铁路编组站货车高清电子预检系统研究

郭建华

（兰州铁路局 货运处，甘肃 兰州 730000）

兰州铁路局迎水桥站货车高清电子预检系统是在现有超偏载检测系统的基础上，结合超偏载检测信息、货物装载全断面超限自动检测、车辆端部超限自动检测、大小车门开闭自动检测，以及高清视频监控等的综合信息系统，对运行中的货车实现装载货物超重、偏重、偏载、超限和车门状态的自动检测，并辅助以高清图像、视频等信息进行确认和存查，为货检工作提供一种有效的技术手段。

1 系统的总体特征

货车高清电子预检系统采用激光检测技术、图像处理技术、无线传输技术等先进技术和设备，总体上具有以下特征。

（1）自动监测。系统自动开启，对通过车辆进行自动检测和录像，自动判别可能危及运输安全的超限、超偏载等车辆装载状态不良情况并报警。对于每趟列车，系统提供报警监测数据和图片供货检人员进行检查和确认。

（2）功能丰富。系统监测包括超限检测、超偏载检测、车门状态监测等内容，同时还接入车号识别系统、确报系统的数据，经后台自动匹配，为报警车辆提供详细的检测数据、图片视频信息，以及车次、车号、发站、到站、品名等信息，方便报警车辆的处理和货检作业。系统软件提供打印、查询、统计分析、远程访问等功能。

（3）使用方便。系统采用模块设计，可根据需要和现场实际在统一平台上建设集成多种自动检测功能的货检预检系统。客户端和服务器软件体系采用 B/S 结构，便于铁路办公网上的授权客户登录访问。操作界面采用 Web 技术，方便铁路局、车站货运管理和货检人员使用。

（4）功能可靠。系统满足全天候、连续不间断地实时检测要求，主要传感器考虑了防雨雪、防雷、防风沙等因素，并适应白天和黑夜等的不同光照情况。

2 系统主要模块及功能

货车高清电子预检系统主要由超限检测子系统、车门自动检测子系统、高清监控子系统、数据库管理子系统、作业管理子系统和查询子系统等组成，并集成了超偏载检测数据、车号数据和运统一数据。

2.1 超限检测子系统

铁路机车车辆限界和货物装载边界是多边形结构，只有经过测量得到车辆及货物的全断面轮廓尺寸，并与限界进行对比，才能准确判断货物是否超限，以及超限部位、超限等级和超限尺寸等信息。

激光二维扫描技术采用面扫描方式，可以直接得到物体断面轮廓上各点的坐标数值，并且具有激光测量不受干扰、稳定可靠等优点。货车高清电子预检系统在迎水桥站安装2台激光扫描传感器用于货物装载轮廓的全断面扫描，检测原理如图1所示。系统实现了以下功能。

（1）列车通过时，可实时自动检测装载货物车辆的断面轮廓尺寸，超限检测结果如图2所示。

（2）根据测量得到装载货物车辆的断面轮廓尺寸，并判断其是否超限。对于发生货物超限的车辆，可提供超限货物的超限位置、超限等级、超限数值等。

（3）对于超限的车辆提供车辆轮廓图片和证据图片，供货检人员在作业中重点检查和核查，并作为货检站检查作业资料保存。

（4）系统自动检测车辆的序位，配合车号信息可以准确定位超限车辆。

2.2 车门自动识别子系统

棚车的车门在运行中打开不仅会增大运行阻力，增加能量消耗，还可能引起货物的丢失；由于车速改变会引起未固定的车门在滑槽中滑动，造成货物坠落。敞车的车门在运行中打开，可能会侵入限界，撞坏信号机等地面设施，引发行车事故。因此，判定车门的开闭状态对货车运行安全十分重要。

车门自动识别子系统采用图像识别技术检测棚车车门开闭状态。系统有选择地提取货车车门位置的图像，大幅减少处理图片的数量，节省了计算时间和存储空间。系统获取图像之后，采用模式识别技术自动识别车辆类型，然后针对棚车图像进一步识别车门的开闭状态。目前，系统采用的算法可以在 1 s 内处理完 1 节车辆的图像，满足图像识别的准确性和快捷性要求。

车门自动识别子系统采用激光扫描数据判别敞车中门、小门开闭状态。当敞车中门打开角度超限时，判别中门为开；当敞车小门未销好，在运行中掀开时，系统同样可以判别。现场敞车小门打开情况如图3所示。现场激光扫描数据判别图片如图 4所示。

图3 现场敞车小门打开情况

图4 敞车小门激光扫描数据判别示意图

2.3 高清监控子系统

在货检工作中，货物列车进站前，货检人员需要对车辆的两侧及上方进行预检。采用线阵相机技术的高清监控子系统可提供 2 mm×2 mm 超高分辨率的图像，为人工核查货物装载状态的各种细节提供极大的帮助。

