物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的單元化鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

孫海云，張志榮，邊 可

（1. 大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；2. 大連交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，遼寧 大連 116028）

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的單元化鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

孫海云1，張志榮2，邊 可1

（1. 大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；2. 大連交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，遼寧 大連 116028）

通過概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在鐵路貨物運(yùn)輸中的應(yīng)用，分析鐵路貨物運(yùn)輸需求，在對鐵路運(yùn)輸市場貨主需求進(jìn)行 SP 調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對鐵路貨物運(yùn)輸市場細(xì)分，分析鐵路貨主選擇運(yùn)輸產(chǎn)品的主要影響因素，結(jié)合聚類分析對貨運(yùn)市場進(jìn)行細(xì)分。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從單元化鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的視角出發(fā)，對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品進(jìn)行單元化設(shè)計(jì)與開發(fā)，提出單元化整車運(yùn)輸產(chǎn)品、單元化集裝箱運(yùn)輸產(chǎn)品、單元化零擔(dān)運(yùn)輸產(chǎn)品的產(chǎn)品方案。

物聯(lián)網(wǎng)；單元化；鐵路產(chǎn)品設(shè)計(jì)；聚類分析；市場細(xì)分

傳統(tǒng)的鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品是指通過運(yùn)輸過程實(shí)現(xiàn)貨物的空間位移，其計(jì)算單位為噸公里[1]。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，多種交通方式運(yùn)輸體系逐漸完善，貨運(yùn)產(chǎn)品的內(nèi)涵發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的轉(zhuǎn)變，這對我國鐵路傳統(tǒng)貨物運(yùn)輸產(chǎn)品發(fā)展造成了沖擊。為改變鐵路貨物運(yùn)輸市場占有率下降的局面，一些學(xué)者針對鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)展開了一系列的研究。郭玉華[2]在對鐵路貨運(yùn)市場進(jìn)行調(diào)查預(yù)測的基礎(chǔ)上，從營銷學(xué)的角度，運(yùn)用整體產(chǎn)品的概念，對鐵路貨物運(yùn)輸產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。郭吉光等[1]、宗巖[3]在分析我國鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于 CS 戰(zhàn)略，提出我國鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化思路。趙耀[4]通過將 QFD ( 質(zhì)量功能配置 ) 引入鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在運(yùn)輸戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、操作 3 個(gè)層面對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)。以上研究成果為理論研究打下了基礎(chǔ)，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)還沒有真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程透明化與產(chǎn)品追蹤實(shí)時(shí)化，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與應(yīng)用為該問題的解決奠定了重要的基礎(chǔ)。因此，從鐵路運(yùn)輸市場需求及目前存在的問題出發(fā)，通過意向調(diào)查 ( Stated Preference Survey，SP 調(diào)查 ) 及聚類分析等方法了解貨主的差異性需求，同時(shí)從單元化鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的視角出發(fā)，對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品進(jìn)行單元化設(shè)計(jì)與開發(fā)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在鐵路貨物運(yùn)輸中的應(yīng)用

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

圖 1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路貨物運(yùn)輸中應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖

物聯(lián)網(wǎng) ( The Internet of Things，IOT ) 是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，有 2 層含義：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展；第二，用戶端延伸和擴(kuò)展至任何物品與物品之間的信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別 ( RFID ) 裝置、感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[5]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路貨物運(yùn)輸中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路貨物運(yùn)輸中的應(yīng)用，就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到鐵路貨物運(yùn)輸?shù)恼嚒⒘銚?dān)和集裝箱 3 種形式中，具體應(yīng)用如圖 1 所示。

RFID，ZigBee ( 紫蜂協(xié)議 )，WiFi，北斗或GPS ( 全球定位系統(tǒng) ) 等各類定位通信標(biāo)簽標(biāo)明承運(yùn)貨物信息；各類移動基站或固定基站采集、上傳標(biāo)簽信息；鐵路物流管理上位機(jī)軟件整理存儲各類標(biāo)簽信息，供管理人員決策使用；中繼器起到數(shù)據(jù)傳輸過程中的信號放大、分路作用。由此可見，鐵路貨物運(yùn)輸中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，首先是適合于鐵路物流不同貨運(yùn)載體體系的構(gòu)建，其次是針對不同貨運(yùn)載體設(shè)計(jì)相應(yīng)的貨物標(biāo)識電子標(biāo)簽、信息智能識別技術(shù)及上位機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)，最終形成與之對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。

