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关键词：铁路车号智能识别；无人值守；智能称重；RFID
黎挺
男，广东高州人，粤电集团有限公司云浮发电厂热控专责工程师，从事电厂生产过程自动化管理和研究工作。
1 前言
近两年来，轨道衡配车号自动识别装置（简称一代AEI， Automatic Equipment Identification）被企业广泛应用，但在实际应用中，由于国铁货车标签的损坏等诸多原因会导致车号自动识别率的降低，使得轨道衡即使配置了车号自动识别装置后仍存在人工抄号及抄写误差的现象，仅仅安装车号识别装置（一代AEI）并无法真正免除人工抄号。
对于电厂等铁路运输量较小企业来讲，一代铁路车号自动识别系统虽起到一定的辅助作用，但对于原本计量工作量较小的企业来讲，仍在延续着过去的倒班工作及人工抄号模式，计量员的工作内容单一，造成人力成本的浪费。
铁路车号智能识别系统（二代AEI）是集“六位一体”的智能化实时数据采集与在线监控（SCADA)系统。“六位一体”即：
（1）铁路车号自动识别；
（2）车号、自重图像抓拍（智能补救）；
（3）计量数据采集；
（4）红外线状态监测；
（5）货检作业安全监控；
（6）远程在线故障诊断。二代AEI科学的解决了人工抄号及误差补救问题，真正的实现了轨道衡的无人值守智能化称重。通过二代AEI的实施，彻底甩掉人工抄车号及自重，减少人为操作，提高了过衡原始数据的安全性（防作弊）；减少人工劳动量，由原来的人员倒班方式改为只要少量人员进行维护和台帐处理；便于过衡单（原始数据）的审核，真正实现了无人值守智能称重。
2 铁路车号智能识别系统的结构和功能
铁路车号智能识别系统（二代AEI）主要通过在现有的动态轨道衡上加装铁路车号智能识别系统（二代AEI），实现轨道衡全自动无人值守称重，计量人员可在厂部办公室远程完成过衡的计量工作，管理人员可在远程进行监管。
2.1 系统结构及组成
铁路车号智能识别系统硬件部分由上位机和下位机两部分组成，如图1所示。上位机部分是二代AEI系统工控主机。下位机部分主要包括：
（1）铁路车号自动识别子系统：铁路车号读出器、微波天线、射频电缆等；
（2）车号、自重图像抓拍及计量监控子系统：摄像机、视频采集卡等；
（3）车辆运行状态跟踪（辆数、辆序、状态、速度等）子系统：数字式红外探测器等；
（4）智能控制子系统：智能控制器等。
图1 铁路车号智能识别系统结构图
铁路车号智能识别系统软件模块如图2所示。
图2 铁路车号智能识别系统软件模块
二代AEI主要由如下功能模块组成：货车车号自动识别、货车自重自动识别、货车称重图片自动抓拍（智能补救）、红外线车辆状态判定、自动轨道衡重量数据提取、自动报表生成、远程监控称重作业、远程查询打印、远程在线诊断故障及报警、货检作业安全监控等，它们的具体描述如下：
（1） 自动识别铁路货车标签内的车号等车辆信息
通过RFID技术自动识别货车的车型、车号、车种、车次、辆序、总辆数、车辆到达时间、车辆通过时间和其它需加载信息等。
（2） 多样化皮重解决方案
当皮重需要计量的时候，系统以24小时内同一车号（或根据实际情况设定时间）为依据进行自动除皮，系统对于超过24小时的车辆定义为“老牌车”，系统自动提示计量管理人员对老牌车进行关注。如果因车辆故障等因素导致延误较长时间时（如72小时），系统在出现老牌车计量时会做好标记并导入临时数据库并处于待定状态，等待管理人员确认后再承认该次计量结果。
对不回皮车辆自动采集货车的自重，系统分为：额定自重库模式和实际动态自重库模式。自重通常有两种即：额定自重和实际自重。一般来讲，货车通过厂修、段修后的实际自重与额定自重有所不同，车辆大修后的自重信息是写到车皮右边的，如：C62A的额定自重是21.7吨，大修后车皮右侧写的自重有的是22.1吨、有的是21.3吨，所以差别比较大。由于各个企业的结算方式不同，对自重的要求也不同，有的以额定自重结算，有的以实际自重结算。
