物联网环境下的单元化铁路运输产品的设计与开发研究

孙海云，张志荣，边 可

（1. 大连交通大学 交通运输工程学院，辽宁 大连 116028；2. 大连交通大学 经济与管理学院，辽宁 大连 116028）

物联网环境下的单元化铁路运输产品的设计与开发研究

孙海云1，张志荣2，边 可1

（1. 大连交通大学 交通运输工程学院，辽宁 大连 116028；2. 大连交通大学 经济与管理学院，辽宁 大连 116028）

通过概述物联网技术及其在铁路货物运输中的应用，分析铁路货物运输需求，在对铁路运输市场货主需求进行 SP 调查的基础上，针对铁路货物运输市场细分，分析铁路货主选择运输产品的主要影响因素，结合聚类分析对货运市场进行细分。基于物联网技术，从单元化铁路运输产品的视角出发，对物联网环境下的铁路货运产品进行单元化设计与开发，提出单元化整车运输产品、单元化集装箱运输产品、单元化零担运输产品的产品方案。

物联网；单元化；铁路产品设计；聚类分析；市场细分

传统的铁路货运产品是指通过运输过程实现货物的空间位移，其计算单位为吨公里[1]。随着市场经济的发展，多种交通方式运输体系逐渐完善，货运产品的内涵发生了实质性的转变，这对我国铁路传统货物运输产品发展造成了冲击。为改变铁路货物运输市场占有率下降的局面，一些学者针对铁路运输产品设计与开发展开了一系列的研究。郭玉华[2]在对铁路货运市场进行调查预测的基础上，从营销学的角度，运用整体产品的概念，对铁路货物运输产品进行设计。郭吉光等[1]、宗岩[3]在分析我国铁路货运产品设计现状的基础上，基于 CS 战略，提出我国铁路货运产品设计的优化思路。赵耀[4]通过将 QFD ( 质量功能配置 ) 引入铁路运输产品设计，在运输战略、战术、操作 3 个层面对产品进行设计与开发。以上研究成果为理论研究打下了基础，但产品设计还没有真正实现运输过程透明化与产品追踪实时化，而物联网技术的兴起与应用为该问题的解决奠定了重要的基础。因此，从铁路运输市场需求及目前存在的问题出发，通过意向调查 ( Stated Preference Survey，SP 调查 ) 及聚类分析等方法了解货主的差异性需求，同时从单元化铁路运输产品的视角出发，对物联网环境下的铁路货运产品进行单元化设计与开发。

1 物联网技术及其在铁路货物运输中的应用

1.1 物联网概述

图 1 物联网技术在铁路货物运输中应用结构图

物联网 ( The Internet of Things，IOT ) 是“物物相连的互联网”，有 2 层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展；第二，用户端延伸和扩展至任何物品与物品之间的信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别 ( RFID ) 装置、感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网相连接进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[5]。

1.2 物联网技术在铁路货物运输中的应用

物联网技术在铁路货物运输中的应用，就是将物联网技术运用到铁路货物运输的整车、零担和集装箱 3 种形式中，具体应用如图 1 所示。

RFID，ZigBee ( 紫蜂协议 )，WiFi，北斗或GPS ( 全球定位系统 ) 等各类定位通信标签标明承运货物信息；各类移动基站或固定基站采集、上传标签信息；铁路物流管理上位机软件整理存储各类标签信息，供管理人员决策使用；中继器起到数据传输过程中的信号放大、分路作用。由此可见，铁路货物运输中物联网技术的应用，首先是适合于铁路物流不同货运载体体系的构建，其次是针对不同货运载体设计相应的货物标识电子标签、信息智能识别技术及上位机应用软件开发，最终形成与之对应的物联网应用系统。

根据铁路货物运输的要求，物联网技术应用应采用独立电子标签设计，分别构建相应的物联网应用系统，以适应不同的货运形式要求。其中，核心问题是货物标识电子标签技术设计，电子标签主要有RFID，ZigBee 和北斗识别 3 种电子标签。物联网 3 类电子标签技术在铁路货物运输中应用，需要铁路产品实现单元化，即应用定型的存储容器，如托盘、集装箱、集装袋、集装筐等形成货物单元，针对不同的货物单元设计相应的货物标识电子标签、信息智能识别技术及上位机应用软件开发，最终形成与之对应的物联网应用系统。这样不仅能够保证产品的质量，实现货物装卸、入库等作业的智能化，而且在物联网环境下更易实现货物的追踪与查询，为货主提供更加便捷的服务。

