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(nèi)物流市場正發(fā)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)化布局不斷優(yōu)化、日趨完善；三是標準化設(shè)備設(shè)施為信息化建設(shè)提供支撐；四是裝箱辦理站信息服務(wù)穩(wěn)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(fā)展規(guī)劃。

為此，上海局根據(jù)自上而下的規(guī)劃和自下而上的技術(shù)創(chuàng)新，向國鐵集團提出“鐵路集裝箱智能場站關(guān)鍵技術(shù)研究”的科研項目，開展鐵路集裝箱智能場站系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，以有效提升集裝箱業(yè)務(wù)運作效率和管理水平，提升鐵路經(jīng)營效益、保護生態(tài)環(huán)境等方面為目標，構(gòu)建自動化、智能化的鐵路集裝箱場站管理系統(tǒng)。課題研究已在義烏西、金華南示范應(yīng)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(shù)，構(gòu)建多級定位系統(tǒng)，結(jié)合TOA/TDOA 等算法，全面解決場站內(nèi)集裝箱的時空定位。采用馴服時鐘等技術(shù)提高定位精度。

（2）集裝箱號智能獲取?；诩b箱左右兩側(cè)、頂端使用字母加數(shù)字標識，采用視頻圖像采集、OCR 識別技術(shù)，識別出集裝箱箱號；利用集裝箱編號校驗規(guī)則、集裝箱系統(tǒng)中的箱號數(shù)據(jù)，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(yè)定位。采用RFID 技術(shù)獲取集卡汽車車板號，綜合OCR 識別技術(shù)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(yè)的定位。

（4）裝卸作業(yè)智能化接車對位。采用雷達檢測等技術(shù)，結(jié)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(yè)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(yè)，使得系統(tǒng)自動模擬推算、產(chǎn)生較優(yōu)效率的裝卸作業(yè)指令。

（5）在正面吊運起重機、集裝箱空箱堆垛機移動作業(yè)中實現(xiàn)集裝箱定位。通過OCR 識別和GNSS-RTK 定位實現(xiàn)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(tài)。采用圖像處理和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)識別視頻，后臺進行逐層表征圖像抽象特征、端到端訓(xùn)練等。

（2）動態(tài)感知門式起重機區(qū)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(tài)物體距離，分析得到作業(yè)人員處于高風(fēng)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(fā)送接收信號的時間差，獲得目標距離，門吊小車上的旋轉(zhuǎn)裝置進行實時角度調(diào)整，使吊具與集裝箱快速實現(xiàn)對準鐵路貨車上的FTR 鎖，輔助優(yōu)化吊裝作業(yè)。相位法測距和脈沖法測距法計算相位差或發(fā)送接收信號的時間差，獲得距離。

2.3 數(shù)據(jù)共享與協(xié)同

（1）集裝箱超偏載裝置測量信息、汽車衡稱重信息綜合應(yīng)用。可有效、快速判斷集裝箱超重、偏載，降低生產(chǎn)風(fēng)險。

（2）與鐵路既有集裝箱系統(tǒng)的接口協(xié)議。采用數(shù)據(jù)同步、消息同步、https等技術(shù)，與現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時同步和交互。

（3）消息處理機制。集裝箱智能場站系統(tǒng)需要各崗位協(xié)同工作，其工作內(nèi)容、流程和結(jié)果都要及時交互，并且實時與貨運其他系統(tǒng)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(xiàn)和微服務(wù)技術(shù)

（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(qū)、貨位等業(yè)務(wù)元素及其特定相關(guān)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(wù)技術(shù)架構(gòu)。后端基于微服務(wù)架構(gòu)支撐各類數(shù)據(jù)服務(wù)高可用性，將各業(yè)務(wù)模塊發(fā)布為服務(wù)，支持服務(wù)容量線性擴展。實現(xiàn)多個車站集中部署后，業(yè)務(wù)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(shù)級的服務(wù)路由以及服務(wù)歸組、服務(wù)限流、安全控制追蹤等服務(wù)治理能力。

2.5 場外與場內(nèi)協(xié)同作業(yè)

（1）場外預(yù)約功能?？蛻簦ㄋ緳C）APP（android 版、IOS 版），可線上辦理提重箱委托、送空箱委托、進場預(yù)約、裝車照片審核等業(yè)務(wù)，還能實時跟蹤集裝箱的作業(yè)動態(tài)。

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

3 系統(tǒng)組成

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

鐵路集裝箱智能場站系統(tǒng)采用上海局云計算資源搭建，可多個場站系統(tǒng)集中部署、分布式處理。主要功能有：客戶預(yù)約、圖形化堆場、檢斤驗貨、智能作業(yè)指令等業(yè)務(wù)功能。該系統(tǒng)與上海局貨運業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過接口服務(wù)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的獲取及上報。圖1為總體架構(gòu)圖。

圖1 總體架構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

采用互聯(lián)網(wǎng)、鐵路辦公網(wǎng)、內(nèi)部資源網(wǎng)等混合組網(wǎng)方式，分布于上海局各地的客戶、現(xiàn)場作業(yè)人員可通過互聯(lián)網(wǎng)終端（PC 端或手持機）、辦公網(wǎng)終端（PC 端或手持機）接入系統(tǒng)平臺進行作業(yè)。

