車站卸車組織信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

丁永民，石平剛，劉文棟，王玉龍

(1.中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250001；2.中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 信息技術(shù)所，山東 濟(jì)南 250001)

0 引言

車站卸車結(jié)合部多，卸車組織比較復(fù)雜，利用信息化手段提高車站卸車組織標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、智能化，減輕現(xiàn)場(chǎng)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)車站卸車組織考核與分析，提升工作效率，突破車站卸車瓶頸，刻不容緩。因此，研究基于先進(jìn)信息技術(shù)構(gòu)建車站卸車組織信息系統(tǒng)具有重要意義。

在卸車組織研究領(lǐng)域，李文文[1]提出計(jì)算鐵路站點(diǎn)應(yīng)卸車負(fù)荷能力，對(duì)鐵路站點(diǎn)實(shí)際卸車能力進(jìn)行評(píng)估，通過鐵路站點(diǎn)應(yīng)卸車負(fù)荷能力與站點(diǎn)實(shí)際卸車能力之間的比對(duì)關(guān)系，研究構(gòu)建鐵路智能卸車超限分級(jí)預(yù)警系統(tǒng)；潘云松等[2]研究運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建鐵路卸車管理系統(tǒng)，解決待卸車動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)分析、重車在運(yùn)輸過程的監(jiān)控和預(yù)警；王雅琳等[3]綜合考慮裝卸隊(duì)作業(yè)計(jì)劃和調(diào)車取送作業(yè)計(jì)劃，建立以調(diào)車機(jī)車總耗時(shí)最小為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并提出求解該模型的分布式混合優(yōu)化策略；Lawley等[4]提出一個(gè)時(shí)間－空間網(wǎng)絡(luò)流模型，使用客戶需求、鐵路網(wǎng)絡(luò)特征、裝卸時(shí)間、軌道和車站容量等信息，目的是盡量減少散裝貨物裝卸的等待時(shí)間；賈國(guó)強(qiáng)等[5]從專用線內(nèi)卸車作業(yè)保障、車站作業(yè)保障、運(yùn)輸資源組織保障等方面，研究三門峽車站卸車效率提升對(duì)策；徐小勇[6]提出填寫“黃陵礦區(qū)技術(shù)作業(yè)大表”，編制階段計(jì)劃，掌握礦區(qū)列車運(yùn)行、機(jī)車動(dòng)態(tài)、調(diào)車作業(yè)、裝車進(jìn)度，提高專用線作業(yè)效率；郭忠峰等[7]通過引入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使用YOLO_v2網(wǎng)絡(luò)模型，研究針對(duì)貨運(yùn)列車在正常工作條件下車鉤的識(shí)別問題，實(shí)現(xiàn)車鉤的快速準(zhǔn)確識(shí)別；楊彩云[8]研究通過嵌入式、無線通信和北斗衛(wèi)星定位等技術(shù)手段，實(shí)時(shí)掌握列車運(yùn)行位置和列車貨物狀態(tài)信息。這些文獻(xiàn)對(duì)提高車站卸車能力、優(yōu)化卸車組織、提高作業(yè)效率及新技術(shù)在卸車組織的應(yīng)用方面都做了很多思考，其中技術(shù)作業(yè)大表、YOLO網(wǎng)絡(luò)模型和深度學(xué)習(xí)算法、嵌入式、無線通信和北斗定位等技術(shù)對(duì)于研究車站卸車組織信息系統(tǒng)提供了重要的借鑒和參考。

目前中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“濟(jì)南局集團(tuán)公司”)部分車站使用人工或者Excel方式鋪畫卸車技術(shù)作業(yè)大表，工作效率較低。因此，結(jié)合車站卸車實(shí)際，濟(jì)南局集團(tuán)公司在管內(nèi)藺家樓站進(jìn)行組織試點(diǎn)，研究通過信息化技術(shù)手段，提升車站卸車組織管理水平、提高卸車效率。

