武汉局集团公司铁路货运场站生产智能管控模式探讨

于晓东

(中国铁路武汉局集团有限公司 货运部，湖北 武汉 430074)

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出加快建设交通强国，构建多层级、一体化综合交通枢纽体系。《中国国家铁路集团有限公司“十四五”发展规划》(铁发改〔2022〕69号)提出发展高效集约的货运物流体系，拓展全供应链物流服务、打造货运综合服务平台、发展先进货运组织服务、优化提升货运服务效能，推进铁路系统间及与外部环境的全面感知、泛在互联、协同融合、主动学习和科学决策，构建“智能建造、智能装备、智能运营”三位一体、系统集成、智慧融合的现代智能铁路系统。“十四五”时期是铁路物流向高质量转型发展的关键期，与社会先进物流企业相比，铁路物流企业整体发展水平仍有一定差距，缺乏智能化发展的顶层设计，尤其是在智能化关键技术方面与社会物流标杆企业具有较大差距[1-2]。借鉴社会智慧物流园区先进经验，探讨中国铁路武汉局集团有限公司(以下简称“武汉局集团公司”)货场智能化生产和智能化管理及智能型货场综合管理平台构建方案，用于指导武汉局集团公司货运场站智能化转型，促进武汉局集团公司货运场站安全管理、作业效率、经营效益、供应链管理的全面升级，为推进武汉局集团公司货运场站高质量发展提供理论和技术支撑。

1 智能型货场发展现状及需求分析

目前，荷兰鹿特丹港、上海洋山港四期、青岛港等已构建由岸桥起重机、场桥起重机、自动导向搬运车(AGV)等集装箱搬运装卸设备与磁钉、换电站、闸口等基础设施组成的智能化装备配置体系，基本实现了港口无人化作业；京东物流集团、菜鸟网络科技有限公司及传化物流集团有限公司等社会物流企业，已研发出“立体仓+搬运机器人+分拣机器人+智能仓配系统”智能化物流体系，人均劳动生产率提升了3~5倍，减少了10%的能源消耗及15%的包装纸箱消耗。

当前，全路货场规模在2 500个(武汉局集团公司112个)以上，大部分货场建成时间较早，在逐步发展中形成了现有的货运组织模式。在铁路货运逐步向现代化物流转型发展的大环境中，其布局、设备、配置等已逐渐难以适应实际需要，尤其是货场功能，大多以货物定点到发和车辆集结编组为主，缺少现代物流运输所涉及的仓储、配送、打包等服务功能；先进的现代化技术装备在货场中使用覆盖率较低，机械化、智能化设备应用程度不足；货场整体的服务体验不佳、安防薄弱、运营效率偏低、管理成本高、业务创新难。

近年来，中国国家铁路集团有限公司加快货运信息化建设，推进货运票据电子化、95306网站、货运站系统、集装箱系统等重大信息化项目实施，极大优化了铁路货运管理流程和作业强度，为铁路物流智能化建设打下了良好的基础。杭州北、义乌西、太原中鼎等铁路物流基地，在既有货运站系统、集装箱系统等货运管理系统的基础上，探索铁路货运场站智能化管理关键技术[3-5]。武汉局集团公司持续深化货运增量行动、推进货运高质量发展，但在铁路货运场站生产作业、安全防护、经营决策等方面较社会先进物流园区仍有一定差距，货场生产作业多采用“人工现场作业+手工系统录入+纸质单据存储”的方式，存在信息自动采集率较低、作业状态实时监控情况较差、协同作业难度较高等问题，导致货场生产成本较高、能耗较大，作业效率和设备整体利用率还有很大提升空间；安全防护多采用“人防为主、物防与技防为辅”的防护方式，过度依赖人员综合素质，监控图像智能识别、智能平交道口管理、智能出入管理、风险隐患预防预警等智能化安防手段缺失，难以有效规避安全风险；经营决策及生产优化主要依托经验判断，调度指挥、计划编制、效益效能管理等缺乏有效决策依据和数据支撑，铁路货运场站智能物流发展缺乏总体的顶层规划，发展思路和目标尚不清楚，物流营销、生产、安防、经营等场景的智慧化建设关键技术仍未得到有效解决[6-7]。

