李文暉，楊文韜，張義川

（1.中鐵集裝箱運輸有限責(zé)任公司 箱布管理部，北京 100055；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司運輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081)

0 引言

為了滿足不斷發(fā)展的集裝箱運輸業(yè)務(wù)管理需要，我國鐵路逐步構(gòu)建了涵蓋作業(yè)管理、考核管理、全程追蹤、統(tǒng)計分析、集裝箱分布、費用管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)整合、系統(tǒng)管理等功能模塊的鐵路集裝箱箱管系統(tǒng)[1]，在一定程度上為鐵路集裝箱運輸業(yè)務(wù)提供了支持。但是，與社會物流發(fā)展趨勢以及市場多元化需求相比，鐵路集裝箱運輸在運輸安全、物流服務(wù)、資產(chǎn)管理、運用管理等方面還存在智能化程度較低、新技術(shù)應(yīng)用不足，以及數(shù)據(jù)融合、大數(shù)據(jù)分析開展較為緩慢等方面的問題，主要體現(xiàn)在以下方面：①信息采集自動化程度較低。鐵路集裝箱運輸在信息采集方面除了一些信息(作業(yè)、報文、現(xiàn)車、貨票、運單、集裝箱綜合信息)來自于鐵路運輸信息集成平臺外，大部分車站作業(yè)涉及的發(fā)送、到達(dá)、交付、門檢、出入境等信息來自現(xiàn)場人員的錄入，存在因現(xiàn)場錄入延遲而導(dǎo)致集裝箱運輸信息實時性變差的情況。②缺乏物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)使用。在場站管理、箱檢箱修、全程追蹤等方面缺乏對高效物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的使用，造成勞動強度大、作業(yè)效率較低且容易產(chǎn)生錯誤[2]。③數(shù)據(jù)融合處理和大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用水平有待提高。由于歷史原因，依然存在信息孤島的現(xiàn)象，各種信息未進(jìn)行全面融合并開展大數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)致難以進(jìn)行精細(xì)化管理，同時無法進(jìn)行倉儲、金融等業(yè)務(wù)拓展并向客戶提供高品質(zhì)服務(wù)。

現(xiàn)代社會物流發(fā)展正迅速經(jīng)歷從自動化向智能化發(fā)展的過程，如順豐、京東等企業(yè)都在廣泛使用智能物流裝備、建設(shè)智能物流系統(tǒng)及智能物流平臺。京東等物流電商企業(yè)在倉儲管理上使用自動化立體倉庫、立體貨架，在分揀輸送上使用AGV揀貨機(jī)器人和智能揀選機(jī)，在配送管理上使用無人機(jī)、無人車，在安全管理上使用巡檢機(jī)器人、巡檢無人機(jī)，結(jié)合強大的信息系統(tǒng)，試圖打造一個無人操作的智能化物流體系。初步實踐表明，智能化物流系統(tǒng)可以提升倉儲運用效率5倍以上，提升分揀效率4倍，裝卸人工成本降低66%?，F(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)與現(xiàn)代物流理念、方法的融合推動實現(xiàn)物流服務(wù)數(shù)字化、物流企業(yè)與產(chǎn)業(yè)鏈深度融合為越來越多的物流企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了基礎(chǔ)和條件。因此，從社會發(fā)展來說，大部分行業(yè)都存在從自動化到智能化再到智慧化的歷程轉(zhuǎn)變。

對比社會先進(jìn)物流企業(yè)，鐵路集裝箱運輸在智能化、智慧化的道路上不僅需求迫切而且還有很長的路要走。可將鐵路智慧箱管定義為：按照自主采集、智能決策、自動組織模式，依托自動化、智能化的裝備實現(xiàn)鐵路集裝箱管理相關(guān)信息、數(shù)據(jù)的自主感知、自動采集，再通過智能化的鐵路箱管系統(tǒng)實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的實時分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行，并進(jìn)一步實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)、決策方案的自主學(xué)習(xí)、優(yōu)化處理，達(dá)到感知—分析—判斷—執(zhí)行—反饋—優(yōu)化的智慧閉環(huán)。