1 車站卸車組織信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 研發(fā)背景

濟(jì)南局集團(tuán)公司共有11個(gè)車務(wù)站段，對(duì)接多個(gè)港口和400多條專用線，部分專用線的實(shí)際卸車情況與集團(tuán)公司要求的卸車指標(biāo)還有差距。為了提高卸車數(shù)，濟(jì)南局集團(tuán)公司充分調(diào)研各站卸車組織情況，了解國(guó)鐵車站、專用線、港口及它們之間的卸車計(jì)劃編制與執(zhí)行環(huán)節(jié)信息共享情況，認(rèn)為開發(fā)車站卸車組織信息系統(tǒng)對(duì)于改善卸車組織現(xiàn)狀具有很強(qiáng)的必要性和可行性。經(jīng)研究，選取濟(jì)南車務(wù)段藺家樓站作為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)車站。藺家樓站是濟(jì)南局集團(tuán)公司濟(jì)南車務(wù)段管轄的三等站，共有正線1條，到發(fā)線6條，銜接山東寶鼎金屬材料有限公司專用鐵路1條，濟(jì)南鐵路煤炭運(yùn)貿(mào)集團(tuán)有限公司萊蕪分公司專用鐵路1條，主要擔(dān)負(fù)山東九羊集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“九羊”)及魯中基地礦粉、煤炭等貨物到發(fā)業(yè)務(wù)。管內(nèi)黃島港、董家口港、日照港的礦石通過膠黃線(膠州—黃島)、青鹽線(董家口南—洋河口)、膠濟(jì)線(膠州—東風(fēng))、兗石線(日照—平邑)、東平線(東都—平邑)等線路輸送到該車站。2020年初藺家樓站日均僅能接卸6列，無法滿足九羊集團(tuán)礦石800萬t、煤炭300萬t年運(yùn)輸需求，一度導(dǎo)致濟(jì)南局集團(tuán)公司管內(nèi)到藺家樓站的作業(yè)車到處保留，嚴(yán)重制約黃島、日照、董家口南站的裝車上量。針對(duì)這種情況，濟(jì)南局集團(tuán)公司多次組織運(yùn)輸部、貨運(yùn)部、信息技術(shù)所到藺家樓站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與集中攻關(guān)，指導(dǎo)利用列車運(yùn)行圖思維和車站技術(shù)作業(yè)大表指揮卸車，研究開發(fā)車站卸車組織信息系統(tǒng)。其中，列車運(yùn)行圖思維指將列車運(yùn)行的空間和時(shí)間信息同時(shí)以圖像的方式展現(xiàn)出來，整合調(diào)車、裝卸和機(jī)車等多維信息，便于從不同維度和角度去發(fā)現(xiàn)列車運(yùn)行問題和推測(cè)運(yùn)行趨勢(shì)。車站技術(shù)作業(yè)大表是對(duì)車站的站場(chǎng)運(yùn)用、現(xiàn)在車變化和調(diào)車機(jī)作業(yè)過程的動(dòng)態(tài)反映，是車站調(diào)度員用以編制階段計(jì)劃和進(jìn)行調(diào)度指揮的重要工具和車站工作分析的原始材料，編制好技術(shù)作業(yè)大表，對(duì)于優(yōu)化車站作業(yè)組織，提高工作效率具有非常重要的意義。

1.2 總體架構(gòu)

車站卸車組織信息系統(tǒng)在濟(jì)南局集團(tuán)公司一級(jí)部署，在內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)提供卸車作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)整、各階段調(diào)車與卸車作業(yè)寫實(shí)、各階段作業(yè)結(jié)果考核、各階段作業(yè)信息查詢與分析等全流程信息服務(wù)功能，供濟(jì)南局集團(tuán)公司和站段用戶使用。車站卸車組織信息系統(tǒng)從架構(gòu)設(shè)計(jì)上分為軟硬件平臺(tái)、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、展示層。軟硬件平臺(tái)作為整個(gè)系統(tǒng)的載體支撐系統(tǒng)的正常運(yùn)行，包括中間件、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備等。數(shù)據(jù)層提供了鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間，鐵路局集團(tuán)公司辦公網(wǎng)和站段局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換功能，北斗定位、手持機(jī)、紅外采集設(shè)備從互聯(lián)網(wǎng)通過安全平臺(tái)將數(shù)據(jù)發(fā)送至鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)；作業(yè)視頻信息先通過站段邊緣服務(wù)器進(jìn)行處理，再將處理結(jié)果通過辦公網(wǎng)發(fā)送至鐵路局集團(tuán)公司服務(wù)器；鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)直接通過鐵路局集團(tuán)公司辦公網(wǎng)進(jìn)行采集。業(yè)務(wù)邏輯層定義系統(tǒng)通用功能，主要包括標(biāo)準(zhǔn)管理、計(jì)劃編制與寫實(shí)、作業(yè)信息采集、作業(yè)考核、作業(yè)信息查詢與分析5大類，每一類下有細(xì)分功能，滿足站段實(shí)際需求。展示層通過PC端及大屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃編制、查詢等功能的應(yīng)用。車站卸車組織信息系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 車站卸車組織信息系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of the information system for the unloading organization in stations

