神東公司空車車況監測系統的設計與實現

賀云龍

(神華神東煤炭集團公司，陜西 神木 719315)

0 引言

為掌握空車車體情況，目前在保德裝車站設置監控員工4人，24 h人工視頻監控車皮破損、凍煤、紅底、雪底等情況，并負責相關業務流程。

當有空車經過保德裝車站時，保德裝車站監控人員立刻通過監控錄像或實時監控進行查驗。當車速較低時，可通過實時監控查看，當車速達到60 km/h以上時，實時監控根本無法肉眼看清楚，只能通過慢速回放查看；空車車皮如果有凍煤、雪底、紅底或爛車情況，保德裝車站監控人員需電話與神朔鐵路保德火車站相關人員聯系，確認之前經過的空車車次；保德裝車站監控人員得到車次信息后，通過電話向神東洗選中心調度匯報車次及車皮情況；神東洗選中心調度得到車次信息后，通過電話與神東總調確認該列車的目的地；最終，神東洗選中心調度得到車次的目的地后，通過電話向列車目的地清坪車隊下達任務，這個過程調度信息流轉復雜，指令下達滯后，漏報、誤報情況時有發生。

通過智能視頻識別算法的研究替代人工監控，實現全智能化識別車皮車況，并通過網絡軟件實現神東洗選中心調度和神東公司總調相關業務流程的全自動流轉。

1 系統設計原則

1.1 實用性原則

21世紀是信息化時代，構建一個高速率、高可靠性的信息化監控平臺，是對所有煤炭企業安全生產和高效運輸的有效保障，也是企業提升管理水平、促進企業現代化進程的重要手段。本系統通過智能視頻分析和信息化手段實現減員增效，以實用性為原則建立應用系統。

1.2 可靠性原則

通過智能視頻分析替代人工監控，首先要保障視頻識別的準確性，即系統的可靠性。通過智能視頻分析算法找出煤底、紅底、雪底和爛車等情況是本系統的基礎，一方面要能實現準確識別，另一方面要能夠將識別結果按照預定的業務流程進行自動化流轉。

1.3 通用性原則

系統采用前端采集設備、數據服務器、應用服務器等多層體系結構，具備良好的可擴充性、可移植性和兼容性，充分考慮到了系統的發展因素和歷史因素，把系統產品的整個生命周期因素放到了一個當前和未來的完整時空中來考慮。

1.4 標準化原則

系統在選用控制技術和設備時，應符合國際和國家標準，充分利用各種產品的優勢，將其有機地結合起來。也就是說，要求系統的通信環境、硬件環境、軟件環境相互間的依賴減至最小，充分發揮自身優勢；同時，系統的互聯為信息互通和流程控制創造了有利條件[1]。

1.5 可集成原則

系統設計有安全保障機制，確保系統和數據的安全性、完整性。系統采用開放性設計，遵循主流的接口規程和協議標準，不基于特定機型、操作系統或廠家的體系結構，對外提供標準的數據交換接口，以滿足更多部門和用戶共享信息。

2 系統組成與系統架構

2.1 系統組成

系統包括高速攝像機、服務器、網絡交換機、監控終端等主要硬件設備，以及神朔鐵路車次信息WebService數據接口、車皮車況智能視頻識別程序、數據庫系統、車皮車況智能視頻識別應用程序和車皮車況WebService數據接口等軟件組成。

2.2 系統架構

系統架構包括硬件架構和軟件架構。本系統中硬件基礎架構的設計規劃包括：高速攝像機、網絡設備和應用服務器等；軟件架構設計包括運行模式、層次結構、調用關系和規劃具體的實現技術類型等。

系統硬件架構：系統在保德裝車站部署服務器一臺，用作智能視頻識別服務器和應用服務器；部署高速攝像機3臺，用于采集列車兩側及空車上方的視頻信息，部署交換機一臺用于網絡集成；在神東洗選中心和神東煤炭集團總調部署若干臺計算機作為監控終端，方便用戶登錄系統并進行業務流轉，硬件架構如圖1所示。

圖1 系統硬件架構圖

系統軟件架構：軟件系統主要分為5大模塊，分別為神朔鐵路車次信息WebService數據接口、車皮車況智能視頻識別程序(后臺服務程序)、數據庫系統、車皮車況智能視頻識別應用程序和車皮車況WebService數據接口。軟件系統架構及調用關系如圖2所示。

