川藏鐵路貨運管理與物聯網技術創新融合應用研究

李國華，孔垂云，張佳歡

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

川藏鐵路是我國第二條進藏鐵路，也是西南地區的干線鐵路之一，全線1 838 km。沿線地區具有顯著的地形高差、強烈的板塊活動、頻發的山地災害、脆弱的生態環境等4 大典型地質特征，為鐵路勘察設計、工程建設、運營維修帶來各種困難，也對川藏鐵路施工建造和運營管理提出新的更高的要求。如何運用信息化和智能化技術手段解決運營管理中的難題，更好的服務于旅客運輸、貨物運輸和行車組織，將是鐵路科技工作者需要深入思考和應對的問題。

物聯網作為新一代應用基礎設施,對鐵路創新發展意義重大[1]。在物聯網應用中有兩項關鍵技術，分別是傳感器技術和嵌入式技術，通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤和監管等功能[2]。當前，物聯網技術的發展呈現出多種技術融合應用的新態勢，在人工智能、云計算、大數據等技術的推動下，智能制造的發展，物聯網技術應用開始爆發。物流和供應鏈行業是應用物聯網技術最主要行業，隨著物流與物聯網技術深度融合，也推動了物流互聯網發展和智慧物流落地應用。

建設川藏鐵路是國家戰略，“交通強國，鐵路先行”，建好、管好、用好川藏鐵路的運力資源，是鐵路運營管理部門的使命擔當。中國國家鐵路集團有限公司作為現代物流企業勢必進一步加大貨運組織改革力度，全面推出貨物快運業務，發展多式聯運，在川藏鐵路后期的運營管理中，從運輸需求自助受理、貨運裝卸自動化、途中運輸組織精細化、到達交付電子化等方面，須充分運用物聯網等信息技術手段，全面提升鐵路企業物流服務整體水平和運輸組織效率。

1 川藏鐵路貨運管理業務需求與發展趨勢

1.1 川藏鐵路貨運管理特點

根據川藏鐵路的初步設計，川藏鐵路彭山至朝陽湖段共有車站4 個。雅安至林芝段共設24 個車站，其中，辦理貨運業務的車站有12 個。川藏鐵路貨運管理業務特點：（1）貨運辦理量較小，壽安站日均辦理集裝箱車約為145 標準箱，各站普通貨車裝卸一般不超過20 車；（2）貨運作業條件艱苦，川藏線整體海拔高、落差大，貨運裝卸作業技術條件比較弱；（3）沿線貨運管理和作業人員少，為貨運業務辦理帶來困難。這些特點決定了川藏鐵路貨運管理必須依靠現代信息技術手段，提升川藏線的運營管理水平。

1.2 貨運管理總體業務流程

鐵路貨運生產作業涉及多個作業崗位，需要操作多個信息系統來完成一次全過程的貨運業務流程[3]。（1）客戶通過95306 貨運綜合服務管理平臺提報運輸需求，貨運計劃系統完成請車批復及受理，鐵路客戶向貨場送貨，車站作業人員完成裝車操作后，通過貨運站或者箱管系統辦理裝卸作業管理流程，把信息推送給貨票系統，貨運內勤在貨票系統進行制票及運費核收，完成制票生成運單，并打印增值稅發票。（2）貨票系統把制票結果推送給貨運站系統，貨運站系統向現車系統推送可取車，現車系統根據可取車標識編制列車出發編組，生成確報。（3）到站通過貨運站系統進行卸車操作，并通過貨票系統補收雜費，辦理內交付，打印領貨憑證。（4）客戶根據領貨憑證辦理獲取交接，如果需要上門送貨，還需要通過接取送達系統完成最后一公里的送貨業務。

1.3 貨運管理信息化發展趨勢

隨著鐵路貨運信息化水平的不斷提高，對于新建的川藏鐵路貨運管理可以起到示范作用， 2018 年實施票據電子化后，貨運管理業務也呈現出以3 個發展趨勢。（1）全程物流運輸的理念，以貨運物流的整體為研究對象[4]，按照“一單制運輸”的思路，對涉及貨運物流的電子商務、多式聯運和貨物全程追蹤等多個系統進行整合，通過業務流、數據流、資金流的集成，提升貨運物流的整體效率。（2）數字化貨場和智能場站的建設，以貨運物流中心、場站為研究對象，利用新技術對進出貨、分揀、倉儲、裝卸、調度、運輸、安檢等作業流程的智能化整合，為貨運物流場站提供一體化智能解決方案。（3）貨運管理流程優化與信息技術創新應用方面，在技術創新驅動上主要指物聯網、大數據、人工智能等技術創新融合，改善優化貨運管理過程。在業務創新驅動上從新興供應鏈延伸服務和物流金融貨角度，對現有物流體系進行變革、升級和重構，使鐵路貨運符合并引領物流發展。

