【5G案例】“火车头医生”用“5G+AI” 守护铁路安全

“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。

“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。

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。

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。

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