1.3 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)主要由用戶層、數(shù)據(jù)采集層、服務(wù)層、持久層及工程化構(gòu)成。①用戶層。主要是用戶用于瀏覽編組信息、機(jī)車運(yùn)行信息、車站作業(yè)信息、考核信息等。②數(shù)據(jù)采集層。主要包括自動(dòng)采集和人工采集2部分。自動(dòng)采集主要依托鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度管理系統(tǒng)、運(yùn)輸信息集成平臺(tái)，自動(dòng)采集列車運(yùn)行計(jì)劃和實(shí)際信息，利用視頻識(shí)別、北斗定位技術(shù)，將傳感器和攝像頭采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析等處理，形成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息。人工采集主要依托4G/5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，由手持機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息。③服務(wù)層。建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，根據(jù)服務(wù)類型不同，提供數(shù)據(jù)流程服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、視頻分析服務(wù)、緩存服務(wù)、接口服務(wù)、日志服務(wù)和安全服務(wù)等系統(tǒng)服務(wù)，為數(shù)據(jù)展現(xiàn)層提供數(shù)據(jù)支撐。④持久層。使用Timescale時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)作為視頻識(shí)別結(jié)果、傳感器分析結(jié)果的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，Oracle則作為運(yùn)行數(shù)據(jù)、用戶操作記錄、系統(tǒng)配置、規(guī)則配置、日志等信息的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。⑤工程化。包括攝像頭安裝取流，紅外、北斗等傳感器體系構(gòu)建，內(nèi)外網(wǎng)通信及其網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)加密、穩(wěn)定性測(cè)試等方案的融合建設(shè)。車站卸車組織信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

1.4 功能分析

（1）標(biāo)準(zhǔn)管理。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，針對(duì)不同作業(yè)崗位、不同作業(yè)環(huán)節(jié)制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與考核標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其進(jìn)行定量維護(hù)，作為自動(dòng)考核的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要包含貨位標(biāo)準(zhǔn)、排風(fēng)摘管標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)車人員檢查車輛標(biāo)準(zhǔn)、貨運(yùn)人員交接檢查標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)車機(jī)車運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、開關(guān)車門標(biāo)準(zhǔn)、扒料機(jī)卸車標(biāo)準(zhǔn)、車輛清底標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)等，考核標(biāo)準(zhǔn)主要包含總考核內(nèi)容、起始業(yè)務(wù)點(diǎn)、起始業(yè)務(wù)股道、終止業(yè)務(wù)點(diǎn)、終止業(yè)務(wù)股道、考核類型、考核標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、考核名稱、考核崗位、考核金額等。

（2）計(jì)劃編制與寫實(shí)。通過鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度管理系統(tǒng)、運(yùn)輸信息集成平臺(tái)采集列車運(yùn)行信息，自動(dòng)鋪畫到達(dá)列車信息，對(duì)于未采集到的運(yùn)行線信息，可以通過系統(tǒng)手動(dòng)添加。根據(jù)到達(dá)列車信息添加本站卸車作業(yè)流程，提前做好卸車計(jì)劃，包括列車在股道停留時(shí)間及各項(xiàng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，可以直接鋪設(shè)列車從進(jìn)站到出站的整套作業(yè)流程，方便業(yè)務(wù)部門管理列車卸車作業(yè)。當(dāng)班次更新時(shí)，會(huì)將當(dāng)前時(shí)間之前的上一班次運(yùn)行線轉(zhuǎn)為實(shí)際線，不再允許修改，可以將實(shí)際線與計(jì)劃線進(jìn)行比較分析，判斷列車是否按時(shí)作業(yè)。用戶選取需要編制調(diào)車計(jì)劃的列車運(yùn)行線，通過手持機(jī)或手動(dòng)設(shè)置各項(xiàng)作業(yè)時(shí)間，取代紙質(zhì)操作。同時(shí)系統(tǒng)可以根據(jù)卸車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成卸車作業(yè)計(jì)劃，用戶通過拖動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

