張志國(guó)，傅健，辛向黨，李建國(guó)，2

(1.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 貨運(yùn)部，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州交通大學(xué) 高原鐵路運(yùn)輸智慧管控鐵路行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

現(xiàn)代鐵路貨物運(yùn)輸已融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等高新技術(shù)[1]，以提高效率、安全性和可持續(xù)性。這些技術(shù)應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代供應(yīng)鏈至關(guān)重要，滿足了不斷增長(zhǎng)的物流需求。王宴平[2]對(duì)鐵路集裝箱裝載質(zhì)量智能檢測(cè)需求進(jìn)行分析，從設(shè)計(jì)原則、總體架構(gòu)及組成、工作原理及流程和關(guān)鍵技術(shù)提出了鐵路集裝箱裝載質(zhì)量智能檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案。伍忠國(guó)等[3]通過分析鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀，從貨物受理、貨物交接、貨物裝卸、貨物倉(cāng)儲(chǔ)以及貨物交付等方面，構(gòu)建鐵路貨運(yùn)場(chǎng)站安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。高飛等[4]提出了鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸安全監(jiān)管的優(yōu)化策略，以滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求。武慧杰等[5]基于5G通信技術(shù)對(duì)于鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行了優(yōu)化研究，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享與互聯(lián)互通，為鐵路貨運(yùn)監(jiān)測(cè)的多源數(shù)據(jù)融合提供了新的思路。何苗[6]分析了鐵路貨運(yùn)隱患特點(diǎn)，對(duì)鐵路貨運(yùn)隱患提出了精細(xì)化管理，設(shè)計(jì)了貨運(yùn)安全綜合指數(shù)與計(jì)算方法。劉宗洋等[7]通過分析既有鐵路貨運(yùn)安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了貨運(yùn)設(shè)備統(tǒng)一接入架構(gòu)和鐵路局集團(tuán)公司前置服務(wù)器設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了面向貨運(yùn)全過程的安全監(jiān)控應(yīng)用功能框架，設(shè)計(jì)了安全監(jiān)控應(yīng)用的主要功能。

綜上所述，既有研究多對(duì)鐵路貨運(yùn)安全性的評(píng)價(jià)、監(jiān)管優(yōu)化、通信技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行探討，為解決鐵路貨運(yùn)安全性方面的問題提供有價(jià)值的參考，但對(duì)鐵路車輛裝載狀況的檢測(cè)與智能分析的研究討論較少。為更好地滿足未來的運(yùn)輸需求，研究設(shè)計(jì)一套鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)，以提高鐵路貨運(yùn)的可持續(xù)性、安全性和效率。

1 鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)現(xiàn)狀

鐵路貨物運(yùn)輸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、民生工程和綜合交通系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的地位，而其安全性直接影響著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益[8]。目前，鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)主要依賴現(xiàn)場(chǎng)助理值班員和貨運(yùn)員的觀察，負(fù)責(zé)列車作業(yè)和貨物狀態(tài)檢查，包括貨物狀況、車體狀態(tài)和車輪狀態(tài)等，以確保列車的正常運(yùn)行。

傳統(tǒng)人工檢測(cè)方式要求作業(yè)人員具備高度的工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)素養(yǎng)[9]，存在具體問題如下。①助理值班員可能因身體和環(huán)境因素，難以同時(shí)兼顧出發(fā)場(chǎng)接發(fā)列車的工作，他們需要處理許多任務(wù)，如撤防溜、摘掛列尾裝置、交付行車憑證、檢查關(guān)門車等，難以有效執(zhí)行所有職責(zé)。②當(dāng)列車到達(dá)前，線路不允許行人橫穿，助理值班員只能站在一側(cè)，視線受到列車遮擋和觀察角度限制，通常只能觀察到列車一側(cè)的運(yùn)行狀況，難以實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)。③作業(yè)人員的人身安全面臨風(fēng)險(xiǎn)，隨著鐵路貨運(yùn)量的增加和列車密度的上升，列車交會(huì)頻繁，使得作業(yè)人員頻繁穿越鐵路，甚至涉及危險(xiǎn)的橫越行為，對(duì)其人身安全構(gòu)成潛在威脅。④存在部分作業(yè)人員工作態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn)，專業(yè)素養(yǎng)不高，使得現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)難以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致潛在問題無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。⑤作業(yè)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)或精神狀態(tài)不佳，可能導(dǎo)致潛在的事故風(fēng)險(xiǎn)未被及時(shí)察覺，如事故發(fā)生，準(zhǔn)確確定事故發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)變得困難，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無法追溯查詢，且人工觀察數(shù)據(jù)的保存和檢索也存在不便之處。

