鐘彥鵬

(中國鐵路蘭州局集團有限公司 貨運部，甘肅 蘭州 730000)

1 鐵路集裝箱運輸管理現(xiàn)狀分析

隨著市場需求變化以及貨物運輸方式的多樣化，集裝箱運輸由于其貨物裝卸方便、運輸過程安全性高、損耗小、便于“門到門”服務(wù)等特點，在近幾年發(fā)展迅猛。2023 年上半年，中歐班列累計開行8 624 列、發(fā)送93.6 萬TEU，同比分別增長15%和29%；西部陸海新通道班列累計發(fā)送貨物42.4 萬TEU，同比增長10.4%。作為現(xiàn)代運輸行業(yè)的一種重要方式，目前對集裝箱運輸在客戶服務(wù)、裝卸車安全卡控、信息共享等管理方面提出了更高的要求[1]。

通過對北京、上海、廣州、成都、重慶、西安、鄭州、武漢、昆明、烏魯木齊、蘭州等10 個城市的鐵路集裝箱中心站進(jìn)行的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前我國集裝箱管理手段還不能完全適應(yīng)鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，主要問題表現(xiàn)在以下方面。

（1）缺乏相關(guān)信息展示平臺?？蛻敉ㄟ^鐵路95306 平臺辦理集裝箱運輸業(yè)務(wù)，客戶進(jìn)站提空箱還是辦理到達(dá)重箱交付手續(xù)，車站只能通過電話聯(lián)系客戶，安排進(jìn)出站。而且客戶需到營業(yè)廳辦理取送箱手續(xù)，辦理流程繁瑣復(fù)雜且不能及時掌握貨與車的作業(yè)進(jìn)度。

（2）裝卸作業(yè)過程存在安全隱患。目前在鐵路貨場集裝箱裝卸過程主要通過人工識別箱號，通過對講機溝通裝卸質(zhì)量，在裝卸作業(yè)過程中存在裝錯車、吊錯箱等問題，導(dǎo)致超偏載問題的發(fā)生，影響鐵路運輸安全。

（3）生產(chǎn)作業(yè)管理手段有待加強。集裝箱作業(yè)過程管理相關(guān)規(guī)章制度多且繁瑣，在生產(chǎn)過程中監(jiān)管力度較小，考核難度大。為了方便管理，應(yīng)在增加作業(yè)過程全程自動錄像的同時，將各種規(guī)章制度卡控融合到系統(tǒng)管理中，在系統(tǒng)操作流程上按規(guī)章制度流程進(jìn)行嚴(yán)格卡控，將安全落實到作業(yè)過程中。

（4）作業(yè)效率有待提高。車站為了方便管理，一般貨場將集裝箱堆放區(qū)域劃分為空箱堆放區(qū)和重箱堆放區(qū)，當(dāng)一個區(qū)域集裝箱堆放上千個箱后，需要手工登記每個箱區(qū)箱位的集裝箱與箱中貨物信息，尋箱找貨時通過人工查閱手工登記的臺賬或現(xiàn)場清點，工作量大、效率低下且準(zhǔn)確率不高。

綜上所述，為了強化集裝箱作業(yè)流程管理，提高作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，加強安全卡控，充分發(fā)揮新技術(shù)和新型設(shè)備優(yōu)勢，研發(fā)一套集裝箱作業(yè)流程智能化控制系統(tǒng)是非常必要的。

2 鐵路集裝箱作業(yè)智能化控制系統(tǒng)設(shè)計

集裝箱堆場大規(guī)模的裝卸作業(yè)是緊密聯(lián)系在一起的生產(chǎn)線，周而復(fù)始，因此該流程的每個環(huán)節(jié)都含有隨機因素。流程中每個隨機因素的改變都會影響到作業(yè)速度、效率及安全。因此，按照管理創(chuàng)新、流程優(yōu)化、信息共享、系統(tǒng)集成的思路，從鐵路集裝箱堆場業(yè)務(wù)的實際情況出發(fā)，對集裝箱作業(yè)流程控制管理進(jìn)行全面規(guī)劃。以安全卡控為主導(dǎo)，配合現(xiàn)代智能化設(shè)備，對堆場進(jìn)行合理化管理，對堆場作業(yè)過程進(jìn)行全方位多節(jié)點的卡控，排除空重箱混排等安全隱患，從而保障作業(yè)安全、提高作業(yè)效率。