1 我國鐵路智慧箱管體系構(gòu)建需求分析

鐵路智慧箱管范疇?wèi)?yīng)不局限于傳統(tǒng)的集裝箱“站到站”運輸，需要從綜合多式聯(lián)運集裝箱運輸企業(yè)的角度出發(fā)，全面滿足鐵路集裝箱在運輸安全、物流服務(wù)、資產(chǎn)管理、運用管理等業(yè)務(wù)方面的多元化需求。鐵路智慧箱管業(yè)務(wù)需求功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路智慧箱管業(yè)務(wù)需求功能架構(gòu)Fig.1 Functional architecture of business demands for smart rail container management

（1）運輸安全。鐵路集裝箱運輸安全管理涉及在途、在站、在堆場各個環(huán)節(jié)，需要監(jiān)控的集裝箱各種狀態(tài)具體包括以下方面。①時空位置。連續(xù)動態(tài)地對鐵路線上、鐵路車站堆場、公路運輸、水路運輸各個環(huán)節(jié)的集裝箱位置進(jìn)行追蹤。②貨物性狀。運輸途中是否有異常沖擊、翻轉(zhuǎn)，箱內(nèi)貨物性質(zhì)及狀態(tài)(溫度、壓力、液位等)是否安全，需要能夠基于采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警和報警。③裝載安全。通過源頭裝載和途中監(jiān)控掌握集裝箱貨物是否超重、集重、偏載。④貨物防盜。在運輸途中集裝箱箱門是否被異常打開，箱內(nèi)貨物是否被盜。

（2）物流服務(wù)。鐵路集裝箱運輸物流服務(wù)涉及對外信息查詢、貨運市場預(yù)測、聯(lián)運方案優(yōu)化和物流金融等方面。①信息查詢。為客戶提供精確的最新的集裝箱位置信息，全程集裝箱狀態(tài)追蹤信息包含集裝箱的實時位置、溫度、加速度、箱門開閉，并結(jié)合歷史運行軌跡給出預(yù)計到達(dá)時間。②市場預(yù)測。基于大數(shù)據(jù)的物流市場動態(tài)預(yù)測及市場預(yù)警。對各個OD點間不同類型貨物的運量進(jìn)行分析，預(yù)測市場供需能力的變化態(tài)勢，為貨主提供市場預(yù)警服務(wù)。③聯(lián)運方案?；诖髷?shù)據(jù)對多式聯(lián)運服務(wù)能力、供需資源匹配進(jìn)行分析并生成多式聯(lián)運方案，通過運行數(shù)據(jù)對多式聯(lián)運運輸線路進(jìn)行兌現(xiàn)率、流向性分析，給出線路和站點分析報告，從而調(diào)整或優(yōu)化多式聯(lián)運方案。④物流金融。將物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備和區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合，使貨物全程運輸透明化，可以與海關(guān)、檢疫、保險公司、金融公司等共享貨物運輸信息，做到免檢通關(guān)、貨損提前賠付，并可以與金融機(jī)構(gòu)合作開發(fā)各種金融產(chǎn)品，如供應(yīng)鏈融資租賃、在途控貨、倉單質(zhì)押、商業(yè)保理等物流金融服務(wù)[3]。

（3）運用管理。鐵路集裝箱運用管理包含實時監(jiān)控、空箱調(diào)撥、聯(lián)運通關(guān)、裝載方案等方面。①實時監(jiān)控。通過實時獲得位置、空重狀態(tài)、箱門開閉，對集裝箱在途、在站、站外的分布情況進(jìn)行實時掌握，對在車站或樞紐停時較長的在途運輸集裝箱進(jìn)行關(guān)注并督促運輸部門進(jìn)行疏運，監(jiān)督集裝箱在貨主方的停留時間，避免超時滯留，提高集裝箱使用效率。②空箱調(diào)撥。借助地理信息系統(tǒng)制定基于水鐵公綜合方式的集裝箱空箱調(diào)撥及就近使用方案，不再簡單地以鐵路場站和鐵路線路為中心進(jìn)行調(diào)撥。③聯(lián)運通關(guān)。對于跨境多式聯(lián)運，通過對運輸全程的安全監(jiān)管以及監(jiān)管數(shù)據(jù)的多方共享，實現(xiàn)免檢通關(guān)，加速國際多式聯(lián)運貨物運輸。④裝載方案。根據(jù)貨物性質(zhì)、線路運輸條件及歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，制定更加合理的裝載方案，保證貨物裝載安全，避免出現(xiàn)貨物偏載、集重、超重而造成安全風(fēng)險。