雖然部分鐵路現(xiàn)場(chǎng)配備了鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)監(jiān)控與管理系統(tǒng)，但現(xiàn)有的鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)監(jiān)控與管理系統(tǒng)存在設(shè)備固定，靈活性低、布設(shè)成本較高；檢測(cè)設(shè)備較少，難以獲取多種關(guān)鍵數(shù)據(jù)；傳輸方式及供電方式單一，難以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況；智能化程度不高，無法進(jìn)行分析和及時(shí)處理等問題。

鑒于上述情況，設(shè)計(jì)貨車裝載狀況智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要意義，可有助于確保鐵路貨運(yùn)的安全性，提升貨運(yùn)檢測(cè)效率，推動(dòng)貨運(yùn)安全檢測(cè)朝著更主動(dòng)、智能化的方向發(fā)展。通過采用多模態(tài)傳感器技術(shù)，研究集動(dòng)態(tài)多源數(shù)據(jù)采集、分析、處理于一體的鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)，對(duì)貨車裝載狀況進(jìn)行智能分析和處理，解決貨物運(yùn)輸動(dòng)態(tài)安全關(guān)鍵技術(shù)問題。

2 鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 硬件技術(shù)方案

鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)涉及的硬件設(shè)備眾多，主要包括雷視融合一體機(jī)、溫濕度傳感器、熱成像儀等，這些硬件設(shè)備能夠?qū)囕v裝載狀況相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，起到對(duì)車窗門開啟、車身異物、篷布飄起等狀況的感知作用。系統(tǒng)硬件連接體系采用混合連接方式，在同一數(shù)據(jù)傳輸主線上，將雷視融合一體機(jī)、溫濕度傳感器、熱成像儀、車號(hào)識(shí)別裝置并聯(lián)連接并與邊緣計(jì)算機(jī)串聯(lián)，多個(gè)傳感器并聯(lián)可以同時(shí)向邊緣計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，而不需要等待前一個(gè)設(shè)備完成，避免因單個(gè)設(shè)備故障造成系統(tǒng)癱瘓。由邊緣計(jì)算機(jī)處理完數(shù)據(jù)之后向室內(nèi)服務(wù)器及管理員發(fā)送處理結(jié)果信息。硬件連接體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 硬件連接體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Hardware connection architecture

根據(jù)鐵路貨物運(yùn)輸業(yè)務(wù)的獨(dú)特性質(zhì)，鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)通過圖表形式呈現(xiàn)在途貨物運(yùn)輸相關(guān)信息，以監(jiān)測(cè)貨物裝載狀況，從而全面了解貨物運(yùn)輸?shù)臓顟B(tài)，為決策者提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，以應(yīng)對(duì)潛在的問題和突發(fā)情況，確保貨物運(yùn)輸?shù)捻樌桶踩?。鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，體系結(jié)構(gòu)主要分為4層。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.2 System architecture

