铁路货场防侵限安全智能预警监控技术研究

王健，李琦，魏子雄

（沈阳铁道科学技术研究所有限公司，沈阳 辽宁 110013）

铁路货场是指铁路货运站办理货物承运、保管、装卸和交付作业的一个生产车间，也是铁路货物运输与其他货物运输工具衔接的场所。货场是铁路货物运输生产过程的起始、中转和终止的地点，与国民经济各部门直接发生联系，是铁路货物运输的主要环节。然而，在货场实际的生产及作业过程中存在着一定的安全风险，如近几年集团公司货场发生的多起调车组人员伤亡事故，教训极为深刻，事故原因主要为汽车抢越没有设置防护栏杆的平过道和汽车侵限与线路平行运行，这在一定程度上暴露了铁路货场在防侵限安全预警监控方面的技术手段相对落后，无法对上述风险进行及时有效的管控。

1 需求分析

随着经济的发展，全国货物运量不断提升，铁路物流基地不断地增多，这不仅提高了铁路的运输能力，也为各企业的运输生产带来了极大的便利。然而，随之带来的安全问题和责任，也日渐加重。当前，国内的货场普遍实施有综合视频监控系统，实现了货场的高清视频全覆盖。但是，现有的高清视频监控系统也面临着很大的挑战，大量的视频源往往通过大屏轮循的方式显示在大屏幕上，通过人工判断的方式，进行事态监控。在如此多的视频流中，人的监管工作就显得繁重而低效，监控的更大作用，依然只能用于事后的取证和检索。因此，如何能再事件发生的第一时间，通过视频监控发现异常事故行为，通知管理人员，避免事故的发生，就显得尤为突出。随着近年来深度学习算法在图像识别领域的广泛应用以及以GPU为代表的计算性能跨越式提升，基于视频模式识别的区域入侵检测逐渐具备了实际应用条件，基于深度学习算法的周界防范技术已经可以很好地为铁路行业提供可靠、稳定的安全技术保障。

2 预期目标

采用比较成熟的智能视频监控技术，实现对视频内的虚拟界限和车辆活动路径进行实时读取分析，实时监控是否有车辆及货物侵限的情况，同时，将报警信息传送到调车作业人员手台中，实现对货场中车辆及货物侵入线路限界的智能预警监控。主要实现目标：

（1）货车静止状态下，监控货车停靠时的非法侵入情况，并进行报警；

（2）货车运行状态下，监控货车运行途中的非法侵入情况，并进行报警；

（3）货车在行驶过程中，监控有拦截杆路口的拦截杆抬起/落下状态，针对异常情况进行报警；

（4）货车在行驶过程中，监控没有拦截杆路口，针对争道抢行情况进行报警。

（5）货物摆放的非法侵入情况，针对异常情况进行报警。

3 工作原理及技术指标

智能视频监控系统是采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过在监控系统中增加智能视频分析模块，借助计算机强大的数据处理能力过滤掉视频画面无用的或干扰信息、自动识别不同物体，分析抽取视频源中关键有用信息，快速准确地定位事故现场，判断监控画面中的异常情况，并以最快和最佳的方式发出警报或触发其他动作，从而有效进行事前预警，事中处理，事后及时取证的全自动、全天候、实时监控的智能系统。

3.1 工作原理

接近开关安装在距离列车进入货场装卸区一定距离外，当列车触发接近开关后，接近开关立即将信号传输至系统软件，系统经过智能分析，根据来车具体情况启动一级相应，货场道闸位置区域广播立即鸣放禁止车辆通行，装卸区域的作业广播立即警示注意作业安全有列车接近，并将所在区域监控系统自动启动，判断是否有非法侵如情况，同时，将通过对讲机提示调车作业人员注意危险。

当列车进入货场停稳后，货场内的传感器继续监控货车的侵限情况，对讲机及区域广播将发布二级相应通告，所有装卸区域监控系统将对场区车辆人员进行全面监控，地方货车，严格按照货场工作人员引导，方能进行货物装卸区域进行装卸车作业。

当列车完成装卸工作后，驶离场区时，再次发出一级响应，系统软件将再次将重点区域进行布控及警告广播，直至列车驶出货场。

3.2 技术指标

3.2.1 实时性

从入侵行为开始到系统发出报警提示所需的响应时间，应不大于3s。

3.2.2 准确性

系统支持24小时运行；

在80米以内检测区域，误报率为0%，漏报率为0；

在80～100米以内的检测区域，误报率小于2%，漏报率为0；

在100～150米以内的检测区域，误报率小于5%，漏报率为0；

在150～230米以内的检测区域，误报率小于8%，漏报率为0。

3.2.3 其他要求

系统对报警发生期间的视频片段应满足长期存储要求。

4 实施方案

采用比较成熟的视频监控技术，借助智能摄像头进行安全区域的划定，同时，根据实际情况（比如，报警信息传送到手台等），进行必要的二次开发。

智能摄像头主要技术参数：300万红外网络高清智能球，300万像素，30倍光学，支持H.265兼容H.264，超低照度，3D降噪，低码率，ROI，三码流，透雾，强光抑制，Smart IR，电子防抖，智能运动跟踪，越界侦测、区域入侵、人脸侦测、音频侦测、进入区域、离开区域、徘徊、物品遗留、物品拿取、人员聚集、车牌识别，IP66，红外180米。

进出货场记录方式：采用摄像头与红外传感器联动的方式，既通过摄像头识别技术，红外传感器感应火车进出场；开启摄像头录像功能，准确快捷的定位火车进出场过程。

铁轨沿火车行驶方向两侧划定安全区域：采用电子围栏与视频联动的方式进行划定。电子围栏与以前的红外对射器一样，都属于报警探头类的设备。该类型设备是分防区的。布防的情况下，只要某个防区产生触动和遮挡报警，该防区的模块组会向监控室发送一个开关量报警信号，报警主机识别该地址码的报警信号以后，输出一个报警信号给电子地图或电脑、联动装置。监控系统主机若与报警主机进行过报警联动设置，这时，会对报警主机传递过来的报警信号进行甄别，然后，把该防区里面的监控探头调用，进行录像以及重点强调观看。

有拦截杆路口监控实现方式：将拦截杆改造为智能道闸，即选配车辆探测器，红外传感器，压力波等安全装置；配置RS232/485等接口，便于远程采集道闸状态，与摄像头进行联动进行报警。同时，利用摄像头AI技术作为辅助手段，对拦截杆的起落状态进行监控。

无拦截杆路口监控实现方式：主要是针对火车在运行过程中，针对铁轨沿火车行驶方向两侧划定安全区域，火车前进区域或后退区域（根据火车运行速度，计算刹车距离）。将两侧与前后4个方向的区域划定为安全区域。关键技术解决前后2个方向的安全区域划定。

在路口安装车辆探测器、红外传感器、压力波等安全装置，获取火车与路口的安全距离，划定安全区域。

或者在火车上，安装一个移动式摄像头，用于感应当前车辆的速度；通过与各路口的监控摄像头进行联动（按照距离的方式，进行联动），保证当前火车在行驶过程中，所能够进行联动的区域即为安全区域。

任何闯入安全区域的物体都通过调度手台进行报警。

5 结语

综上所述，视频安全智能预警监控技术已经非常成熟并应用于其他领域的周界报警中，若能成功应用于货场防侵限领域，用于监控及阻止货场内货运汽车侵入线路限界内，避免火车与汽车碰撞安全事故的发生，挽救生命财产的同时，也保证了铁路运输生产的安全，对于铁路运输保障具有非常深远的意义。