。如果一致，则语音提示和文字显示“车号匹配成功”告知车站值班员；同时，高清拍照单元通过列车信息检测单元和触发单元将列车经过的车号和尾部软管图像，分析处理将最后一张图像上传显示终端。

车站值班员通过车号比对运算信息、车号和尾部软管吊起图片、动态视频图像及语音提示，实现对列车运行跟踪及车号与尾部软管吊起信息的确认，调度指挥接发列车。

（2）半自动运行监视

在信号楼视窗显示终端界面上，专门设计手动车号输入窗口，手动输入尾部车辆车号便于与列车出站自动采集的车号进行比对分析运算，最后在终端显示；同时，高清拍照单元通过列车信息检测单元和触发单元将列车经过的最后一张车号和尾部软管图像上传视窗显示终端并同时发出提示信号，视频信息同步上传，帮助车站值班员调度指挥接发列车。半自动监视模式主要针对多方向经过列车，手动输入车号自动比对，对于列车通过较少站点适用，降低成本。

（3）运行监视状态

高清拍照单元通过列车信息检测单元和触发单元将列车经过的车号和尾部软管图像，分析处理后将最后一张图像上传显示终端；尾部软管监控和车号监控系统将列车经过实时图像同步上传显示终端；车站值班员可看见车号和尾部软管吊起图片、动态视频图像。