（1）物理層，即數(shù)據(jù)收集層，使用不同傳感器獲取車輛裝載狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)。例如，溫濕度傳感器用于測(cè)量線路附近溫、濕度的變化；熱成像儀快速識(shí)別貨物裝載區(qū)域中的熱點(diǎn)，幫助檢測(cè)貨物中潛在的異常情況，如異常發(fā)熱、溫度不均勻等；雷視一體機(jī)用于獲取車輛裝載貨物的圖像及位置坐標(biāo)，幫助工作人員監(jiān)測(cè)裝載貨物的狀態(tài)信息，同時(shí)根據(jù)采集的雷達(dá)點(diǎn)云信息來檢測(cè)貨物裝載區(qū)域中的高度差異，確保在運(yùn)輸過程中貨物的均勻分布，避免不穩(wěn)定的裝載狀況。通過布置合適的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的各項(xiàng)參數(shù)。該系統(tǒng)的物理層設(shè)備相比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝位置更加多元，且造價(jià)較低。

（2）傳輸層，是物理層與處理層、處理層與應(yīng)用層之間的橋梁。實(shí)現(xiàn)將物理層采集到的數(shù)據(jù)傳遞給邊緣計(jì)算機(jī)，并將邊緣計(jì)算器計(jì)算結(jié)果發(fā)送給室內(nèi)服務(wù)器及應(yīng)用層。傳輸層的傳輸方式主要分為2種。第一種為RS485接口有線傳輸，具有速度快、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。物理層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備位置相對(duì)固定，且具有一致的電氣特性。故采用RS485有線傳輸，數(shù)據(jù)通信運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的ModBus通信協(xié)議，用于物理層向邊緣計(jì)算機(jī)的信息傳遞，充分發(fā)揮其傳輸優(yōu)勢(shì)。第二種為窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IOT)傳輸方式，具有傳輸距離遠(yuǎn)、信號(hào)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，故使用NB-IOT進(jìn)行由邊緣計(jì)算器向室內(nèi)服務(wù)器及應(yīng)用層的信息數(shù)據(jù)傳輸。

（3）處理層，由邊緣計(jì)算機(jī)及室內(nèi)服務(wù)器組成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包括算法、模型、數(shù)據(jù)分析、決策支持和軟件應(yīng)用。邊緣計(jì)算器安裝在檢測(cè)門附近，室內(nèi)服務(wù)器布設(shè)于鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所。邊緣計(jì)算機(jī)用來對(duì)每一條監(jiān)測(cè)線路上的貨物狀況、車體狀態(tài)和車輪狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別監(jiān)測(cè)，在收到物理層傳輸來的數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、融合、分析，并將結(jié)果反饋給室內(nèi)服務(wù)器及應(yīng)用層。室內(nèi)服務(wù)器用于對(duì)每一條監(jiān)測(cè)線路上的邊緣計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)行匯總、分析、儲(chǔ)存、留檔存儲(chǔ)于鐵路數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便調(diào)用查詢。

（4）應(yīng)用層，可根據(jù)識(shí)別和預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)判定，通過可視化界面將預(yù)測(cè)和預(yù)警信息直觀地展示給鐵路企業(yè)與貨主，包括車輛裝載狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖表、分析結(jié)果的可視化展示、異常情況的報(bào)警提示等，及時(shí)地為工作人員提供決策支持，并幫助對(duì)工作人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)。同時(shí)可以根據(jù)用戶功能需求，對(duì)邊緣計(jì)算器響應(yīng)的信息進(jìn)行分類，輸出至監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化模塊、圖表生成模塊、決策支持模塊、用戶界面模塊、數(shù)據(jù)交互模塊以及安全與權(quán)限控制模塊，提供操作人員與系統(tǒng)交互界面，可視化呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和決策支持信息。鐵路企業(yè)或貨主可以通過應(yīng)用層與系統(tǒng)互動(dòng)，獲取有關(guān)裝載狀況的信息。

2.2 軟件技術(shù)方案

鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)軟件由4部分組成，這4部分與硬件體系結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Software architecture