2 智能型物流体系架构顶层设计

2.1 发展定位

围绕湖北省努力开创“建成支点、走在前列、谱写新篇”新局面，努力建设全国构建新发展格局先行区，践行交通强国铁路先行历史使命，充分发挥华中地区承接东西、联通南北的地理优势和长江经济带铁水联运的交通优势，着力建设服务国家战略的支点、筑牢服务区域发展的基点、打造全国路网枢纽的节点。以“统筹规划、集中研发、智能引领、逐步推广”为思路，以系统建设、装备创新、信息融合、标准规范为重点，以满足现场需求为宗旨，集成运用5G、人工智能、大数据等新兴技术，实现生产数字化、经营智能化、管理可视化、信息集成化，建设“便捷、畅通、绿色、集约、智慧、安全”的现代化铁路物流体系，助力铁路在综合交通运输体系现代化建设中发挥重要作用。

2.2 研究意义

依托武汉局集团公司货运场站区位优势和政策优势，以现场需求为导向，以集成创新为驱动，统筹规划智能型货场建设，实现场站内一键式生产作业、一站式物流服务、一体化经营决策、一张图安全防护，打造少人化、无人化、自动化的铁路物流作业场所，是武汉局集团公司货场转型升级、驱动武汉局集团公司货运高质量发展、深化供给侧结构性改革、助力社会物流降本增效的必然要求。通过研究明确铁路货场智能化建设需求，研究货场智能化发展战略定位、布局方案和推进路径，搭建货场智能化物流体系架构，攻克货场智能化生产和智能化管理关键技术，研究智能型货场综合管理平台构建方案，研究典型货场智能化建设解决方案，为武汉局集团公司货运场站智能化转型升级和高质量发展提供理论和技术支撑。

2.3 基本原则

为充分发挥各枢纽货场功能优势，协同推进智能化建设与货场设备设施改造工程，应按照优先规划、分步实施、紧盯需求、融合发展、创新建设、先进实用、分场定策、重点突破的原则，开展武汉局集团公司货场智能化规划建设。

（1）优先规划，分步实施。武汉局集团公司智能型货场需要满足区域产业发展规划的物流需求，按照物流需求规划货场的功能布局和设备配置，采用统一的方式进行数据采集，对通信传输系统的使用情况进行规范，为智能化货场建设工作筑牢基础。同时需要按货场类别分步实施智能化货场建设工作，选取试点逐步推广，健全完善智能化货场体系，逐步深化智能化功能在日常货运作业中的运用，不断提升货场智能化水平。

（2）紧盯需求，融合发展。武汉局集团公司货场枢纽的智能化建设需要立足于内部的专业运作管理要求和外部的物流市场需求这2个方面，以生产作业、物流服务、经营管理、安全防护等方面的实际需求为导向，充分考虑现场层面的可操作性，推进智能化货场规划与建设扎实落地。同时需要打破铁路货运信息化建设目前存在的信息不畅瓶颈，对信息畅通方面的需求予以充分重视，与货主企业、海关港口、地方政府等主体进行充分的信息沟通与交互，针对不同类型客户存在的不同需求，提供具有差异性、独特性的服务，形成云端智能型货场枢纽平台。

（3）创新建设，先进实用。武汉局集团公司货场枢纽向智能型货场转型升级，需要在安全、效益、效率、服务等方面进行高标准、高质量发展，在方式和技术上对铁路货场现有的生产作业、运输组织、经营管理、安全防护等方面进行优化与升级，构建铁路智能化货场技术新体系。系统规划、协同推进，完成智能化货场的软件研发与硬件配置，是关键技术方案在业务操作方面实用性的体现。

