铁路专用线交接检查系统设计研究

周宝宪，张少凯，郭建华，柴雪松，卢世团

(1.中国铁路兰州局集团有限公司 货运部，甘肃 兰州 730000；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081；3.中国铁道科学研究院集团有限公司 中铁科学技术开发有限公司，北京 100081)

铁路专用线是解决铁路运输“最后一公里”的重要设施，按照《关于加快推进铁路专用线建设的指导意见》(发改基础[2019] 1445 号)要求，到2025年，沿海主要港口、大宗货运量超过150 万t/a 的大型工矿企业和新建物流园区铁路专用线接入比例提升至85%，长江干线主要港口全部实现铁路进港。在铁路专用线建设快速发展的形势下，铁路专用线交接检查作为路企双方货物交接和安全责任交接的分界线，对铁路货运工作的影响日益凸显，采用铁路专用线交接检查系统可以更好地提高交接检查作业的质量和效率，加快提高铁路货运管理水平[1-2]。

1 铁路专用线交接检查现状分析

1.1 作业流程

铁路专用线交接检查作业由铁路货运员和企业运输员共同进行，其交接检查的对象是企业装卸车，是铁路与企业划分货运安全责任的关键节点[3-4]。铁路专用线交接检查作业的重点检查项目包含装车方案、货物装载状态和车辆编组3 个方面。其中，装车方案包含货物品类检查、货物来源检查和货物库存信息检查等方面；货物装载状态检查内容包括车顶平整性检查、车门严密性检查、篷布覆盖情况检查和空车异物状况检查；车辆编组检查对企业装卸车来源、企业装卸车品类、企业装卸车去向等方面进行检查。铁路专用线交接检查作业流程为企业装卸车到达铁路专用线后，对停留在铁路专用线的企业装卸车进行交接检查，如果企业装卸车符合交接检查各项要求，企业装卸车就可以放行，否则企业装卸车将继续接受交接检查作业，直到不合格项目符合交接检查各项要求后才能放行。目前，铁路专用线交接检查作业的重点检查项目均需要由人工步行围绕企业装卸车进行目视检查，交接检查作业效率低下，人身安全无法得到有效保障。铁路专用线交接检查流程如图1 所示。

图1 铁路专用线交接检查流程Fig.1 Handover inspection workflow for special railway lines

1.2 存在问题

铁路专用线交接检查是发现装车方案、货物装载状态和车辆编组问题的关键环节，装车方案是否繁多、货物装载状态是否稳定和车辆编组方式是否复杂是影响铁路专用线交接检查质量的关键原因。由于目前铁路专用线交接检查采用人工步行目视检查方式，导致既有铁路专用线交接检查存在交接检查质量不高、交接检查作业时间长、信息化程度低等问题[5-6]。

（1）交接检查质量不高。铁路专用线交接检查质量受外界条件、人员责任心等因素影响较大，尤其是对于罐车顶盖是否锁好、空车是否空载等装载状态的交接检查项目都需要检查人员登上车顶检查。在电气化区段中，检查人员无法登上车顶进行交接检查，造成交接检查存在盲区；在恶劣天气下，检查人员登车困难，漏检、检查不到位等铁路专用线交接检查问题时有发生，降低了铁路专用线交接检查质量，给铁路货运带来安全隐患。

（2）交接检查作业时间长。铁路专用线货物列车长度不一，大部分由50 节货车编组成列。检查人员在核查车辆编组和装载状态时，需要步行对所有货车进行检查，完成1 次列检工作大约耗时30 min 以上。检查人员需要登顶检查货车顶部的装载状态，检查人员频繁上下待检货车，增加交接检查作业时间。此外，由于货物列车编组内容较为复杂，1 列货物列车包含有多种货车，每辆货车的车号位置各不相同，检查人员需要多次寻找车号位置，造成交接检查作业时间进一步加长。

（3）信息化程度低。目前在铁路专用线交接检查工作中，铁路和企业工作人员需要人工查看货物列车编组情况并记录每辆货车的车号，车号抄写工作和列车编组查看工作量较为繁重，车号抄写错误的风险较高，增加列车编组信息及车号信息的管理难度。此外，铁路无法准确掌握车辆进出企业的时间、停留时间，以及企业内停留的车辆数量，致使部分车辆无效停留时间过长，车辆运用效率降低。