系统在功能上具有额定自重库和实际动态自重库两种模式可选。
①额定自重库模式：系统自身有铁道部的标准自重库，企业选择该模式可以实现自动采集。电子标签内的车型信息对应了标准自重库的自重数据，在计量过程中通过自动识别到的车型可以自动调出自重库的自重数据。
②实际动态自重库模式：系统建立自重动态更新库，可以根据前期的车号对应的更新自重建立了自重的更新库，当再次识别到该车皮时系统自动调用更新的自重数据。一般来讲，企业的铁路煤源相对固定，车辆均由对口车辆段安排调配车皮计划，虽然从短期看车辆是变动的，担从月周期或季周期来看，车辆是相对固定的，因此建立实际动态自重更新库对企业来讲有利于精确计量的需要。
（3） 货车计量即时图片抓拍功能（智能补救措施）
系统在每节车皮计量完毕的瞬间抓拍到车号位置和自重位置及煤位高度图片，能够通过人工清晰辨认。图像抓拍的意义在于计量后的补救措施，因为铁路车辆的货车标签有可能因损坏而无法被车号识别设备读取到。比如：有40节车皮过衡计量，其中第8节车皮标签因损坏未读到，操作员事后可以点击第8节车皮，此时弹出第8节车过衡的车号、自重及煤位高度的清晰图片，只要依照图片上的车号及自重资料填入即可，从而起到智能补救的作用。
系统能够在货车计量的同时抓拍到货车车厢上的车号、自重、煤位清晰图片，并与自动识别到的每辆货车车号形成关联的打包数据，在点击查询该辆车过衡信息时出现对应的车号、自重、煤位相应清晰图片。无论是白天还是夜间，系统均能抓拍到图片，并能清晰看到图片内的车号信息、自重信息、煤位高度，供计量人员在后端办公室录入。
（4） 数据接口功能
系统的计量数据可以为企业ERP（MIS）等系统提供多种数据接口（包括EXCEL表格、SQL SERVER表单、ORACLE表单、XML等。系统上传分为：人工确认后上传和自动上传两种可供选择的模式。
（5） 红外线技术判别车辆辆数及辆序、运行速度及状态
利用红外技术来识别货车的辆数及辆序、运行车速及状态，可以适应车辆0～200Km/h的速度。且系统可以适应低速（0～3Km/h）、停车、倒车等各种车辆运行状态，能够做到智能分析判断车辆的状态。
（6） 自动数据提取
轨道衡仪表的计量数据，并与车号数据自动对位，自动生成生产要求的报表，可进行汇总、查询、打印、统计等。
2.2 铁路车号智能识别系统的功能
二代AEI主要由如下功能模块组成：货车车号自动识别、货车自重自动识别、货车称重图片自动抓拍（智能补救）、红外线车辆状态判定、自动轨道衡重量数据提取、自动报表生成、远程监控称重作业、远程查询打印、远程在线诊断故障及报警、货检作业安全监控等，它们的具体描述如下：
（1） 自动识别铁路货车标签内的车号等车辆信息
通过RFID技术自动识别货车的车型、车号、车种、车次、辆序、总辆数、车辆到达时间、车辆通过时间和其它需加载信息等。
（2） 多样化皮重解决方案
当皮重需要计量的时候，系统以24小时内同一车号（或根据实际情况设定时间）为依据进行自动除皮，系统对于超过24小时的车辆定义为“老牌车”，系统自动提示计量管理人员对老牌车进行关注。如果因车辆故障等因素导致延误较长时间时（如72小时），系统在出现老牌车计量时会做好标记并导入临时数据库并处于待定状态，等待管理人员确认后再承认该次计量结果。
对不回皮车辆自动采集货车的自重，系统分为：额定自重库模式和实际动态自重库模式。自重通常有两种即：额定自重和实际自重。一般来讲，货车通过厂修、段修后的实际自重与额定自重有所不同，车辆大修后的自重信息是写到车皮右边的，如：C62A的额定自重是21.7吨，大修后车皮右侧写的自重有的是22.1吨、有的是21.3吨，所以差别比较大。由于各个企业的结算方式不同，对自重的要求也不同，有的以额定自重结算，有的以实际自重结算。
系统在功能上具有额定自重库和实际动态自重库两种模式可选。