（3）作業(yè)信息采集。調(diào)車作業(yè)信息主要包括摘掛列車、列車防溜、通知列檢人員等作業(yè)內(nèi)容，如摘掛作業(yè)狀態(tài)、摘掛作業(yè)時(shí)間、設(shè)置防溜時(shí)間、通知發(fā)車時(shí)間等，依靠在機(jī)車前端安裝紅外裝置、作業(yè)人員使用手持終端，實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)信息采集。機(jī)車運(yùn)行信息主要包括調(diào)車機(jī)運(yùn)行軌跡及機(jī)車股道停留與啟動(dòng)，如機(jī)車車型車號(hào)、機(jī)車作業(yè)時(shí)間、股道停車作業(yè)標(biāo)志等，機(jī)車運(yùn)行信息采集主要利用機(jī)車上安裝北斗定位裝置，記錄機(jī)車運(yùn)行軌跡，作為機(jī)車運(yùn)行線自動(dòng)鋪畫數(shù)據(jù)源。卸車作業(yè)信息主要包含卸車作業(yè)類型(開關(guān)車門、扒料機(jī)作業(yè)等)、卸車作業(yè)時(shí)間，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像頭集群，拍攝卸車作業(yè)視頻，通過對(duì)視頻進(jìn)行深度學(xué)習(xí)分析識(shí)別，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)卸車作業(yè)信息，在車站不具備視頻識(shí)別采集卸車作業(yè)信息時(shí)，也可以通過手持終端采集卸車作業(yè)信息。

（4）作業(yè)考核。卸車作業(yè)將不同作業(yè)時(shí)間間隔作為待考核的流程時(shí)間，與卸車作業(yè)考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，對(duì)考核結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成卸車作業(yè)進(jìn)度表和卸車作業(yè)考核表。對(duì)調(diào)車作業(yè)流程和列車區(qū)間運(yùn)行、轉(zhuǎn)線、貨檢等作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行考核，調(diào)車作業(yè)屬于固定流程作業(yè)，每個(gè)作業(yè)之間的順序是固定的，實(shí)際作業(yè)過程則是2個(gè)作業(yè)之間的時(shí)間間隔，根據(jù)不同的間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)不同的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成調(diào)車作業(yè)考核表。最終達(dá)到按班組、崗位和人員考核的目的，自動(dòng)計(jì)算人員考核金額，形成人員考核表。

（5）作業(yè)信息查詢與分析。匯總每班作業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行、調(diào)車作業(yè)、裝卸作業(yè)、機(jī)車運(yùn)用信息、交班報(bào)告的綜合查詢展示，點(diǎn)擊車次，查詢列車編組信息，對(duì)系統(tǒng)作業(yè)計(jì)劃、實(shí)際和考核信息進(jìn)行綜合分析，形成各種分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

2 車站卸車組織信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 運(yùn)行圖設(shè)計(jì)與計(jì)劃算法

