動車組司機值乘狀態預警系統

李興華

（中國鐵路廣州局集團有限公司機務部，廣東廣州 510088）

0 引言

近年來，我國高鐵事業迅猛發展，高鐵成為人們的重要出行方式之一。同時，隨著高鐵安全管理的復雜性和艱巨性日益凸顯，對日常管理手段的要求也越來越高。保證旅客安全是動車組司機的職業底線，防止動車組司機在值乘中出現精神不振、精力旁顧，做與行車無關的工作，造成瞭望間斷、危及行車安全，是機務運行安全管理工作中的重要內容。

在值乘作業中，動車組司機長時間久坐、緊盯前方，且在空氣不流通的有限空間，容易產生視覺疲勞、身體困乏，從而帶來失神、視野偏離、困頓等瞭望安全隱患。目前，應對動車組司機不良值乘狀態的管控手段包括各級管理干部人盯人，隨車添乘輔助瞭望，碼放“檢”字牌，乘務員執行“呼喚應答”以及踩踏板等方式，這些方式起到了一定的效果。但在長期的跟蹤分析中發現，乘務員適應固定的提醒方式后，很容易變為機械式動作；即便有人員隨車添乘，也無法及時發現動車組司機的不良值乘狀態。執行制度簡化或相關制度落實不到位，導致安全管控制度的應有作用得不到全面發揮。

此外，僅靠抽查車載視頻文件，無法全面監控動車組司機值乘的精神狀態。所以，需要對傳統的安全管控模式進行優化，對不安全因素進行及時識別、分析、預警和控制，變“事后處理”為“事前干預”。而人工智能圖像人臉人眼識別技術的發展，使在線實時監測動車組司機值乘狀態、安全預警、車地互動、數據分析、設備狀態追蹤等成為可能。

在此背景下，中國鐵路廣州局集團有限公司機務部聯合北京啟辰智達公司研發了動車組司機值乘狀態預警系統。

1 系統主要功能

1.1 技術要求

動車組司機值乘狀態預警系統由預警主機、安裝支架、配套線纜和地面分析軟件平臺組成。

預警主機采用人工智能圖像人臉人眼識別、實時監測、VPN ?？o線傳輸、數據加密存儲、北斗/GPS定位、智能語音提示、車地互動等技術，可實現在線實時監測動車組司機面部、眼部圖像（包含戴眼鏡、墨鏡、口罩），對視線偏離、精神不振、精力旁顧，做與行車無關工作造成瞭望間斷的現象，分級發出語音報警提示，提醒動車組司機專注瞭望。同時產生加密報警數據，并將數據通過VPN 無線傳輸至地面服務器。地面人員可通過專用地面分析軟件進行數據查看、分析及干預。預警主機采用SVM+HOG 和DNN 等算法、智能IR 補光陣列，在各種復雜光照環境中，均能表現出色的魯棒性，對各種眼鏡（含墨鏡）有較高的識別力，可靠性高。采用個體狀態自學習，能精準檢測少數小眼睛者的真實疲勞狀態。此外，預警主機配備廣角高清攝像頭，可全程記錄司機室、司機操控臺、路況的全景音視頻。地面人員可通過多路攝像頭進行畫面直播、遠程喊話、文字轉語音群發，從而實現遠程車地互動。配套的專用地面分析軟件具備音視頻查看、數據統計分析、設備狀態使用情況追蹤、報表圖表展示導出、系統用戶功能管理等功能[1]。

1.2 主要功能（見圖1）

圖1 動車組司機值乘狀態預警系統主要功能示意圖

第一，實時監測動車組司機值乘狀態，對視線偏離、精神不振等瞭望間斷行為發出語音報警提示，同時記錄加密報警數據。

第二，采用寬角度攝像頭處理技術，可實現司機室、路況全景音視頻錄像和存儲功能。

第三，遠程調試終端可對設備進行參數類設置，可抓拍現場音視頻數據，進行語音提示對講。

第四，設備啟動時會自檢，對于故障類信息，通過終端語音播報提醒動車組司機，同時發送到地面分析軟件提示管理人員。

第五，采用專用無線加密傳輸技術，實現實時音視頻點播、全景音視頻歷史回放等車地互動功能。

第六，借助專用授權地面分析軟件，可對加密的預警信息進行管理，管理者可分權限對重點時間、重點人員發生的報警信息數據進行檢索和分析。

第七，具備地面值班臺遠程車地互動、指導現場作業功能。

1.3 拓展功能（見圖2）

圖2 動車組司機值乘狀態預警系統拓展功能示意圖

第一，預警主機實時監測動車組司機值乘狀態，預留多種場景、位點的識別監測提醒，包括手握大閘狀態監測提醒（左手長時間脫離大閘報警提示）、分相區手柄歸零監測提醒（分相區手柄未歸零報警提示）、困難分相區達速監測提醒（困難分相區未達速報警提示）、調車信號機監測提醒（調車工況下，監測到調車信號機報警提示）等。

