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“火车头医生”用5G+AI,守护铁路运输安全

华为全球交通业务部 郭千里、陈丹凤

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“火车跑得快,全靠车头带”。2019年全国铁路货运总发送量完成43.89亿吨、旅客发送量完成36.6亿人次。旅客们坐着舒适平稳的火车安全出行,却鲜有人知道,有这样一群人在默默守护着旅客出行安全,他们就是“火车头医生”。

“火车头医生”包括“专科医生”和“影像分析师”等,前者有中国国家铁路集团有限公司首席技师、享受国务院政府特殊津贴、党的十九大代表李向前,全国五一劳动奖章获得者、春运最美铁路人、西铁楷模、清华大学硕士周苗生;后者有坚守“让沉睡的数据苏醒,用真实的视频说话”职业操守的桑明辉。

平时就忙碌的他们,在春运期间更是工作量陡增,平均要四五年才能轮到一次回家过除夕。除了这份责任外,是什么让“火车头医生”如此繁忙?

中国铁路西安局集团有限公司西安机务段,肩负着西北地区所有从西安始发或途经西安旅客列车的牵引,以及相关所有列车司机(含高铁司机)的管理任务。火车头和列车司机对列车的安全运行至关重要,因此,当火车头驶入机务段的那一刻,“火车头医生”们便开始忙碌起来:“影像分析师”负责找司机的“毛病”,而“专科医生”负责给火车头“体检”。

“影像分析师”:“人工”拷视频,“肉眼”看录像

列车司机的责任重大,其驾驶行为直接影响着上千旅客的生命和财产安全。为了确保安全风险全面受控,西安机务段配有40名专职“影像分析师”,通过对司机驾驶过程中的视频录像、LKJ行车记录数据进行关联分析,对司机的驾驶行为进行人工抽检,以发现违规行为并进行记录及处罚。

一台火车头一般安装7个摄像头,只要火车头在启动状态,这7个摄像头就会时刻记录两端司机室、机械室及前后路况的视频信息。火车头一次运输任务执行下来,大约会产生30~50GB的视频数据。目前,火车头的车载数据转储普遍采用人工U盘拷贝,每次整个数据的转储过程需40多分钟,效率低下。

除此之外,“人工”拷贝还可能导致很多安全风险,如:车载计算机感染U盘病毒;中间环节多、管控难,数据有损坏、篡改等风险;车载设备USB接口损坏等。

另外,通过“影像分析师”人工抽查、分析司机驾驶录像的方式,也存在效率低及安全隐患等问题。由于视频量巨大,因此人工分析无法做到全面覆盖;人眼容易疲劳,可能存在问题遗漏的风险;同时,这项工作对“影像分析师”的专业素质要求高,一般需要具有非常丰富经验的“老司机”,造成了宝贵列车司机资源的浪费。

当前机务专业的信息化、智能化程度较低,已严重制约业务发展

“专科医生”:大量“人防”作业,急需加强“技防”手段

西安机务段专检专修组的70名“专科医生”,每天需要24小时不间断地对上百台入库的火车头进行“体检”,爬车顶、钻地沟,在狭窄的机械间中来回穿梭。无论是火车头钳工、制动工、焊接工、电器钳工还是弓网检测,所有专科医生都需要在非常有限的时间(春运时20分钟)内对每台入库火车头进行全方位的检查,迅速判断,及时治疗,以确保火车头按时出库、正常安全行驶。

火车头的走行部是指下部引导车辆沿轨道运行,并将全部重量传送给钢轨的部分,由轮对、轴箱油润装置、侧架、摇枕和弹簧减振装置等组成,相当于汽车的底盘,但比其又复杂得多。 走行部一般共有2306个排列非常繁杂的螺栓,采用传统方式检修时,需要通过人工拿锤子敲听声音、用肉眼观察等,来判断螺栓及其他关键部件是否正常,这不仅容易漏检,且高度依赖人工经验。同时,每台火车头进来都要重复执行复杂的程序,虽然这些关键部件都安装了传感器,但是传感器的数据并未充分挖掘,只能人为地对关键部件采取频繁的“过度”维护方式,检修频率非常高,浪费了大量人力物力。

当火车头关键部件存在较大的“健康”问题时,“专科医生”除了根据每台火车头的修程、历史“病历”记录及问题表现等进行定向、专业的“治疗”外,必要时还需联系“住院”(入库或者返厂)进行更系统、全面的诊断和专业治疗,这可能会花费数周时间,严重影响了铁路的生产效率。另外,由于当前一些“疑难杂症”的诊断,过度依赖“专家医生”的个人经验,因此,火车头的检修需要尽快实现从“人防”向“技防”的转变,对火车头及其关键部件的健康管理及修程、修制进行持续优化。