根據(jù)鐵路貨物運(yùn)輸?shù)囊螅锫?lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用應(yīng)采用獨(dú)立電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)，分別構(gòu)建相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，以適應(yīng)不同的貨運(yùn)形式要求。其中，核心問題是貨物標(biāo)識電子標(biāo)簽技術(shù)設(shè)計(jì)，電子標(biāo)簽主要有RFID，ZigBee 和北斗識別 3 種電子標(biāo)簽。物聯(lián)網(wǎng) 3 類電子標(biāo)簽技術(shù)在鐵路貨物運(yùn)輸中應(yīng)用，需要鐵路產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)單元化，即應(yīng)用定型的存儲容器，如托盤、集裝箱、集裝袋、集裝筐等形成貨物單元，針對不同的貨物單元設(shè)計(jì)相應(yīng)的貨物標(biāo)識電子標(biāo)簽、信息智能識別技術(shù)及上位機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)，最終形成與之對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。這樣不僅能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)貨物裝卸、入庫等作業(yè)的智能化，而且在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下更易實(shí)現(xiàn)貨物的追蹤與查詢，為貨主提供更加便捷的服務(wù)。

2 鐵路貨物運(yùn)輸市場細(xì)分

2.1 鐵路貨物運(yùn)輸需求分析

由于貨主在運(yùn)輸貨物種類、運(yùn)量、速度等方面的要求存在差異，對鐵路貨物運(yùn)輸需求也不盡相同。因此，通過貨運(yùn)市場貨主需求調(diào)查及鐵路貨運(yùn)市場聚類分析，對鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研究具有重要意義。鐵路貨主選擇運(yùn)輸產(chǎn)品主要考慮以下影響因素。

（1）貨運(yùn)量。貨主在選擇運(yùn)輸方式時(shí)，貨運(yùn)量作為一個(gè)重要的限制因素必不可少，貨運(yùn)量的大小不同，可選的運(yùn)輸方式也不盡相同。

（2）經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是運(yùn)輸方式選擇時(shí)重要的影響因素，尤其對低附加值大宗貨物運(yùn)輸，在其他各影響因素水平大致相同條件下，經(jīng)濟(jì)性因素往往作為首選因素而發(fā)揮作用。

（3）安全性。貨物在運(yùn)輸過程中質(zhì)量的損壞及造成的影響及后果，有時(shí)難以用金錢來衡量。因此，貨物運(yùn)輸?shù)陌踩允种匾绕鋵τ诟吒郊又地浳铩?/p>

（4）運(yùn)輸速度。貨物的及時(shí)運(yùn)送對于市場計(jì)劃的投入及轉(zhuǎn)換十分重要，因而貨主對運(yùn)輸速度的要求也越來越高。

（5）便捷性。辦理貨運(yùn)有關(guān)手續(xù)是否簡單便捷，相關(guān)作業(yè)是否簡便高效，越來越成為用戶選擇時(shí)考慮的重要因素。

（6）運(yùn)輸過程的透明性。在市場經(jīng)濟(jì)條件下，貨物運(yùn)輸狀態(tài)及位置的掌握，對于提高資源的配置及企業(yè)的管理水平具有重要的作用。因此，該因素成為企業(yè)選擇運(yùn)輸方式時(shí)考慮的重要因素。

（7）服務(wù)性。隨著附加產(chǎn)品形式的不斷發(fā)展，“門到門”等服務(wù)性指標(biāo)也成為貨主選擇時(shí)考慮的因素之一。

2.2 基于聚類分析的鐵路貨運(yùn)市場細(xì)分

根據(jù)對貨主產(chǎn)品選擇影響因素分析，運(yùn)用SP調(diào)查法[6]，通過調(diào)查問卷獲取貨運(yùn)需求信息，采用抽樣調(diào)查的原則，在沈陽鐵路局某貨運(yùn)站對貨主發(fā)放調(diào)查問卷 105 份，收集整理得到有效問卷 100 份。為驗(yàn)證問卷設(shè)計(jì)的合理性和可信度，運(yùn)用 KMO 檢驗(yàn)和 Bartlett 球形檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)[7]。其中，KMO 值為 0.727＞0.7，說明效度良好；Bartlett 球形檢驗(yàn)結(jié)果 Sig值為 0.00，小于顯著性水平 0.05，因而拒絕Bartlett 球形檢驗(yàn)的零假設(shè)，認(rèn)為效度良好，適合繼續(xù)做因子分析。