2.1 系統(tǒng)功能需求分析

結(jié)合國內(nèi)集裝箱運輸管理現(xiàn)狀，對全路集裝箱作業(yè)流程管理中存在的共性問題進(jìn)行分析，以安全卡控為基礎(chǔ)，結(jié)合既有的設(shè)施設(shè)備，建立一套完整的集裝箱作業(yè)流程智能化控制系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場作業(yè)需要。

（1）建立集裝箱作業(yè)進(jìn)度網(wǎng)上辦理進(jìn)出門預(yù)約及作業(yè)進(jìn)度反饋功能。建立“鐵路貨運”微信公眾號辦理軟件，提取鐵路95306 裝箱需求信息，客戶通過公眾號預(yù)約進(jìn)門集卡車牌、集裝箱箱號，客戶可以實時掌握審核批準(zhǔn)進(jìn)度，了解集裝箱運輸辦理進(jìn)程的同時，及時掌握集卡及集裝箱運輸軌跡。

（2）利用集裝箱門禁及汽車衡稱重對進(jìn)出門集卡及集裝箱進(jìn)行卡控。進(jìn)門自動識別集卡號、箱號并稱重，根據(jù)公眾號預(yù)約信息進(jìn)行匹配，自動放行，同時將過車信息及時反饋到“鐵路貨運”微信公眾號，讓客戶及時了解進(jìn)門信息。

（3）結(jié)合規(guī)章制度通過智能分析對吊箱作業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)控。一是在正面吊和龍門吊立柱及吊具上安裝智能識別攝像機，在吊箱過程中通過視頻流自動識別箱號[2]，將識別出的集裝箱與作業(yè)信息進(jìn)行對比，核驗一致時自動記錄作業(yè)過程。二是獲取吊鉤秤重量與作業(yè)信息進(jìn)行檢驗，判斷空重狀態(tài)。當(dāng)二者其中之一檢驗不通過時，系統(tǒng)自動報警，不能進(jìn)入下一步操作，直到檢驗通過可進(jìn)入下一步作業(yè)，避免吊錯箱、裝錯車，造成“重當(dāng)空排，空當(dāng)重排”等問題。

（4）建立圖型化集裝箱堆場模型便于尋箱找貨。搭建圖型化集裝箱堆場，龍門吊完成裝卸作業(yè)后，按箱區(qū)箱位實際狀態(tài)自動生成圖型化堆場圖，尋箱找貨時可通過集卡車牌、箱號、車號等查找集裝箱，并可導(dǎo)出臺賬。

（5）作業(yè)過程完成后自動生成統(tǒng)計報表。作業(yè)完成后可自動生成裝卸車臺賬、裝卸作業(yè)單、日況表，可按日、旬、月、季、年等統(tǒng)計查詢，并建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，方便各類條件查詢檢索和數(shù)據(jù)長期保存。

（6）建立標(biāo)準(zhǔn)接口，實現(xiàn)作業(yè)信息共享。自動獲取鐵路95306需求信息、現(xiàn)車系統(tǒng)股道現(xiàn)車信息、箱管系統(tǒng)裝載清單信息，為作業(yè)提供支撐。當(dāng)完成作業(yè)后，自動將車信息、卸空信息反饋到鐵路95306、現(xiàn)車系統(tǒng)、箱管系統(tǒng)、貨票系統(tǒng)，形成完整作業(yè)鏈，同時通過“鐵路貨運”微信公眾號向客戶反饋作業(yè)軌跡。

2.2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

集裝箱作業(yè)流程智能化控制系統(tǒng)架構(gòu)采用業(yè)務(wù)層、邏輯層、數(shù)據(jù)層3 層模式結(jié)構(gòu)，從可靠性、擴展性、實用性、完整性和管理性考慮實現(xiàn)3 層之間的數(shù)據(jù)連接和指令傳達(dá)。業(yè)務(wù)層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，將用戶的需求傳達(dá)和反饋，保證用戶體驗；邏輯層是業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)層的橋梁，實現(xiàn)3 層之間的數(shù)據(jù)連接和指令傳達(dá)，對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理；數(shù)據(jù)層包含數(shù)據(jù)庫、存儲、公共數(shù)據(jù)訪問等。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture

（1）業(yè)務(wù)層。采用人機信息交互(UI)界面方式，將空重箱移箱、空重箱堆放、重箱不壓空箱等吊箱程序展示給用戶，箱調(diào)員可通過界面發(fā)送集裝箱作業(yè)指令，正面吊、門吊司機通過專用移動終端接收指令，完成后自動反饋作業(yè)狀態(tài)。

（2）邏輯層。通過數(shù)據(jù)采集組件、數(shù)據(jù)分析組件，將鐵路95306 電商系統(tǒng)需求信息、現(xiàn)車系統(tǒng)股道現(xiàn)車信息、貨票系統(tǒng)貨票信息、箱管系統(tǒng)集裝箱信息、門禁系統(tǒng)進(jìn)出門車牌信息及箱號信息、吊勾秤重量及偏載信息，通過檢索完成信息整合及入庫。在作業(yè)過程中，向正面吊、門吊司機移動終端下達(dá)指令，對安全進(jìn)行卡控。完成作業(yè)后，將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)遞交鐵路95306 電商系統(tǒng)、現(xiàn)車系統(tǒng)、貨票系統(tǒng)、箱管系統(tǒng)，使作業(yè)過程形成閉環(huán)，作業(yè)信息利用最大化。

（3）數(shù)據(jù)層。對各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、整合，為邏輯層提供數(shù)據(jù)過濾、運算、及時響應(yīng)。對重要級數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲，通過口令匹配進(jìn)行解密及輸出，確保數(shù)據(jù)安全。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

集裝箱作業(yè)流程智能控制系統(tǒng)功能采用的技術(shù)和設(shè)備建立在我國現(xiàn)有成熟技術(shù)和裝備的基礎(chǔ)上，充分考慮集裝箱安全管理和作業(yè)需要，以及信息通道能力、信息技術(shù)發(fā)展的前瞻性等，適度超前規(guī)劃設(shè)計。綜合考慮既有設(shè)備設(shè)施、信息等資源的整合和共享，按照先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟、適用、可靠的原則統(tǒng)一規(guī)范，進(jìn)行工程設(shè)計。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 System functional structure

2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了確保鐵路網(wǎng)絡(luò)安全，將網(wǎng)絡(luò)劃分為局域網(wǎng)及鐵路網(wǎng)兩大部分，集裝箱作業(yè)流程智能化控制系統(tǒng)在局域網(wǎng)內(nèi)運行，在移動裝卸設(shè)備上安裝移動終端實現(xiàn)移動通信。與鐵路網(wǎng)絡(luò)上運行的信息通信時，建立專用應(yīng)用接口服務(wù)器，接入VPN 專網(wǎng)，通過安全平臺實現(xiàn)VPN 專網(wǎng)及鐵路網(wǎng)之間數(shù)據(jù)交換，達(dá)到兩網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的同時，又確保網(wǎng)絡(luò)安全的效果[3]。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 System network structure

2.5 系統(tǒng)功能模塊

（1）網(wǎng)上辦理?？蛻敉ㄟ^微信關(guān)注微信公眾號后，系統(tǒng)自動將鐵路運輸信息推送給客戶。集裝箱在堆場作業(yè)完畢后，系統(tǒng)將集裝箱箱區(qū)箱位信息自動推送給客戶?？蛻纛A(yù)約進(jìn)門信息可自動生成，客戶隨時隨地通過手機完成取送貨辦理，方便快捷。

（2）取送貨卡控?？蛻敉ㄟ^微信公眾號辦理完進(jìn)站預(yù)約后，將取送箱信息、箱區(qū)箱位箱號等信息轉(zhuǎn)發(fā)給集卡司機，進(jìn)門時通過門禁系統(tǒng)自動識別集卡車牌，通過箱號識別模塊自動識別箱號，與微信公眾號的預(yù)約信息進(jìn)行核對，核對成功自動放行。核對失敗分2 種情況處理，一是通過掃描現(xiàn)場二維碼快速預(yù)約，成功放行；二是對于無辦理車輛勸返，避免造成堆場交通堵塞，避免安全事故發(fā)生。取送貨卡控業(yè)務(wù)邏輯圖如圖4所示。