（4）資產(chǎn)管理。集裝箱資產(chǎn)管理主要包括資產(chǎn)購置、資產(chǎn)安全和驗箱修箱等方面。①資產(chǎn)購置。對貨運市場、鐵路集裝箱運量以及其他運輸方式運量進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)集裝箱采購和維修價格綜合分析投資效益，決定集裝箱資產(chǎn)購置方案。②資產(chǎn)安全。從國家、省市、鐵路局集團(tuán)公司等多個維度全面掌握鐵路集裝箱的實時位置及分布，防止集裝箱因管理不到位而產(chǎn)生異常丟失現(xiàn)象，確保資產(chǎn)安全。③驗箱修箱。在新造箱驗收階段、修理后的集裝箱驗箱階段以及集裝箱日常使用過程中，在進(jìn)出場站的關(guān)鍵節(jié)點對集裝箱箱況進(jìn)行檢查，篩查可能有質(zhì)量問題的集裝箱，并對集裝箱的異常損壞情況進(jìn)行勘定，界定責(zé)任歸屬，向責(zé)任方索賠箱修費用。

2 鐵路智慧箱管總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鐵路智慧箱管總體架構(gòu)

從先進(jìn)物流企業(yè)的發(fā)展來看，智慧物流正逐步呈現(xiàn)出科技密集型的特征[4]，這就要求鐵路從一個傳統(tǒng)的依托鐵路網(wǎng)運輸?shù)奈锪髌髽I(yè)向科技型多式聯(lián)運物流企業(yè)轉(zhuǎn)變，同時做好智慧箱管頂層架構(gòu)的搭建。鐵路智慧箱管的主體框架主要由基礎(chǔ)層、作業(yè)層、感知層、傳輸層、分析層、決策層組成。鐵路智慧箱管總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 鐵路智慧箱管總體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture of smart rail container management

（1）基礎(chǔ)層。智慧箱管的基礎(chǔ)層包括集裝箱運輸場站、線路、裝卸設(shè)備、載運裝備等設(shè)施設(shè)備，以及集裝箱箱型標(biāo)準(zhǔn)、集裝箱作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、貨物數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、地理信息數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。

（2）作業(yè)層。智慧箱管的作業(yè)層是指集裝箱日常使用中的提箱、裝箱、進(jìn)場、裝車、卸車、出場、掏箱、還箱等現(xiàn)場實際作業(yè)及操作過程，是一切集裝箱箱管日常操作的起點，也是智慧箱管決策執(zhí)行的終點，形成智慧箱管閉環(huán)。

（3）感知層。智慧箱管的數(shù)據(jù)采集節(jié)點能夠保證箱管日常的業(yè)務(wù)活動全程可視、可溯源及可監(jiān)控。箱識別系統(tǒng)主要通過射頻識別(RFID)和二維碼等非接觸式技術(shù)對集裝箱進(jìn)行準(zhǔn)確識別。箱跟蹤系統(tǒng)通過衛(wèi)星定位、基站定位加上裝卸等作業(yè)過程傳感裝置對集裝箱進(jìn)行全運輸流程跟蹤。箱狀態(tài)采集系統(tǒng)通過圖像識別、激光測距、狀態(tài)傳感(溫濕度、壓力、液位、空重)等技術(shù)捕捉集裝箱日常流轉(zhuǎn)過程中的箱體狀態(tài)、內(nèi)部貨物狀態(tài)以及外部環(huán)境狀態(tài)等各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合應(yīng)用實現(xiàn)箱管業(yè)務(wù)數(shù)字化。

（4）傳輸層。智慧箱管的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)利用各種有線和無線傳輸技術(shù)，實時、安全地把各種前端采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较涔茉破脚_。數(shù)據(jù)傳輸通道包括互聯(lián)網(wǎng)、公眾蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)、有線或無線局域網(wǎng)等。