高清监控子系统由前端的高清线阵相机、同步触发模块、图像编码解码模块和回放模块等组成，能够实现以下功能。

（1）列车通过时，在电视墙上实时显示同一列车从顶面和侧面监测货物列车运行状态的多路高清图像，供值班人员在室内进行预检，如图5所示。

（2）列车通过后，为每一节车辆提供多幅的高清图片，值班人员可根据机检结果，对重点车辆详细查看高清照片，核实装载货物的状态，实现机检与人工核查的有机结合。

图5 同一节车侧面和上部的高清图像

（3）通过局域网，系统提供高清监控视频的事后回放功能。图像回放时，可以慢速、快速、倒放，并支持抓拍、打印等功能，可为管理人员进行事后事故分析和状态确认提供帮助。

（4）采用软硬件优化方式，实现夜间装煤敞车等不易辨识图像的增强，为在全天任何时间段内都可以得到高质量的监控图像提供保障。

2.4 数据库管理子系统

数据库管理子系统是货车高清电子预检系统中数据管理的核心部分，系统采用 SQL-SERVER 数据库，能够对检测数据进行入库、查询、检索和统计，系统具体功能如下。

（1）超限检测、车门自动检测、超偏载检测和相关图片的入库。

（2）运统一信息的入库。

（3）人工核查结果的入库。

（4）同一列车中各种图像资料和数据的整合。（5）货检日常作业情况的入库。

（6）为其他相关子系统提供查询、检索、统计等功能。

2.5 货检作业管理子系统

货检作业管理子系统实现监测信息的远程查询和管理功能，可进行查询、检索和统计，充分实现信息共享，如图6所示。基于局域网技术和 Web 页面技术，实现在铁路办公网上的任意计算机可以访问数据库服务器，并具备以下功能。

（1）根据超限检测、车门检测、超偏载检测等数据结果，指导作业人员对重点车辆进行有针对性的检查。

（2）人工现场核查后，对于确认装载状态有问题的车辆，进行数据录入并保存到服务器上。

（3）根据指定日期、车次和车号的动态组合查询条件，方便地查询列车或特定几个顺位的货物装载车辆的图像资料并选择打印。

（4）查询、检索交接车辆的装载状态记录，清晰预检交接车辆的货物装载状态，以及货车进出场时间记录及管理，提高车辆管理工作效率和水平。

（5）可查询不同班组、人员的作业情况，并提供周统计、月统计等分析功能。检查、抽查在岗人员作业的标准化，督促职工遵守“两纪”，以确保安全生产。

3 系统的应用效果

货车高清电子预检系统通过在迎水桥站的实际应用，其效果突出表现在以下方面。

（1）软硬件的优化设计，提供高可靠的检测信息。系统综合采用以下技术，保障了检测数据的稳定可靠。采用模块化结构，各子系统相对独立，提高了整体系统的可靠性，并便于设备维护；采用激光二维扫描技术，不受阳光等外界因素的影响，检测精度可靠；采用特殊设计的照明系统、同步控制系统及软件优化算法，在全天 24 小时都可以提供稳定清晰的监控图像；数据集成采用模糊匹配算法模型，通过自动匹配和人工辅助二次匹配技术，实现与铁路运输管理信息系统 (TMIS) 确报信息的匹配，使系统与确报信息匹配率达到 90% 左右，检测数据的利用率明显提高，从而使系统报警评判准确性明显加强。

（2）实现货运安全各类检测信息的集成与综合应用。系统在一个统一的界面上，将超偏载、轨道衡、超限和车门状态检测等多个安全系统的检测信息全部集成起来，以车辆为单位关联显示多系统检测结果，彻底解决了车站值班员在不同监控系统的多个监控终端情况下面临的人员少、工作压力大等难题。通过一个集成窗口即可掌握各类检测信息，且操作简单方便，提高了工作效率。

（3）实现货检工作的闭环控制，创建新型货检作业模式。利用信息化手段，通过对货物运输过程中装载质量的全程跟踪监控，实现对装载加固报警车辆“预警→复核→处理”全过程的闭环控制，创立了“确报＋机检＋人工标注”三合一重点车预报单指导“人工重点核实”的新型货检作业模式和作业流程，有效杜绝人工盲目检车及安全检查的死角，改变传统的、落后的作业模式和手工作业流程，减轻了现场作业人员的劳动强度，增强了监控管理力度。

货车高清电子预检系统的推广应用，将会为铁路车站的货检工作提供可靠的检测数据和信息化的管理平台，在确保作业质量的同时，有助于实现由传统向现代、由人控向机控、由粗放管理向集约管理的标志性转变，实现货运安全监控模式的全面创新。