基于群智感知的铁路货车装载状态安全管控模式探讨

张铁钢

(中国国家铁路集团有限公司 货运部，北京 100844)

在煤炭产能释放、交通运输结构调整等有利政策支持下，中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)持续深化铁路货运增量行动，发挥铁路在综合交通运输体系中的骨干作用，努力实现增运增收。2021 年，国家铁路货物发送量连续3 年保持增长，达到37.2 亿t，同比增长4.0%。铁路货物发送量持续增加、货物品类更加丰富，这就对铁路货运安全管控能力提出了更高要求。铁路货车装载状态检查是铁路货运安全管理的重要组成，是货运场站装卸作业、专用线交接检查作业、货检站货检作业的主要内容。长期以来，国铁集团高度重视货运安全检测能力建设，以视频监控设备和货运计量安全检测设备为核心，加快构建铁路货运安全检测监测监控网络。自2004 年开始，原铁道部开始逐步在主要装车站和编组站安装货运计量安全检测设备，实现超偏载检测装置、轨道衡等货运计量安全检测设备检测信息的自动收集和集中管理，为各级货运管理部门和作业部门提供电子化货运装载安全监测与管理信息服务，全面提高了铁路货运安全保障能力[1]。当前全路纳入铁路货运计量安全检测监控系统三级联网应用的已有758 台轨道衡、447 台超偏载监测装置。视频监控设备、货运计量安全检测设备的投入运用，丰富了铁路货运安全检测监测监控的技术手段，但依赖人工经验确认或比对确认、状态检测信息维度不全面、路网数据运用不充分等问题较为突出，与铁路货运安全精准化管控、高质量发展的要求存在较大差距[2]。因此，以物联感知设备为基础，运用群智感知技术创新铁路货车装载状态安全管控模式，以充分发挥铁路货车装载状态网络化数据资源优势，推动铁路货运安全管控从人工经验管控向数字化、智能化管控转型升级。

1 铁路货车装载状态安全管控现状分析

铁路货车装载状态是否良好，直接影响了铁路运输行车安全和货物安全。《铁路货物运输管理规则》(铁运[2000]90 号)、《铁路货运检查管理规则》(铁总运[2016]21 号)、《铁路货物装卸安全技术规则》(铁总运[2015]244 号)等铁路货运规章制度对装车组织后、在途运输中、卸车组织前的货车装载状态检查提出明确的要求。一是在装车组织后，要认真检查车门、车窗、盖、阀关闭及拧固和装载加固情况；二是在途运输中，在货检站对货物列车的货物装载、加固状态，以及货车门、窗、盖、阀关闭情况，和罐式集装箱盖、阀关闭情况等进行状态检查；三是在卸车组织前，要认真检查车辆、篷布苫盖、货物装载状态有无异状，施封是否完好。当前，以货运计量安全检测设备、高清视频监控设备等检测监测监控设备为载体的货车装载状态检查模式，仍然存在路网数据运用不充分、状态检测信息维度不全面、依赖人工经验确认或比对确认等突出问题，存在问题具体分析如下。

（1）货车装载状态检查范围不统一。《铁路货运检查管理规则》(铁总运[2016]21 号)从货物装载、加固状态，以及货车门、窗、盖、阀关闭情况等方面明确了铁路货检作业范围，但在货检站实际作业时，受不同人员对异常状态判定标准认知不同，造成同一问题项点在不同货检站、不同作业班组间的处置方式差异明显。

（2）海量货运安全数据运用不充分。一是路网数据运用不充分，在货运场站、专用线和货检站通过手持机、高清视频监控设备所采集的图片、数据，主要用于本站的货运生产作业，未联网的货运计量安全检测设备同样仅用于本站使用；二是历史数据运用不充分，铁路货运图片、视频等数据存储时间一般不超过6 个月，由于数据挖掘和分析手段不足、数据关联关系建立不完备，不能有效发挥货运作业历史数据作用。

（3）检测监测监控信息维度不全面。依靠设备采集的铁路货车装载状态信息，主要包括货车超偏载状态信息和货车装载状态图片信息，对货物温度状态、冻结状态等尚未形成可靠技术手段。其中，货车超偏载状态信息作为辅助判定货车偏载、偏重、超载状态情况，对已形成安全风险但尚未演变成问题或事故的险兆事件，不能有效识别并报警；货车装载状态图像由于标准化建设不足，设备质量、图像质量差异较大，阻碍了货检作业质量提升。

（4）依赖人工经验确认或比对确认。货运计量安全检测设备和视频监控设备采集的信息，主要依赖人工经验确认或比对确认。对于货车超偏载信息，分析后得出的货车超偏载状态，仍需要人工与沿途货车超偏载信息进行比对确认，判定是否为异常货车装载状态。对于货检视频和图像信息，主要依赖人工逐张判图，依靠个人经验判定货车装载状态是否良好。总体来看，依赖人工经验确认或比对确认方式进行的装载状态检查，风险防控能力不足、工作强度较大，不能满足货运生产力布局优化调整需要。