圖2 系統軟件架構圖

3 系統主要功能與業務流程

3.1 系統主要功能要求

硬件設備主要功能：①高速攝像機。因過往大部分空車速度均在60～70 km/h，因此須采用幀率至少180 Hz的高速攝像機方能采集到足夠清晰的視頻信息，列車兩側的攝像機采集列車是否有爛車的視頻，上方的攝像機主要用于監控空車底部是否有煤底、雪底和紅底的情況；②應用服務器。本系統只需配置一臺服務器，系統中的軟件除“神朔鐵路車次信息WebService數據接口”外均在此部署，因此該服務器承擔了數據服務器和應用服務器的雙重任務。

神朔鐵路車次信息WebService數據接口：該軟件部署在神朔鐵路信息化機房數據中心服務器中，實時通過WebService方式向外推送即將通過保德裝車站的空車的基本信息，包括：車次、車皮標示(順序提供)、預計通過時間、目的地等。

車皮車況智能視頻識別程序：通過高速攝像機采集車況視頻，并將視頻分解為圖片進行分析，當一節車皮有凍煤、雪底、紅底或爛車情況發生時，程序將自動將車皮問題、車皮號、車皮類型、車次、視頻截圖和時間等關鍵信息存入數據庫。①凍煤識別算法。車底凍煤與空車車底的區別主要表現在不規則的塊狀物或顆粒感表面，分析算法通過背景減除法、樣品比對法和顏色判斷等方法發現不規則塊狀物或顆粒感表面從而識別是否有凍煤情況；②紅底識別算法。采集海量紅底圖片數據信息作為對比識別關鍵因素，其中要考慮陽光照射和紅底面積等情況，通過對比識別紅底列車；③雪底識別算法。與紅底識別算法類似，需采集海量雪底圖片數據信息作為對比識別關鍵因素，其中要考慮陽光照射和雪底面積等情況，通過對比識別雪底列車；④爛車識別。爛車情況只發生在C64車型，因此當有列車通過時，首先識別車型，再判斷是否需要識別爛車情況，這樣可提高識別準確率；爛車主要表現在門邊打膠和布袋，打膠和布袋呈現為白色條狀物，因此可通過海量機器學習和程序分析進行識別。

數據庫系統：系統采用的數據庫系統為SQL Server 2014，這是在全世界范圍內企業級應用中較為普遍的數據庫產品，它使用集成的商業智能工具為用戶提供了企業級的數據管理功能，其引擎為關系型數據和結構化數據提供了更安全可靠的存儲功能。本系統依托SQL Server 2014數據庫系統完成了實時數據、流程分析和歷史數據存儲功能等觸發器的設計，完成了幾乎所有報表查詢系統的存儲過程的設計，還包括存儲預警數據、存儲流程數據、按系統設定執行數據歸檔等作業。

車皮車況智能視頻識別應用程序：用戶應用程序采用B/S架構，支持IE、Chrome、火狐等主流瀏覽器訪問用戶界面，支持實時查看現場視頻，支持神東公司單點登錄和角色劃分系統等。當有預警發生時，系統可自動彈出頁面，并伴有報警提示音，提醒用戶及時處理；按業務流程，發生預警信息后，神東總調角色用戶將首先收到預警提示，待通過系統確認列車目的地后，洗選中心調度角色用戶也將收到該預警信息。應用程序還可通過時間、車次、目的地等關鍵信息查詢歷史預警記錄；可根據實際需求用戶自定義開發報表模板。

車皮車況WebService數據接口：為實現神東集團公司企業內部的信息共享和數據集成，數據接口程序可實時通過WebService方式向外推送滿足神東集團公司技術要求的車況預警信息，如預警類型、車次、時間、處理情況等信息。

3.2 系統主要業務流程

系統投入使用后，當有空車經過保德裝車站，由軟件系統自動識別空車車皮情況；空車車皮如果有凍煤、雪底、紅底或爛車情況，軟件系統會立即向神東總調推送包含車次的預警信息；神東總調收到預警信息后，需手動選擇列車的目的地并向系統提交；列車目的地信息被提交后，軟件系統將立即向洗選中心推送完整的預警信息，包括：車次、目的地和列車車皮情況等；洗選中心再根據軟件系統推送的預警信息，向列車目的地的清坪車隊下達任務，如圖3所示。

圖3 系統業務流程圖

4 結語

神東公司空車車況監測系統的成功應用，減少了人力資源的消耗，避免了人工干預所容易產生的誤報和漏報，減輕了洗選中心和神東集團總調相關人員的工作強度，提高了工作效率。通過實踐，再次證明了信息技術的發展可以為煤炭企業的現代化建設提供強有力的支持，企業信息化同樣是實現減員增效的重要途徑。因此，研發和應用具有煤炭行業特點的電子信息技術產品，包括工程應用軟件、傳感與檢則系統以及計算機網絡產品，使它們成為具有開放性、通用性和高可靠性的產品，并在此基礎上健全和發展煤炭行業的信息產業[2]。