2 物聯網技術創新融合應用場景

本文從貨運管理主要業務對象及關鍵生產要素入手，按照標識識別、狀態傳感、定位導航、控制反饋等業務場景[5]，逐項分解和明確細化其中有價值的應用模式。

2.1 貨運裝卸組織流程優化

物聯網是解決物品與物品的互聯互通的技術，鐵路貨運裝卸過程管理就是解決貨主、貨物、車輛、托盤、電子鎖、貨運票據之間的關聯問題。川藏鐵路貨運信息化可以在既有貨運票據電子化基礎上，借助物聯網、人工智能、云計算、大數據和現代通信網絡等技術，優化傳統鐵路貨運系統中的業務流程，提高鐵路貨運的運作效益[6]。

2.2 貨運場站導航精準化

川藏鐵路的貨運場站一般所處的地理位置較偏，貨場區域內道路復雜，為客戶取送貨物都帶了來了諸多不便?？沙浞掷靡苿覣pp 提供精準導航功能，通過視頻識別自動識別出進場車輛，關聯管理信息系統獲得裝卸貨區貨位信息，合理安排貨場內運輸及裝卸車輛的最佳行走路線，給出指引，保證車輛在貨場內高效、有序運行，引導車輛準確到達貨物堆放倉庫，園區導航與市政導航可自動切換。

2.3 貨運資源管理收益最大化

貨運站的貨運資源可分為裝卸設備和貨物倉庫兩大類，裝卸能力和倉儲能力是衡量鐵路貨運站貨運能力的重要指標[7]。鐵路貨運站貨場具有貨物種類繁多、貨物量大和裝卸工作復雜等特點，可利用視頻監控、車輛定位、基于地理位置的路線指引、貨物監測等智能化設備，通過物聯網技術，結合大數據分析，實現對貨場內貨物的合理碼放、有效地利用貨場資源，監控貨物的停放時間，根據運單情況，及時發現存放時間過長沒有及時發運的貨物，在貨運站信息系統中及時預警并制定裝車計劃，提升貨運站倉儲資源的利用率。

2.4 集裝化用具共享

為提高貨物裝卸效率，川藏鐵路可充分利用各種集裝化用具，以托盤為例，它是鐵路貨車常用的一種重要用具，可促進鐵路物流載具的規范化、標準化，形成小集裝化運輸方式，進而帶動上下游物流標準化水平提高，降低社會物流總費用。通過RFID、GPS和GIS 等技術，讓每個托盤擁有全球唯一身份ID，構建一張托盤的物聯網[8]，建設鐵路貨運智能托盤共享信息系統平臺，實現對物流托盤裝載貨物信息的提取、托盤及貨物位置信息的實時更新，輕松掌握物流動態也便于在場內查找貨物。

2.5 物聯網技術其他應用場景

在貨運管理與貨運安全生產作業中，物聯網技術有著非常廣泛和豐富的應用場景。例如：對敞車篷布的自動識別與管理，利用RFID 電子標簽，可以動態管理篷布的使用，從而提高篷布的周轉效率，目前，已經開始推廣應用的電子施封鎖項目，使得管理人員可以實時掌握施封鎖的完好狀態，為貨物的安全運輸提供了技術支撐，在集裝箱管理系統中，通過物聯網技術，構建箱區箱位的數字化模型，可以實現箱區箱位的自動化管理，為后續實現集裝箱自動裝卸提供了數據支撐。

3 川藏鐵路一體化智能貨運管理系統架構

3.1 總體結構

川藏鐵路一體化智能貨運管理系統通過精細、準確的工作計劃來協調各工種協同作業。以生產經營和業務管理為主線，對既有業務功能梳理。生產經營以貨運站（貨運中心）為應用單元，依據經營管理和生產作業的需求，圍繞內部作業、客戶服務、基礎管理，進行設計。業務管理以業務部門的需求為引導，充分利用數據分析、決策支持等技術，進行專業化管理。系統總體結構，如圖1 所示。