①额定自重库模式：系统自身有铁道部的标准自重库，企业选择该模式可以实现自动采集。电子标签内的车型信息对应了标准自重库的自重数据，在计量过程中通过自动识别到的车型可以自动调出自重库的自重数据。
②实际动态自重库模式：系统建立自重动态更新库，可以根据前期的车号对应的更新自重建立了自重的更新库，当再次识别到该车皮时系统自动调用更新的自重数据。一般来讲，企业的铁路煤源相对固定，车辆均由对口车辆段安排调配车皮计划，虽然从短期看车辆是变动的，担从月周期或季周期来看，车辆是相对固定的，因此建立实际动态自重更新库对企业来讲有利于精确计量的需要。
（3） 货车计量即时图片抓拍功能（智能补救措施）
系统在每节车皮计量完毕的瞬间抓拍到车号位置和自重位置及煤位高度图片，能够通过人工清晰辨认。图像抓拍的意义在于计量后的补救措施，因为铁路车辆的货车标签有可能因损坏而无法被车号识别设备读取到。比如：有40节车皮过衡计量，其中第8节车皮标签因损坏未读到，操作员事后可以点击第8节车皮，此时弹出第8节车过衡的车号、自重及煤位高度的清晰图片，只要依照图片上的车号及自重资料填入即可，从而起到智能补救的作用。
系统能够在货车计量的同时抓拍到货车车厢上的车号、自重、煤位清晰图片，并与自动识别到的每辆货车车号形成关联的打包数据，在点击查询该辆车过衡信息时出现对应的车号、自重、煤位相应清晰图片。无论是白天还是夜间，系统均能抓拍到图片，并能清晰看到图片内的车号信息、自重信息、煤位高度，供计量人员在后端办公室录入。
（4） 数据接口功能
系统的计量数据可以为企业ERP（MIS）等系统提供多种数据接口（包括EXCEL表格、SQL SERVER表单、ORACLE表单、XML等。系统上传分为：人工确认后上传和自动上传两种可供选择的模式。
（5） 红外线技术判别车辆辆数及辆序、运行速度及状态
利用红外技术来识别货车的辆数及辆序、运行车速及状态，可以适应车辆0～200Km/h的速度。且系统可以适应低速（0～3Km/h）、停车、倒车等各种车辆运行状态，能够做到智能分析判断车辆的状态。
（6） 自动数据提取
轨道衡仪表的计量数据，并与车号数据自动对位，自动生成生产要求的报表，可进行汇总、查询、打印、统计等。
表1 云浮发电厂轨道衡计量单：
（7） 现场无人值守，远程实施称重作业
本称重系统实现无人值守智能计量，操作人员可在后端实施称重作业，无需在现场进行倒班计量工作，大大提高工作效率，使得电厂有限的人力资源得到充分的发挥应用。轨道衡的计量工作可以在远程即时作业，也可以过衡后在远程集中进行计量作业，打印磅单报表，无需整日在磅房等候。
管理部门通过网络远程对现场实施即时监控，管理部门可以对现在或过去某一特定时间的称重状况进行查询或打印，对历史数据及图片进行分析。计量管理人员可对称重现场远程监控，在远程可对计量数据进行监控、查询、统计、打印、结算等。远程维护系统是在客户因误操作或需要进行软件修改时可以随时远程（通过电话线）对称重现场进行维护，可以做到及时、到位，不需要到现场。
（8） 上位机远程在线诊断故障及报警功能
系统能够远程在线检测下位机故障信息，发现问题即时报警。系统右端有三组黄灯为报警装置，当下位机设备（车号读出设备、红外线探测设备等）出现故障时，系统立即（1分钟内）自动报警，并指出故障设备的名称，提示管理人员查询并处理问题。
系统对于进入红外线区域的可疑人员实施抓拍录像，记录他们的行为情况。后端操作人员远程如看到有偷盗和破坏设备的犯罪分子时，可开启抓拍录像，记录他们的行为样貌。
（9） 货检作业安全监控
①在室内进行货检作业的预检作业，免除露天人工巡检作业。
②能够依据抓拍的每帧图像对每辆车进行安全检查，检查两侧车门是否关闭完好，车顶轮廓状态是否安全正常。
③能根据监控视频可以观察到货车的货物装载、加固状态；车辆篷布苫盖状态；施封及门、窗、盖、阀关闭情况。
④可以根据室内检测情况对可疑货物重点检查，从而加快货检进度，提高货检效率，可做到目的性强，针对性强，及时遏制安全隐患。
