鐵路編組站貨車高清電子預檢系統研究

郭建華

（蘭州鐵路局 貨運處，甘肅 蘭州 730000）

蘭州鐵路局迎水橋站貨車高清電子預檢系統是在現有超偏載檢測系統的基礎上，結合超偏載檢測信息、貨物裝載全斷面超限自動檢測、車輛端部超限自動檢測、大小車門開閉自動檢測，以及高清視頻監控等的綜合信息系統，對運行中的貨車實現裝載貨物超重、偏重、偏載、超限和車門狀態的自動檢測，并輔助以高清圖像、視頻等信息進行確認和存查，為貨檢工作提供一種有效的技術手段。

1 系統的總體特征

貨車高清電子預檢系統采用激光檢測技術、圖像處理技術、無線傳輸技術等先進技術和設備，總體上具有以下特征。

（1）自動監測。系統自動開啟，對通過車輛進行自動檢測和錄像，自動判別可能危及運輸安全的超限、超偏載等車輛裝載狀態不良情況并報警。對于每趟列車，系統提供報警監測數據和圖片供貨檢人員進行檢查和確認。

（2）功能豐富。系統監測包括超限檢測、超偏載檢測、車門狀態監測等內容，同時還接入車號識別系統、確報系統的數據，經后臺自動匹配，為報警車輛提供詳細的檢測數據、圖片視頻信息，以及車次、車號、發站、到站、品名等信息，方便報警車輛的處理和貨檢作業。系統軟件提供打印、查詢、統計分析、遠程訪問等功能。

（3）使用方便。系統采用模塊設計，可根據需要和現場實際在統一平臺上建設集成多種自動檢測功能的貨檢預檢系統。客戶端和服務器軟件體系采用 B/S 結構，便于鐵路辦公網上的授權客戶登錄訪問。操作界面采用 Web 技術，方便鐵路局、車站貨運管理和貨檢人員使用。

（4）功能可靠。系統滿足全天候、連續不間斷地實時檢測要求，主要傳感器考慮了防雨雪、防雷、防風沙等因素，并適應白天和黑夜等的不同光照情況。

2 系統主要模塊及功能

貨車高清電子預檢系統主要由超限檢測子系統、車門自動檢測子系統、高清監控子系統、數據庫管理子系統、作業管理子系統和查詢子系統等組成，并集成了超偏載檢測數據、車號數據和運統一數據。

2.1 超限檢測子系統

鐵路機車車輛限界和貨物裝載邊界是多邊形結構，只有經過測量得到車輛及貨物的全斷面輪廓尺寸，并與限界進行對比，才能準確判斷貨物是否超限，以及超限部位、超限等級和超限尺寸等信息。

激光二維掃描技術采用面掃描方式，可以直接得到物體斷面輪廓上各點的坐標數值，并且具有激光測量不受干擾、穩定可靠等優點。貨車高清電子預檢系統在迎水橋站安裝2臺激光掃描傳感器用于貨物裝載輪廓的全斷面掃描，檢測原理如圖1所示。系統實現了以下功能。

（1）列車通過時，可實時自動檢測裝載貨物車輛的斷面輪廓尺寸，超限檢測結果如圖2所示。

（2）根據測量得到裝載貨物車輛的斷面輪廓尺寸，并判斷其是否超限。對于發生貨物超限的車輛，可提供超限貨物的超限位置、超限等級、超限數值等。

（3）對于超限的車輛提供車輛輪廓圖片和證據圖片，供貨檢人員在作業中重點檢查和核查，并作為貨檢站檢查作業資料保存。

（4）系統自動檢測車輛的序位，配合車號信息可以準確定位超限車輛。

2.2 車門自動識別子系統

棚車的車門在運行中打開不僅會增大運行阻力，增加能量消耗，還可能引起貨物的丟失；由于車速改變會引起未固定的車門在滑槽中滑動，造成貨物墜落。敞車的車門在運行中打開，可能會侵入限界，撞壞信號機等地面設施，引發行車事故。因此，判定車門的開閉狀態對貨車運行安全十分重要。

車門自動識別子系統采用圖像識別技術檢測棚車車門開閉狀態。系統有選擇地提取貨車車門位置的圖像，大幅減少處理圖片的數量，節省了計算時間和存儲空間。系統獲取圖像之后，采用模式識別技術自動識別車輛類型，然后針對棚車圖像進一步識別車門的開閉狀態。目前，系統采用的算法可以在 1 s 內處理完 1 節車輛的圖像，滿足圖像識別的準確性和快捷性要求。

車門自動識別子系統采用激光掃描數據判別敞車中門、小門開閉狀態。當敞車中門打開角度超限時，判別中門為開；當敞車小門未銷好，在運行中掀開時，系統同樣可以判別。現場敞車小門打開情況如圖3所示。現場激光掃描數據判別圖片如圖 4所示。

圖3 現場敞車小門打開情況

圖4 敞車小門激光掃描數據判別示意圖

2.3 高清監控子系統

在貨檢工作中，貨物列車進站前，貨檢人員需要對車輛的兩側及上方進行預檢。采用線陣相機技術的高清監控子系統可提供 2 mm×2 mm 超高分辨率的圖像，為人工核查貨物裝載狀態的各種細節提供極大的幫助。