（1）接入層通過PC 端應用、移動APP 應用和微信公眾號等多種方式向客戶提供業務辦理和信息查詢服務。

（2）決策層基于大數據、云計算和智能分析（BI）等技術，提供裝卸分析、運量分析、運力分析和安全分析等服務，為貨運管理人員提供決策的依據，為用戶提供市場經營分析。

（3）業務層是整個生產經營和業務管理的核心，貨運生產作業板塊，通過對既有貨運站系統、集裝箱系統、貨票系統和票據電子化綜合應用等作業系統功能補強實現；物流經營管理板塊實現門戶網站、物流基地業務管理、客戶關系管理、客戶服務中心及其他物流服務等功能，實現全程物流的信息化。智能設備采集板塊包括智能門控系統、貨車裝載高清視頻分析系統、物流園區導航、專用線交接系統、停車場管理系統等智能設備的投入，實現數據自動采集和自動控制，減輕貨運人員的工作量，提高數據準確度和安全性。

（4）服務中心以微服務架構對外提供的共享服務接口，包括基礎服務、物流經營服務和IOT 服務，集成第三方企業服務接口等。

（5）數據中心是系統運行所需的數據資源中心，包括主數據、生產作業數據、智能設備產生的數據等，為各個應用提供數據支撐。

3.2 技術架構

川藏鐵路一體化智能貨運管理系統技術架構采用“平臺+組件”一體化框架設計，搭建開放能力共享架構，對內實現數據集中、業務集中、資源集中和服務能力集中，對外實現數據共享、服務共享，支持PC 端、移動端和微信等多端應用。通過構建共享數據中心和共享服務中心，實現業務數據的大集中，利于發揮數據集中的優勢可以實現既有服務的快速組裝，形成新的業務模式，提高系統技術架構的健壯性和擴展性。系統技術架構，如圖2 所示。

（1）支持多端應用的SaaS 服務，面向外部的經營管理平臺和對內的貨運生產作業平臺，構造SaaS層軟件服務多端應用，實現外部客戶與內部作業人員的實際需求。

（2）分布式PaaS 平臺服務，圍繞微服務治理體系，依托分布式消息服務、分布式應用部署、數據庫集群等中間件，構建PaaS 平臺標準服務，打造“厚平臺，薄應用”的集成架構應用，面向未來數字化貨場建設趨勢，實現智能設備數據標準化接入，建立統一的運維體系及安全防范體系，實現整體技術架構的安全可控。

（3）基于云服務的IaaS 平臺服務，利用X86 標準服務器搭建統一的IaaS 基礎設施，構建云管平臺，實現基礎計算、存儲、網絡資源的開放共享。

3.3 數據采集與共享

當前鐵路貨運場站根據不同的客戶需求，配有裝載機械、叉車、門吊和吊車等工裝設備，尚未達到自動化的智能裝卸水平。在川藏鐵路貨運場站信息化設計中，利用物聯網和移動通信技術，打造數字化智能貨場，物聯各種設備，可提高貨運作業效率、加大貨區貨位利用率、加強機械設備的管控和使用，自動建立相關設施設備的使用臺賬，實現貨運作業的信息化、數據化和智能化。

在貨運管理組織過程中，設計各種裝卸、安全檢測、視頻、自動識別設備，設計基于物聯網技術的統一數據采集與共享平臺，通過制定標準數據接入規范、數據標準、統一接口等，提供統一的IOT 服務[9]。例如車號識別信息、現車到達確報、股道現車信息接入；軌道衡、超偏載、汽車衡等計量設備信息接入；門控系統進出門信息接入；高清視頻監控的視頻信息接入、站內定位信息的接入等。通過利用條形碼、射頻識別技術、傳感器、全球定位系統等先進的物聯網技術，與信息處理和網絡通信等手段相結合，提高數據自動采集能力，構建數字化貨運物聯網接入技術標準。

4 結束語

針對川藏鐵路區域地理及人文特點，結合鐵路貨運信息化和智能化建設需求，配合中國鐵路“交通強國，鐵路先行”的戰略，在川藏鐵路后期運營管理和作業中，充分應用物聯網、人工智能、云計算和大數據等現代信息技術，進行業務模式創新與多技術融合應用，將業務、信息、設備等深度結合，打造一體化的智能川藏線貨運信息系統。本文用技術手段打通川藏鐵路沿途各站在辦理貨運作業的各個環節，將需求提報、貨物進出貨、分揀倉儲、裝卸組織、車輛調度和安全檢查等作業流程有機整合，提供貨物運輸全過程服務，提升川藏鐵路貨運智能化運營管理水平。為適應川藏線復雜的應用環境，廣泛的采集作業信息，還需要進一步深入研究基于物聯網的貨運泛在感知技術，構成覆蓋貨運全過程的傳感器網絡。