彭其淵，王　翔，陶思宇，姚　迪

（西南交通大學(xué)　交通運輸與物流學(xué)院，四川　成都　610031）

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基于RFID和北斗技術(shù)的鐵路集裝箱管理系統(tǒng)智能化改進

彭其淵，王翔，陶思宇，姚迪

（西南交通大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院，四川成都610031）

針對我國鐵路集裝箱管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀中存在的現(xiàn)行的集裝箱信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和追蹤定位技術(shù)，自動化和信息化程度較低，容易導(dǎo)致信息識別率不高、難以進行實時追蹤等問題，提出了基于RFID和北斗技術(shù)下的智能化改進措施，對集裝箱基本信息的識別技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、實時追蹤技術(shù)提出了改進方案，并對集裝箱場站管理和運輸過程進行優(yōu)化改造研究，以實現(xiàn)對集裝箱的實時定位追蹤，提高集裝箱運輸作業(yè)效率和信息化管理水平。

鐵路集裝箱管理系統(tǒng)；RFID；北斗技術(shù)；智能化

1　背景分析

1.1鐵路集裝箱管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

集裝箱運輸是一種高效率、高效益、高投資、高協(xié)作的運輸方式。集裝箱管理系統(tǒng)的建設(shè)是發(fā)展集裝箱運輸?shù)闹匾獌?nèi)容和提高運輸效益的重要手段。我國的鐵路集裝箱管理系統(tǒng)自1996年開始建設(shè)，已經(jīng)先后建成了集裝箱追蹤管理信息系統(tǒng)、集裝箱統(tǒng)計分析系統(tǒng)、集裝箱運輸調(diào)度系統(tǒng)等［1］。這些系統(tǒng)在一定時期為提高鐵路集裝箱經(jīng)營管理水平和運輸生產(chǎn)效率提供了有力的技術(shù)支撐，取得了明顯的經(jīng)濟和社會效益。然而隨著鐵路集裝箱運輸?shù)目焖侔l(fā)展，現(xiàn)有的集裝箱信息識別技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和追蹤技術(shù)日漸暴露出信息化和智能化水平不高的弊端。

目前，我國的集裝箱管理系統(tǒng)是在鐵路運輸管理信息系統(tǒng)（TMIS）的基礎(chǔ)上研發(fā)的［2］。采用圖像及條碼識別技術(shù)識別集裝箱箱號、裝卸車和出入站日期、單據(jù)號、領(lǐng)箱人等信息，并人工錄入計算機系統(tǒng)，然后再與車號自動識別系統(tǒng)（ATIS）中的車輛動態(tài)信息進行綁定，傳遞到鐵路總公司中央數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行分析處理，借助TMIS平臺可以記錄集裝箱運輸過程中的隨車情況，實現(xiàn)集裝箱節(jié)點式追蹤管理，但不夠精細化。美國、加拿大、日本、法國等國家的鐵路集裝箱信息系統(tǒng)都已使用多年，并具有全球性計算機網(wǎng)絡(luò)支持，能夠?qū)b箱運輸實行全程動態(tài)追蹤管理［1］。相比于上述國家的集裝箱信息系統(tǒng)建設(shè)，我國鐵路集裝箱管理信息系統(tǒng)的智能化和信息化程度相對落后。

1.2鐵路集裝箱運輸組織和場站管理現(xiàn)狀

鐵路集裝箱的經(jīng)營主要分為集裝箱運輸組織和場站管理兩個方面。目前，我國鐵路集裝箱運輸組織主要分為3個環(huán)節(jié)：受理承運環(huán)節(jié)、裝車運輸環(huán)節(jié)和到站交付環(huán)節(jié)［3］。

（1）受理承運：客戶提交集裝箱貨運需求訂單。審核通過后按規(guī)定日期將貨物送至集裝箱中心站，并填寫托運單，貨物驗收后進行稱重和施封，制票員根據(jù)托運單制票?？蛻衾U納費用后得到提貨聯(lián)和報銷聯(lián)，托運程序完畢。貨物被運往集裝箱堆場進行暫時保管，工作人員根據(jù)貨票丁聯(lián)將集裝箱貨物信息錄入集裝箱管理系統(tǒng)。

