神东公司空车车况监测系统的设计与实现

贺云龙

(神华神东煤炭集团公司，陕西 神木 719315)

0 引言

为掌握空车车体情况，目前在保德装车站设置监控员工4人，24 h人工视频监控车皮破损、冻煤、红底、雪底等情况，并负责相关业务流程。

当有空车经过保德装车站时，保德装车站监控人员立刻通过监控录像或实时监控进行查验。当车速较低时，可通过实时监控查看，当车速达到60 km/h以上时，实时监控根本无法肉眼看清楚，只能通过慢速回放查看；空车车皮如果有冻煤、雪底、红底或烂车情况，保德装车站监控人员需电话与神朔铁路保德火车站相关人员联系，确认之前经过的空车车次；保德装车站监控人员得到车次信息后，通过电话向神东洗选中心调度汇报车次及车皮情况；神东洗选中心调度得到车次信息后，通过电话与神东总调确认该列车的目的地；最终，神东洗选中心调度得到车次的目的地后，通过电话向列车目的地清坪车队下达任务，这个过程调度信息流转复杂，指令下达滞后，漏报、误报情况时有发生。

通过智能视频识别算法的研究替代人工监控，实现全智能化识别车皮车况，并通过网络软件实现神东洗选中心调度和神东公司总调相关业务流程的全自动流转。

1 系统设计原则

1.1 实用性原则

21世纪是信息化时代，构建一个高速率、高可靠性的信息化监控平台，是对所有煤炭企业安全生产和高效运输的有效保障，也是企业提升管理水平、促进企业现代化进程的重要手段。本系统通过智能视频分析和信息化手段实现减员增效，以实用性为原则建立应用系统。

1.2 可靠性原则

通过智能视频分析替代人工监控，首先要保障视频识别的准确性，即系统的可靠性。通过智能视频分析算法找出煤底、红底、雪底和烂车等情况是本系统的基础，一方面要能实现准确识别，另一方面要能够将识别结果按照预定的业务流程进行自动化流转。

1.3 通用性原则

系统采用前端采集设备、数据服务器、应用服务器等多层体系结构，具备良好的可扩充性、可移植性和兼容性，充分考虑到了系统的发展因素和历史因素，把系统产品的整个生命周期因素放到了一个当前和未来的完整时空中来考虑。

1.4 标准化原则

系统在选用控制技术和设备时，应符合国际和国家标准，充分利用各种产品的优势，将其有机地结合起来。也就是说，要求系统的通信环境、硬件环境、软件环境相互间的依赖减至最小，充分发挥自身优势；同时，系统的互联为信息互通和流程控制创造了有利条件[1]。

1.5 可集成原则

系统设计有安全保障机制，确保系统和数据的安全性、完整性。系统采用开放性设计，遵循主流的接口规程和协议标准，不基于特定机型、操作系统或厂家的体系结构，对外提供标准的数据交换接口，以满足更多部门和用户共享信息。

2 系统组成与系统架构

2.1 系统组成

系统包括高速摄像机、服务器、网络交换机、监控终端等主要硬件设备，以及神朔铁路车次信息WebService数据接口、车皮车况智能视频识别程序、数据库系统、车皮车况智能视频识别应用程序和车皮车况WebService数据接口等软件组成。

2.2 系统架构

系统架构包括硬件架构和软件架构。本系统中硬件基础架构的设计规划包括：高速摄像机、网络设备和应用服务器等；软件架构设计包括运行模式、层次结构、调用关系和规划具体的实现技术类型等。

系统硬件架构：系统在保德装车站部署服务器一台，用作智能视频识别服务器和应用服务器；部署高速摄像机3台，用于采集列车两侧及空车上方的视频信息，部署交换机一台用于网络集成；在神东洗选中心和神东煤炭集团总调部署若干台计算机作为监控终端，方便用户登录系统并进行业务流转，硬件架构如图1所示。

图1 系统硬件架构图

系统软件架构：软件系统主要分为5大模块，分别为神朔铁路车次信息WebService数据接口、车皮车况智能视频识别程序(后台服务程序)、数据库系统、车皮车况智能视频识别应用程序和车皮车况WebService数据接口。软件系统架构及调用关系如图2所示。