1.3 系统架构设计

针对目前铁路专用线交接检查现状，设计铁路专用线交接检查系统，通过电子化手段自动采集铁路专用线车辆的图像和车号信息，并通过可视化界面展示集成信息开展铁路专用线交接检查，以提升铁路专用线交接检查质量和效率。根据铁路专用线交接检查系统的功能需求，铁路专用线交接检查系统分为车号采集模块、视频采集模块和信息集成模块3 个功能模块，其中车号采集模块、视频采集模块为前端数据采集模块，信息集成模块则负责对铁路专用线交接检查相关信息的存储、分析和应用展示。根据铁路专用线交接检查数据流向，铁路专用线交接检查系统逻辑架构由数据采集层、数据存储层、数据分析层和应用层4 个层次组成。铁路专用线交接检查系统架构如图2 所示。

（1）数据采集层。数据采集层包括视频采集模块和车号采集模块，其中视频采集模块从车辆的左侧、右侧、顶部及车辆整体进行图像采集，为作业人员提供车辆全方位图像，可以消除既有人工登顶检查和步行检查环节；车号采集模块自动采集通过车辆的车次及车号，并记录车辆的进场时间和出场时间，实现抄写车号的自动化。

（2）数据存储层。数据存储层采用MySQL 数据库，实现对车辆的车号信息、图片信息等业务数据，设备台账、测点信息、用户信息等基础数据，以及设备的状态信息等各类型数据进行分类及汇总。

（3）数据分析层。数据分析层对数据存储层内的多源异构数据进行信息匹配处理，例如车辆在铁路专用线内的占用时间可以通过提取数据存储层的进场时间和出场时间，经数据分析层进行计算，得出车辆在铁路专用线的占用时间。

（4）应用层。应用层包含综合展示、车辆查询、信息补录和统计分析等模块，用户可以进行可视化数据的查询及统计。其中，综合展示模块按车辆编组顺序提供车辆的车号和多方位图像，作业人员在值班室内通过屏幕就可以查看货物的装载方案、装载状态和车辆编组状态，从而解决既有交接检查中作业时间长、交接质量不高、信息化程度低等问题。

2 铁路专用线交接检查系统功能分析

根据铁路专用线交接检查工作实际及功能需求，铁路专用线交接检查系统由车号采集模块、视频采集模块和信息集成模块3 个功能模块组成，其中车号采集模块可以自动获取车辆的编组与车号信息，实现抄写车号工作的自动化；视频采集模块进行车辆图像采集，便于快速地定位车辆；信息集成模块将铁路专用线交接检查的相关信息进行集成分析，实现数据的可视化。

2.1 车号采集模块

车号采集模块采用成熟的车号识别系统(AEI)来获取通过车辆的车号信息，抄写车号工作得以自动化，减少由于人工抄写车号导致的车号信息错误。AEI 是安装在轨道上的硬件系统，当AEI 收到来车信息时，车号采集模块开始采集列车经过时的轮位信息、车辆的电子标签信息等。其中，电子标签信息包含车型、车号等重要信息，为图像匹配和车辆占用分析提供索引数据。车号采集模块工作由开机磁钢和判轴磁钢共同完成，当开机磁钢感知到铁路专用线有货车经过时，天线开机并识别车号信息；货车车轮接触判轴磁钢后，在计算货车的速度后，依据车轮经过判轴磁钢的时间和货车速度对货车类型进行划分。当车辆编码、车型、车号、出厂信息均被有效识别后，车号采集模块对上述信息进行合成及匹配，得出完整的车辆编组顺序、轴距和车号等信息。车号采集模块工作流程如图3 所示。

图3 车号采集模块工作流程Fig.3 Workflow of vehicle number acquisition

2.2 视频采集模块

目前，铁路视频技术在铁路货运中应用较为广泛，一般采用面阵相机和线阵相机2 种设备，其中面阵相机成本较低，适用于静态场景监测；对线阵相机而言，其图像分辨率远高于面阵相机，而且对运行状态中的货物列车成像清晰[7-8]。铁路专用线具有货物种类相对固定特点，不同铁路专用线所运输的货物种类有所差异，相应的交接检查的重点内容也有所不同。因此，在充分考虑经济性的基础上，提出以面阵相机为主和以线阵相机为主2 种视频采集模块方案供企业根据实际情况选用。