（2）裝車運輸：各鐵路局根據(jù)承認裝車計劃進行配車，集裝箱堆場工作人員按照裝車計劃進行裝車，并填寫裝車清單，連同制票丁聯(lián)交由列車人員進行保管和運送。

（3）到站交付：列車到站后與車站方面進行票據(jù)交接，到站之前便發(fā)出催領(lǐng)通知，卸車后對集裝箱進行堆碼，并對貨物進行暫時保管，貨主領(lǐng)貨后工作人員將空箱收回保管。

集裝箱的場站管理是集裝箱經(jīng)營的重要內(nèi)容，對提高集裝箱運輸組織水平和運用效率，防止集裝箱損壞和丟失具有重要意義。主要包括集裝箱進出站管理、檢驗、維修、備用、投入和報廢等環(huán)節(jié)。

1.3存在的問題

總體來看，我國鐵路集裝箱管理系統(tǒng)主要存在以下幾個方面的問題［2］：

（1）主要采用圖像及條碼識別技術(shù)采集集裝箱信息，通過攝像頭識別印刷在集裝箱表面的編號。但是容易受天氣及污損情況的影響，其識別率一般在90%左右，可靠性不高。

（2）圖像及條碼識別技術(shù)天然受無法處理數(shù)據(jù)碰撞問題的制約，在一個識別環(huán)境中存在多個數(shù)據(jù)采集點時，經(jīng)常由于數(shù)據(jù)沖突導(dǎo)致信息讀取失敗。

（3）采用人工抄寫的方式記錄集裝箱編號等信息，效率低且容易出錯。

（4）在集裝箱堆放場中，由于集裝箱通常都是多層堆放，現(xiàn)有的圖像及條碼識別技術(shù)不足以支持管理者掌握堆場中集裝箱的位置及狀態(tài)，容易引發(fā)重箱積壓、空箱回送不及時等問題。

（5）在集裝箱堆放場，由于作業(yè)自動化程度相對較低，出入手續(xù)復(fù)雜，容易導(dǎo)致托運車輛排長隊的現(xiàn)象。

（6）現(xiàn)有的集裝箱管理信息系統(tǒng)無法做到對運輸途中集裝箱的實時追蹤，降低了集裝箱運輸?shù)陌踩浴?/p>

2　基于RFID和北斗技術(shù)的鐵路集裝箱管理系統(tǒng)智能化改進方案

2.1RFID技術(shù)及其應(yīng)用

RFID即無線射頻識別技術(shù)，通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸，是一種非接觸的雙向通信方式。RFID通過各類信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)連接形成網(wǎng)絡(luò)以進行信息交換和通信。利用RFID技術(shù)進行集裝箱信息采集，具有非接觸數(shù)據(jù)讀取、讀取距離遠、抗污損性能好等優(yōu)點［4］。

RFID技術(shù)在我國鐵路運輸領(lǐng)域已有比較成熟的應(yīng)用［5］，例如現(xiàn)在已經(jīng)覆蓋全路的車號自動識別技術(shù)為我國各級鐵路系統(tǒng)的智能化升級提供了良好的機遇。同時，RFID技術(shù)在客票系統(tǒng)中也已有所應(yīng)用，極大地提高了鐵路客票快速支付和檢票通行的效率。

2.2北斗技術(shù)及其應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并具備短報文通信功能。定位精度10m，測速精度0.2m/s，授時精度10ns。

目前，北斗技術(shù)在我國漁船定位和道路交通領(lǐng)域中已有良好的應(yīng)用，而對于北斗技術(shù)在鐵路系統(tǒng)應(yīng)用尚處于探索階段，目前在大秦線上已開發(fā)了列車運行狀態(tài)信息系統(tǒng)和無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)等［6］。而北斗技術(shù)在列車定位和防災(zāi)安全監(jiān)控方面具有無可比擬的優(yōu)勢，因此，本文將北斗技術(shù)應(yīng)用到鐵路集裝箱實時定位追蹤領(lǐng)域，具有可行性與創(chuàng)新性。

