人工智能搭乘着铁轨实现轨道检查自动化
轨道交通是世界上最受欢迎的交通方式之一,尤其是在人口密度高的城市中心,成群的人们挤在地铁往返于城镇。正如你所想象的那样,将数百吨或数千吨重的机车和轨道车送到两根钢梁上,这就使得持续的安全检查成为重中之重。
但你知道大多数这些检查,包括火车轨道的检查,仍然是人工进行的吗?
正确。大多数轨道检查,即使在美国,仍由人进行目视检查,检查人员在轨道上行走或行驶,定期停下来检查状况,测量轨距,并检查轨道紧固件是否适当安全。这项检查在全世界花费的时间难以想象。
借助人工智能和计算机视觉技术的所有最新发展,自动化检查解决方案可以取代人工检查员,从而节省了时间、降低了成本,并且提高了视觉轨迹检查的覆盖率。也就是说,如果人工智能系统设计得足够好到能够承受铁轨的严苛要求的话。
自动化轨道安全人工智能检查
以轨道紧固件检查为例: 一个人工智能检查系统包括安装在机车下方的高清摄像头,一个对钢轨紧固件角度进行分类的人工智能模型,以及一台边缘计算机,该计算机可以监控每一个钢轨紧固件的完整性,然后将异常推断传回运营中心,以便在必要时派遣技术人员 (图 1)。
![Moxa 轨道紧固件检查系统图](https://insighttech.intel.com/wp-content/uploads/sites/45/2022/12/automated-inspection-1-1-641x400.jpeg)
这比派人定期检查铁轨紧固件要有效得多,最重要的是,搭载自动检查系统的火车一开始就已经朝着这个方向行驶了。而且这不仅能够准确地检测到问题,还有助于尽可能确保乘客和货物在安全的路线上行驶。
当然,这听起来比实际情况简单得多。一个像这样的系统需要高度精确的定制人工智能模型;在边缘运行的足够处理能力;在有限的资源上运行的足够效率;以及符合 EN 50155 等标准在恶劣环境中工作多年的能力。
满足所有这些要求的解决方案就不会从火车后面剥离下来。
轨道上的眼睛
意识到潜在的好处,亚洲的一家火车运营商寻求了工业计算机领先提供商 Moxa Inc., 和 V2406C 系列 Multi-WWAN 轨道计算机制造商的帮助。
V2406C 是一款符合 EN 50155:2017 和 EN 50121-4 标准的车载兼路旁铁路计算机,专为用于重型数据处理任务而设计,已作为车载闭路电视和 NVR 存储和视频处理平台部署在列车上。基于第 7 代英特尔® 酷睿™ 处理器技术, V2406C 具有在机车车辆环境中工作长达 15 年所需的 -40ºC 至 +70ºC 的宽温度支持,以及在不消耗资源的情况下持续运行的功耗。
但是,为了实现轨道紧固件用例所需的 90% 以上准确性, V2406C 还需要进一步改进。它所需要的略微调整是通过英特尔® 发行版 OpenVINO™ 工具套件和英特尔® Movidius™ 视觉处理单元 (VPU) 加速模块提供的。
OpenVINO 工具套件自动优化在 Caffe、TensorFlow、PyTorch 或 MXNet 等框架中开发的人工智能模型,以便在包括 Movidius VPU 在内的一系列英特尔芯片硅片上部署。在轨道紧固件检查系统中,这些 VPU 是通过将两个加速模块插入 V2406C 系列上的 mPCIe 插槽来集成的。然后,OpenVINO 套件随后被用于压缩 Moxa 和系统集成商设计的自定义轨道紧固件分类算法,以使其适合 V2406C 系列的 32 GB 车载 DDR4 RAM。
由此产生的人工智能检查算法在 Movidius VPU 上执行,以实时识别角度超过 18 度的异常轨道紧固件,从而产生精度超过 90% 的分类。
回到正轨
今天,列车运营商将来自 V2406C AI 检查系统的推断结果记录在两个热插拔 HDD/SSD 存储扩展驱动器上,然后在列车返回后在运营中心查看行程数据。但是还有计划来利用 V240C 的两个 mPCIe 无线扩展插槽和四个 SIM 卡插槽提供的冗余 LTE/Wi-Fi 连接,将推断结果和定位数据从路边列车无线传输回控制中心。
通过将这种边缘情报与中央枢纽联系起来,列车运营商可以将人类检查员转变为维护技术人员,而这些技术人员只需被派往需要立即关注的特定轨道段。借助通过人工智能技术实现的自动化检查,其结果将是轨道状况会更好、延误更少并且运营成本更低。