鐵路集裝箱場站智能系統研究

童鵬程 中國鐵路上海局集團有限公司貨運部

1 背景及概述

當前國內物流市場正發生深刻變革，“小快零”需求不斷增長，對物流組織提出了更高要求。鐵路集裝箱運輸呈現以下五個方面：一是集裝箱運量快速增長；二是集裝箱辦理站網絡化布局不斷優化、日趨完善；三是標準化設備設施為信息化建設提供支撐；四是裝箱辦理站信息服務穩步提升；五是國鐵集團將提升集裝箱場站智能化水平納入鐵路集裝箱運輸發展規劃。

為此，上海局根據自上而下的規劃和自下而上的技術創新，向國鐵集團提出“鐵路集裝箱智能場站關鍵技術研究”的科研項目，開展鐵路集裝箱智能場站系統關鍵技術研究，以有效提升集裝箱業務運作效率和管理水平，提升鐵路經營效益、保護生態環境等方面為目標，構建自動化、智能化的鐵路集裝箱場站管理系統。課題研究已在義烏西、金華南示范應用。

2 集裝箱場站信息化管理

2.1 智能定位

（1）集裝箱定位。采用GNSS-RTK定位、UWB定位技術，構建多級定位系統，結合TOA/TDOA 等算法，全面解決場站內集裝箱的時空定位。采用馴服時鐘等技術提高定位精度。

（2）集裝箱號智能獲取。基于集裝箱左右兩側、頂端使用字母加數字標識，采用視頻圖像采集、OCR 識別技術，識別出集裝箱箱號；利用集裝箱編號校驗規則、集裝箱系統中的箱號數據，輔助矯正集裝箱箱號，提升集裝箱號識別正確率。

（3）集卡車輛的作業定位。采用RFID 技術獲取集卡汽車車板號，綜合OCR 識別技術識別集卡汽車車號，通過門式起重機定位信息完成集卡汽車整體作業的定位。

（4）裝卸作業智能化接車對位。采用雷達檢測等技術，結合軌道式集裝箱門式起重機位置綜合定位貨車位置、車型、車號；裝卸作業中，對堆場貨車車板和貨車位置信息進行自動采集；模擬接車對位等作業，使得系統自動模擬推算、產生較優效率的裝卸作業指令。

（5）在正面吊運起重機、集裝箱空箱堆垛機移動作業中實現集裝箱定位。通過OCR 識別和GNSS-RTK 定位實現箱位精準管理。

2.2 智能感知

（1）AI智能感知識別門式起重機吊具狀態。采用圖像處理和深度神經網絡技術識別視頻，后臺進行逐層表征圖像抽象特征、端到端訓練等。

（2）動態感知門式起重機區域人員定位。利用毫米波雷達（波長1 mm-10 mm，頻率30 GHz-300 GHz 的毫米波），通過測量回波的時間差算出動態物體距離，分析得到作業人員處于高風險位置，進行提示報警。

（3）激光測距尺輔助門式起重機快速解FTR 鎖。通過相位法測距和脈沖法測距，計算出相位差或發送接收信號的時間差，獲得目標距離，門吊小車上的旋轉裝置進行實時角度調整，使吊具與集裝箱快速實現對準鐵路貨車上的FTR 鎖，輔助優化吊裝作業。相位法測距和脈沖法測距法計算相位差或發送接收信號的時間差，獲得距離。

2.3 數據共享與協同

（1）集裝箱超偏載裝置測量信息、汽車衡稱重信息綜合應用。可有效、快速判斷集裝箱超重、偏載，降低生產風險。

（2）與鐵路既有集裝箱系統的接口協議。采用數據同步、消息同步、https等技術，與現有的生產系統實現數據實時同步和交互。

（3）消息處理機制。集裝箱智能場站系統需要各崗位協同工作，其工作內容、流程和結果都要及時交互，并且實時與貨運其他系統交互，為了保證信息傳遞及時和增強用戶體驗感，引入redis消息處理機制。

2.4 圖形化展現和微服務技術

（1）圖形化處理機制。前端采用圖形處理平臺，針對鐵路貨場具有貨區、貨位等業務元素及其特定相關屬性，采取圖形化展示方式，將鐵路線路、車輛等圖形化的展示，具有較強的方便性和直觀性。

（2）微服務技術架構。后端基于微服務架構支撐各類數據服務高可用性，將各業務模塊發布為服務，支持服務容量線性擴展。實現多個車站集中部署后，業務能力粒度上的重用、組裝、維護和管理。提供接口級、方法級、參數級的服務路由以及服務歸組、服務限流、安全控制追蹤等服務治理能力。

2.5 場外與場內協同作業

（1）場外預約功能。客戶（集卡司機）APP（android 版、IOS 版），可線上辦理提重箱委托、送空箱委托、進場預約、裝車照片審核等業務，還能實時跟蹤集裝箱的作業動態。