2.3基于RFID和北斗技術(shù)的智能化系統(tǒng)改進

使用RFID技術(shù)代替原有的圖像及條碼識別技術(shù)，同時融入北斗技術(shù)以實現(xiàn)對集裝箱運輸過程的實時追蹤，需要對集裝箱管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架進行改進［3］，如圖1所示。

圖1　基于RFID和北斗技術(shù)改進下的鐵路集裝箱管理系統(tǒng)

基于RFID和北斗技術(shù)改進下的鐵路集裝箱管理系統(tǒng)，包括上位機系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)，具體如下：

（1）下位機系統(tǒng)：下位機系統(tǒng)即集裝箱信息采集系統(tǒng)，主要為作業(yè)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)采集和寫入系統(tǒng)，包括現(xiàn)場人員配備的手持式RFID讀寫器和北斗衛(wèi)星指揮機，用以讀取和寫入集裝箱信息至集裝箱內(nèi)側(cè)的RFID電子標簽和北斗系列電子標簽。其中RFID電子標簽記錄了集裝箱的箱號、位置、箱內(nèi)貨物狀況等信息，可供RFID讀寫器讀寫，并與集裝箱管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫實時同步更新，保證數(shù)據(jù)的唯一性和準確性。集裝箱出入口處的RFID讀寫器對進出車輛車載集裝箱信息進行不間斷讀取，借助RFID系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫信息進行校對，及時發(fā)現(xiàn)運輸過程中的錯裝、漏裝現(xiàn)象，降低貨運事故發(fā)生的可能。借助裝設(shè)在起重器械、運載機械上的RFID讀寫器實現(xiàn)集裝箱堆場作業(yè)的指令傳遞和智能化作業(yè)。北斗系列電子標簽通過北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)利用北斗指揮機讀取，實時監(jiān)測集裝箱的地理位置坐標。

宮腔鏡下清宮術(shù)聯(lián)合雌孕激素預(yù)防稽留流產(chǎn)患者術(shù)后宮腔粘連的臨床觀察 ……………………………… 劉穎蔚等（2）：220

（2）傳輸系統(tǒng)：傳輸系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，包括各類信息傳輸通道及接口，負責(zé)上位機與下位機系統(tǒng)間的信息交互，包括鐵路專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)。借助鐵路專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對上位機信息數(shù)據(jù)庫的動態(tài)更新和校核，上位機控制系統(tǒng)對下位機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寫入和指令發(fā)布。北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用以實現(xiàn)對集裝箱地理坐標的實時定位和遠程通信，并確保與集裝箱管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性。

（3）上位機系統(tǒng)：在對既有集裝箱管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，開發(fā)集裝箱RFID信息管理軟件和鐵路地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件，用以實現(xiàn)北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的存儲和管理。

2.4智能化系統(tǒng)改進下的鐵路集裝箱運輸與場站管理作業(yè)優(yōu)化改造

應(yīng)用RFID和北斗技術(shù)對鐵路現(xiàn)有集裝箱管理系統(tǒng)進行智能化改進后，需要對集裝箱運輸及場站管理作業(yè)進行優(yōu)化改造［7］。其中，運輸作業(yè)的優(yōu)化改造包括受理承運、裝車運輸、到站交付三個環(huán)節(jié)；場站管理作業(yè)的優(yōu)化改造包括集裝箱出入管理、集裝箱堆場作業(yè)管理和集裝箱客戶端管理三個環(huán)節(jié)。

（1）運輸作業(yè)優(yōu)化改造。采用RFID技術(shù)和北斗技術(shù)對集裝箱管理系統(tǒng)進行智能化改造后，需要對集裝箱運輸組織中的受理承運、裝車運輸、到站交付等環(huán)節(jié)進行流程再造。

①在受理承運環(huán)節(jié)，包括訂單提交、審核、貨物驗收、填寫運單、貨物驗收、稱重施封等流程與改造之前相比變化不大。在制票環(huán)節(jié)中需要相應(yīng)增加電子標簽制作環(huán)節(jié)，配合貨運票據(jù)同步制作電子標簽，實現(xiàn)集裝箱信息的網(wǎng)絡(luò)化同步傳輸，有利于貨物信息的完整和對稱。貨物被送到集裝箱堆場保管，同時貨物集裝箱信息已通過局域網(wǎng)傳輸?shù)郊b箱管理系統(tǒng)，無需人工錄入。