2 铁路货物运输市场细分

2.1 铁路货物运输需求分析

由于货主在运输货物种类、运量、速度等方面的要求存在差异，对铁路货物运输需求也不尽相同。因此，通过货运市场货主需求调查及铁路货运市场聚类分析，对铁路运输产品的设计与研究具有重要意义。铁路货主选择运输产品主要考虑以下影响因素。

（1）货运量。货主在选择运输方式时，货运量作为一个重要的限制因素必不可少，货运量的大小不同，可选的运输方式也不尽相同。

（2）经济性。经济性是运输方式选择时重要的影响因素，尤其对低附加值大宗货物运输，在其他各影响因素水平大致相同条件下，经济性因素往往作为首选因素而发挥作用。

（3）安全性。货物在运输过程中质量的损坏及造成的影响及后果，有时难以用金钱来衡量。因此，货物运输的安全性十分重要，尤其对于高附加值货物。

（4）运输速度。货物的及时运送对于市场计划的投入及转换十分重要，因而货主对运输速度的要求也越来越高。

（5）便捷性。办理货运有关手续是否简单便捷，相关作业是否简便高效，越来越成为用户选择时考虑的重要因素。

（6）运输过程的透明性。在市场经济条件下，货物运输状态及位置的掌握，对于提高资源的配置及企业的管理水平具有重要的作用。因此，该因素成为企业选择运输方式时考虑的重要因素。

（7）服务性。随着附加产品形式的不断发展，“门到门”等服务性指标也成为货主选择时考虑的因素之一。

2.2 基于聚类分析的铁路货运市场细分

根据对货主产品选择影响因素分析，运用SP调查法[6]，通过调查问卷获取货运需求信息，采用抽样调查的原则，在沈阳铁路局某货运站对货主发放调查问卷 105 份，收集整理得到有效问卷 100 份。为验证问卷设计的合理性和可信度，运用 KMO 检验和 Bartlett 球形检验方法进行检验[7]。其中，KMO 值为 0.727＞0.7，说明效度良好；Bartlett 球形检验结果 Sig值为 0.00，小于显著性水平 0.05，因而拒绝Bartlett 球形检验的零假设，认为效度良好，适合继续做因子分析。

我国现有的铁路货物运输分为 3 种形式，分别为整车、零担、集装箱。运输产品的设计与开发应结合货主的需求在原有 3 种形式基础上进行。因此，以货运量、经济性、安全性、运输速度、便捷性、运输过程的透明性、服务性 7 个因子作为分类指标，采用 K-means 方法进行聚类分析[8]，将 100 个样本分成 3 类。为验证聚类类别数的正确性，保证各个类别之间的区别显著，需要进行方差验证。对每个影响因子进行类间均方差和类内误差均方差分析，任意一个影响因子的类间均方差应远大于类内误差均方差，同时这 7 个影响因子在任意 2 个类之间的无差异性假设成立的概率均小于 0.01 ( p＜0.000 )，即各个类之间的均值有显著性差异，以保证聚类结果的合理性。

对铁路货运市场进行细分后，需要对每个因素进行细分，研究每个细分市场的总体特征，以区分各细分市场货主的差异化需求。各细分市场因素分布如表 1 所示。

通过对表 1 的分析可知，Ⅰ类市场中货运量因素在 3 类市场中所占重要等级的比重最大，为 100%，可以说明此类市场多为大宗货物；同时在该类市场中，经济性、安全性和运输过程透明性所占比重也相对较高，分别为 97.4%、97.4% 和 88.9%，由此可以看出大宗货物运输的货主对于运输方式的经济性、安全性仍然比较看重，对于运输过程透明性的要求也比较高，而服务性因素对于该细分市场的影响最小。Ⅱ类市场中安全性的因素影响最大，为 95.6%，说明该市场注重货物安全，应减少运输途中货物破损；同时，经济性、运输速度和运输过程透明性所占的比重也比较大，分别为 73.9%、73.9% 和 91.3%，货运量因素对该市场的影响最小。Ⅲ 类市场中运输过程的透明性所占比重最大，为 100%，其次为经济性因素，为 94.9%，服务性因素相对其他 2 类市场来讲，对该细分市场的影响最大，所占比重为 87.2%，而货运量对该细分市场的影响最小，因而可以推测该市场应为小件、零担货物，货主比较注重对货物运输状态的实时掌握，同时对运输价格和运输服务也比较看重。

表 1 各细分市场因素分布 %

3 物联网环境下单元化铁路运输产品的设计与开发

运输产品设计的宗旨应为满足货主的运输需求，根据上述铁路货物运输市场细分结果及各类市场中货主需求所占比重，结合物联网环境下铁路货物运输单元化的要求，在现有铁路产品的基础上进行单元化铁路运输产品的设计与开发。