（4）分场定策，重点突破。需要结合武汉局集团公司各个货场枢纽节点不同的功能定位和目前的发展环境，充分考虑货场作业标准落实情况、作业环景复杂程度、智能技术成熟程度等多方面因素，综合研究智能化建设在安全、效益、效率、服务等方面能够发挥的作用，结合实际情况形成优化策略，分级分类定制设计智能化建设方案，按照实施难易程度循序渐进地做好试点及推广，分步有序地推进枢纽智能化建设。

2.4 组织架构

为提供高质量专业物流服务，实现物流组织一体化、现场作业少人化、安全防护可视化、客户服务便捷化作业模式，提出基于数字化的铁路货运场站物流设备设施集中管理模式。其设计思路是以铁路货运生产作业与管控平台为载体，实现货运场站要素状态信息数据采集、分析、共享功能，完成设备设施作业情况、货场环境状态的数字化，并以此为基础，按照集中信息、集中岗位、集中管理的思路，推进铁路货场生产作业集成管控模式，促进货场作业各环节状态信息汇集联动，推进铁路货运场站物流组织一体化、现场作业少人化、安全防护可视化、客户服务便捷化，实现铁路货运场站服务质量、运营效益、作业效率、安全水平的提升。武汉局集团公司智能型铁路货运场站生产集成管控模式设计思路如图1所示。

图1 武汉局集团公司智能型铁路货运场站生产集成管控模式设计思路Fig.1 Design concept of integrated management and control mode for intelligent railway freight yards in Wuhan Railway Group Company

信息方面，基于物联网实现物流状态信息及时、准确采集，武汉局集团公司智能型铁路货运场站生产集成管控模式能够畅通物流信息交互渠道，实现物流信息共享，对物流设备设施的运作情况进行全过程、全方位监督盯控，重点解决由于物流信息采集不完整、传输不畅通导致在决策上出现失误。岗位方面，武汉局集团公司智能型铁路货运场站生产集成管控模式能够解决各岗位现场作业劳动力配置不均匀问题，积极推动货运岗位“一岗多能”应用推广。管理方面，武汉局集团公司智能型铁路货运场站生产集成管控模式能够有效推动货场内仓储、装卸、分拨、配送等作业环节无缝衔接，降低生产作业成本。

（1）设备设施配置。传统货运作业常用的设备设施包括起重装载机具、站台叉车类小型运输机具、仓库雨棚类固定设施、安检查危检测设备等；现代化铁路物流设备设施包括单元化集装设备、自动化装卸设备、智能化分拨设备、中小型智能机器人等。

（2）信息采集汇总。通过各类传感器设备，充分利用物联网优势，对货场人员作业情况、装卸设备运行情况、货场环境状态情况等进行全过程、全方位的信息采集与汇总。一是通过对温湿度、风速风向、降雨情况、雾天情况、高温情况、大气压强等外部自然环境情况进行智能采集并汇总分析，实现对不良天气、危险环境等情况进行智能告警；二是通过对货场中设备设施所产生的作业位置变化、装载质量变化、人员走行距离变化、货物吊装高度变化、车辆碰撞情况等内部作业行为与状态信息进行智能采集并汇总分析，实现对作业状态的全过程、全方位实时监控。

（3）货运场站管控。由信息处理中心对货运场站设备设施所产生的各类状态信息进行统一汇总分析，并对采集到的信息进行系统性处理，实现安全防护辅助、远程作业辅助、管理决策辅助“三大辅助”功能。①安全防护辅助。通过货运场站信息可视化管理，实现防护信号监控、道口实时防护、冲突提前研判等功能，从而对现场作业安全防护起到辅助作用。②远程作业辅助。通过远程操作控制、低延时信息传输等技术，实现远端开展安检查危、装卸盯控等，推动传统货场作业模式向现代化物流业务一体化方向发展，优化生产作业流程。③管理决策辅助。通过智能编制站内引导、动态管理箱区货位、系统分派装卸任务等方式，实现货场运营管理一体化。