相比于既有流程，優(yōu)化改造后的流程以電子標簽替代了現(xiàn)有紙質(zhì)標簽，提高了貨物信息傳遞的效率和安全性，也排除了人工錄入環(huán)節(jié)中存在的信息錯漏風(fēng)險。貨物信息可以被方便的讀取和寫入，在系統(tǒng)內(nèi)有序高效的傳遞，也減輕了作業(yè)人員的勞動強度。

②在裝車運輸環(huán)節(jié)，配車和裝車流程變化不大，裝車后工作人員利用手持式RFID讀寫器將集裝箱編號、到站、貨重等信息寫入電子標簽，并隨集裝箱進行運送。RFID系統(tǒng)可以對集裝箱信息進行實時校核，對貨丟、貨損及上錯車的情況進行及時報警，保證出站前集裝箱貨物的準確和安全。在途集裝箱的實時追蹤則由貨運中心依靠北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不間斷讀取集裝箱通信盒中的北斗系列標簽，從而掌握集裝箱的位置和狀態(tài)，保證貨物的實時監(jiān)控和安全。

相比于既有流程中貨物運輸途中存在盲點以及發(fā)生貨丟、貨損事故后責(zé)任不明等問題，借助于RFID系統(tǒng)的信息校核和報警功能可以最大限度保證貨物出站前的安全和完整。運輸途中北斗衛(wèi)星的實時監(jiān)測保證了貨物信息在整個運輸途中的連貫性，在減低事故發(fā)生率的同時提供了追究責(zé)任和挽回損失的有效途徑。

③在到站交付環(huán)節(jié)，貨物卸車后，RFID系統(tǒng)實時掃描集裝箱信息并與集裝箱管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息進行及時匹配，若發(fā)生不匹配現(xiàn)象則及時報警，并通過回查北斗標簽信息確認貨運事故發(fā)生的地點和時刻，最大限度地挽回損失。信息無誤后向貨主發(fā)出催領(lǐng)通知并對貨物進行暫時保管，保管過程中可以再次借助手持讀寫器讀取電子標簽信息進行驗證，保證貨物完整良好的交付。

圖2　智能化改進下鐵路集裝箱場站管理作業(yè)流程

相比于既有流程，借助RFID技術(shù)和北斗技術(shù)可以保證交付環(huán)節(jié)貨物的完整和良好，也簡化了作業(yè)環(huán)節(jié)。RFID對貨物進出站集裝箱信息進行實時讀取和匹配，加之集裝箱運輸途中北斗技術(shù)的實時追蹤，相當(dāng)于給貨物安全提供了一份“雙保險”。

（2）場站管理作業(yè)優(yōu)化改造

①集裝箱出入管理：借助出入口處安裝的RFID讀寫器對進出車輛車載集裝箱信息進行讀取，并與中央數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中信息進行同步校核，若校核信息一致無誤，才在運輸車輛方向，允許其進入或離開集裝箱堆場。

在現(xiàn)有流程中，以上過程基本都是以人工作業(yè)為主，作業(yè)效率低，容易導(dǎo)致集裝箱運輸車在出入口排長隊的現(xiàn)象。RFID技術(shù)支持下，RFID讀寫器可以實現(xiàn)自動快速地對集裝箱信息的讀取和寫入，數(shù)據(jù)可以在系統(tǒng)內(nèi)有序高效的傳遞。有效提高了信息識別的準確性和數(shù)據(jù)更新的同步性，減輕了工作人員的勞動強度。

②集裝箱堆場作業(yè)管理：對于需要搬運的集裝箱，由上位機系統(tǒng)發(fā)出指令，下位機系統(tǒng)通過鐵路專用網(wǎng)絡(luò)在接受到指令信息后與作業(yè)設(shè)備進行信息交互，控制作業(yè)設(shè)備進行自動化作業(yè)，改變既有人工操作的模式。