图2 系统软件架构图

3 系统主要功能与业务流程

3.1 系统主要功能要求

硬件设备主要功能：①高速摄像机。因过往大部分空车速度均在60～70 km/h，因此须采用帧率至少180 Hz的高速摄像机方能采集到足够清晰的视频信息，列车两侧的摄像机采集列车是否有烂车的视频，上方的摄像机主要用于监控空车底部是否有煤底、雪底和红底的情况；②应用服务器。本系统只需配置一台服务器，系统中的软件除“神朔铁路车次信息WebService数据接口”外均在此部署，因此该服务器承担了数据服务器和应用服务器的双重任务。

神朔铁路车次信息WebService数据接口：该软件部署在神朔铁路信息化机房数据中心服务器中，实时通过WebService方式向外推送即将通过保德装车站的空车的基本信息，包括：车次、车皮标示(顺序提供)、预计通过时间、目的地等。

车皮车况智能视频识别程序：通过高速摄像机采集车况视频，并将视频分解为图片进行分析，当一节车皮有冻煤、雪底、红底或烂车情况发生时，程序将自动将车皮问题、车皮号、车皮类型、车次、视频截图和时间等关键信息存入数据库。①冻煤识别算法。车底冻煤与空车车底的区别主要表现在不规则的块状物或颗粒感表面，分析算法通过背景减除法、样品比对法和颜色判断等方法发现不规则块状物或颗粒感表面从而识别是否有冻煤情况；②红底识别算法。采集海量红底图片数据信息作为对比识别关键因素，其中要考虑阳光照射和红底面积等情况，通过对比识别红底列车；③雪底识别算法。与红底识别算法类似，需采集海量雪底图片数据信息作为对比识别关键因素，其中要考虑阳光照射和雪底面积等情况，通过对比识别雪底列车；④烂车识别。烂车情况只发生在C64车型，因此当有列车通过时，首先识别车型，再判断是否需要识别烂车情况，这样可提高识别准确率；烂车主要表现在门边打胶和布袋，打胶和布袋呈现为白色条状物，因此可通过海量机器学习和程序分析进行识别。

数据库系统：系统采用的数据库系统为SQL Server 2014，这是在全世界范围内企业级应用中较为普遍的数据库产品，它使用集成的商业智能工具为用户提供了企业级的数据管理功能，其引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能。本系统依托SQL Server 2014数据库系统完成了实时数据、流程分析和历史数据存储功能等触发器的设计，完成了几乎所有报表查询系统的存储过程的设计，还包括存储预警数据、存储流程数据、按系统设定执行数据归档等作业。

车皮车况智能视频识别应用程序：用户应用程序采用B/S架构，支持IE、Chrome、火狐等主流浏览器访问用户界面，支持实时查看现场视频，支持神东公司单点登录和角色划分系统等。当有预警发生时，系统可自动弹出页面，并伴有报警提示音，提醒用户及时处理；按业务流程，发生预警信息后，神东总调角色用户将首先收到预警提示，待通过系统确认列车目的地后，洗选中心调度角色用户也将收到该预警信息。应用程序还可通过时间、车次、目的地等关键信息查询历史预警记录；可根据实际需求用户自定义开发报表模板。

车皮车况WebService数据接口：为实现神东集团公司企业内部的信息共享和数据集成，数据接口程序可实时通过WebService方式向外推送满足神东集团公司技术要求的车况预警信息，如预警类型、车次、时间、处理情况等信息。

3.2 系统主要业务流程

系统投入使用后，当有空车经过保德装车站，由软件系统自动识别空车车皮情况；空车车皮如果有冻煤、雪底、红底或烂车情况，软件系统会立即向神东总调推送包含车次的预警信息；神东总调收到预警信息后，需手动选择列车的目的地并向系统提交；列车目的地信息被提交后，软件系统将立即向洗选中心推送完整的预警信息，包括：车次、目的地和列车车皮情况等；洗选中心再根据软件系统推送的预警信息，向列车目的地的清坪车队下达任务，如图3所示。

图3 系统业务流程图

4 结语

神东公司空车车况监测系统的成功应用，减少了人力资源的消耗，避免了人工干预所容易产生的误报和漏报，减轻了洗选中心和神东集团总调相关人员的工作强度，提高了工作效率。通过实践，再次证明了信息技术的发展可以为煤炭企业的现代化建设提供强有力的支持，企业信息化同样是实现减员增效的重要途径。因此，研发和应用具有煤炭行业特点的电子信息技术产品，包括工程应用软件、传感与检则系统以及计算机网络产品，使它们成为具有开放性、通用性和高可靠性的产品，并在此基础上健全和发展煤炭行业的信息产业[2]。