铁路集装箱场站智能系统研究

童鹏程 中国铁路上海局集团有限公司货运部

1 背景及概述

当前国内物流市场正发生深刻变革，“小快零”需求不断增长，对物流组织提出了更高要求。铁路集装箱运输呈现以下五个方面：一是集装箱运量快速增长；二是集装箱办理站网络化布局不断优化、日趋完善；三是标准化设备设施为信息化建设提供支撑；四是装箱办理站信息服务稳步提升；五是国铁集团将提升集装箱场站智能化水平纳入铁路集装箱运输发展规划。

为此，上海局根据自上而下的规划和自下而上的技术创新，向国铁集团提出“铁路集装箱智能场站关键技术研究”的科研项目，开展铁路集装箱智能场站系统关键技术研究，以有效提升集装箱业务运作效率和管理水平，提升铁路经营效益、保护生态环境等方面为目标，构建自动化、智能化的铁路集装箱场站管理系统。课题研究已在义乌西、金华南示范应用。

2 集装箱场站信息化管理

2.1 智能定位

（1）集装箱定位。采用GNSS-RTK定位、UWB定位技术，构建多级定位系统，结合TOA/TDOA 等算法，全面解决场站内集装箱的时空定位。采用驯服时钟等技术提高定位精度。

（2）集装箱号智能获取。基于集装箱左右两侧、顶端使用字母加数字标识，采用视频图像采集、OCR 识别技术，识别出集装箱箱号；利用集装箱编号校验规则、集装箱系统中的箱号数据，辅助矫正集装箱箱号，提升集装箱号识别正确率。

（3）集卡车辆的作业定位。采用RFID 技术获取集卡汽车车板号，综合OCR 识别技术识别集卡汽车车号，通过门式起重机定位信息完成集卡汽车整体作业的定位。

（4）装卸作业智能化接车对位。采用雷达检测等技术，结合轨道式集装箱门式起重机位置综合定位货车位置、车型、车号；装卸作业中，对堆场货车车板和货车位置信息进行自动采集；模拟接车对位等作业，使得系统自动模拟推算、产生较优效率的装卸作业指令。

（5）在正面吊运起重机、集装箱空箱堆垛机移动作业中实现集装箱定位。通过OCR 识别和GNSS-RTK 定位实现箱位精准管理。

2.2 智能感知

（1）AI智能感知识别门式起重机吊具状态。采用图像处理和深度神经网络技术识别视频，后台进行逐层表征图像抽象特征、端到端训练等。

（2）动态感知门式起重机区域人员定位。利用毫米波雷达（波长1 mm-10 mm，频率30 GHz-300 GHz 的毫米波），通过测量回波的时间差算出动态物体距离，分析得到作业人员处于高风险位置，进行提示报警。

（3）激光测距尺辅助门式起重机快速解FTR 锁。通过相位法测距和脉冲法测距，计算出相位差或发送接收信号的时间差，获得目标距离，门吊小车上的旋转装置进行实时角度调整，使吊具与集装箱快速实现对准铁路货车上的FTR 锁，辅助优化吊装作业。相位法测距和脉冲法测距法计算相位差或发送接收信号的时间差，获得距离。

2.3 数据共享与协同

（1）集装箱超偏载装置测量信息、汽车衡称重信息综合应用。可有效、快速判断集装箱超重、偏载，降低生产风险。

（2）与铁路既有集装箱系统的接口协议。采用数据同步、消息同步、https等技术，与现有的生产系统实现数据实时同步和交互。

（3）消息处理机制。集装箱智能场站系统需要各岗位协同工作，其工作内容、流程和结果都要及时交互，并且实时与货运其他系统交互，为了保证信息传递及时和增强用户体验感，引入redis消息处理机制。

2.4 图形化展现和微服务技术

（1）图形化处理机制。前端采用图形处理平台，针对铁路货场具有货区、货位等业务元素及其特定相关属性，采取图形化展示方式，将铁路线路、车辆等图形化的展示，具有较强的方便性和直观性。

（2）微服务技术架构。后端基于微服务架构支撑各类数据服务高可用性，将各业务模块发布为服务，支持服务容量线性扩展。实现多个车站集中部署后，业务能力粒度上的重用、组装、维护和管理。提供接口级、方法级、参数级的服务路由以及服务归组、服务限流、安全控制追踪等服务治理能力。

2.5 场外与场内协同作业

（1）场外预约功能。客户（集卡司机）APP（android 版、IOS 版），可线上办理提重箱委托、送空箱委托、进场预约、装车照片审核等业务，还能实时跟踪集装箱的作业动态。

