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關鍵詞：鐵路車號智能識別；無人值守；智能稱重；RFID
黎挺
男，廣東高州人，粵電集團有限公司云浮發電廠熱控專責工程師，從事電廠生產過程自動化管理和研究工作。
1 前言
近兩年來，軌道衡配車號自動識別裝置（簡稱一代AEI， Automatic Equipment Identification）被企業廣泛應用，但在實際應用中，由于國鐵貨車標簽的損壞等諸多原因會導致車號自動識別率的降低，使得軌道衡即使配置了車號自動識別裝置后仍存在人工抄號及抄寫誤差的現象，僅僅安裝車號識別裝置（一代AEI）并無法真正免除人工抄號。
對于電廠等鐵路運輸量較小企業來講，一代鐵路車號自動識別系統雖起到一定的輔助作用，但對于原本計量工作量較小的企業來講，仍在延續著過去的倒班工作及人工抄號模式，計量員的工作內容單一，造成人力成本的浪費。
鐵路車號智能識別系統（二代AEI）是集“六位一體”的智能化實時數據采集與在線監控（SCADA)系統。“六位一體”即：
（1）鐵路車號自動識別；
（2）車號、自重圖像抓拍（智能補救）；
（3）計量數據采集；
（4）紅外線狀態監測；
（5）貨檢作業安全監控；
（6）遠程在線故障診斷。二代AEI科學的解決了人工抄號及誤差補救問題，真正的實現了軌道衡的無人值守智能化稱重。通過二代AEI的實施，徹底甩掉人工抄車號及自重，減少人為操作，提高了過衡原始數據的安全性（防作弊）；減少人工勞動量，由原來的人員倒班方式改為只要少量人員進行維護和臺帳處理；便于過衡單（原始數據）的審核，真正實現了無人值守智能稱重。
2 鐵路車號智能識別系統的結構和功能
鐵路車號智能識別系統（二代AEI）主要通過在現有的動態軌道衡上加裝鐵路車號智能識別系統（二代AEI），實現軌道衡全自動無人值守稱重，計量人員可在廠部辦公室遠程完成過衡的計量工作，管理人員可在遠程進行監管。
2.1 系統結構及組成
鐵路車號智能識別系統硬件部分由上位機和下位機兩部分組成，如圖1所示。上位機部分是二代AEI系統工控主機。下位機部分主要包括：
（1）鐵路車號自動識別子系統：鐵路車號讀出器、微波天線、射頻電纜等；
（2）車號、自重圖像抓拍及計量監控子系統：攝像機、視頻采集卡等；
（3）車輛運行狀態跟蹤（輛數、輛序、狀態、速度等）子系統：數字式紅外探測器等；
（4）智能控制子系統：智能控制器等。
圖1 鐵路車號智能識別系統結構圖
鐵路車號智能識別系統軟件模塊如圖2所示。
圖2 鐵路車號智能識別系統軟件模塊
二代AEI主要由如下功能模塊組成：貨車車號自動識別、貨車自重自動識別、貨車稱重圖片自動抓拍（智能補救）、紅外線車輛狀態判定、自動軌道衡重量數據提取、自動報表生成、遠程監控稱重作業、遠程查詢打印、遠程在線診斷故障及報警、貨檢作業安全監控等，它們的具體描述如下：
（1） 自動識別鐵路貨車標簽內的車號等車輛信息
通過RFID技術自動識別貨車的車型、車號、車種、車次、輛序、總輛數、車輛到達時間、車輛通過時間和其它需加載信息等。
（2） 多樣化皮重解決方案
當皮重需要計量的時候，系統以24小時內同一車號（或根據實際情況設定時間）為依據進行自動除皮，系統對于超過24小時的車輛定義為“老牌車”，系統自動提示計量管理人員對老牌車進行關注。如果因車輛故障等因素導致延誤較長時間時（如72小時），系統在出現老牌車計量時會做好標記并導入臨時數據庫并處于待定狀態，等待管理人員確認后再承認該次計量結果。
對不回皮車輛自動采集貨車的自重，系統分為：額定自重庫模式和實際動態自重庫模式。自重通常有兩種即：額定自重和實際自重。一般來講，貨車通過廠修、段修后的實際自重與額定自重有所不同，車輛大修后的自重信息是寫到車皮右邊的，如：C62A的額定自重是21.7噸，大修后車皮右側寫的自重有的是22.1噸、有的是21.3噸，所以差別比較大。由于各個企業的結算方式不同，對自重的要求也不同，有的以額定自重結算，有的以實際自重結算。