（1）多模態(tài)數(shù)據(jù)獲取。系統(tǒng)支持多種傳感器類型，通過架設(shè)在安全門上的雷視一體機(jī)，可以提供多角度的列車及其運(yùn)載貨物的視頻監(jiān)控，同時(shí)也可以提供列車的雷達(dá)點(diǎn)云信息；通過車號(hào)自動(dòng)識(shí)別裝置可以識(shí)別列車的車種及車號(hào)；通過溫濕度傳感器及熱成像儀可以采集周圍的區(qū)域溫度及貨物的溫濕度；通過雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取2件貨物之間的高差。系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)模塊支持ModBus數(shù)據(jù)采集協(xié)議，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。在多模態(tài)數(shù)據(jù)獲取過程中，各種數(shù)據(jù)源的同步性非常重要，系統(tǒng)能夠精確記錄各個(gè)數(shù)據(jù)源的時(shí)間戳，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和比對(duì)。

（2）多源數(shù)據(jù)智能融合。在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合前，系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)時(shí)間切片下來自不同傳感器和數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括視頻圖像分割、雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪、區(qū)域熱成像圖像灰度處理及相機(jī)-雷達(dá)-熱成像坐標(biāo)域轉(zhuǎn)化等操作。將處理完的視頻圖像、雷達(dá)點(diǎn)云、紅外溫度數(shù)據(jù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型中，其中涉及到數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、單位標(biāo)準(zhǔn)化等操作。不同傳感器和數(shù)據(jù)源可能以不同的時(shí)間頻率和時(shí)間戳產(chǎn)生數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)對(duì)齊功能，將數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行同步。

（3）多源數(shù)據(jù)集智能處理。對(duì)融合后的多源數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行分析，包括三維分析、關(guān)鍵點(diǎn)分析、溫濕度關(guān)聯(lián)分析、不同貨箱溫度分析和基礎(chǔ)設(shè)備狀態(tài)分析等，通過對(duì)各類信息數(shù)據(jù)的分析，提取出各類信息的數(shù)據(jù)特征，使用聚類算法對(duì)車輛裝載狀況進(jìn)行分類，采用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)不同因素之間的關(guān)系。

（4）智能分析。將融合數(shù)據(jù)集處理后提取到的視頻圖像特征、雷達(dá)點(diǎn)云特征、區(qū)域溫度特征輸入已訓(xùn)練好的支持向量機(jī)模型中，分析識(shí)別車輛裝載狀態(tài)及是否出現(xiàn)窗門開啟、車身異物、篷布飄起等異常情況[10]。同時(shí)，在移動(dòng)端布設(shè)APP，實(shí)現(xiàn)車輛裝載狀況數(shù)據(jù)報(bào)告的可視化分析，為相關(guān)管理人員提供決策支持。

2.3 設(shè)備整體控制邏輯

鐵路貨物運(yùn)輸系統(tǒng)的控制邏輯是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行、安全運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵因素。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的需求、運(yùn)營(yíng)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)，選擇和實(shí)施不同的控制策略。這些控制方法主要分為手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程和自動(dòng)故障恢復(fù)等方式。每種方式都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)，通過合理的組合和運(yùn)用，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性。

（1）手動(dòng)控制。當(dāng)需要進(jìn)行特殊任務(wù)或系統(tǒng)的啟停時(shí)，操作員可通過物理界面、控制面板或命令行等方式手動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行或關(guān)閉。手動(dòng)控制方式在鐵路貨物運(yùn)輸中主要用于特殊任務(wù)或系統(tǒng)的啟停操作。這種方式可以賦予操作員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的主動(dòng)控制權(quán)，但在操作過程中也容易出現(xiàn)人為失誤。因此，需要加強(qiáng)操作員的培訓(xùn)和規(guī)范操作流程，以減少人為因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

（2）自動(dòng)控制。自動(dòng)控制方式讓系統(tǒng)按照預(yù)定的時(shí)間表、周期或條件自主運(yùn)行。這種方式在鐵路貨物運(yùn)輸中主要用于常規(guī)運(yùn)營(yíng)和數(shù)據(jù)采集，可以大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。通過自動(dòng)化控制，可以減少人工干預(yù)和操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)，降低運(yùn)營(yíng)成本。