圖4 取送貨卡控業(yè)務(wù)邏輯圖Fig.4 Logic diagram of take delivery card control business

（3）稱重檢斤。集卡進(jìn)入秤臺后，自動識別車牌號，取出進(jìn)門自動識別的箱號，同時多次獲取集卡穩(wěn)定的重量的平均值，當(dāng)該車以前有過空車過車重量時，系統(tǒng)自動將空車重量提取出來進(jìn)行去皮，核驗集裝箱重量，對于超重自動警示提醒，對正常車輛自動放行。

（4）裝卸作業(yè)過程卡控。

①裝集卡。集卡空車進(jìn)入集裝箱堆場后，根據(jù)裝箱品類選取堆場內(nèi)空箱，值班員通過系統(tǒng)向門吊、正面吊司機下發(fā)吊箱計劃，門吊、正面吊司機接收到計劃后通過系統(tǒng)引導(dǎo)到選定的集裝箱位置，吊箱時通過攝像機自動識別集裝箱箱號，與吊箱計劃中的箱號進(jìn)行核驗，箱號不一致時，系統(tǒng)自動預(yù)警，不可正常進(jìn)入下一環(huán)節(jié)操作。正常操作完成后，集卡離開堆場，出門驗證集卡車牌及箱號，形成作業(yè)報表。

②卸集卡。集卡進(jìn)入集裝箱堆場后，空箱回送時，值班員通過系統(tǒng)向門吊、正面吊司機下發(fā)吊箱計劃，門吊、正面吊司機接收到計劃后通過系統(tǒng)引導(dǎo)將空箱放到指定的箱位。重箱回送，值班員通過系統(tǒng)向門吊、正面吊司機下發(fā)吊箱計劃，門吊、正面吊司機接收到計劃后通過系統(tǒng)引導(dǎo)將重箱放到指定的箱位，吊箱時通過攝像機自動識別集裝箱箱號，與吊箱計劃中的箱號進(jìn)行核驗，箱號不一致時，系統(tǒng)自動預(yù)警，不可正常進(jìn)入下一環(huán)節(jié)操作。正常操作完成后，集卡離開堆場，出門驗證集卡車牌，形成作業(yè)報表。

③裝火車。值班員通過系統(tǒng)向門吊、正面吊司機下發(fā)吊箱計劃，門吊、正面吊司機吊箱時通過攝像機自動識別集裝箱箱號，獲取吊鉤秤重量，箱號與吊箱計劃中的箱號不一致或重量不一致時，系統(tǒng)自動預(yù)警，不可正常進(jìn)入下一環(huán)節(jié)操作，防止吊錯箱、同一車裝入2個20 ft的一空一重集裝箱偏載情況。

④卸火車。值班員通過到達(dá)集裝箱情況向門吊、正面吊司機下發(fā)吊箱計劃，門吊、正面吊司機吊箱時通過攝像機自動識別集裝箱箱號，獲取吊鉤秤重量，箱號與吊箱計劃中的箱號不一致，系統(tǒng)自動預(yù)警，不可正常進(jìn)入下一環(huán)節(jié)操作，防止吊錯箱，同時記錄存放的箱區(qū)箱位。

裝卸作業(yè)過程卡控邏輯圖如圖5所示。

圖5 裝卸作業(yè)過程卡控邏輯圖Fig.5 Card control logic diagram of loading and unloading process

（5）堆場3D 展示。裝汽車和裝火車完成作業(yè)后，堆場展示自動將取走箱在3D界面取消，取走的箱可通過箱號或車號對取走集卡車牌、使用單位等詳細(xì)信息進(jìn)行軌跡查詢，卸汽車和卸火車完成作業(yè)后，堆場展示自動將存放后的箱區(qū)、箱號、收貨人、預(yù)約狀態(tài)等詳細(xì)信息自動展示出來。系統(tǒng)支持尋箱、理箱等功能，通過作業(yè)過程產(chǎn)生的信息，自動形成堆場展示圖。

（6）智能視頻監(jiān)控。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)整合貨場既有視頻監(jiān)控，自動分析和AI 深度學(xué)習(xí)作業(yè)場景中發(fā)生的行為或事件[4]，通過對現(xiàn)場集裝箱作業(yè)行為進(jìn)行識別、分析和AI 深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)安全事件抓拍、違章行為識別、風(fēng)險隱患分析等功能，及時發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、處理問題，消除安全隱患[5]。