我國現(xiàn)有的鐵路貨物運(yùn)輸分為 3 種形式，分別為整車、零擔(dān)、集裝箱。運(yùn)輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)結(jié)合貨主的需求在原有 3 種形式基礎(chǔ)上進(jìn)行。因此，以貨運(yùn)量、經(jīng)濟(jì)性、安全性、運(yùn)輸速度、便捷性、運(yùn)輸過程的透明性、服務(wù)性 7 個(gè)因子作為分類指標(biāo)，采用 K-means 方法進(jìn)行聚類分析[8]，將 100 個(gè)樣本分成 3 類。為驗(yàn)證聚類類別數(shù)的正確性，保證各個(gè)類別之間的區(qū)別顯著，需要進(jìn)行方差驗(yàn)證。對每個(gè)影響因子進(jìn)行類間均方差和類內(nèi)誤差均方差分析，任意一個(gè)影響因子的類間均方差應(yīng)遠(yuǎn)大于類內(nèi)誤差均方差，同時(shí)這 7 個(gè)影響因子在任意 2 個(gè)類之間的無差異性假設(shè)成立的概率均小于 0.01 ( p＜0.000 )，即各個(gè)類之間的均值有顯著性差異，以保證聚類結(jié)果的合理性。

對鐵路貨運(yùn)市場進(jìn)行細(xì)分后，需要對每個(gè)因素進(jìn)行細(xì)分，研究每個(gè)細(xì)分市場的總體特征，以區(qū)分各細(xì)分市場貨主的差異化需求。各細(xì)分市場因素分布如表 1 所示。

通過對表 1 的分析可知，Ⅰ類市場中貨運(yùn)量因素在 3 類市場中所占重要等級的比重最大，為 100%，可以說明此類市場多為大宗貨物；同時(shí)在該類市場中，經(jīng)濟(jì)性、安全性和運(yùn)輸過程透明性所占比重也相對較高，分別為 97.4%、97.4% 和 88.9%，由此可以看出大宗貨物運(yùn)輸?shù)呢浿鲗τ谶\(yùn)輸方式的經(jīng)濟(jì)性、安全性仍然比較看重，對于運(yùn)輸過程透明性的要求也比較高，而服務(wù)性因素對于該細(xì)分市場的影響最小。Ⅱ類市場中安全性的因素影響最大，為 95.6%，說明該市場注重貨物安全，應(yīng)減少運(yùn)輸途中貨物破損；同時(shí)，經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)輸速度和運(yùn)輸過程透明性所占的比重也比較大，分別為 73.9%、73.9% 和 91.3%，貨運(yùn)量因素對該市場的影響最小。Ⅲ 類市場中運(yùn)輸過程的透明性所占比重最大，為 100%，其次為經(jīng)濟(jì)性因素，為 94.9%，服務(wù)性因素相對其他 2 類市場來講，對該細(xì)分市場的影響最大，所占比重為 87.2%，而貨運(yùn)量對該細(xì)分市場的影響最小，因而可以推測該市場應(yīng)為小件、零擔(dān)貨物，貨主比較注重對貨物運(yùn)輸狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，同時(shí)對運(yùn)輸價(jià)格和運(yùn)輸服務(wù)也比較看重。

表 1 各細(xì)分市場因素分布 %

3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下單元化鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)

運(yùn)輸產(chǎn)品設(shè)計(jì)的宗旨應(yīng)為滿足貨主的運(yùn)輸需求，根據(jù)上述鐵路貨物運(yùn)輸市場細(xì)分結(jié)果及各類市場中貨主需求所占比重，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下鐵路貨物運(yùn)輸單元化的要求，在現(xiàn)有鐵路產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行單元化鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

3.1 單元化整車運(yùn)輸產(chǎn)品

根據(jù)Ⅰ類市場對運(yùn)輸速度和運(yùn)輸過程透明性的要求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，將單元化整車運(yùn)輸產(chǎn)品設(shè)計(jì)為以下幾類。

（1）單元化快速特定大宗貨物始發(fā)直達(dá)班列。針對貨源固定、貨運(yùn)量穩(wěn)定的大宗貨物種類，如糧食、棉花、礦石等開行快速特定的直達(dá)班列，縮短運(yùn)輸期限；以 1 列車為 1 個(gè)單元添加電子標(biāo)簽，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行貨物定位追蹤，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程透明化要求。

（2）單元化普速特定大宗貨物始發(fā)直達(dá)班列。此類產(chǎn)品是針對貨運(yùn)量較大、但對運(yùn)輸速度要求相對較低的貨主，這類產(chǎn)品相對于快速特定大宗貨物始發(fā)直達(dá)班列而言，價(jià)格相對較低；以 1 列車為 1 個(gè)單元添加電子標(biāo)簽，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行貨物定位追蹤，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程透明化要求。