系統在功能上具有額定自重庫和實際動態自重庫兩種模式可選。
①額定自重庫模式：系統自身有鐵道部的標準自重庫，企業選擇該模式可以實現自動采集。電子標簽內的車型信息對應了標準自重庫的自重數據，在計量過程中通過自動識別到的車型可以自動調出自重庫的自重數據。
②實際動態自重庫模式：系統建立自重動態更新庫，可以根據前期的車號對應的更新自重建立了自重的更新庫，當再次識別到該車皮時系統自動調用更新的自重數據。一般來講，企業的鐵路煤源相對固定，車輛均由對口車輛段安排調配車皮計劃，雖然從短期看車輛是變動的，擔從月周期或季周期來看，車輛是相對固定的，因此建立實際動態自重更新庫對企業來講有利于精確計量的需要。
（3） 貨車計量即時圖片抓拍功能（智能補救措施）
系統在每節車皮計量完畢的瞬間抓拍到車號位置和自重位置及煤位高度圖片，能夠通過人工清晰辨認。圖像抓拍的意義在于計量后的補救措施，因為鐵路車輛的貨車標簽有可能因損壞而無法被車號識別設備讀取到。比如：有40節車皮過衡計量，其中第8節車皮標簽因損壞未讀到，操作員事后可以點擊第8節車皮，此時彈出第8節車過衡的車號、自重及煤位高度的清晰圖片，只要依照圖片上的車號及自重資料填入即可，從而起到智能補救的作用。
系統能夠在貨車計量的同時抓拍到貨車車廂上的車號、自重、煤位清晰圖片，并與自動識別到的每輛貨車車號形成關聯的打包數據，在點擊查詢該輛車過衡信息時出現對應的車號、自重、煤位相應清晰圖片。無論是白天還是夜間，系統均能抓拍到圖片，并能清晰看到圖片內的車號信息、自重信息、煤位高度，供計量人員在后端辦公室錄入。
（4） 數據接口功能
系統的計量數據可以為企業ERP（MIS）等系統提供多種數據接口（包括EXCEL表格、SQL SERVER表單、ORACLE表單、XML等。系統上傳分為：人工確認后上傳和自動上傳兩種可供選擇的模式。
（5） 紅外線技術判別車輛輛數及輛序、運行速度及狀態
利用紅外技術來識別貨車的輛數及輛序、運行車速及狀態，可以適應車輛0～200Km/h的速度。且系統可以適應低速（0～3Km/h）、停車、倒車等各種車輛運行狀態，能夠做到智能分析判斷車輛的狀態。
（6） 自動數據提取
軌道衡儀表的計量數據，并與車號數據自動對位，自動生成生產要求的報表，可進行匯總、查詢、打印、統計等。
2.2 鐵路車號智能識別系統的功能
二代AEI主要由如下功能模塊組成：貨車車號自動識別、貨車自重自動識別、貨車稱重圖片自動抓拍（智能補救）、紅外線車輛狀態判定、自動軌道衡重量數據提取、自動報表生成、遠程監控稱重作業、遠程查詢打印、遠程在線診斷故障及報警、貨檢作業安全監控等，它們的具體描述如下：
（1） 自動識別鐵路貨車標簽內的車號等車輛信息
通過RFID技術自動識別貨車的車型、車號、車種、車次、輛序、總輛數、車輛到達時間、車輛通過時間和其它需加載信息等。
（2） 多樣化皮重解決方案
當皮重需要計量的時候，系統以24小時內同一車號（或根據實際情況設定時間）為依據進行自動除皮，系統對于超過24小時的車輛定義為“老牌車”，系統自動提示計量管理人員對老牌車進行關注。如果因車輛故障等因素導致延誤較長時間時（如72小時），系統在出現老牌車計量時會做好標記并導入臨時數據庫并處于待定狀態，等待管理人員確認后再承認該次計量結果。
對不回皮車輛自動采集貨車的自重，系統分為：額定自重庫模式和實際動態自重庫模式。自重通常有兩種即：額定自重和實際自重。一般來講，貨車通過廠修、段修后的實際自重與額定自重有所不同，車輛大修后的自重信息是寫到車皮右邊的，如：C62A的額定自重是21.7噸，大修后車皮右側寫的自重有的是22.1噸、有的是21.3噸，所以差別比較大。由于各個企業的結算方式不同，對自重的要求也不同，有的以額定自重結算，有的以實際自重結算。
系統在功能上具有額定自重庫和實際動態自重庫兩種模式可選。
