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0 引言
乘务员远程出退勤测酒装置是为了提高铁路调车机行车安全管理水平而研发的一套智能测酒装置，同时辅助以软件管理系统，全面实现机车乘务员远程出退勤测酒管理。对于机车乘务员的出退勤测酒管理，目前的现状是有固定出勤点的地方现场安全工作管理制度严谨，设施到位，管理严格。但对于在段外、驻点外或行车途中的管理相对困难，设备匮乏，手段落后。
目前我段共有通过电话出退勤的调车机乘务员76班，这部分乘务员由于只是通过电话办理出退勤手续，并不直接在调度室出退勤，因此在出退勤测酒管理等方面存在漏洞，如何对这一部分机车乘务员的出退勤测酒进行卡控，从而实现对全段所有机车乘务员出退勤测酒的全面控制，是我们必须且急需解决的一项课题。
1 系统设计原理
机车乘务员出退勤时，通过终端输入本人工号，发“出退勤”请求，通过车载终端显示屏接受到要求吹气测酒指令后，向检测探头呼气测酒，测试的人员身份信息（包括工号、车次等）将实时回传客户端（机车乘务员出退勤测酒管理信息系统），并接收调度值班管理指令。例如：如果酒精含量超过标准值时，系统自动报警并发出相应指令“拒绝出勤”。在检测的同时车载装置自动采集被测者面部图像，通过网络传回中心主控系统，自动识别比对被测人员工号姓名测量结果等信息，根据结果自动或人工发送出退勤指令。
系统工作原理如下：
1、通过多种传输条件实现高速数传实现出退勤测酒装置与地面管理信息系统实时通讯。例如：铁路局域网、专网、U盘转储等。
2、通过装置自动拍照，通过可提供数据库进行人脸照片自动识别比对结果。
3、通过测酒装置进行实时快速呼出气体酒精含量检测。改进以前设备对烟酒干扰的问题，使测试精度达到警用精度。
4、开发地面管理信息系统，通过铁路局域网络实现多点设备的集中管理。
其中数据转发服务器和图像处理服务器共存于一台高性能服务器上。
2 系统功能
机车乘务员远程出退勤测酒装置的主要功能如下：
1、基于嵌入式系统，具备测酒、出退勤管理、拍照、人像身份比对、数据传输等功能，不依赖其他附属部件，无需外接计算机，完全独立工作。实现出勤、退勤、侯班、测酒等功能一体化设计。
2、具备多种网络功能，通过铁路专网或通过远程高速数传实现出、退勤测酒装置与地面数据中心实时通讯，实现网络监控测酒。无网时或网络故障时可以自动存储，并在网络恢复后自动回传数据的功能。
3、基于ARM9平台，自动摄像，系统可进行人像识别，自动输出身份比对结果。
4、具备实时图像显示和信息远程接收查看功能，不依赖本地计算设备，可显示司乘人员身份，测酒结果自动输出，指令及运行揭示实时显示。
5、具备存储功能，存储内容包括：实时图像、工号、姓名、测酒结果、测试时间等，存储数量不小于1万条。
6、通过地面管理系统实现机车乘务员出、退勤侯班集中管理，系统可以联网统一管理所有设备，进行远程管理、查询、维护等功能。
3 车载装置硬件平台
1、装置结构图：
2、装置系统流程：
3、测酒装置操作系统的定制
系统选用了Microsoft Windows CE（简称“WinCE”）操作系统。WinCE是一个紧凑的、高效且可扩展的32位操作系统，适用于各种嵌入式系统和产品。它拥有多线程、多任务和确定性的实时、完全抢占式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬件系统；同时，它的模块化设计方式能够为多种多样的产品来定制它，在本系统的开发过程中，我们通过选择、组合和配置WinCE的模块和组件来创建专用的操作系统。在定制WinCE开发中，主要有内核定制和应用程序开发两项非常重要的工作。使用的工具主要包括：内核定制工具Platform Builder和应用程序开发工具Embedded Visual C++。
4 系統软件核心设计
4.1 客户端软件系统主要模块
用户管理、系统管理、乘务员管理、人脸识别，主窗口如图：
4.2 客户端业务流程
4.3 软件架构
系统软件由主控程序及6个过程模块、10个子程序组成，6个模块是：系统自检模块；人员管理模块；联机通讯模块；图像处理模块；酒精检测模块；人脸识别自动认证模块。10个子程序是：通讯子程序；图像采集子程序；模拟信号采集子程序；数字信号处理子程序；报警子程序；图像样本库子程序；图像比对子程序；出退勤管理子程序；仪器自检子程序；容错处理子程序。软件结构设计采用了面向目标功能的块式结构，层次清晰、可读性好、便于理解。
4.4 软件系统核心技术
（1）人脸识别自动身份认证程序流程
（2）人脸识别自动身份认证技术分析