（2）貨運員APP（android 版），具有接收吊箱指令、裝卸車、場內整理、接收超偏載信息、作業確認等功能。

3 系統組成

3.1 系統總體架構

鐵路集裝箱智能場站系統采用上海局云計算資源搭建，可多個場站系統集中部署、分布式處理。主要功能有：客戶預約、圖形化堆場、檢斤驗貨、智能作業指令等業務功能。該系統與上海局貨運業務系統通過接口服務進行數據交換，實現業務數據的獲取及上報。圖1為總體架構圖。

圖1 總體架構圖

3.2 系統物理架構

采用互聯網、鐵路辦公網、內部資源網等混合組網方式，分布于上海局各地的客戶、現場作業人員可通過互聯網終端（PC 端或手持機）、辦公網終端（PC 端或手持機）接入系統平臺進行作業。

互聯網、鐵路辦公網、內部資源網間通過防火墻、訪問控制（端口、身份鑒別）嚴格邊界防護、安全控制。圖2為物理架構圖。

圖2 物理架構圖

3.3 場站定位識別原理

（1）圖像自動跟蹤技術。通過門吊吊具的二級內部坐標系統，計算出吊具的實時坐標，結合視頻跟蹤技術，調整圖像采集設備的角度和焦距，使圖像采集設備視頻畫面實時追蹤工作焦點。

（2）集裝箱自動定位技術。采用多級定位的方式，一級定位得到門吊對站場的坐標，二級定位得到門吊吊具的相對坐標，結合定位算法計算出吊具位置，再采集門吊閉鎖、開鎖工作狀態和集裝箱箱號識別，利用RTK-GNSS 定位技術，反向定位計算出集裝箱最終放置的位置。圖3為場站定位識別架構圖。

圖3 場站定位識別架構圖

4 功能模塊

（1）數據集成。集成鐵路現車系統、電商系統、集裝箱系統、貨運站系統等，形成場站實時動態環境，集中部署在上海局統一資源平臺，可與國鐵集團鐵路貨運票據電子化系統平臺交互。

（2）圖形化集裝箱堆場。根據不同顏色區分到達發送箱、空重箱、20/40 尺、異常箱等；結合車種信息提示車輛鎖扣信息，避免空重混裝、吊裝等安全隱患；根據需要增加標識區分功能區，比如到達箱、出發箱、海鐵聯運箱、國際班列等；通過分析門吊當前位置、待作業的集裝箱分布情況、待作業的集卡情況等條件參數，系統能夠計算出最優作業路線，減少車輛和設備的無序走行，使作業調度更加科學，安全管理更加精準；場內外貨運作業流程、設備采集信息等按業務流進行管理，集中展示在圖形化堆場上。

（3）外部協作平臺模塊。客戶作業預約、引導（顯示屏、APP 推送）模塊，獲取場內堆場信息，內外交付信息等；客戶可將集裝箱裝卸信息提前傳輸到場內，將裝卸作業安全監管延伸至場外。

（4）作業統一調度。由系統平臺統一下發智能吊箱指令，作業人員APP 接收吊箱指令后按計劃作業，門吊部位上的數據傳感器實現箱號信息、超偏載等數據的實時采集，一旦發現當前抓取的集裝箱信息不符或超過超偏載閾值，便會立即發出警示，消除隱患作業。

（5）進出門管理電子化。智能閘口管理子系統，可根據場內外作業內容，將集裝箱箱號與集卡車牌綁定，在閘口處對集裝箱、車牌、汽車衡等信息進行自動識別和校驗，實現車輛不停留快速過閘。

（6）作業安全輔助。集裝箱超偏載裝置采集信息、集裝箱箱號、箱位等信息被關聯，在作業中警示貨運裝卸作業；系統呈現集裝箱吊裝作業和吊裝軌跡，形成室外貨裝與室內監護間互控；安裝軌道門吊、移動式正面吊等裝載機械設備上的傳感器可輔助貨車FTR鎖扣解鎖，提升裝載安全。

（7）數據交換與分析統計。大型物流企業的系統與外部協作系統互聯，進場信息通過安全平臺推送進入智能集裝箱系統，實行企業間系統互聯；通過對系統數據挖掘，實現場站管理的輔助決策。

（8）故障應急處置模塊。電子門禁等相關設備出現故障時，改由手工抬桿，可錄入進重提空、放行作業信息；門吊定位設備設施出現故障時，場站外勤貨運員使用作業APP 進行信息確認或者人工錄入；互聯網安全平臺出現故障時，可以通過鐵路內網PC終端，進行人工錄入進場信息和作業干預。

5 結束語

集裝箱智能場站系統的應用，實現了集裝箱箱位管理信息化、閘口管理智能化和場站作業全流程管理，改變了以手抄方式進行集裝箱信息的采集、傳遞和處理，大大降低了作業差錯率、提升了作業效率。金華南依托鐵路集裝箱智能場站系統支撐，場站能力提高約40%。據統計，2021 年1 至8月，金華南累計開行中歐班列458 列，發運38062 個標準箱，同比增長159%。上海局將繼續在合肥北、堯化門、常州、蘇州西等鐵路集裝箱場站推廣應用。

今后，鐵路集裝箱場站仍需深化與場外單位數據共享，圍繞提升客戶服務、數據增值、協同作業和管理等做好進一步開發和應用。