互聯(lián)網(wǎng)、鐵路辦公網(wǎng)、內(nèi)部資源網(wǎng)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(gòu)圖。

圖2 物理架構(gòu)圖

3.3 場站定位識別原理

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

（2）集裝箱自動定位技術(shù)。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(jié)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(tài)和集裝箱箱號識別，利用RTK-GNSS 定位技術(shù)，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(gòu)圖。

圖3 場站定位識別架構(gòu)圖

4 功能模塊

（1）數(shù)據(jù)集成。集成鐵路現(xiàn)車系統(tǒng)、電商系統(tǒng)、集裝箱系統(tǒng)、貨運站系統(tǒng)等，形成場站實時動態(tài)環(huán)境，集中部署在上海局統(tǒng)一資源平臺，可與國鐵集團鐵路貨運票據(jù)電子化系統(tǒng)平臺交互。

（2）圖形化集裝箱堆場。根據(jù)不同顏色區(qū)分到達發(fā)送箱、空重箱、20/40 尺、異常箱等；結(jié)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(jù)需要增加標識區(qū)分功能區(qū)，比如到達箱、出發(fā)箱、海鐵聯(lián)運箱、國際班列等；通過分析門吊當前位置、待作業(yè)的集裝箱分布情況、待作業(yè)的集卡情況等條件參數(shù)，系統(tǒng)能夠計算出最優(yōu)作業(yè)路線，減少車輛和設(shè)備的無序走行，使作業(yè)調(diào)度更加科學(xué)，安全管理更加精準；場內(nèi)外貨運作業(yè)流程、設(shè)備采集信息等按業(yè)務(wù)流進行管理，集中展示在圖形化堆場上。

（3）外部協(xié)作平臺模塊?？蛻糇鳂I(yè)預(yù)約、引導(dǎo)（顯示屏、APP 推送）模塊，獲取場內(nèi)堆場信息，內(nèi)外交付信息等；客戶可將集裝箱裝卸信息提前傳輸?shù)綀鰞?nèi)，將裝卸作業(yè)安全監(jiān)管延伸至場外。

（4）作業(yè)統(tǒng)一調(diào)度。由系統(tǒng)平臺統(tǒng)一下發(fā)智能吊箱指令，作業(yè)人員APP 接收吊箱指令后按計劃作業(yè)，門吊部位上的數(shù)據(jù)傳感器實現(xiàn)箱號信息、超偏載等數(shù)據(jù)的實時采集，一旦發(fā)現(xiàn)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(fā)出警示，消除隱患作業(yè)。

（5）進出門管理電子化。智能閘口管理子系統(tǒng)，可根據(jù)場內(nèi)外作業(yè)內(nèi)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(xiàn)車輛不停留快速過閘。

（6）作業(yè)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(guān)聯(lián)，在作業(yè)中警示貨運裝卸作業(yè)；系統(tǒng)呈現(xiàn)集裝箱吊裝作業(yè)和吊裝軌跡，形成室外貨裝與室內(nèi)監(jiān)護間互控；安裝軌道門吊、移動式正面吊等裝載機械設(shè)備上的傳感器可輔助貨車FTR鎖扣解鎖，提升裝載安全。

（7）數(shù)據(jù)交換與分析統(tǒng)計。大型物流企業(yè)的系統(tǒng)與外部協(xié)作系統(tǒng)互聯(lián)，進場信息通過安全平臺推送進入智能集裝箱系統(tǒng)，實行企業(yè)間系統(tǒng)互聯(lián)；通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)場站管理的輔助決策。

（8）故障應(yīng)急處置模塊。電子門禁等相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障時，改由手工抬桿，可錄入進重提空、放行作業(yè)信息；門吊定位設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)故障時，場站外勤貨運員使用作業(yè)APP 進行信息確認或者人工錄入；互聯(lián)網(wǎng)安全平臺出現(xiàn)故障時，可以通過鐵路內(nèi)網(wǎng)PC終端，進行人工錄入進場信息和作業(yè)干預(yù)。

5 結(jié)束語

集裝箱智能場站系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了集裝箱箱位管理信息化、閘口管理智能化和場站作業(yè)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(yè)差錯率、提升了作業(yè)效率。金華南依托鐵路集裝箱智能場站系統(tǒng)支撐，場站能力提高約40%。據(jù)統(tǒng)計，2021 年1 至8月，金華南累計開行中歐班列458 列，發(fā)運38062 個標準箱，同比增長159%。上海局將繼續(xù)在合肥北、堯化門、常州、蘇州西等鐵路集裝箱場站推廣應(yīng)用。

今后，鐵路集裝箱場站仍需深化與場外單位數(shù)據(jù)共享，圍繞提升客戶服務(wù)、數(shù)據(jù)增值、協(xié)同作業(yè)和管理等做好進一步開發(fā)和應(yīng)用。