（3）遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制方式使得操作員能夠通過安全的遠(yuǎn)程通信渠道來管理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。這種方式特別適用于地理位置分散的大型鐵路貨物運(yùn)輸系統(tǒng)。通過遠(yuǎn)程控制，操作員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)速度。

（4）自動(dòng)故障恢復(fù)。面對(duì)不可預(yù)測(cè)的系統(tǒng)故障，自動(dòng)故障恢復(fù)機(jī)制能夠自動(dòng)識(shí)別并采取措施，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性。這種機(jī)制可以大大減少潛在的業(yè)務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。通過自動(dòng)故障恢復(fù)機(jī)制，系統(tǒng)可以在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)采取相應(yīng)的措施，如重啟、切換備用設(shè)備等，快速恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，自動(dòng)故障恢復(fù)機(jī)制還可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，提前預(yù)警潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，為預(yù)防性維護(hù)提供支持。

在鐵路貨物運(yùn)輸系統(tǒng)中，選擇合適的控制邏輯需要根據(jù)實(shí)際需求和場(chǎng)景進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于特定的任務(wù)或情況，可能需要結(jié)合使用多種控制策略以達(dá)到最佳的效果。例如，在裝載狀況監(jiān)測(cè)中，可以通過自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制邏輯的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和預(yù)警功能。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，還需要不斷優(yōu)化控制邏輯，更新和維護(hù)系統(tǒng)組件，確保其適應(yīng)不斷變化的環(huán)境和需求。

3 鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)功能

鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)功能模塊主要分為：基礎(chǔ)信息管理模塊、檢測(cè)門系統(tǒng)模塊、警報(bào)系統(tǒng)模塊、應(yīng)用維護(hù)模塊4個(gè)模塊，鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析功能模塊如圖4所示。

圖4 鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析功能模塊Fig.4 Railway vehicle load condition detection and intelligent analysis function module

（1）基礎(chǔ)信息模塊。該模塊用于管理鐵路車輛、裝載貨物和相關(guān)設(shè)備等基礎(chǔ)信息有關(guān)的數(shù)據(jù)。主要功能有車輛信息管理，包括車輛類型、車輛所有者、注冊(cè)信息等；貨物信息管理，包括貨物類型、數(shù)量、重量等；設(shè)備信息管理，記錄采集設(shè)備及處理設(shè)備的安裝日期、使用年限及使用程度，方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)。這個(gè)模塊的任務(wù)是確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別和記錄所有與鐵路車輛裝載有關(guān)的基礎(chǔ)信息。

（2）檢測(cè)門系統(tǒng)模塊。該模塊是系統(tǒng)的核心，用于動(dòng)態(tài)多源數(shù)據(jù)采集和裝載狀況檢測(cè)。主要功能包括車種車號(hào)識(shí)別、區(qū)域熱點(diǎn)識(shí)別、重量測(cè)量、線路附近溫度和濕度測(cè)量等。通過檢測(cè)門系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鐵路車輛的裝載狀態(tài)，包括貨物分布、穩(wěn)定性、裝載情況等。

（3）警報(bào)系統(tǒng)模塊。該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)檢測(cè)門系統(tǒng)的輸出和其他傳感器數(shù)據(jù)，以檢測(cè)潛在的問題或異常情況。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到裝載狀態(tài)異常、超載及周圍溫濕度超過閾值等情況時(shí)，該模塊會(huì)觸發(fā)警報(bào)。警報(bào)可以通過多種通信方式，如短信、電子郵件、報(bào)警聲音等，通知相關(guān)人員以及系統(tǒng)管理員。

（4）應(yīng)用維護(hù)模塊。該模塊主要是對(duì)提供給用戶的可視化應(yīng)用進(jìn)行維護(hù)、更新；創(chuàng)建直觀、用戶友好的界面，以便操作員和其他用戶能夠快速理解并與系統(tǒng)互動(dòng)；處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和管理，開發(fā)防火墻、漏洞檢測(cè)功能；定期進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)與更新，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

