动车组司机值乘状态预警系统

李兴华

（中国铁路广州局集团有限公司机务部，广东广州 510088）

0 引言

近年来，我国高铁事业迅猛发展，高铁成为人们的重要出行方式之一。同时，随着高铁安全管理的复杂性和艰巨性日益凸显，对日常管理手段的要求也越来越高。保证旅客安全是动车组司机的职业底线，防止动车组司机在值乘中出现精神不振、精力旁顾，做与行车无关的工作，造成瞭望间断、危及行车安全，是机务运行安全管理工作中的重要内容。

在值乘作业中，动车组司机长时间久坐、紧盯前方，且在空气不流通的有限空间，容易产生视觉疲劳、身体困乏，从而带来失神、视野偏离、困顿等瞭望安全隐患。目前，应对动车组司机不良值乘状态的管控手段包括各级管理干部人盯人，随车添乘辅助瞭望，码放“检”字牌，乘务员执行“呼唤应答”以及踩踏板等方式，这些方式起到了一定的效果。但在长期的跟踪分析中发现，乘务员适应固定的提醒方式后，很容易变为机械式动作；即便有人员随车添乘，也无法及时发现动车组司机的不良值乘状态。执行制度简化或相关制度落实不到位，导致安全管控制度的应有作用得不到全面发挥。

此外，仅靠抽查车载视频文件，无法全面监控动车组司机值乘的精神状态。所以，需要对传统的安全管控模式进行优化，对不安全因素进行及时识别、分析、预警和控制，变“事后处理”为“事前干预”。而人工智能图像人脸人眼识别技术的发展，使在线实时监测动车组司机值乘状态、安全预警、车地互动、数据分析、设备状态追踪等成为可能。

在此背景下，中国铁路广州局集团有限公司机务部联合北京启辰智达公司研发了动车组司机值乘状态预警系统。

1 系统主要功能

1.1 技术要求

动车组司机值乘状态预警系统由预警主机、安装支架、配套线缆和地面分析软件平台组成。

预警主机采用人工智能图像人脸人眼识别、实时监测、VPN 专卡无线传输、数据加密存储、北斗/GPS定位、智能语音提示、车地互动等技术，可实现在线实时监测动车组司机面部、眼部图像（包含戴眼镜、墨镜、口罩），对视线偏离、精神不振、精力旁顾，做与行车无关工作造成瞭望间断的现象，分级发出语音报警提示，提醒动车组司机专注瞭望。同时产生加密报警数据，并将数据通过VPN 无线传输至地面服务器。地面人员可通过专用地面分析软件进行数据查看、分析及干预。预警主机采用SVM+HOG 和DNN 等算法、智能IR 补光阵列，在各种复杂光照环境中，均能表现出色的鲁棒性，对各种眼镜（含墨镜）有较高的识别力，可靠性高。采用个体状态自学习，能精准检测少数小眼睛者的真实疲劳状态。此外，预警主机配备广角高清摄像头，可全程记录司机室、司机操控台、路况的全景音视频。地面人员可通过多路摄像头进行画面直播、远程喊话、文字转语音群发，从而实现远程车地互动。配套的专用地面分析软件具备音视频查看、数据统计分析、设备状态使用情况追踪、报表图表展示导出、系统用户功能管理等功能[1]。

1.2 主要功能（见图1）

图1 动车组司机值乘状态预警系统主要功能示意图

第一，实时监测动车组司机值乘状态，对视线偏离、精神不振等瞭望间断行为发出语音报警提示，同时记录加密报警数据。

第二，采用宽角度摄像头处理技术，可实现司机室、路况全景音视频录像和存储功能。

第三，远程调试终端可对设备进行参数类设置，可抓拍现场音视频数据，进行语音提示对讲。

第四，设备启动时会自检，对于故障类信息，通过终端语音播报提醒动车组司机，同时发送到地面分析软件提示管理人员。

第五，采用专用无线加密传输技术，实现实时音视频点播、全景音视频历史回放等车地互动功能。

第六，借助专用授权地面分析软件，可对加密的预警信息进行管理，管理者可分权限对重点时间、重点人员发生的报警信息数据进行检索和分析。

第七，具备地面值班台远程车地互动、指导现场作业功能。

1.3 拓展功能（见图2）

图2 动车组司机值乘状态预警系统拓展功能示意图

第一，预警主机实时监测动车组司机值乘状态，预留多种场景、位点的识别监测提醒，包括手握大闸状态监测提醒（左手长时间脱离大闸报警提示）、分相区手柄归零监测提醒（分相区手柄未归零报警提示）、困难分相区达速监测提醒（困难分相区未达速报警提示）、调车信号机监测提醒（调车工况下，监测到调车信号机报警提示）等。