①額定自重庫模式：系統自身有鐵道部的標準自重庫，企業選擇該模式可以實現自動采集。電子標簽內的車型信息對應了標準自重庫的自重數據，在計量過程中通過自動識別到的車型可以自動調出自重庫的自重數據。
②實際動態自重庫模式：系統建立自重動態更新庫，可以根據前期的車號對應的更新自重建立了自重的更新庫，當再次識別到該車皮時系統自動調用更新的自重數據。一般來講，企業的鐵路煤源相對固定，車輛均由對口車輛段安排調配車皮計劃，雖然從短期看車輛是變動的，擔從月周期或季周期來看，車輛是相對固定的，因此建立實際動態自重更新庫對企業來講有利于精確計量的需要。
（3） 貨車計量即時圖片抓拍功能（智能補救措施）
系統在每節車皮計量完畢的瞬間抓拍到車號位置和自重位置及煤位高度圖片，能夠通過人工清晰辨認。圖像抓拍的意義在于計量后的補救措施，因為鐵路車輛的貨車標簽有可能因損壞而無法被車號識別設備讀取到。比如：有40節車皮過衡計量，其中第8節車皮標簽因損壞未讀到，操作員事后可以點擊第8節車皮，此時彈出第8節車過衡的車號、自重及煤位高度的清晰圖片，只要依照圖片上的車號及自重資料填入即可，從而起到智能補救的作用。
系統能夠在貨車計量的同時抓拍到貨車車廂上的車號、自重、煤位清晰圖片，并與自動識別到的每輛貨車車號形成關聯的打包數據，在點擊查詢該輛車過衡信息時出現對應的車號、自重、煤位相應清晰圖片。無論是白天還是夜間，系統均能抓拍到圖片，并能清晰看到圖片內的車號信息、自重信息、煤位高度，供計量人員在后端辦公室錄入。
（4） 數據接口功能
系統的計量數據可以為企業ERP（MIS）等系統提供多種數據接口（包括EXCEL表格、SQL SERVER表單、ORACLE表單、XML等。系統上傳分為：人工確認后上傳和自動上傳兩種可供選擇的模式。
（5） 紅外線技術判別車輛輛數及輛序、運行速度及狀態
利用紅外技術來識別貨車的輛數及輛序、運行車速及狀態，可以適應車輛0～200Km/h的速度。且系統可以適應低速（0～3Km/h）、停車、倒車等各種車輛運行狀態，能夠做到智能分析判斷車輛的狀態。
（6） 自動數據提取
軌道衡儀表的計量數據，并與車號數據自動對位，自動生成生產要求的報表，可進行匯總、查詢、打印、統計等。
表1 云浮發電廠軌道衡計量單：
（7） 現場無人值守，遠程實施稱重作業
本稱重系統實現無人值守智能計量，操作人員可在后端實施稱重作業，無需在現場進行倒班計量工作，大大提高工作效率，使得電廠有限的人力資源得到充分的發揮應用。軌道衡的計量工作可以在遠程即時作業，也可以過衡后在遠程集中進行計量作業，打印磅單報表，無需整日在磅房等候。
管理部門通過網絡遠程對現場實施即時監控，管理部門可以對現在或過去某一特定時間的稱重狀況進行查詢或打印，對歷史數據及圖片進行分析。計量管理人員可對稱重現場遠程監控，在遠程可對計量數據進行監控、查詢、統計、打印、結算等。遠程維護系統是在客戶因誤操作或需要進行軟件修改時可以隨時遠程（通過電話線）對稱重現場進行維護，可以做到及時、到位，不需要到現場。
（8） 上位機遠程在線診斷故障及報警功能
系統能夠遠程在線檢測下位機故障信息，發現問題即時報警。系統右端有三組黃燈為報警裝置，當下位機設備（車號讀出設備、紅外線探測設備等）出現故障時，系統立即（1分鐘內）自動報警，并指出故障設備的名稱，提示管理人員查詢并處理問題。
系統對于進入紅外線區域的可疑人員實施抓拍錄像，記錄他們的行為情況。后端操作人員遠程如看到有偷盜和破壞設備的犯罪分子時，可開啟抓拍錄像，記錄他們的行為樣貌。
（9） 貨檢作業安全監控
①在室內進行貨檢作業的預檢作業，免除露天人工巡檢作業。
②能夠依據抓拍的每幀圖像對每輛車進行安全檢查，檢查兩側車門是否關閉完好，車頂輪廓狀態是否安全正常。
③能根據監控視頻可以觀察到貨車的貨物裝載、加固狀態；車輛篷布苫蓋狀態；施封及門、窗、蓋、閥關閉情況。
④可以根據室內檢測情況對可疑貨物重點檢查，從而加快貨檢進度，提高貨檢效率，可做到目的性強，針對性強，及時遏制安全隱患。