“5G+AI”智能机务解决方案

凭借对铁路行业的深刻洞察,基于领先的通信和数字平台能力,华为携手业界伙伴联合创新,推出了基于5G+AI的智慧机务解决方案,通过先进技术的使用,降低了“火车头医生”的劳动强度,提升了智能化水平,可更好地保障运输安全,助力西安局集团“智慧西铁”的建设。

首先,“5G+AI”智慧机务解决方案采用5G技术代替人工,不仅将转储效率提升了10倍,还可以自动获取真实完整的司机监控录像。

该方案基于华为全球领先的5G技术,工作于新兴的毫米波免费频段,采用波束赋型(相控阵天线,覆盖范围外,快速衰减,抗干扰能力强)和智能跟踪技术(智能跟踪算法可随时确保对准车载终端,并维持稳定带宽),实现了车地自动高速转储。当火车头缓慢进段时,在咽喉区300~500米的范围内,车载终端自动与轨旁基站建立千兆以上的高速通道,转储速率最大可达1.5Gbps以上,火车头执行一次任务产生的大约30GB的数据,在3分钟之内即可自动完成转储。

转储全程无需人工干预,数据完整、安全可靠,相比人工拷贝效率提升了10倍以上。这是5G技术在铁路行业的首批智能化应用,将彻底解决人工拷贝效率低、有安全隐患、数据不可靠等诸多问题,帮助“影像分析师”及时获得完整的视频数据。

传统机务和智慧机务的比较

其次,AI助手成为“影像分析师”的“火眼金睛”。全量司机视频录像数据采用5G技术回传,通过高速缓存设备进入智能分析中心后,就可借助AI技术自动识别司机的违规行为。

依托华为AI平台领先的算力(作为当前业界最快的训练平台,在斯坦福大学的DAWNBench AI模型训练全球排名中,华为云ModelArts模型的训练成绩在2019年3月19号刷新记录,将训练

时间缩短至4分8秒,而同样的训练在AWS上则需18分钟),合作伙伴可将一个模型的训练时长从1周缩短到1~2天,实现了快速应用。

此外,该方案还可根据实际场景,进行视频行为分析算法的定制开发,目前已实现了11个违章项的自动智能识别(如未比手势、玩手机、未握大闸、瞌睡等),通过构建司机智能评价模型规范行为,保障安全,从而解决了“影像分析师”人工抽查不全面和效率低的问题。以前,人工分析每人每天只能抽查4台车,采用智能分析技术后,每人每天可处理40台以上的分析结果,分析效率提升了10倍。

最后,通过大数据诊断,让关键部件的健康状况可预测。该方案凭借华为大数据平台的集成、存储、查询、分析和良好的数仓、BI支持能力,以及ROMA平台的数据联接和共享能力,打通多个核心业务系统,打造了机务全流程信息共享平台。

基于走行部车载传感器数据,以及地面运安、整备、检修等数据,结合合作伙伴长期在走行部领域积累的大量专家经验和故障样本,构建的火车头走行部故障预测及健康管理模型,可实现走行部的健康评估、寿命预测等功能,在推进火车头从“计划修”向“预测修”转型的同时,也将为修程、修制的改革积累科学的依据。

基于大数据平台,可对走行部传感器状态的海量历史数据进行分析及健康评估,绘制出寿命曲线,对处于“亚健康“状态的部件及时预警,从而帮助“专科医生”从繁琐而高强度的过度检修中解放出来,将人工检修次数降至最低,同时,避免了小病向疑难杂症的转化。

轮轴探伤工作也可从大数据应用中获益。轮轴的健康状态对行车安全至关重要,若轮轴出现损伤而未及时发现,裂缝就会越来越大,如在行驶过程中发生断裂,后果将不堪设想。此外,牵引杆、车钩等运动关键部件,出现裂损也要及时更换,否则也会影响行车安全。按规定,在车轮轮对上,一旦发现当量2毫米以上的小孔,深度0.7毫米以上的剥离,都要马上更换。轮轴损伤常常仅有发丝的细度,在人工探测时,需反复探三四次才能确认出来。而采用大数据分析,通过检测每日的轮轴传感器状态数据(如轴温、振动等),就可对其健康状态进行评估,以预测故障风险并及时预警,不仅提升了检修效率,更降低了安全隐患。

智能机务,从“人防”向“技防”转变

华为智能机务解决方案的应用,将铁路机务运行的安全问题减少了10%以上,数据采集和分析效率提升了10倍以上,每个机务段每年可节省数百万元的运营成本。

借助5G+AI,华为智能机务解决方案将极大地提升铁路检修的智能化水平,促进铁路机务问题从“人防”向“技防”转变,在大幅降低“火车头医生”工作强度的同时,极大地提升效率,最大程度地预防列车的安全隐患。

除夕之夜,“火车头医生”们可与家人相伴,同时,14亿旅客的安全出行也能够得到更好的保障,这才是技术带来的最重要价值。

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第30期 智慧交通特辑

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