（5）分析層。分析層為智慧箱管的中樞大腦，對感知層通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取的各種結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分類及融合處理后匯聚到存儲資源中，通過事先對業(yè)務(wù)和需求進(jìn)行抽象化而形成的模型和各種類型的高效仿生算法進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，最后給出指導(dǎo)生產(chǎn)的決策并通過感知層向現(xiàn)場作業(yè)的執(zhí)行者下達(dá)。

（6）決策層。智慧箱管的決策系統(tǒng)，將分析層的分析結(jié)果進(jìn)行展示和呈現(xiàn)，輔助管理人員做出最優(yōu)決策判斷，最終再反饋到作業(yè)層執(zhí)行。決策層主要包括企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)、公共客戶查詢平臺、數(shù)據(jù)共享互換服務(wù)。企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)主要包括聯(lián)運方案的制定、空箱調(diào)撥計劃的制定、精準(zhǔn)箱修的輔助、指導(dǎo)制定貨物裝載方案、對貨運市場進(jìn)行預(yù)測等。公共客戶查詢平臺主要包括不同線路的運輸費用、運輸徑路、運到時限、在途位置狀態(tài)的查詢等。數(shù)據(jù)共享互換服務(wù)主要是通過Web服務(wù)、數(shù)據(jù)文件等形式與鐵路、公路、水路交通載運方式，以及海關(guān)、檢疫、金融、貨代等進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享及交換，實現(xiàn)多式聯(lián)運的便捷運輸以及物流金融延伸業(yè)務(wù)。

2.2 鐵路智慧箱管關(guān)鍵技術(shù)

鐵路智慧箱管要求具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等先進(jìn)技術(shù)特征，依據(jù)智慧箱管信息流轉(zhuǎn)全流程，智慧箱管信息技術(shù)主要包括智慧箱管信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息分析技術(shù)、信息預(yù)測技術(shù)。

2.2.1 智慧箱管信息采集技術(shù)

智慧箱管信息采集是采用多種自動化、智能化的方式對集裝箱進(jìn)出場站、在途、裝卸、站內(nèi)作業(yè)、交付和維修等信息進(jìn)行采集。關(guān)鍵箱管業(yè)務(wù)流程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)采集手段如下。

（1）集裝箱場站進(jìn)出門信息采集。二維碼可以有效提高識讀的效率[5]，因此，可以在集裝箱上粘貼包含集裝箱箱號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、載重等信息的耐久性二維碼標(biāo)簽。對于智能化閘口的堆場，可以通過高清攝像頭對二維碼箱號進(jìn)行圖像識別，或通過固定識讀裝置掃讀箱上的RFID標(biāo)簽來判斷箱號；對于無智能化閘口的堆場可以通過在箱上安裝的智能定位終端自動發(fā)送的位置數(shù)據(jù)結(jié)合車站堆場GIS電子圍欄來判斷集裝箱的進(jìn)出堆場情況。

（2）集裝箱裝車信息采集。集裝箱裝車信息采集分為自動采集和人工采集2種方式。自動采集就是集裝箱在裝車站裝車后，裝車信息通過在貨場咽喉處車號識別裝置配合二維碼或RFID箱號掃讀實現(xiàn)集裝箱與車信息的綁定和采集；人工采集就是通過作業(yè)人員使用手持機(jī)掃讀二維碼箱號或RFID箱號以及圖像識別集裝箱平車上的車號來實現(xiàn)集裝箱與車信息的綁定和采集。

（3）集裝箱卸車信息采集。在集裝箱到達(dá)目的車站卸車后，卸車站作業(yè)人員使用手持機(jī)掃讀二維碼箱號或RFID箱號進(jìn)行車號與箱號的解綁并確認(rèn)卸車。

（4）集裝箱在途狀態(tài)信息采集。在途安全狀態(tài)信息采集主要通過安裝在集裝箱上的智能監(jiān)控裝置或智能定位終端(位置、加速度、溫度、壓力、液位等)，輔之以車站咽喉、場站進(jìn)出口的高清視頻裝置（箱門開閉、形變、滲漏)進(jìn)行。