4 系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用效果

4.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外鐵路貨物運(yùn)輸實(shí)際情況，對(duì)比現(xiàn)有的鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)具備以下4點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

（1）鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)通過整合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，可以獲得更豐富、更全面的數(shù)據(jù)集，綜合利用不同數(shù)據(jù)源的優(yōu)勢(shì)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和趨勢(shì)。

（2）各個(gè)傳感器向邊緣計(jì)算機(jī)的傳輸采用RS485有線傳輸，其支持大規(guī)模的設(shè)備連接，可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)更多的設(shè)備連接，從而構(gòu)建大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

（3）相比傳統(tǒng)的寬帶傳輸方式，窄帶傳輸可以更有效地傳輸小規(guī)模的數(shù)據(jù)，適用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器等資源受限，以及大規(guī)模部署和長(zhǎng)期運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景，符合鐵路現(xiàn)場(chǎng)的要求。

（4）使用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和人工智能算法對(duì)動(dòng)態(tài)多源數(shù)據(jù)集進(jìn)行智能分析和處理，這些算法可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式、關(guān)聯(lián)和趨勢(shì)，從而提取有價(jià)值的信息。

4.2 應(yīng)用效果分析

（1）高度準(zhǔn)確地獲取鐵路車輛的裝載狀態(tài)，包括現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息、列車及裝載貨物的雷達(dá)點(diǎn)云信息、周圍的溫度場(chǎng)信息，從中可以查詢到貨物分布、穩(wěn)定性和周圍區(qū)域溫濕度情況，從而降低運(yùn)輸過程中因裝載問題或列車故障導(dǎo)致的貨物損失。

（2）利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別分析列車及裝載貨物狀態(tài)。從獲取到的視頻圖像、雷達(dá)點(diǎn)云、熱成像數(shù)據(jù)中提取出車輛裝載狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息特征，將其輸入到訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，實(shí)時(shí)分析列車狀態(tài)及裝載貨物的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)車窗門開啟、車身異物、篷布飄起、篷布破損、貨物超限和卷鋼移位等情況時(shí)，能夠迅速觸發(fā)警報(bào)并采取糾正措施，有力地提高運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

（3）設(shè)備可以提前了解設(shè)備故障、零部件壽命和設(shè)備更換時(shí)機(jī)，使運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員能夠及時(shí)采取措施，減少非計(jì)劃維護(hù)時(shí)間，降低維護(hù)和修理成本，提高車輛和設(shè)備可用性。鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)可自動(dòng)化檢測(cè)裝載過程，減少了人工勞動(dòng)和時(shí)間成本。

（4）系統(tǒng)展現(xiàn)出良好的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，能夠在不同環(huán)境條件下持續(xù)運(yùn)行，降低了維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)具備強(qiáng)大的安全措施，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和操縱，保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于動(dòng)態(tài)多源數(shù)據(jù)采集的鐵路車輛裝載狀況檢測(cè)和智能分析系統(tǒng)，是傳統(tǒng)鐵路貨檢智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的延伸，選用雷視一體機(jī)與多傳感器融合，利用智能識(shí)別技術(shù)對(duì)車窗門開啟、車身異物、篷布破損、貨物超限等異常情況進(jìn)行識(shí)別，并針對(duì)采集和處理的多模態(tài)數(shù)據(jù)通過人工智能技術(shù)進(jìn)行特征分析，可以為實(shí)現(xiàn)事故預(yù)案制定奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前該系統(tǒng)使用情況良好，可通過數(shù)據(jù)可視化為鐵路企業(yè)和貨主提供列車裝載監(jiān)測(cè)、智能分析和預(yù)警支持，未來還需進(jìn)一步在真實(shí)復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，不斷優(yōu)化技術(shù)與系統(tǒng)功能。