以藺家樓車站為例，從專用線組織調(diào)度、運(yùn)行情況、場(chǎng)內(nèi)占用等多方面規(guī)劃設(shè)計(jì)專用線調(diào)度算法，基于可縮放矢量圖形(Scalable Vector Graphics，SVG)界面繪制車站技術(shù)作業(yè)圖，基于SVG繪制的車站技術(shù)作業(yè)圖如圖3所示，體現(xiàn)在車站技術(shù)作業(yè)大表上。將到達(dá)藺家樓的列車作為運(yùn)行線的最小結(jié)構(gòu)單元，把整個(gè)圖結(jié)構(gòu)分為運(yùn)行線區(qū)域(圖3最上方灰綠色背景區(qū)域)，中間站區(qū)域(圖3上方白色背景區(qū)域)，區(qū)間線區(qū)域(圖3下方灰綠色背景區(qū)域)及專用線區(qū)域(圖3最下方白色區(qū)域)。在技術(shù)作業(yè)圖中，將計(jì)劃線分為卸車線(包括具體的卸車作業(yè)計(jì)劃及實(shí)際運(yùn)行軌跡等內(nèi)容)、出發(fā)線及通過線。卸車線的起點(diǎn)為萊蕪東或司家?guī)X，出發(fā)線的起點(diǎn)為藺家樓，卸車線和出發(fā)線只包括起點(diǎn)和終點(diǎn)，運(yùn)行線區(qū)域一端顯示大紅點(diǎn)的線段為出發(fā)線和到達(dá)線，其他線為通過線。將具體的卸車作業(yè)拆解，首先機(jī)車先需要經(jīng)過藺家樓停留，在組織作業(yè)以后才可以進(jìn)入九羊進(jìn)行卸車作業(yè)，此過程為股道占用時(shí)間，即圖3中間站區(qū)域繪制的股道黃色標(biāo)識(shí)橫線。其次根據(jù)卸車作業(yè)規(guī)則，將一開始的大規(guī)則(機(jī)車從藺家樓開始進(jìn)入九羊到最終空車出九羊進(jìn)入藺家樓)進(jìn)行拆解，設(shè)計(jì)出區(qū)間運(yùn)行，股道停留，轉(zhuǎn)道作業(yè)為主的細(xì)節(jié)作業(yè)模型，然后通過組裝細(xì)節(jié)作業(yè)模型實(shí)現(xiàn)不同的大作業(yè)規(guī)則，如推送作業(yè)、牽引作業(yè)、翻車機(jī)作業(yè)等。除了這些日常作業(yè)模式，可能還會(huì)出現(xiàn)并車作業(yè)(相同出站點(diǎn)、區(qū)間運(yùn)行的車輛視為并車)，在系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)合并計(jì)算。計(jì)劃鋪設(shè)以后，如不能滿足作業(yè)要求，就需要對(duì)計(jì)劃線進(jìn)行調(diào)整，為了方便作業(yè)人員調(diào)整，系統(tǒng)對(duì)特定點(diǎn)進(jìn)行限制，橫線起點(diǎn)如果連接豎線，則只可以移動(dòng)橫線的終點(diǎn)，豎線只可以移動(dòng)起點(diǎn)，斜線移動(dòng)終點(diǎn)可拉長(zhǎng)斜線的占用時(shí)間，并且所有的移動(dòng)點(diǎn)之后的連接點(diǎn)都會(huì)根據(jù)前一點(diǎn)的移動(dòng)距離自動(dòng)變化，如前點(diǎn)向前移動(dòng)1 min，后點(diǎn)都同時(shí)向前移動(dòng)1 min。在計(jì)劃線鋪設(shè)以后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄初始作業(yè)時(shí)間，作業(yè)人員可以根據(jù)快捷鍵實(shí)時(shí)觀察當(dāng)前計(jì)劃與實(shí)際計(jì)劃的比對(duì)情況。車站技術(shù)作業(yè)大表采用SVG技術(shù)進(jìn)行界面交互，可以通過點(diǎn)到點(diǎn)的方式，快速繪制圖形。經(jīng)過實(shí)踐證明，卸車作業(yè)組織大表將列車運(yùn)行、調(diào)車作業(yè)、裝卸作業(yè)、機(jī)車運(yùn)用等環(huán)節(jié)，按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間自動(dòng)生成計(jì)劃線和運(yùn)行線，將運(yùn)行圖鋪畫至卸車點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度所、藺家樓站、九羊3方信息透明。

圖3 基于SVG繪制的車站技術(shù)作業(yè)圖Fig.3 Technical operation drawing of stations based on SVG

2.2 視頻與深度學(xué)習(xí)技術(shù)

在九羊安裝12個(gè)高清攝像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)卸車作業(yè)進(jìn)行拍攝，攝像頭獲取數(shù)據(jù)，傳輸?shù)接脖P錄像機(jī)存儲(chǔ)，同時(shí)傳輸?shù)揭曨l識(shí)別模塊。通過對(duì)幾種深度學(xué)習(xí)算法模型進(jìn)行篩選，YOLO算法不需要復(fù)雜的管道，能夠?qū)崟r(shí)處理視頻流，延遲小于25 ms，同時(shí)仍舊具備較高的精度，因而選擇基于YOLO算法的YOLOv5框架實(shí)現(xiàn)基于視頻識(shí)別的作業(yè)信息分析。主要用于自動(dòng)分析識(shí)別卸車作業(yè)并記錄相關(guān)時(shí)間點(diǎn)，如開關(guān)車門、扒料作業(yè)開始結(jié)束等時(shí)間點(diǎn)。