3.1 单元化整车运输产品

根据Ⅰ类市场对运输速度和运输过程透明性的要求，结合物联网技术的应用，将单元化整车运输产品设计为以下几类。

（1）单元化快速特定大宗货物始发直达班列。针对货源固定、货运量稳定的大宗货物种类，如粮食、棉花、矿石等开行快速特定的直达班列，缩短运输期限；以 1 列车为 1 个单元添加电子标签，运用物联网技术进行货物定位追踪，实现运输过程透明化要求。

（2）单元化普速特定大宗货物始发直达班列。此类产品是针对货运量较大、但对运输速度要求相对较低的货主，这类产品相对于快速特定大宗货物始发直达班列而言，价格相对较低；以 1 列车为 1 个单元添加电子标签，运用物联网技术进行货物定位追踪，实现运输过程透明化要求。

（3）单元化整车运输中转班列。此类产品针对货运量相对较小、不足以开行直达班列的货主设计，同时以 1 节车厢为 1 个运输单元添加电子标签，实现对每类货物的定位追踪，为货主提供便捷服务。

3.2 单元化集装箱运输产品

Ⅱ类市场对安全性要求最高，因而结合现有集装箱运输对产品进行改进设计。

（1）单元化快速集装箱专运班列。此类产品针对货源稳定的集装箱运输货主，主要为精密、贵重、易损的货物，缩短运到期限；以 1 个集装箱为 1 个运输单元添加电子标签，实现货物运输实时监控与定位追踪，及时了解货物运输状态。

（2）单元化普速集装箱专运班列。此类产品相较于单元化快速集装箱专运班列来讲，速度较慢，但运输价格较便宜，适于对货物运输期限要求较为宽松的货主。

（3）单元化集装箱定期直达列车。这种列车定点、定线、定期、固定车底、定价，循环运行于 2 个基地站间，不需重新编组，因而运行速度快、效率高。

3.3 单元化零担运输产品

Ⅲ 类市场对经济性和服务性要求较高，结合运输过程透明化的要求进行零担运输产品改进与设计。

（1）高速单元化零担运输产品。这主要针对运量小、附加值高、运输时限要求高的零担货物，以每个包装单元为 1 个运输单元，追踪查询货物，保证货物运输安全，同时可以选择提供“门到门”运输服务，为货主提供便捷。

（2）普速单元化零担运输产品。这类产品主要包括对运到时限无要求，根据货源情况，等待拼箱、集结等作业完成后独自开行班列的运输产品。此类产品同样以每个包装单元为运输单元添加电子标签，进行货物追踪，货主也可以选择“门到门”服务类别。

上述 2 种产品主要针对货源种类及数量不稳定的货主，而对于目前铁路现有的、针对固定货源的班列，可以对其进行单元化设计，分别为单元化直达整零班列、单元化中转整零班列和单元化沿途整零班列，同样以 1 个包装单元为 1 个运输单元，添加电子标签，实现货物定位追踪。

4 结束语

针对铁路货物运输产品设计与开发过程中存在的问题，结合物联网技术，根据铁路货主的差异化运输需求，在原有铁路货物运输形式的基础上，对产品进行设计与开发研究，即开发单元化整车运输产品、单元化集装箱运输产品和单元化零担运输产品，不仅满足了货主对于速度等的运输需求，同时更好地实现了运输过程透明化，方便运输企业及货主对货物的实时追踪与查询，对于提升铁路货运市场的竞争力具有积极意义。

[1] 郭吉光，孙 涛. 基于CS战略的铁路货运产品设计方法研究[J]. 铁道运输与经济，2005，27(3)：77-79.

[2] 郭玉华. 中国铁路货运营销理论与发展[D]. 长沙：中南大学，2011.

[3] 宗 岩. 我国铁路货运产品设计开发的研究[J]. 铁道货运，2014，32(7)：5-9，29.

[4] 赵 耀. QFD在铁路货物运输产品开发中的应用研究[D]. 北京：北京交通大学，2007.

[5] 臧 鑫. 物联网在铁路集装箱运输中的应用研究[J].铁道运输与经济，2011，33(7)：58-60.

[6] 汤莲花. 高速铁路客运产品组合设计方法研究[D]. 北京：北京交通大学，2013.

[7] 黄灿明，陈建军. 高速铁路客运服务质量、旅客满意度与忠诚度分析[J]. 铁道学报，2012，34(1)：1-5.

[8] 张 雅. 面向铁路货运市场营销的数据挖掘技术应用研究[D]. 成都：西南交通大学，2014.

责任编辑：何 莹

1004-2024(2015)07-0001-05

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2015-03-12

中国铁路总公司2013科技研究开发计划课题(2013X009-B)