（3）單元化整車運(yùn)輸中轉(zhuǎn)班列。此類產(chǎn)品針對貨運(yùn)量相對較小、不足以開行直達(dá)班列的貨主設(shè)計(jì)，同時(shí)以 1 節(jié)車廂為 1 個(gè)運(yùn)輸單元添加電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對每類貨物的定位追蹤，為貨主提供便捷服務(wù)。

3.2 單元化集裝箱運(yùn)輸產(chǎn)品

Ⅱ類市場對安全性要求最高，因而結(jié)合現(xiàn)有集裝箱運(yùn)輸對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

（1）單元化快速集裝箱專運(yùn)班列。此類產(chǎn)品針對貨源穩(wěn)定的集裝箱運(yùn)輸貨主，主要為精密、貴重、易損的貨物，縮短運(yùn)到期限；以 1 個(gè)集裝箱為 1 個(gè)運(yùn)輸單元添加電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)控與定位追蹤，及時(shí)了解貨物運(yùn)輸狀態(tài)。

（2）單元化普速集裝箱專運(yùn)班列。此類產(chǎn)品相較于單元化快速集裝箱專運(yùn)班列來講，速度較慢，但運(yùn)輸價(jià)格較便宜，適于對貨物運(yùn)輸期限要求較為寬松的貨主。

（3）單元化集裝箱定期直達(dá)列車。這種列車定點(diǎn)、定線、定期、固定車底、定價(jià)，循環(huán)運(yùn)行于 2 個(gè)基地站間，不需重新編組，因而運(yùn)行速度快、效率高。

3.3 單元化零擔(dān)運(yùn)輸產(chǎn)品

Ⅲ 類市場對經(jīng)濟(jì)性和服務(wù)性要求較高，結(jié)合運(yùn)輸過程透明化的要求進(jìn)行零擔(dān)運(yùn)輸產(chǎn)品改進(jìn)與設(shè)計(jì)。

（1）高速單元化零擔(dān)運(yùn)輸產(chǎn)品。這主要針對運(yùn)量小、附加值高、運(yùn)輸時(shí)限要求高的零擔(dān)貨物，以每個(gè)包裝單元為 1 個(gè)運(yùn)輸單元，追蹤查詢貨物，保證貨物運(yùn)輸安全，同時(shí)可以選擇提供“門到門”運(yùn)輸服務(wù)，為貨主提供便捷。

（2）普速單元化零擔(dān)運(yùn)輸產(chǎn)品。這類產(chǎn)品主要包括對運(yùn)到時(shí)限無要求，根據(jù)貨源情況，等待拼箱、集結(jié)等作業(yè)完成后獨(dú)自開行班列的運(yùn)輸產(chǎn)品。此類產(chǎn)品同樣以每個(gè)包裝單元為運(yùn)輸單元添加電子標(biāo)簽，進(jìn)行貨物追蹤，貨主也可以選擇“門到門”服務(wù)類別。

上述 2 種產(chǎn)品主要針對貨源種類及數(shù)量不穩(wěn)定的貨主，而對于目前鐵路現(xiàn)有的、針對固定貨源的班列，可以對其進(jìn)行單元化設(shè)計(jì)，分別為單元化直達(dá)整零班列、單元化中轉(zhuǎn)整零班列和單元化沿途整零班列，同樣以 1 個(gè)包裝單元為 1 個(gè)運(yùn)輸單元，添加電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)貨物定位追蹤。

4 結(jié)束語

針對鐵路貨物運(yùn)輸產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中存在的問題，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)鐵路貨主的差異化運(yùn)輸需求，在原有鐵路貨物運(yùn)輸形式的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)研究，即開發(fā)單元化整車運(yùn)輸產(chǎn)品、單元化集裝箱運(yùn)輸產(chǎn)品和單元化零擔(dān)運(yùn)輸產(chǎn)品，不僅滿足了貨主對于速度等的運(yùn)輸需求，同時(shí)更好地實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸過程透明化，方便運(yùn)輸企業(yè)及貨主對貨物的實(shí)時(shí)追蹤與查詢，對于提升鐵路貨運(yùn)市場的競爭力具有積極意義。

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責(zé)任編輯：何 瑩

1004-2024(2015)07-0001-05

：U294.1

：B

2015-03-12

中國鐵路總公司2013科技研究開發(fā)計(jì)劃課題(2013X009-B)