（5）集裝箱交付信息。在集裝箱到達(dá)客戶場地后，集卡司機(jī)使用手持機(jī)掃讀二維碼箱號或RFID箱號進(jìn)行集裝箱交付確認(rèn)。

（6）集裝箱維修信息。通過高清攝像頭對箱體外部以及內(nèi)部進(jìn)行圖像識別初步判斷是否有破損，然后通過激光3D掃描成像設(shè)備來確定集裝箱的破損情況。

（7）集裝箱站內(nèi)作業(yè)信息。通過智能化箱管系統(tǒng)以及裝卸機(jī)械上的智能監(jiān)控裝置來獲取準(zhǔn)確的集裝箱箱區(qū)箱位及空重狀態(tài)信息。

2.2.2 智慧箱管信息傳輸技術(shù)

商用通信技術(shù)在近20年間飛速發(fā)展，有線網(wǎng)絡(luò)桌面端已經(jīng)達(dá)到千兆，公眾蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)已從2G過渡到5G，Space X的近地衛(wèi)星通信(Starlink)也橫空出世[6]，相對應(yīng)的，從集裝箱產(chǎn)生至今，其箱管信息的傳輸方式也發(fā)生著變化，集裝箱運輸?shù)奶攸c為運輸范圍遍及全世界且箱管活動隨時發(fā)生，為了保證運輸過程中各個環(huán)節(jié)信息采集無死角，智慧箱管信息傳輸技術(shù)主要通過互聯(lián)網(wǎng)、公眾蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)、有線或無線局域網(wǎng)完成信息傳輸?，F(xiàn)階段，互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、無線自組網(wǎng)等技術(shù)雖然已非常成熟，但仍然需要考慮通信成本、傳輸速度、可靠性與安全性，尤其需要考慮采用何種通信協(xié)議(UDP，TCP/IP和HTTP等)并對通信協(xié)議進(jìn)行良好的設(shè)計，以保證信息傳輸?shù)目煽啃耘c安全性。

2.2.3 智慧箱管信息分析技術(shù)

智慧箱管信息分析技術(shù)就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳仿生、決策樹、模糊聚類、概率統(tǒng)計等各種數(shù)據(jù)挖掘算法對集裝箱流通及作業(yè)產(chǎn)生的海量及異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理及分析[7]。由于箱管活動處于實時發(fā)生及不斷變化過程之中，因此對信息分析處理的效率要求較高。

（1）智能視頻分析技術(shù)。智能視頻分析技術(shù)通過實時分析場站高清視頻采集的圖像，可以實現(xiàn)多種場景應(yīng)用，對危險情況自動識別并實時報警，提高堆場內(nèi)作業(yè)安全及效率。視頻分析技術(shù)在集裝箱日常運輸過程中幾種典型應(yīng)用如下。①通過基于智能深度學(xué)習(xí)分析技術(shù)來檢測集裝箱內(nèi)外鐵銹、油污、板洞、裂縫、地板脫層、油污等殘缺情況，通過毫米波雷達(dá)采集集裝箱點云數(shù)據(jù)生成毫米級3D集裝箱模型，檢測箱體的各種變形。②通過視頻系統(tǒng)構(gòu)建基于圖像識別的堆場邊界電子圍欄，有效防范閑雜人員或異物非法入侵作業(yè)場地。③通過對堆場內(nèi)裝卸、堆箱、移箱、翻箱等作業(yè)進(jìn)行特征提取，建立安全作業(yè)模型，判斷作業(yè)防護(hù)是否到位，裝卸機(jī)械行走路徑與作業(yè)人員區(qū)域是否存在沖突，并且可依據(jù)作業(yè)計劃，通過圖像識別技術(shù)對堆場各項作業(yè)流程進(jìn)行核驗，判斷是否存在操作錯誤。