（7）統(tǒng)計報表。裝卸作業(yè)完成后，系統(tǒng)自動生成裝車臺賬、裝車日況表、卸車日況表、裝載清單等車站所需的各項報表，替代手工登記、統(tǒng)計報表，且可按日、月、旬、季、年統(tǒng)計查詢，可長時間保存、方便查閱。

3 鐵路集裝箱作業(yè)流程智能化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）基于深度學(xué)習(xí)的集裝箱箱號識別。

①基于深度學(xué)習(xí)的集裝箱箱號定位。首先選用基于邊緣與滑動窗定位，邊緣檢測算子檢測出圖像字符邊緣，再找高區(qū)分度的字符特征實現(xiàn)集裝箱編號區(qū)域定位，但受太陽強光照射或?qū)?yīng)拍攝背景較為復(fù)雜，集裝箱堆放較多時，會造成定位失敗，從而影響識別正確率，故需要在傳統(tǒng)的定位基礎(chǔ)上增加定位模型，通過人工標(biāo)注樣本圖像，將英文字符和數(shù)字分開標(biāo)注，英文字符標(biāo)識為EngTag，數(shù)字字符標(biāo)識為NumTag。將集裝箱圖像分為19×19、38×38、76×76的網(wǎng)格，得到準(zhǔn)確的定位區(qū)域[6]。

②集裝箱箱號字符分割。先采用直方圖分割法，通過圖像的投影將清晰的圖像進(jìn)行第一次分割，對于有傾斜的圖像，采用連通域分割法[7]，基于8連通域?qū)Χ祷蟮募b箱箱號圖像進(jìn)行嘗試遍歷，對不合理的分割位置進(jìn)行篩選，得到單個字符圖像，判斷是否為11個字符較低，選取正確的圖像，提高分割的準(zhǔn)確度。

③集裝箱箱號字符識別。由于深度學(xué)習(xí)對集裝箱箱號定位、集裝箱箱號字符的準(zhǔn)確分割，字符識別時，采用模板匹配方法比較圖像，兩者匹配程度越高，相同的準(zhǔn)確性越大，計算的結(jié)果就越準(zhǔn)確。

綜上，采用前端植入算法方式實施采集分析，減少服務(wù)器總體識別并發(fā)堵塞、識別率低、錯誤率高等問題。當(dāng)門吊、正面吊在吊箱過程中，通過固定安裝點位的攝像機實時采集作業(yè)視頻，傳入箱號分析模塊，通過集裝箱箱號識別算法，自動將箱號信息及時分析識別出來并推向上位機[8]，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時及時反饋和糾正操作，避免安全事故發(fā)生，從而達(dá)到作業(yè)過程實時卡控的目的。

（2）互聯(lián)網(wǎng)與鐵路網(wǎng)互通。微信公眾號通過安全平臺實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與鐵路網(wǎng)互通，利用手機號、需求單信息實現(xiàn)車與貨關(guān)聯(lián)，貨物車輛狀態(tài)信息及時通知貨主。

（3）數(shù)據(jù)存儲管理。采用Oracle 11g 64位數(shù)據(jù)庫管理和處理數(shù)據(jù)[9]，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通過鐵路數(shù)據(jù)安全平臺與鐵路網(wǎng)數(shù)據(jù)互通，對傳輸信息實行雙向加密，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全。

（4）空箱位自動分配設(shè)計。通過品名品類、箱區(qū)預(yù)設(shè)堆放品類范圍自動分配空重箱位。

（5）物聯(lián)網(wǎng)與智能分析結(jié)合。通過進(jìn)出門箱號、車牌信息、稱重檢斤采集、傳輸、清洗、分析、處理、控制，實現(xiàn)作業(yè)過程智能化卡控。

（6）視頻智能分析?；诖髷?shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，面向鐵路安全系統(tǒng)提供人物識別、車輛識別、物體檢測、入侵檢測、異常行為識別檢測等準(zhǔn)識別和快報警能力與服務(wù)[10]。

4 結(jié)束語

結(jié)合鐵路集裝箱作業(yè)過程的實際需求，設(shè)計了集裝箱作業(yè)流程智能化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)后，有利于解決目前鐵路集裝箱作業(yè)流程上安全卡控存在的難點和重點，充分利用技防手段，提升集裝箱作業(yè)安全防護等級，提高作業(yè)效率，提升服務(wù)質(zhì)量。