3 铁路车号智能识别系统的实现和应用
3.1 铁路车号智能识别系统的应用
铁路车号智能识别系统（二代AEI）主要通过在现有的动态轨道衡上加装铁路车号智能识别系统（二代AEI），实现轨道衡全自动无人值守称重，计量人员可在厂部办公室远程完成过衡的计量工作。系统在粤电集团有限公司云浮发电厂应用取得了良好的效果，不仅实现了远程自动无人值守称重，节约了人工成本，减少了人为差错，而且大大提升了工厂作业的自动化程度和信息化水平。系统现场运行及控制软件界面分别如图3和图4所示。
图3 云浮电厂无人值守智能称重系统现场
图4 过车时系统作业状态界面（在线监测状态）
3.2 铁路车号智能识别系统的特点和优势
铁路车号智能识别系统（二代AEI）相对于传统的路车号自动识别系统具有适应性强、可用性高、便于维护、系统扩展性好等诸多优点，因此，在实际应用过程中取得了良好的应用效果。它与传统路车号自动识别系统性能的差异详情见下表1。
表2 铁路车号智能识别系统与传统铁路车号自动识别系统性能比较：
| 传统铁路车号自动识别系统（AEI） | T200铁路车号智能识别系统（二代AEI） | |
| 适 应 性 |
专为国铁运输设计；适应5-160公里以上的车速；低速采用有源磁钢或地环，价格较贵，维护成本较高；停车、倒车无法判辆。 | 专为企业铁路专用线应用设计；适应0-200公里/小时车速；用红外线数字探测技术判辆，维护成本低，彻底解决了低速、停车、倒车现象时的判辆问题。 |
| 特 殊 性 |
工控机必须安置于距离天线30米内的房间里，铁路边旁需要盖房。 | 无距离限制。读出器放置于天线附近铁路旁的小铁箱，采用多种网络通讯方式（RS485/光纤）与工控机通讯，距离可达几公里，铁路边不需要房子。 |
| 应 用 性 |
无标签或标签损坏时无法识别，漏车掉号。 | 采用红外夜视摄像机抓拍每一辆车的车皮信息；如遇到车辆无标签或标签损坏时，只需调出相对应的车辆图像信息，即可得到所需的车型车号等数据。 |
| 维 护 性 |
人工到现场检测，无法远程在线判断设备故障。 | 远程在线检测，实时监控。出现故障，系统自动报警，提示故障设备和故障原因，便于维护。还具备远程控制（维护）功能。 |
| 扩 展 性 |
仅提供固定数据格式，无扩展性。 | 可根据客户的要求提供客户所需数据格式及协议，扩展性强，并可向多个管理端提供所需的数据，按照客户的各种要求提供所需的报表等等。 |
4 结束语
当前，国内的轨道衡即使配置了车号自动识别装置后仍存在人工抄号及抄写误差的现象，无法真正免除人工抄号带来的烦琐和差错。本文从提出了基于“六位一体”的二代铁路车号自动识别（二代AEI）系统，综合运用自动识别、抓拍、检测、远程诊断等多种处理措施，较好地解决了人工抄号及误差补救地问题，真正的实现了轨道衡的无人值守智能化称重。本文提供的综合解决方案也可通过适当的调整和扩展应用到车辆门禁、不停车自动收费的诸多应用领域，具有重要的推广价值和良好的应用前景。
参考文献：
[1] 刘瑞阳.铁路车号自动识别系统原理及应用[M].北京:中国铁道出版社,2003.
[2] 王庆文.铁路车号自动识别信息系统[J].铁路计算机应用,2003,12(5):17-18.
[3] 张冰，贺禹.数据采集和智能数据处理系统的分析和设计[J].计算机工程与设计,2004,25(6):892-895.
[4] 容关澳.计算机图像处理[M].北京:清华大学出版社，2000.
作者信息：
苏锐军（武汉踏弛智能科技有限公司，湖北 武汉，430080），男，山东济南人，毕业于华南理工大学工业装备与控制工程系，从事铁路车号智能识别系统（二代AEI）开发及应用系统研究工作。
黎 挺（粤电集团有限公司云浮发电厂，广东 云浮，527300）
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