（2）狀態(tài)監(jiān)測分析技術(shù)。集裝箱監(jiān)測數(shù)據(jù)分析技術(shù)體現(xiàn)在多個應(yīng)用方面，對于通用集裝箱來說，將采集到的定位信息與地理數(shù)據(jù)相結(jié)合可以分析集裝箱在途運輸時間，在重點車站、港口等停留時間，從而可以對集裝箱的使用效率進(jìn)行綜合分析；將采集到的超閾值加速度點與集裝箱裝卸、調(diào)車作業(yè)點相結(jié)合可以分析集裝箱途中是否因不規(guī)范的作業(yè)而受到異常沖擊。對于特種集裝箱來說，可將采集到的壓力、溫度、體積等參數(shù)狀態(tài)變化進(jìn)行歷史趨勢數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得到合理的回歸曲線變化范圍，然后對比實時狀態(tài)參量變化來判斷在途運輸是否存在安全風(fēng)險。

2.2.4 智慧箱管信息預(yù)測技術(shù)

智慧箱管信息預(yù)測技術(shù)就是利用集裝箱多維度歷史運營大數(shù)據(jù)，通過差分自回歸移動平均模型(ARIMA)法、指數(shù)平滑法、彈性系數(shù)法等科學(xué)預(yù)測模型和方法對后期集裝箱的運量、運到時限、調(diào)撥周轉(zhuǎn)、使用壽命等運營方面進(jìn)行提前預(yù)判，準(zhǔn)確的預(yù)測不但可以提高運輸效率、運輸收益和服務(wù)質(zhì)量，還可以有效保證運輸安全。

（1）集裝箱運量預(yù)測。建立根據(jù)區(qū)域生產(chǎn)總值、地區(qū)重點貨物生產(chǎn)量、地區(qū)重點貨物需求量，以及季節(jié)波動因素、其他運輸方式的運量分擔(dān)等多因素相關(guān)的預(yù)測模型，對短期內(nèi)或未來一段時期內(nèi)鐵路集裝箱運量進(jìn)行預(yù)測。

（2）集裝箱預(yù)計到達(dá)時間預(yù)測。根據(jù)重點車站歷史數(shù)據(jù)、車站實時車流、在途車流、設(shè)計作業(yè)能力等因素來設(shè)計模型，對車站的擁堵情況和通過時間進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合統(tǒng)計歷史運行數(shù)據(jù)的各區(qū)間的運行時間，對在途集裝箱預(yù)計到達(dá)時間給出更加精確的預(yù)測。

（3）根據(jù)預(yù)測進(jìn)行集裝箱的調(diào)撥周轉(zhuǎn)。根據(jù)不同類型貨物市場變化預(yù)測未來一段時間各個重點需求點的用箱需求，通過掌握即將發(fā)出的和在途的集裝箱，預(yù)測在未來時間內(nèi)由于到達(dá)重箱卸空產(chǎn)生的空箱數(shù)量，從而減少空箱的無效調(diào)撥以提高集裝箱的使用效率。

（4）集裝箱壽命預(yù)測。根據(jù)集裝箱的使用次數(shù)、運行里程、載運貨物類型、裝卸作業(yè)單位及箱修情況，更加合理地制定集裝箱檢查、檢修周期，并對集裝箱的壽命進(jìn)行預(yù)測。

3 智慧箱管體系試驗及應(yīng)用

為了提升箱管體系的信息化和智能化，中鐵集裝箱運輸有限責(zé)任公司(以下簡稱“中鐵集裝箱公司”)近年來對二維碼、RFID、衛(wèi)星定位、圖像識別等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展了廣泛的驗證，部分技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)實際中，發(fā)揮了良好的作用。

3.1 智慧箱管采集技術(shù)驗證

中鐵集裝箱公司為了提升集裝箱的信息化和智能化管理，從2019年開始，已經(jīng)陸續(xù)在新造通用集裝箱上粘貼QR二維碼和集裝箱智能定位終端。由于QR二維碼具有一定的容錯和糾錯能力，無論是閘口的高清視頻還是作業(yè)人員的手持機(jī)，都可以非常方便地識別箱上的二維碼，明顯提升了集裝箱的作業(yè)效率。集裝箱智能定位終端上箱安裝后，可以采集到位置、加速度、溫度等多種數(shù)據(jù)，為集裝箱全程追蹤、貨物安全及資產(chǎn)管理提供了數(shù)據(jù)支持。