YOLOv5框架主要是目標(biāo)檢測(cè)框架，在本項(xiàng)目中，開關(guān)門任務(wù)、扒料機(jī)作業(yè)任務(wù)都屬于較大的目標(biāo)檢測(cè)，且相對(duì)獨(dú)立，使用YOLO這類錨框算法對(duì)卸車作業(yè)考核是十分有效的。在工程實(shí)踐過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)具有清晨高曝光、夜晚能見度極低等情況，因而通過調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)光照，對(duì)視頻流進(jìn)行銳化處理，突出物體的邊緣信息，在夜晚和清晨圖像相對(duì)模糊的情況下可以準(zhǔn)確獲取其特征。另外，因現(xiàn)場(chǎng)車輛數(shù)量不固定，停車位置差異過大，車輛有時(shí)存在空車，需要對(duì)攝像頭方向、焦距等屬性進(jìn)行調(diào)整，為了減輕現(xiàn)場(chǎng)人員工作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別，先根據(jù)編組信息得到不是空車的車序號(hào)，再根據(jù)攝像頭內(nèi)通過的車輛數(shù)(根據(jù)YOLO檢測(cè)車輛)記錄當(dāng)前攝像頭通過的車輛數(shù)，當(dāng)列車停止后根據(jù)攝像頭當(dāng)前觀察的車序號(hào)判斷是否為空車，如果不是空車?yán)^續(xù)觀察，如果為空車則通過調(diào)用攝像頭，向左或向右調(diào)整攝像頭位置和焦距，繼續(xù)重復(fù)上述過程，直到檢測(cè)到不是空車的車輛。在此過程中，由于可能涉及到車輛轉(zhuǎn)動(dòng)角度過大，造成車輛的特征差異過大，因而通過訓(xùn)練多個(gè)模型共同檢測(cè)，給出評(píng)分均值，更加準(zhǔn)確地抓取車輛狀態(tài)信息。

針對(duì)藺家樓現(xiàn)場(chǎng)卸車作業(yè)，采集訓(xùn)練集共使用1 844張圖片。使用mosaic技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)，隨機(jī)選取圖片進(jìn)行拼接，可以使少量圖片大量擴(kuò)增，增大數(shù)據(jù)集，使提取的特征模型具有健壯性。進(jìn)行輪詢迭代，最終獲得最后一輪的模型。在實(shí)際檢測(cè)中，因各目標(biāo)檢測(cè)精度不同，為了最大化適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)分析，對(duì)不同目標(biāo)的檢測(cè)閾值做出調(diào)整。例如，扒料部分初始設(shè)置閾值為0.9，經(jīng)過測(cè)試改為0.5對(duì)扒料的檢測(cè)較為合適。

2.3 北斗技術(shù)

將北斗裝置安裝在調(diào)車機(jī)車上，通過北斗定位設(shè)備實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前機(jī)車位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)，但經(jīng)緯度的獲取通常會(huì)有誤差，因而通過擴(kuò)大范圍標(biāo)注，根據(jù)之前走過的經(jīng)緯路徑，通過加權(quán)平均的方式計(jì)算后面獲取的坐標(biāo)誤差，保證受干擾以后的坐標(biāo)突變不會(huì)造成大的影響。基于北斗定位功能，由于機(jī)車在股道中運(yùn)行時(shí)機(jī)車的運(yùn)行軌跡為股道軌跡，路徑相對(duì)固定，因而主要采集九羊站點(diǎn)入口(出口在同一位置)、道岔點(diǎn)、7條股道的入口及盡頭點(diǎn)這些關(guān)鍵移動(dòng)點(diǎn)，減少計(jì)算量與數(shù)據(jù)傳輸所用的帶寬。后期還添加機(jī)車在股道上的停留時(shí)間，主要通過為機(jī)車速度模型設(shè)置閾值，經(jīng)緯變化速度及范圍小于閾值時(shí)，判斷機(jī)車在股道停留作業(yè)。然后將采集的時(shí)間點(diǎn)信息通過計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行整合，形成關(guān)鍵時(shí)間鏈條。系統(tǒng)結(jié)合單點(diǎn)定位和差分補(bǔ)償雙工作模式進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)位置的厘米級(jí)測(cè)量精度，大幅度提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度和技術(shù)水平。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用低倍頻、低功耗IO接口等方法降低系統(tǒng)功耗；在運(yùn)行過程中，高效利用睡眠狀態(tài)低功耗特點(diǎn)；在系統(tǒng)無需工作時(shí)，及時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式。