2 基于群智感知的铁路货车装载状态安全管控模式优化设计

2.1 优化思路

群智感知是将移动感知和众包思想相结合，是一种新颖的物联网感知范式，也是智慧城市中一种全新的信息传播方式和信息服务模式，能够有效解决感知数据不完整和不准确的问题[3]。群智感知具有扩展性强、节点智能性等特点，能够根据需要招募更多固定和移动的参与者，满足感知规模和感知参数的需求变化。群智感知模式下的任务分配流程为“任务下发→执行者选择→提交感知数据→分发奖励→返回数据”[4]，群智感知系统的任务分配流程如图1所示。

图1 群智感知系统的任务分配流程Fig.1 Task allocation process of the crowdsensing system

对铁路货车装载状态安全管控，任何单一数据采集方式、单一场景货车装载状态均无法全面描述铁路货车装载状态是否良好。因此，按照多维度感知、全过程采集的货车装载状态安全管控思路，扩大感知规模、丰富感知维度，基于群智感知创新铁路货车装载状态全过程安全管控模式，提升铁路货运安全风险识别能力，完善人防、物防、技防“三位一体”铁路货运安全保障体系。

2.2 模式优化

基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控模式实施思路是，以各类铁路货车装载检测监测监控设备为载体，运用图像采集、图像识别、扬尘检测、导航定位等技术，实现对装车端、途中运输、卸车端各场所节点的货车车体状态、货物状态和货物装载加固状态的检测监测监控，并对各实施主体的作业质量进行激励。按照数据采集、处理、运用的流程，基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控模式分为设备层、技术层、节点层、需求层。基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控模式实施思路如图2所示。

图2 基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控模式实施思路Fig.2 Implementation idea for the crowdsensing-based whole-process safety management and control mode for loading status of railway freight cars

设备层主要包括视频监控设备、计量安全检测设备等设备；技术层包括图像采集技术、图像识别技术、车体轮廓数据采集技术、导航定位技术、超偏载智能预警技术等装载状态数据采集及分析关键技术；节点层包括装车端、卸车端的货运场站或专用线，以及途中运输的各货检站；需求层包括货车车体状态、货物状态、货物装载加固状态。需求层、节点层、技术层、设备层的主要内容如下。

（1）以货车车体状态、货物状态、货物装载加固状态“三态”检查为导向。货车车体状态是指货车门窗盖阀、罐式集装箱盖阀关闭情况，以及侧墙、端墙等车体部件状态情况，确保车体状态满足货物装载安全要求。货物状态是指货物自身物理状态是否发生变化，包括货物冻结、货物自燃、货物包装破损等不良状态。货物装载加固状态主要是指装载加固材料及装置失效状态，包括拉牵捆绑材料松动、断裂，掩挡类材料失效、丢失，座架倾斜、位移等不良状态。构建铁路货车装载状态检查作业范围及标准，确保“三态”状态良好，是确保铁路货车装载状态良好的核心和关键。

（2）以货运场站、专用线、货检站“三地”作业场景为载体。铁路货车装载状态安全管控全过程是包括装车端、途中运输和卸车端三大环节的全过程管控模式。装车端包括开展装车后三检的货运场站和开展交接检查的专用线，途中运输包括途经的各货检站，卸车端包括卸车前三检的货运场站和开展交接检查的专用线。通过打通“三地”的数据交互通道，实现全过程不同场景下同一对象检测数据的比对分析，有效提升铁路货车装载状态检查质量。

（3）破解超偏载智能预警、图像智能识别、多源数据融合等关键技术。为满足“三地”“三态”检查需求，需要对不同类型设备采集的多源信息进行处理分析[5]。结合当前视频监控设备、计量安全检测设备等设备配置和使用情况，重点需要破解高质量图像采集技术、高泛化能力的图像识别技术、室外作业人员导航定位技术、超偏载智能预警预测技术等关键技术，实现数据高质量采集、传输、处理、反馈。

（4）以手持终端、视频监控设备等多源智能感知设备为源点，改变传统仅依赖视频监控设备等固定设备的信息采集方式，向固定设备采集和移动终端采集结合的群智感知模式转变，丰富数据采集的传感器类型，提升货车装载状态数据准确性[6-7]。

2.3 流程设计

铁路货车装载状态全过程安全管控流程主要包括任务下发、装车端任务处理与反馈、沿途货检站任务处理与反馈、卸车端任务处理与反馈等环节，通过多源智能感知设备采集的信息汇聚到铁路货运生产作业与管控平台。管理人员通过铁路货运生产作业与管控平台盯控装车端、沿途货检站、卸车端的货车装载状态检查的作业质量和效果，按期进行奖励分发。基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控任务分配流程如图3所示。

图3 基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控任务分配流程Fig.3 Task allocation process of crowdsensing-based wholeprocess safety management and control of loading status of railway freight cars

装车端任务处理包括货运场站装车后检查和专用线交接检查，货运场站内状态检查是按照货物装载加固方案对货物位置及状态、车体状态、装载加固材料及装置使用等进行检查，专用线内交接检查是按照运输协议对货物施封、货物现状、车门车窗、篷布苫盖等进行检查。其中，货运场站装车后检查要求较高，以确保货物在运输全过程中，不发生移动、滚动、倾覆、倒塌或坠落等情况。

