基于AI技术的火车车皮号识别系统构建

2021-09-13李峰

探索科学(学术版) 2021年8期

李峰

山东矩阵软件工程股份有限公司山东济南 250101

前言

货运列车车厢喷涂信息(车厢类型、编号、载重、自重、容积、换长等),是装车控制和发运计费的基础信息。矩阵软件货运列车标记信息智能识别系统应用人工智能深度学习技术,通过现场部署高清摄像机及高性能智能边缘计算小站,获取列车行进视频流,以自主训练的AI模型(Matrix-LirsNet)计算引擎为核心,实现车厢喷涂信息的实时、准确识别。

一、系统架构

货运列车AI车号识别系统可划分为三层:现场信息采集层、信息识别执行层、信息管理层(如图1所示):

图1 货运列车AI车号识别系统架构

现场信息采集层(端):在现场部署高清摄像机,进行行进列车视频信息的采集,并将采集的视频实时传输至现场部署的智能小站。

信息识别执行层(边):高性能边缘智能计算小站其部署在现场,提升信息处理效率,减轻网络压力。作为识别的终端模块,小站运行矩阵软件自主研发的AI算法,主要负责通过分析现场摄像机传输的视频流,识别目标信息,并短时间保存相应的识别结果文件。

信息管理层(云):客户端作为用户直接操作展示模块,可以通过客户端查看信息和对小站进行控制维护。客户端可同时控制多个智能小站,通过口令限制部分操作权限;存储服务器(可选)作为资源统筹管理模块可对应多个智能小站,主要负责整合小站的识别结果信息以及查看相应小站的识别结果,是软件识别结构的信息管理层。

二、技术优势

系统在进站口附近配置高清网络摄像机,采集火车视频流,视频解析节点高速完成视频帧解析(可以响应50公里每小时的火车车厢运行速度),交由总控节点统一任务调度:首先完成帧快速过滤,过滤掉空轨帧和无信息帧,将目标帧转发至信息区域提取节点,完成车厢类型编号信息区域和车厢属性信息区域的大尺寸目标识别提取,并根据对车厢间隔的识别,完成对车厢的切分;标记信息识别节点进一步完成详细标记信息(车厢类型、编号、载重、自重、容积、换长等)的小尺寸目标识别,识别结果反馈给总控节点,由总控节点完成各车厢标记信息的综合,得出最终识别结果,最后由应用系统接口模块将识别结果提供给业务应用系统。

针对车厢信息识别,矩阵软件自主训练的AI模型(Matrix-LirsNet)计算引擎以残差网络(ResNet)为骨干网络,根据货运列车标记信息大目标和小目标识别的显著特点,选取特定目标特征层,分别对目标类别和目标位置进行全卷积网络(Class FCN /Box FCN)计算,得出最终识别结果。Matrix-LirsNet模型对于火车车厢信息识别具有96%以上的识别率,而且通过自迭代学习,其识别率可以快速增长到98%;在运行效率上,系统采用智能芯片+定制板卡的模式固化模型算法,从而使整车识别时间小于两分钟。

三、系统主要功能

(一)实时识别。支持列车在行驶速度≤100km/h的正常运行过程中实时识别信息,速度50km/h以下时,识别效果最优。系统识别一辆35—55节车厢的货运列车,自第一节车厢开始识别开始,总耗时约为4--5分钟,即列车通过后,2分钟内可出识别结果。同样可实现单节车厢信息识别后立即上传,识别时间小于2秒。

(二)支持多车型识别。系统可根据国铁车厢或企业自备车厢的不同特征,智能切分车厢,支持识别敞车、平车、罐车、篷车等不同车型,且可以通过训练扩展更多车型识别。

(三)信息识别内容完备且可扩展。系统智能识别车厢类型编号信息区域、车厢属性信息区域,也可训练扩展其他信息识别区域、识别内容。在区域中可智能识别的信息包括:类型、编号、载重、自重、容积、换长等车厢关键信息。

(四)支持集装箱信息识别。系统支持货场集装箱信息识别,可应用于货运站龙门吊集装箱装卸、火车进站记录等场景,系统将自动抓取视频画面中的集装箱编号进行解析,可与列车车厢信息进行对应,支持一厢对多箱的装运方式。确保运输过程中的厢箱对应记录,为后续的信息登记、回查,提供有力保障。

(五)空轨、无信息车厢、车厢光斑智能甄别。系统在识别信息过程中可智能甄别各种异常状态,如无车空轨状态、无信息车厢、车厢夜晚由于车厢涂料问题产生的光斑等。

(六)客户端管理

系统提供标准客户端,用户可在客户端实现包括智能小站的识别、结果查看、设置和维护功能。可对小站识别功能进行开启、关闭;查看相应小站识别结果及照片;对小站、摄像机及存储服务器进行管理配置等。

四、现场应用

为提升稳定性及运行效率,系统选用基于Atlas 500人工智能计算平台的智能小站),小站部署在室外防护柜中,室外防护柜集成供电及网络功能,现场高清摄像机信号同样接入机柜。具体可应用于厂区主干道及装车站,保证列车自进站开始识别,确认到厂列车详细信息,如车厢类型、车厢编号、载重、自重、容积、换长等信息;列车分车后,通过装车站安装系统进一步确认装车车厢信息。避免了人工抄车的低效与潜在风险,配合铁路管理信息系统可全面提升系统运行效率。