3.2 智慧箱管分析技術(shù)驗證

3.2.1 集裝箱箱損鑒定

集裝箱損壞程度的鑒定一直是各大集裝箱公司較為棘手的問題，如果不能及時發(fā)現(xiàn)破損并維修，會帶來貨物損失及安全風(fēng)險[8]。采用激光雷達(dá)與深度學(xué)習(xí)算法等新技術(shù)結(jié)合可以提高集裝箱箱損的鑒定效率。首先采用激光雷達(dá)和高清攝像機(jī)采集箱內(nèi)、箱外各種異常情況(如鐵銹、油污、板洞、裂縫、地板脫層、油污等)的3D點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法對異常情況進(jìn)行判斷，同時通過3D重構(gòu)集裝箱模型以及算法擬合技術(shù)生成集裝箱典型形變曲面，檢測箱體凹陷、側(cè)梁彎曲、角柱變形常見類型。最后將計算機(jī)視覺處理結(jié)果和3D重構(gòu)模型擬合，綜合得到集裝箱最終殘缺檢測結(jié)果。箱損鑒定視覺分析處理流程及試驗驗證如圖3所示。

圖3 箱損鑒定視覺分析處理流程及試驗驗證Fig.3 Processing flow of visual analysis and test verification of container damage identification

3.2.2 集裝箱在站停留分析

為提高集裝箱使用效率，需盡量減少集裝箱在重點車站的停留時間，一旦發(fā)現(xiàn)集裝箱長時間停留在某站，鐵路調(diào)度和貨運部門就需要及時進(jìn)行調(diào)撥處理。通過在集裝箱上安裝定位終端，可以與GIS中劃定的車站堆場電子圍欄相結(jié)合實現(xiàn)集裝箱在站停留的自動分析，判斷給定點是否在電子圍欄區(qū)域內(nèi)的常用算法為夾角法。集裝箱在站停留分析功能如圖4所示。

圖4 集裝箱在站停留分析功能Fig.4 Functional diagram of container off-road retention analysis

3.3 智慧箱管預(yù)測技術(shù)驗證

根據(jù)中歐班列歷史運行的定位追蹤數(shù)據(jù)累積，得到集裝箱常用的運行徑路，通過對在途集裝箱即將經(jīng)過徑路上重點車站的歷史停留時間進(jìn)行樣本統(tǒng)計，綜合考慮季節(jié)、惡劣天氣、發(fā)運量對重點車站停留時間進(jìn)行預(yù)測，加上區(qū)間運行時間，得到較為準(zhǔn)確的中歐班列預(yù)計到達(dá)時間。中歐班列重點車站停留時間預(yù)測如圖5所示，中歐班列預(yù)計到達(dá)功能實現(xiàn)如圖6所示。

圖5 中歐班列重點車站停留時間預(yù)測Fig.5 Dwell time prediction for China-Europe Railway Express at key stations

圖6 中歐班列預(yù)計到達(dá)功能實現(xiàn)Fig.6 Realization of predicting estimated time of arrival for China-Europe Railway Express

4 結(jié)束語

隨著全球智能化、數(shù)字化的發(fā)展，越來越多的傳統(tǒng)集裝箱物流企業(yè)正在迅速向智能、智慧集裝箱物流企業(yè)轉(zhuǎn)變，智慧箱管將是提升物流企業(yè)競爭力的核心。目前中鐵集裝箱公司雖然已經(jīng)開展了箱管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的比選和試用，驗證了衛(wèi)星定位、圖像識別、傳感器感知等技術(shù)能夠有效提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、降低人員勞動強度，但是在智慧箱管方面也僅是走出了依托自動化、智能化裝備實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自主感知、自動采集和初步分析的第一步，在智慧箱管科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行甚至自主學(xué)習(xí)、優(yōu)化處理等方面還未有嘗試。未來鐵路集裝箱的管理技術(shù)發(fā)展，還需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提前做好智慧箱管的頂層設(shè)計，以服務(wù)運輸安全、物流服務(wù)、運用管理、資產(chǎn)管理為建設(shè)目標(biāo)，構(gòu)建架構(gòu)合理、功能完善、技術(shù)先進(jìn)、決策科學(xué)的鐵路智慧箱管平臺，并在智能決策、自動組織等方面開展更深層次的研究和技術(shù)儲備。