2.4 应用效果

通过基于群智感知的铁路货车装载状态全过程安全管控模式创新，能够实现货车装载状态网络化管理、全过程管控、多维度感知，推动铁路货车装载状态检测监测设备集成化创新，为提升铁路货运安全管理能力和质量提供可靠技术支撑和理论指导。

（1）实现货车装载状态全过程管控。通过打通装车、在途、卸车等不同环节间信息通道，实现装载状态信息实时对称，构建全过程铁路货车装载状态管控体系。一是风险排查实时化，以货物运单为基础查询发到站和沿途各货检站的作业信息、货车装载状态图片信息和超偏载状态信息，及时对比识别货车装载风险隐患，提升铁路货运安全管理能力。二是问题追溯可视化，对检查发现的货车装载状态问题及隐患，管理人员可查询装卸、货检、专用线交接检查等历史作业信息，精准分析判断问题发生环节及场所，实现铁路货车装载状态全过程可追溯、可视化[8]。

（2）实现货车装载状态多维度感知。通过配置手持终端、视频监控设备等多源智能感知设备，实现货车装载状态图片、重量、温度、湿度、压强等多源信息汇集，降低人眼盯控的劳动强度，丰富铁路货车装载状态检查的基础数据范围。以多维度感知数据为基础，通过数据层、特征层、决策层的数据融合形成更全面的铁路货车装载状态评价信息，为精准判断货车装载状态提供可靠数据支撑和决策依据。

（3）推动检测监测设备集成化创新。铁路货车装载状态多维度检测监测需求，推动了视频设备、计量安全检测设备等集成化、一体化发展。一是推动基础设施设备共用，视频设备、计量安全检测设备等检测设备均需要车号识别设备、门架、光缆等基础设施设备，通过集成化能够实现一次投入、多设备使用，极大降低设备投资成本和运用成本；二是推动采集数据集成化处理，通过多源感知设备集成化能够实现数据处理前置，减少数据传输成本，优化数据采集处理流程，提升铁路货车装载状态检测监测效率和质量。

3 铁路货车装载状态安全管控模式优化措施建议

为确保基于群智感知的铁路货车装载状态安全管控模式优化的应用实施，需要构建统一铁路货运生产作业与管控平台、完善铁路货车装载状态全过程检查制度、强化装载状态任务完成激励机制、加强货车装载检测监测监控关键技术创新等措施。

（1）构建统一铁路货运生产作业与管控平台。针对不同场景下状态检查、不同设备运用管理分散在不同铁路货运管理信息系统，造成数据交互不顺畅、不及时的突出问题，需要构建统一的铁路货运生产作业与管控平台，打通货运场站、专用线、货检站间的数据交互通道，构建互认的铁路货车装载状态检查功能模块，为铁路货车装载全过程安全管控提供可靠的信息平台基础支撑。

（2）完善铁路货车装载状态全过程检查制度。装卸管理、货检管理、专用线专用铁路管理等管理要求分散在各专业管理规章制度中，检查内容、检查标准、检查流程等存在较大差异，不能满足铁路货车装载状态全过程安全管控的需要。因此，需要在构建铁路货运生产作业与管控平台的基础上，明确不同场景下状态检查的作业标准、管理要求，完善铁路货车装载状态全过程检查制度，有力支撑铁路货运站段标准化规范化建设。

（3）强化装载状态检查任务完成激励机制。设计合适的激励机制补偿任务执行者，从而激发保持其持续参与感知任务的热情，对于群智感知系统的可持续发展意义重大。通过优化当前以考核为主的管理方式，逐步建立以激励为主、考核为辅的铁路货车装载状态检查任务管理方式，提升铁路货运系统作业人员积极性，并鼓励跨系统作业人员参与货车装载状态检查。

（4）加强货车装载检测监测监控技术创新。铁路货车装载状态全过程管控模式的建立，需要有可靠的货车装载状态数据。针对当前视频监控设备、手持终端等设备仍存在数据采集质量不良、数据传输存在延时、分析处理存在误差等问题，在有效控制设备采购成本基础上，按照集成化、智能化、便捷化研发思路，加强相应铁路货车装载状态检测监测监控关键技术创新，提升设备采集、传输、分析、展示的质量与效果。

4 结束语

构建铁路货车装载状态全过程安全管控模式，对提升铁路货运安全管理质量，确保铁路行车安全具有重要作用。但铁路货车装载状态全过程安全管控模式优化是一项跨专业的系统性工程，涉及到铁路货运系统、客运系统、车务系统、车辆系统等多个专业。仅解决铁路货运系统专业内部问题尚不能最大化释放模式优化所产生的效能，需要进一步从数据交互、业务交互、管理交互等方面与其他专业系统协同优化，实现铁路全要素、全过程的生产组织和安全管控，共同推动铁路人防、物防、技防“三位一体”安全保障体系构建完善。