2.4 紅外技術(shù)

通過在機(jī)車前端安裝紅外裝置，根據(jù)機(jī)車速度和前方物體的距離判定，實(shí)現(xiàn)摘車和掛車信息采集。紅外線傳感器具有穩(wěn)定、靈敏等物理特點(diǎn)，符合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)時(shí)前后沒有遮擋，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車在行駛中轉(zhuǎn)動(dòng)角度小，誤差可以忽略。在這種情況下使用紅外檢測(cè)技術(shù)既快捷又準(zhǔn)確，在機(jī)車兩頭分別安裝紅外檢測(cè)設(shè)備也可以同時(shí)解決機(jī)車頂送和推送的狀態(tài)判斷問題。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行摘掛車作業(yè)時(shí)，安裝在機(jī)車頭的紅外設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)調(diào)車機(jī)車與車輛的間隔裝備，在設(shè)備內(nèi)部設(shè)定檢測(cè)閾值，當(dāng)檢測(cè)距離小于閾值一段時(shí)間后，判斷為掛車狀態(tài)，如果大于閾值一段時(shí)間且檢測(cè)距離越來越大，則判斷為摘車狀態(tài)。

2.5 手持終端技術(shù)

在車站不具備視頻采集條件的情況下，作業(yè)人員也可以通過手持機(jī)采集卸車作業(yè)時(shí)間，主要包含開車門、扒料作業(yè)、短搬作業(yè)、清底作業(yè)、關(guān)車門等作業(yè)時(shí)間點(diǎn)；可以通過手持機(jī)采集調(diào)車作業(yè)時(shí)間，主要包括摘車、掛車、設(shè)置防溜、調(diào)車檢查車輛、貨運(yùn)檢查車輛、撤除防溜作業(yè)時(shí)間點(diǎn)。手持機(jī)采用工業(yè)防護(hù)設(shè)計(jì)，機(jī)身外側(cè)包裹特殊減震材質(zhì)，最大程度減輕作業(yè)人員使用時(shí)跌落或撞擊導(dǎo)致的機(jī)器損毀。手持機(jī)配備4G物聯(lián)網(wǎng)SIM卡，具有通信穩(wěn)定、受環(huán)境影響較小等特點(diǎn)，另外手持機(jī)使用靈活，無需固定，可以隨身攜帶，隨時(shí)采集，提高采集精度。

3 結(jié)束語

濟(jì)南局集團(tuán)公司車站卸車組織信息系統(tǒng)充分利用信息化手段提高卸車組織水平，對(duì)于減輕現(xiàn)場(chǎng)人員工作勞動(dòng)強(qiáng)度、加強(qiáng)考核分析、提升工作效率、突破車站卸車瓶頸具有重要意義。系統(tǒng)通過列車運(yùn)行圖與車站技術(shù)作業(yè)大表信息互聯(lián)互通，完成鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度、國(guó)鐵卸車站、企業(yè)專用線(港口) 3方信息共享，實(shí)現(xiàn)卸車作業(yè)計(jì)劃大表的編制調(diào)整、車站列車運(yùn)行計(jì)劃實(shí)時(shí)顯示；通過北斗定位、視頻圖像識(shí)別等多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)車作業(yè)、卸車作業(yè)過程信息自動(dòng)采集，有助于建立健全正向激勵(lì)考核機(jī)制，對(duì)車站各項(xiàng)技術(shù)作業(yè)時(shí)間自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成作業(yè)人員效率考核，促進(jìn)調(diào)度、貨運(yùn)、行車、機(jī)務(wù)等各個(gè)專業(yè)作業(yè)有序銜接，共同提高生產(chǎn)作業(yè)效率，推動(dòng)車站接卸能力提升。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在藺家樓站進(jìn)行試運(yùn)行，該站由2020年初日均接卸6列提升到2021年初的日均接卸14列，實(shí)現(xiàn)車站卸車能力的重大突破。濟(jì)南局集團(tuán)公司正陸續(xù)將系統(tǒng)推廣應(yīng)用到日照、湖屯、晏城、桓臺(tái)等車站，未來隨著系統(tǒng)的逐步升級(jí)完善及推廣使用，可為濟(jì)南局集團(tuán)公司緩解卸車能力緊張，創(chuàng)新卸車組織工作提供重要的系統(tǒng)支持。