高清監控子系統由前端的高清線陣相機、同步觸發模塊、圖像編碼解碼模塊和回放模塊等組成，能夠實現以下功能。

（1）列車通過時，在電視墻上實時顯示同一列車從頂面和側面監測貨物列車運行狀態的多路高清圖像，供值班人員在室內進行預檢，如圖5所示。

（2）列車通過后，為每一節車輛提供多幅的高清圖片，值班人員可根據機檢結果，對重點車輛詳細查看高清照片，核實裝載貨物的狀態，實現機檢與人工核查的有機結合。

圖5 同一節車側面和上部的高清圖像

（3）通過局域網，系統提供高清監控視頻的事后回放功能。圖像回放時，可以慢速、快速、倒放，并支持抓拍、打印等功能，可為管理人員進行事后事故分析和狀態確認提供幫助。

（4）采用軟硬件優化方式，實現夜間裝煤敞車等不易辨識圖像的增強，為在全天任何時間段內都可以得到高質量的監控圖像提供保障。

2.4 數據庫管理子系統

數據庫管理子系統是貨車高清電子預檢系統中數據管理的核心部分，系統采用 SQL-SERVER 數據庫，能夠對檢測數據進行入庫、查詢、檢索和統計，系統具體功能如下。

（1）超限檢測、車門自動檢測、超偏載檢測和相關圖片的入庫。

（2）運統一信息的入庫。

（3）人工核查結果的入庫。

（4）同一列車中各種圖像資料和數據的整合。（5）貨檢日常作業情況的入庫。

（6）為其他相關子系統提供查詢、檢索、統計等功能。

2.5 貨檢作業管理子系統

貨檢作業管理子系統實現監測信息的遠程查詢和管理功能，可進行查詢、檢索和統計，充分實現信息共享，如圖6所示。基于局域網技術和 Web 頁面技術，實現在鐵路辦公網上的任意計算機可以訪問數據庫服務器，并具備以下功能。

（1）根據超限檢測、車門檢測、超偏載檢測等數據結果，指導作業人員對重點車輛進行有針對性的檢查。

（2）人工現場核查后，對于確認裝載狀態有問題的車輛，進行數據錄入并保存到服務器上。

（3）根據指定日期、車次和車號的動態組合查詢條件，方便地查詢列車或特定幾個順位的貨物裝載車輛的圖像資料并選擇打印。

（4）查詢、檢索交接車輛的裝載狀態記錄，清晰預檢交接車輛的貨物裝載狀態，以及貨車進出場時間記錄及管理，提高車輛管理工作效率和水平。

（5）可查詢不同班組、人員的作業情況，并提供周統計、月統計等分析功能。檢查、抽查在崗人員作業的標準化，督促職工遵守“兩紀”，以確保安全生產。

3 系統的應用效果

貨車高清電子預檢系統通過在迎水橋站的實際應用，其效果突出表現在以下方面。

（1）軟硬件的優化設計，提供高可靠的檢測信息。系統綜合采用以下技術，保障了檢測數據的穩定可靠。采用模塊化結構，各子系統相對獨立，提高了整體系統的可靠性，并便于設備維護；采用激光二維掃描技術，不受陽光等外界因素的影響，檢測精度可靠；采用特殊設計的照明系統、同步控制系統及軟件優化算法，在全天 24 小時都可以提供穩定清晰的監控圖像；數據集成采用模糊匹配算法模型，通過自動匹配和人工輔助二次匹配技術，實現與鐵路運輸管理信息系統 (TMIS) 確報信息的匹配，使系統與確報信息匹配率達到 90% 左右，檢測數據的利用率明顯提高，從而使系統報警評判準確性明顯加強。

（2）實現貨運安全各類檢測信息的集成與綜合應用。系統在一個統一的界面上，將超偏載、軌道衡、超限和車門狀態檢測等多個安全系統的檢測信息全部集成起來，以車輛為單位關聯顯示多系統檢測結果，徹底解決了車站值班員在不同監控系統的多個監控終端情況下面臨的人員少、工作壓力大等難題。通過一個集成窗口即可掌握各類檢測信息，且操作簡單方便，提高了工作效率。

（3）實現貨檢工作的閉環控制，創建新型貨檢作業模式。利用信息化手段，通過對貨物運輸過程中裝載質量的全程跟蹤監控，實現對裝載加固報警車輛“預警→復核→處理”全過程的閉環控制，創立了“確報＋機檢＋人工標注”三合一重點車預報單指導“人工重點核實”的新型貨檢作業模式和作業流程，有效杜絕人工盲目檢車及安全檢查的死角，改變傳統的、落后的作業模式和手工作業流程，減輕了現場作業人員的勞動強度，增強了監控管理力度。

貨車高清電子預檢系統的推廣應用，將會為鐵路車站的貨檢工作提供可靠的檢測數據和信息化的管理平臺，在確保作業質量的同時，有助于實現由傳統向現代、由人控向機控、由粗放管理向集約管理的標志性轉變，實現貨運安全監控模式的全面創新。