第二，配套智能手環可監測動車組司機的健康狀態，預警主機語音報警提示，智能手環同步振動加強提示效果。

2 系統方案

2.1 系統架構

系統架構如圖3 所示。

圖3 動車組司機值乘狀態預警系統架構示意圖

2.2 車載設備

系統車載設備為預警主機，用于實現人臉視頻、全景視頻、路況視頻、音頻采集和分析預警。預警主機分為便攜式、機車固定式和嵌入式3 種，分別適用于動車組、機車/調車機/軌道作業車、160 動力集中動車組。動車組預警主機的使用方式為動車組司機出勤領取、退勤歸還，這種便攜一體的預警主機，非常便于快速安裝和使用。

2.3 地面應用軟件

預警主機采用專用無線加密傳輸技術，將車載數據傳輸到地面服務器，不同權限的管理者可通過授權專用賬號登錄地面分析軟件，可查閱、批注、統計加密報警數據。同時通過在線查詢，對多路攝像頭進行實時音視頻點播、群發文字轉語音消息、對講喊話、全景/路況音視頻歷史回放等遠程應急指揮、車地互動。此外，地面分析軟件具備多維度智能統計報警數據定義、重點人員歸類、設備使用明細，大數據整合自動生成趨勢圖表報表等功能，管理者可分權限對重點時間、重點人員發生的報警信息數據進行檢索和分析。

3 系統運用情況

2022 年1 月起，動車組司機值乘狀態預警系統陸續在海口機輛輪渡段、廣州機務段、汕頭機務段、長沙機務段、懷化機務段所轄高鐵運用車間使用，系統覆蓋上述機務段內的高速鐵路線路，使用設備為便攜式預警主機。

預警設備投入使用初期，由于管理人員和動車組司機不熟悉設備的功能和使用要求，預警主機屬于純自然運行狀態，誤觸發了大量不良數據。根據報警數量和內容可以發現，在值乘過程中，小部分動車組司機有比較嚴重的長時間低頭、盯儀表、閉眼的現象。2022 年8 月，在機務部的牽頭組織下，各單位加強培訓和宣傳，協調廠家對系統進一步優化升級。預警主機會記錄觸發報警提示聲音的前后15s 音視頻，上傳到地面分析軟件平臺。組織車隊長、指導動車組司機觀看之前的報警數據案例，為全體司機介紹預警設備功能，迅速扭轉了設備使用不良的情況。通過數據觀測，從2022 年8 月17 日開始，閉眼類報警數量驟然下降，1—7 月“暴露”的一小部分重點人員的數量急劇下降到個位數，連續3 天觀測仍在持續下降，具體情況如圖4 和圖5 所示。

圖4 2022 年8 月報警次數趨勢圖

圖5 報警人數趨勢圖

截至目前，設備運用情況良好，動車組司機比以前更加重視班前的休息和作業紀律，作業“兩違”件數下降明顯。各車間開始要求各個崗位使用地面分析軟件進行數據查看、分析，并體驗與預警系統的各項互動功能。110 值班臺對預警主機的使用進行在線“添乘”，全程巡查，點播對講，找出了中斷瞭望的重點人員、關鍵時段、關鍵區段，糾正動車組司機不良的作業習慣、執標不規范的行為，實施精準幫教、靶向管控，有效改變了動車組司機中斷瞭望的陋習，達到了減少報警次數，規范作業的目的。

各機務段每月出示相關數據報表進行對比、學習，相互借鑒有效的管理方法。通過對系統功能的學習，對動車組司機值乘狀態的分析，反推指導司機、車隊、車間的幫教情況，相關制度、措施的落實情況，使設備與日常管理形成互動，輔助管理。

總之，動車組司機值乘狀態預警系統有效提高了安全管控效果，充分發揮了“技防”的優勢，利用設備對管理死角進行管控，有效強化司機的班前強休意識和現場作業紀律，司機值乘精力顯著提升，為行車安全提供了有力保障[2]。

4 結語

“行車措施千萬條，瞭望永遠是最管用的一條”“防止事故千難萬難，看清地面信號就不難”是動車組司機的行規與安全行車秘訣。動車組司機值乘狀態預警系統是鐵路行車安全管控的關鍵技術之一，是監測鐵路司機值乘狀態，全程實時提醒預警的智能助力?，F場運用效果證明，動車組司機值乘狀態預警系統通過在廣州局集團公司機務系統的投入使用，實現了加強作業現場管控，強化事前、事中控制，杜絕和減少安全事故，發揮了非常大的作用，能有效地對動車組司機瞭望作業的情況進行監測、提示，監測范圍大、準確率高，有助于動車組司機養成乘前自覺保休習慣，在確保列車運行安全、研判動車組司機值乘狀態規律等方面發揮了積極作用，為實現動車組司機行車精神的量化數據管控和強化現場作業紀律，提供了可靠的技術支持。相信，隨著系統的進一步推廣，會更有效地為中國鐵路運輸安全保駕護航。