3 鐵路車號智能識別系統的實現和應用
3.1 鐵路車號智能識別系統的應用
鐵路車號智能識別系統（二代AEI）主要通過在現有的動態軌道衡上加裝鐵路車號智能識別系統（二代AEI），實現軌道衡全自動無人值守稱重，計量人員可在廠部辦公室遠程完成過衡的計量工作。系統在粵電集團有限公司云浮發電廠應用取得了良好的效果，不僅實現了遠程自動無人值守稱重，節約了人工成本，減少了人為差錯，而且大大提升了工廠作業的自動化程度和信息化水平。系統現場運行及控制軟件界面分別如圖3和圖4所示。
圖3 云浮電廠無人值守智能稱重系統現場
圖4 過車時系統作業狀態界面（在線監測狀態）
3.2 鐵路車號智能識別系統的特點和優勢
鐵路車號智能識別系統（二代AEI）相對于傳統的路車號自動識別系統具有適應性強、可用性高、便于維護、系統擴展性好等諸多優點，因此，在實際應用過程中取得了良好的應用效果。它與傳統路車號自動識別系統性能的差異詳情見下表1。
表2 鐵路車號智能識別系統與傳統鐵路車號自動識別系統性能比較：
| 傳統鐵路車號自動識別系統（AEI） | T200鐵路車號智能識別系統（二代AEI） | |
| 適 應 性 |
專為國鐵運輸設計；適應5-160公里以上的車速；低速采用有源磁鋼或地環，價格較貴，維護成本較高；停車、倒車無法判輛。 | 專為企業鐵路專用線應用設計；適應0-200公里/小時車速；用紅外線數字探測技術判輛，維護成本低，徹底解決了低速、停車、倒車現象時的判輛問題。 |
| 特 殊 性 |
工控機必須安置于距離天線30米內的房間里，鐵路邊旁需要蓋房。 | 無距離限制。讀出器放置于天線附近鐵路旁的小鐵箱，采用多種網絡通訊方式（RS485/光纖）與工控機通訊，距離可達幾公里，鐵路邊不需要房子。 |
| 應 用 性 |
無標簽或標簽損壞時無法識別，漏車掉號。 | 采用紅外夜視攝像機抓拍每一輛車的車皮信息；如遇到車輛無標簽或標簽損壞時，只需調出相對應的車輛圖像信息，即可得到所需的車型車號等數據。 |
| 維 護 性 |
人工到現場檢測，無法遠程在線判斷設備故障。 | 遠程在線檢測，實時監控。出現故障，系統自動報警，提示故障設備和故障原因，便于維護。還具備遠程控制（維護）功能。 |
| 擴 展 性 |
僅提供固定數據格式，無擴展性。 | 可根據客戶的要求提供客戶所需數據格式及協議，擴展性強，并可向多個管理端提供所需的數據，按照客戶的各種要求提供所需的報表等等。 |
4 結束語
當前，國內的軌道衡即使配置了車號自動識別裝置后仍存在人工抄號及抄寫誤差的現象，無法真正免除人工抄號帶來的煩瑣和差錯。本文從提出了基于“六位一體”的二代鐵路車號自動識別（二代AEI）系統，綜合運用自動識別、抓拍、檢測、遠程診斷等多種處理措施，較好地解決了人工抄號及誤差補救地問題，真正的實現了軌道衡的無人值守智能化稱重。本文提供的綜合解決方案也可通過適當的調整和擴展應用到車輛門禁、不停車自動收費的諸多應用領域，具有重要的推廣價值和良好的應用前景。
參考文獻：
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[2] 王慶文.鐵路車號自動識別信息系統[J].鐵路計算機應用,2003,12(5):17-18.
[3] 張冰，賀禹.數據采集和智能數據處理系統的分析和設計[J].計算機工程與設計,2004,25(6):892-895.
[4] 容關澳.計算機圖像處理[M].北京:清華大學出版社，2000.
作者信息：
蘇銳軍（武漢踏弛智能科技有限公司，湖北 武漢，430080），男，山東濟南人，畢業于華南理工大學工業裝備與控制工程系，從事鐵路車號智能識別系統（二代AEI）開發及應用系統研究工作。
黎 挺（粵電集團有限公司云浮發電廠，廣東 云浮，527300）
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號