第二，配套智能手环可监测动车组司机的健康状态，预警主机语音报警提示，智能手环同步振动加强提示效果。

2 系统方案

2.1 系统架构

系统架构如图3 所示。

图3 动车组司机值乘状态预警系统架构示意图

2.2 车载设备

系统车载设备为预警主机，用于实现人脸视频、全景视频、路况视频、音频采集和分析预警。预警主机分为便携式、机车固定式和嵌入式3 种，分别适用于动车组、机车/调车机/轨道作业车、160 动力集中动车组。动车组预警主机的使用方式为动车组司机出勤领取、退勤归还，这种便携一体的预警主机，非常便于快速安装和使用。

2.3 地面应用软件

预警主机采用专用无线加密传输技术，将车载数据传输到地面服务器，不同权限的管理者可通过授权专用账号登录地面分析软件，可查阅、批注、统计加密报警数据。同时通过在线查询，对多路摄像头进行实时音视频点播、群发文字转语音消息、对讲喊话、全景/路况音视频历史回放等远程应急指挥、车地互动。此外，地面分析软件具备多维度智能统计报警数据定义、重点人员归类、设备使用明细，大数据整合自动生成趋势图表报表等功能，管理者可分权限对重点时间、重点人员发生的报警信息数据进行检索和分析。

3 系统运用情况

2022 年1 月起，动车组司机值乘状态预警系统陆续在海口机辆轮渡段、广州机务段、汕头机务段、长沙机务段、怀化机务段所辖高铁运用车间使用，系统覆盖上述机务段内的高速铁路线路，使用设备为便携式预警主机。

预警设备投入使用初期，由于管理人员和动车组司机不熟悉设备的功能和使用要求，预警主机属于纯自然运行状态，误触发了大量不良数据。根据报警数量和内容可以发现，在值乘过程中，小部分动车组司机有比较严重的长时间低头、盯仪表、闭眼的现象。2022 年8 月，在机务部的牵头组织下，各单位加强培训和宣传，协调厂家对系统进一步优化升级。预警主机会记录触发报警提示声音的前后15s 音视频，上传到地面分析软件平台。组织车队长、指导动车组司机观看之前的报警数据案例，为全体司机介绍预警设备功能，迅速扭转了设备使用不良的情况。通过数据观测，从2022 年8 月17 日开始，闭眼类报警数量骤然下降，1—7 月“暴露”的一小部分重点人员的数量急剧下降到个位数，连续3 天观测仍在持续下降，具体情况如图4 和图5 所示。

图4 2022 年8 月报警次数趋势图

图5 报警人数趋势图

截至目前，设备运用情况良好，动车组司机比以前更加重视班前的休息和作业纪律，作业“两违”件数下降明显。各车间开始要求各个岗位使用地面分析软件进行数据查看、分析，并体验与预警系统的各项互动功能。110 值班台对预警主机的使用进行在线“添乘”，全程巡查，点播对讲，找出了中断瞭望的重点人员、关键时段、关键区段，纠正动车组司机不良的作业习惯、执标不规范的行为，实施精准帮教、靶向管控，有效改变了动车组司机中断瞭望的陋习，达到了减少报警次数，规范作业的目的。

各机务段每月出示相关数据报表进行对比、学习，相互借鉴有效的管理方法。通过对系统功能的学习，对动车组司机值乘状态的分析，反推指导司机、车队、车间的帮教情况，相关制度、措施的落实情况，使设备与日常管理形成互动，辅助管理。

总之，动车组司机值乘状态预警系统有效提高了安全管控效果，充分发挥了“技防”的优势，利用设备对管理死角进行管控，有效强化司机的班前强休意识和现场作业纪律，司机值乘精力显著提升，为行车安全提供了有力保障[2]。

4 结语

“行车措施千万条，瞭望永远是最管用的一条”“防止事故千难万难，看清地面信号就不难”是动车组司机的行规与安全行车秘诀。动车组司机值乘状态预警系统是铁路行车安全管控的关键技术之一，是监测铁路司机值乘状态，全程实时提醒预警的智能助力。现场运用效果证明，动车组司机值乘状态预警系统通过在广州局集团公司机务系统的投入使用，实现了加强作业现场管控，强化事前、事中控制，杜绝和减少安全事故，发挥了非常大的作用，能有效地对动车组司机瞭望作业的情况进行监测、提示，监测范围大、准确率高，有助于动车组司机养成乘前自觉保休习惯，在确保列车运行安全、研判动车组司机值乘状态规律等方面发挥了积极作用，为实现动车组司机行车精神的量化数据管控和强化现场作业纪律，提供了可靠的技术支持。相信，随着系统的进一步推广，会更有效地为中国铁路运输安全保驾护航。