（1）以面阵相机为主。在视频采集模块的4 类图像中，顶部图像采用1 台线阵高清相机，左、右图像均采用2 台面阵高清相机，场景图像采用1 台面阵高清相机。该方案适用于以煤炭、矿石、或石油等货物品类相对单一的货物列车为主的铁路专用线，其关注重点在车辆顶部装载状态的情况，如罐车顶部异物、顶盖开、螺栓缺失、敞车顶部异物、敞车是否卸空等工况。

（2）以线阵相机为主。在视频采集模块的4 类图像中，顶部图像和左右图像均采用3 台线阵高清相机，场景图像采用1 台面阵高清相机。该方案适用于现场通过车辆类型较多，或对车辆两侧及顶部装载状态全面关注的以卷钢、钢锭等运输为主的铁路专用线，从上方和侧方详细查看敞车扣铁缺失、篷布绳索捆扎状态等工况。

2.3 信息集成模块

信息集成模块基于浏览器/服务器(B/S)架构，具有车辆视频、车号等信息的多源异构数据的汇聚与管理功能，使用数据可视化技术为用户提供友好的人机界面展示。根据铁路专用线交接检查的工作内容，将信息集成模块划分为综合展示、车辆查询、信息补录和统计分析4 个子模块。

（1）综合展示子模块。综合展示子模块将列车编组信息、线阵图像、面阵视频等文件匹配，最终生成带有车次、车号、过车时间、方向、图片和视频文件的综合信息，供作业人员在网页上开展交接检查工作。交接检查结果实时录入系统，可以同步提供给企业，提高信息传递效率。

（2）车辆查询子模块。车辆查询子模块以车号信息为索引，当列车到达时可以识别到达列车的车号和进场时间；在列车离开时可以识别出发列车的车号和离场时间。车辆查询子模块在获取车号、进场时间和离场时间后，通过数据库判断车辆状态并准确计算得到车辆的在场时间。铁路局集团公司可以通过超时提醒、超时惩罚措施等来敦促铁路专用线企业积极提升车辆的运用效率。车辆查询流程如图4 所示。

（3）信息补录子模块。在日常应用中，由于存在车辆标签丢失、车号天线长期使用后性能下降等问题，会造成少数车辆车号丢失，无法准确识别车号信息[9]。据统计，“空标签”车辆占所有车辆的1‰左右，基于此，信息补录子模块根据轮位传感器识别车辆序号，并将车号标记为未知状态。此后，在车号补录界面，对车号信息标记为未知状态的车辆，用户根据对应的车辆图片肉眼识别出标注在车体侧面的车号后，将车号信息补录至数据库中。

（4）统计分析子模块。统计分析子模块基于存储的历史数据，用户可以根据车次、车号等查询统计车辆的进场时间、出场时间、占用时间，以及车辆的多角度图片等多种信息。结合操作员登录信息，管理部门可以确认作业人员所负责的每趟列车的交接检查工作质量，并在发生事故后进行信息回溯，从而敦促作业人员提高工作责任心，确保铁路专用线交接检查作业质量。

图4 车辆查询流程Fig.4 Workflow of vehicle inquiry

3 结束语

提升铁路专用线交接检查质量和检查效率，是铁路专用线运输的重要内容。铁路专用线交接检查系统具有视频采集、车号采集、信息集成等功能，可以实现铁路专用线交接检查的室内预检作业，能够有效减轻检查人员作业强度、提高铁路专用线交接检查作业效率、保障铁路专用线交接检查的质量。铁路专用线交接检查系统目前已经在中国铁路兰州局集团有限公司部分车站和甘肃省部分企业投入使用，实践证明，铁路专用线交接检查系统能够起到提升交接检查作业效率、改善交接检查质量和提高信息化管理水平的效果，达到有效保障铁路专用线货运安全的目的。随着人工智能等技术的应用，铁路专用线交接检查系统将进一步提升铁路专用线交接检查技术水平，优化专用线交接检查作业流程，从而促进铁路专用线运输效率的有效提升。