（2）货运员APP（android 版），具有接收吊箱指令、装卸车、场内整理、接收超偏载信息、作业确认等功能。

3 系统组成

3.1 系统总体架构

铁路集装箱智能场站系统采用上海局云计算资源搭建，可多个场站系统集中部署、分布式处理。主要功能有：客户预约、图形化堆场、检斤验货、智能作业指令等业务功能。该系统与上海局货运业务系统通过接口服务进行数据交换，实现业务数据的获取及上报。图1为总体架构图。

图1 总体架构图

3.2 系统物理架构

采用互联网、铁路办公网、内部资源网等混合组网方式，分布于上海局各地的客户、现场作业人员可通过互联网终端（PC 端或手持机）、办公网终端（PC 端或手持机）接入系统平台进行作业。

互联网、铁路办公网、内部资源网间通过防火墙、访问控制（端口、身份鉴别）严格边界防护、安全控制。图2为物理架构图。

图2 物理架构图

3.3 场站定位识别原理

（1）图像自动跟踪技术。通过门吊吊具的二级内部坐标系统，计算出吊具的实时坐标，结合视频跟踪技术，调整图像采集设备的角度和焦距，使图像采集设备视频画面实时追踪工作焦点。

（2）集装箱自动定位技术。采用多级定位的方式，一级定位得到门吊对站场的坐标，二级定位得到门吊吊具的相对坐标，结合定位算法计算出吊具位置，再采集门吊闭锁、开锁工作状态和集装箱箱号识别，利用RTK-GNSS 定位技术，反向定位计算出集装箱最终放置的位置。图3为场站定位识别架构图。

图3 场站定位识别架构图

4 功能模块

（1）数据集成。集成铁路现车系统、电商系统、集装箱系统、货运站系统等，形成场站实时动态环境，集中部署在上海局统一资源平台，可与国铁集团铁路货运票据电子化系统平台交互。

（2）图形化集装箱堆场。根据不同颜色区分到达发送箱、空重箱、20/40 尺、异常箱等；结合车种信息提示车辆锁扣信息，避免空重混装、吊装等安全隐患；根据需要增加标识区分功能区，比如到达箱、出发箱、海铁联运箱、国际班列等；通过分析门吊当前位置、待作业的集装箱分布情况、待作业的集卡情况等条件参数，系统能够计算出最优作业路线，减少车辆和设备的无序走行，使作业调度更加科学，安全管理更加精准；场内外货运作业流程、设备采集信息等按业务流进行管理，集中展示在图形化堆场上。

（3）外部协作平台模块。客户作业预约、引导（显示屏、APP 推送）模块，获取场内堆场信息，内外交付信息等；客户可将集装箱装卸信息提前传输到场内，将装卸作业安全监管延伸至场外。

（4）作业统一调度。由系统平台统一下发智能吊箱指令，作业人员APP 接收吊箱指令后按计划作业，门吊部位上的数据传感器实现箱号信息、超偏载等数据的实时采集，一旦发现当前抓取的集装箱信息不符或超过超偏载阈值，便会立即发出警示，消除隐患作业。

（5）进出门管理电子化。智能闸口管理子系统，可根据场内外作业内容，将集装箱箱号与集卡车牌绑定，在闸口处对集装箱、车牌、汽车衡等信息进行自动识别和校验，实现车辆不停留快速过闸。

（6）作业安全辅助。集装箱超偏载装置采集信息、集装箱箱号、箱位等信息被关联，在作业中警示货运装卸作业；系统呈现集装箱吊装作业和吊装轨迹，形成室外货装与室内监护间互控；安装轨道门吊、移动式正面吊等装载机械设备上的传感器可辅助货车FTR锁扣解锁，提升装载安全。

（7）数据交换与分析统计。大型物流企业的系统与外部协作系统互联，进场信息通过安全平台推送进入智能集装箱系统，实行企业间系统互联；通过对系统数据挖掘，实现场站管理的辅助决策。

（8）故障应急处置模块。电子门禁等相关设备出现故障时，改由手工抬杆，可录入进重提空、放行作业信息；门吊定位设备设施出现故障时，场站外勤货运员使用作业APP 进行信息确认或者人工录入；互联网安全平台出现故障时，可以通过铁路内网PC终端，进行人工录入进场信息和作业干预。

5 结束语

集装箱智能场站系统的应用，实现了集装箱箱位管理信息化、闸口管理智能化和场站作业全流程管理，改变了以手抄方式进行集装箱信息的采集、传递和处理，大大降低了作业差错率、提升了作业效率。金华南依托铁路集装箱智能场站系统支撑，场站能力提高约40%。据统计，2021 年1 至8月，金华南累计开行中欧班列458 列，发运38062 个标准箱，同比增长159%。上海局将继续在合肥北、尧化门、常州、苏州西等铁路集装箱场站推广应用。

今后，铁路集装箱场站仍需深化与场外单位数据共享，围绕提升客户服务、数据增值、协同作业和管理等做好进一步开发和应用。