本系统中采用的人脸识别技术基于人的脸部特征，对输入的人脸图象提取所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸图像（本系统在初始化的过程中为每位乘务员建立了含有32张特征图片的数据库）进行对比，从而识别每个人脸的身份。本算法融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征点，利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型，即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的人的面像进行特征分析，根据分析的结果来给出一个相似值，通过这个值即可确定是否为同一人。人脸识别系统包括人脸图像摄取、人脸定位、图像预处理、以及人脸识别（身份确认或者身份查找）。系统输入是远程车载装置在测酒的同时所摄取的测试人员的人脸图像，通过计算输出则是一系列相似度得分，表明待识别的人脸的身份。根据实际的应用环境确定判定身份符合度的有效阈值。
（3）人脸识别自动身份认证技术核心算法
基于人脸特征点的识别算法（Feature-based recognition algorithms）。
基于整幅人脸图像的识别算法（Appearance-based recognition algorithms）。
5 应用与经济效益分析
5.1 易用性
我段协同开发单位自2007年11月开始，历时10个月进行系统的设计和开发工作，并从08年8月18日开始，历时3个月在现场进行装车实施和培训工作。从2008年11月10日开始累计记录测试记录超过5200次，开发组还深入业务现场察看系统使用情况，并会同大同运用车间部分行管人员、部分机车乘务员、调度室值班员的用户座谈会，询问用户的使用情况，广泛征集用户的使用建议。经过反复检测，确认该装置符合我段当前对机车乘务员远程出退勤的要求。并经过管理人员长期抽测，未发现一例违规出勤行为，提高了调车作业安全管理的可控性，取得了显著的社会效益和经济效益。
5.2 作业情况
当网络故障或者没有网络信号时，测酒数据可以自动存储，并在网络恢复后自动回传数据的功能。测试结果平均时间小于3秒，数据回传及接收出退勤命令可在60秒以内完成，并可以实现多台设备同期工作，高效，稳定。
5.3 将机车乘务员的出退勤测酒管理覆盖范围提高到100%全覆盖
机车乘务员远程出退勤测酒装置的使用，按照原电话出勤的管理模式，一位管理人员每天只能抽查检测3至5台车，覆盖乘务员10人以内，由于管理人员有限，而且出勤时间集中，大部分乘务员在出勤前只能通过电话出勤，无法做到测酒管理；而使用机车乘务员远程出退勤测酒装置，每台车两位乘务员出勤测试及接收出退勤管理命令只需要3分钟，50台调车机100名乘务员的出退勤测酒管理工作可在30分中内完成，节约了大量的人力，并且可以“一人不漏”“一次不漏”做到避免“饮酒作业”的违规行为。机车乘务员远程出退勤测酒装置的使用使得安全管理更加彻底，行车安全得到强有力的保证，违规饮酒的概率降低了，为确保运输任务的顺利实现做出了积极的贡献，社会效益显著。
乘务员远程出退勤测酒装置是为了提高铁路调车机行车安全管理水平而研发的一套智能测酒装置，同时辅助以软件管理系统，全面实现机车乘务员远程出退勤测酒管理。对于机车乘务员的出退勤测酒管理，目前的现状是有固定出勤点的地方现场安全工作管理制度严谨，设施到位，管理严格。但对于在段外、驻点外或行车途中的管理相对困难，设备匮乏，手段落后。
目前我段共有通过电话出退勤的调车机乘务员76班，这部分乘务员由于只是通过电话办理出退勤手续，并不直接在调度室出退勤，因此在出退勤测酒管理等方面存在漏洞，如何对这一部分机车乘务员的出退勤测酒进行卡控，从而实现对全段所有机车乘务员出退勤测酒的全面控制，是我们必须且急需解决的一项课题。
1 系统设计原理
机车乘务员出退勤时，通过终端输入本人工号，发“出退勤”请求，通过车载终端显示屏接受到要求吹气测酒指令后，向检测探头呼气测酒，测试的人员身份信息（包括工号、车次等）将实时回传客户端（机车乘务员出退勤测酒管理信息系统），并接收调度值班管理指令。例如：如果酒精含量超过标准值时，系统自动报警并发出相应指令“拒绝出勤”。在检测的同时车载装置自动采集被测者面部图像，通过网络传回中心主控系统，自动识别比对被测人员工号姓名测量结果等信息，根据结果自动或人工发送出退勤指令。
系统工作原理如下：
1、通过多种传输条件实现高速数传实现出退勤测酒装置与地面管理信息系统实时通讯。例如：铁路局域网、专网、U盘转储等。
2、通过装置自动拍照，通过可提供数据库进行人脸照片自动识别比对结果。
3、通过测酒装置进行实时快速呼出气体酒精含量检测。改进以前设备对烟酒干扰的问题，使测试精度达到警用精度。
4、开发地面管理信息系统，通过铁路局域网络实现多点设备的集中管理。
其中数据转发服务器和图像处理服务器共存于一台高性能服务器上。
2 系统功能
机车乘务员远程出退勤测酒装置的主要功能如下：
1、基于嵌入式系统，具备测酒、出退勤管理、拍照、人像身份比对、数据传输等功能，不依赖其他附属部件，无需外接计算机，完全独立工作。实现出勤、退勤、侯班、测酒等功能一体化设计。
2、具备多种网络功能，通过铁路专网或通过远程高速数传实现出、退勤测酒装置与地面数据中心实时通讯，实现网络监控测酒。无网时或网络故障时可以自动存储，并在网络恢复后自动回传数据的功能。
3、基于ARM9平台，自动摄像，系统可进行人像识别，自动输出身份比对结果。
4、具备实时图像显示和信息远程接收查看功能，不依赖本地计算设备，可显示司乘人员身份，测酒结果自动输出，指令及运行揭示实时显示。