在現(xiàn)有流程中，需要挪移集裝箱的確認工作由人工完成，然后控制起重機械完成對集裝箱的挪移。RFID環(huán)境下，可以通過車載RFID讀寫器實現(xiàn)對需要挪移的集裝箱的自動確認和識別，并通過數(shù)據(jù)交互控制起重機械的自動化作業(yè)，有效提高了工作效率。

③集裝箱客戶端管理：現(xiàn)有基于TMIS開發(fā)應(yīng)用的鐵路集裝箱管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對客戶信息的數(shù)據(jù)庫管理，可以進行信息存儲、管理、查詢、更新等操作。RFID技術(shù)和北斗技術(shù)支持下，可以獲取集裝箱堆碼位置、狀態(tài)、地理位置等動態(tài)信息，方便用戶借助各類電子設(shè)備終端實現(xiàn)對集裝箱信息更精準和全面的查詢。

在現(xiàn)有流程中，客戶可以通過終端設(shè)備對貨物基本信息進行查詢，但是信息不夠全面，數(shù)據(jù)更新非常遲緩，信息化程度相對粗糙。RFID環(huán)境下，可以方便為用戶提供全面的貨物狀態(tài)信息，而且北斗技術(shù)可以實現(xiàn)精確的貨物狀態(tài)信息實時更新，從而有利于提高運輸?shù)耐该餍院涂蛻魸M意度。

3　結(jié)語

集裝箱運輸是一種高效率、高效益、高投資、高協(xié)作的運輸方式，也是未來鐵路貨運發(fā)展的主要方向。本文針對我國鐵路集裝箱管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀中存在的主要問題，提出了基于RFID和北斗技術(shù)下的智能化改進措施，對集裝箱基本信息的識別技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、實時追蹤技術(shù)提出了改進方案，并對集裝箱場站管理和運輸過程進行優(yōu)化改造研究。有利于提高集裝箱運輸?shù)淖鳂I(yè)效率，減輕工作人員的勞動強度，體現(xiàn)了智能化鐵路的含義，也是本文的創(chuàng)新性所在。

［1］劉作義，郎茂祥.鐵路貨物運輸［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.

［2］張雪.基于RFID技術(shù)的鐵路集裝箱堆場管理信息系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2011.

［3］臧鑫.RFID在鐵路集裝箱運輸中的應(yīng)用研究［J］.鐵道運輸與經(jīng)濟，2012，33（7）：58-60.

［4］徐利民，楊磊，楊旭，鄭平標.我國鐵路集裝箱運輸組織技術(shù)發(fā)展方向研究［J］.鐵道運輸與經(jīng)濟，2012，34（12）：18-25.

［5］陶學(xué)宗，鐘雁.RFID技術(shù)在集裝箱運輸中的應(yīng)用研究［J］.物流技術(shù)，2006，（4）：40-42.

［6］蘇蕊，劉曉娟.“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用［J］.鐵路通信信號工程技術(shù)，2011，8（6）：28-30.

［7］劉迪，張志榮.基于北斗的鐵路集裝箱運輸RFID應(yīng)用系統(tǒng)研究［J］.中國鐵路，2015，（8）：42-46.

Intelligent Improvement of Railway Container Management System Based on RFID and Beidou Technology

Peng Qiyuan，Wang Xiang，Tao Siyu，Yao Di
（School of Transportation Logistics， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China）

In this paper， in view of the problems afflicting the current railway container management systems in China， we proposed theintelligent improvement measure based on RFID and the Beidou technology， designed the specific improvement solutions for the containeridentification technology， data transmission technology， and real- time tracking technology， and at the end， optimized the container yardmanagement and operation processes.

railway container management system； RFID； Beidou technology； intelligent

TP391.45；TP315

A

1005-152X（2016）08-0079-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.08.021

2016-07-02

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助（2682015cx041）

彭其淵（1962-），男，重慶涪陵人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：智能交通系統(tǒng)理論與方法、綜合運輸系統(tǒng)優(yōu)化；王翔（1992-），男，山東泰安人，西南交通大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院碩士研究生。