5、具备存储功能，存储内容包括：实时图像、工号、姓名、测酒结果、测试时间等，存储数量不小于1万条。
6、通过地面管理系统实现机车乘务员出、退勤侯班集中管理，系统可以联网统一管理所有设备，进行远程管理、查询、维护等功能。
3 车载装置硬件平台
1、装置结构图：
2、装置系统流程：
3、测酒装置操作系统的定制
系统选用了Microsoft Windows CE（简称“WinCE”）操作系统。WinCE是一个紧凑的、高效且可扩展的32位操作系统，适用于各种嵌入式系统和产品。它拥有多线程、多任务和确定性的实时、完全抢占式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬件系统；同时，它的模块化设计方式能够为多种多样的产品来定制它，在本系统的开发过程中，我们通过选择、组合和配置WinCE的模块和组件来创建专用的操作系统。在定制WinCE开发中，主要有内核定制和应用程序开发两项非常重要的工作。使用的工具主要包括：内核定制工具Platform Builder和应用程序开发工具Embedded Visual C++。
4 系統软件核心设计
4.1 客户端软件系统主要模块
用户管理、系统管理、乘务员管理、人脸识别，主窗口如图：
4.2 客户端业务流程
4.3 软件架构
系统软件由主控程序及6个过程模块、10个子程序组成，6个模块是：系统自检模块；人员管理模块；联机通讯模块；图像处理模块；酒精检测模块；人脸识别自动认证模块。10个子程序是：通讯子程序；图像采集子程序；模拟信号采集子程序；数字信号处理子程序；报警子程序；图像样本库子程序；图像比对子程序；出退勤管理子程序；仪器自检子程序；容错处理子程序。软件结构设计采用了面向目标功能的块式结构，层次清晰、可读性好、便于理解。
4.4 软件系统核心技术
（1）人脸识别自动身份认证程序流程
（2）人脸识别自动身份认证技术分析
本系统中采用的人脸识别技术基于人的脸部特征，对输入的人脸图象提取所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸图像（本系统在初始化的过程中为每位乘务员建立了含有32张特征图片的数据库）进行对比，从而识别每个人脸的身份。本算法融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征点，利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型，即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的人的面像进行特征分析，根据分析的结果来给出一个相似值，通过这个值即可确定是否为同一人。人脸识别系统包括人脸图像摄取、人脸定位、图像预处理、以及人脸识别（身份确认或者身份查找）。系统输入是远程车载装置在测酒的同时所摄取的测试人员的人脸图像，通过计算输出则是一系列相似度得分，表明待识别的人脸的身份。根据实际的应用环境确定判定身份符合度的有效阈值。
（3）人脸识别自动身份认证技术核心算法
基于人脸特征点的识别算法（Feature-based recognition algorithms）。
基于整幅人脸图像的识别算法（Appearance-based recognition algorithms）。
5 应用与经济效益分析
5.1 易用性
我段协同开发单位自2007年11月开始，历时10个月进行系统的设计和开发工作，并从08年8月18日开始，历时3个月在现场进行装车实施和培训工作。从2008年11月10日开始累计记录测试记录超过5200次，开发组还深入业务现场察看系统使用情况，并会同大同运用车间部分行管人员、部分机车乘务员、调度室值班员的用户座谈会，询问用户的使用情况，广泛征集用户的使用建议。经过反复检测，确认该装置符合我段当前对机车乘务员远程出退勤的要求。并经过管理人员长期抽测，未发现一例违规出勤行为，提高了调车作业安全管理的可控性，取得了显著的社会效益和经济效益。
5.2 作业情况
当网络故障或者没有网络信号时，测酒数据可以自动存储，并在网络恢复后自动回传数据的功能。测试结果平均时间小于3秒，数据回传及接收出退勤命令可在60秒以内完成，并可以实现多台设备同期工作，高效，稳定。
5.3 将机车乘务员的出退勤测酒管理覆盖范围提高到100%全覆盖
机车乘务员远程出退勤测酒装置的使用，按照原电话出勤的管理模式，一位管理人员每天只能抽查检测3至5台车，覆盖乘务员10人以内，由于管理人员有限，而且出勤时间集中，大部分乘务员在出勤前只能通过电话出勤，无法做到测酒管理；而使用机车乘务员远程出退勤测酒装置，每台车两位乘务员出勤测试及接收出退勤管理命令只需要3分钟，50台调车机100名乘务员的出退勤测酒管理工作可在30分中内完成，节约了大量的人力，并且可以“一人不漏”“一次不漏”做到避免“饮酒作业”的违规行为。机车乘务员远程出退勤测酒装置的使用使得安全管理更加彻底，行车安全得到强有力的保证，违规饮酒的概率降低了，为确保运输任务的顺利实现做出了积极的贡献，社会效益显著。