（4）场景应用。以行业物流需求为导向，打造优质现代化物流服务品牌，积极拓展家用电器、化妆品、冷链运输食品、集装箱铁水联运等高端物流运输市场，提升铁路货场现代物流服务能力和综合保障水平。

2.5 关键技术

2.5.1 货场信息自动采集传输技术

智能型货场要素状态信息自动采集传输技术架构主要包括节点层、设备层、技术层、数据层、应用层5个部分。

（1）节点层指办理装卸、货检等传统货运作业和现代物流业务的重要场所。通过建立货运节点层平台，系统化管理铁路货运节点资源，实现多节点信息以及各要素状态的采集共享。

（2）设备层指货运节点层平台内配置的作业辅助设备、安全防护设备、信息采集设备和其他功能设备。作业辅助设备包括智能化安检仪、集装单元化用具、自动化装卸设备等。安全防护设备包括智能门禁、超偏载仪、电子围栏、平交道口等。信息采集设备包括固定通信基站、车载定位装置、温湿度传感器、视频记录仪等。其他功能设备包括消防设备、照明设备等。

（3）技术层指对铁路货场中各类要素状态的信息进行采集、传输、储存所依托的技术。采集技术包括实时监控技术、空间定位技术、设备状态传感技术、射频识别技术等。传输技术包括5G通信技术、光能通信技术、卫星通信技术等。存储技术包括数据云存储技术、数据分布存储技术、区块链技术等。

（4）数据层指通过技术手段在铁路货场采集到的位置、作业、运行、外观、环境等状态数据。位置状态包括各种移动装备在不同场景中所产生的时空状态数据。作业状态包括装载加固情况、施封完整度、吊装高度、走行距离、脱轨器状态等受现场作业人员行为影响所产生的作业情况数据。运行状态包括速度、能耗、使用记录等设备移动运行过程中产生的数据。外观状态包括车型、车号、箱号等直接观测运载工具所得到的外部状态数据。环境状态包括温湿度、风速风向、日照强度、降雨量等由设备所处环境产生的数据。

（5）应用层指智能型货场要素状态信息自动采集传输技术在安全防护一体化、生产作业一体化、经营管理一体化中的应用。安全防护一体化主要应用于货场进出安全防护、平过道安全防护、防护信号布撤提醒、冲突险情预警、应急处置提示等场景。生产作业一体化主要应用于货物自动交接、装卸作业三检、设备远程控制、智能货物分拣、智能场内搬运等场景。经营管理一体化主要应用于智能化人员调度、装卸计划编制排班、自动路径引导、经营效能预警、智能化箱区货位管理等场景[4]。

2.5.2 智能货物交接技术

（1）系统功能模块。为便于客户远程提报物品清单，探索铁路货物安检查危作业系统与客户物流系统(LIS)或客户资源管理系统(ERP)对接，实现物品清单与客户物流信息系统的信息化传递。以5G网络通信环境为基础，与铁路货物安检查危管理监督系统互联互通，实现物品清单的信息化采集。铁路货物安检查危作业系统以物品清单管理、客户诚信管理和正负清单数据库为基础，建立货物安检图像识别、货物外包装识别、货物质量体积核对、安检标签管理、安检台账管理等功能模块，提升铁路货物安检查危作业信息化水平。

（2）信息流程设计。按照设计的货物交接环节流程，以铁路货物安检查危作业系统为载体，设计信息流传递过程，最终实现物品清单智能核对，为铁路货物装载方案设计提供技术支撑。在保证物品清单采集质量的基础上，重点严防夹带危险货物和匿报品名现象，实现质量核对、体积核对、货物品名核对等功能，为下一步混装货物装车方案优化提供技术与基础支撑。

2.5.3 智能装卸搬运技术

轨道式集装箱门式起重机优势在于作业能力强，适应集装箱业务较为繁忙的铁路集装箱作业场站，虽然从全路来看，集装箱正面吊配置数量更多，但业务量较大的铁路物流基地均配置了轨道式集装箱门式起重机。此外，轨道式集装箱门式起重机的大小车运行范围受走行轨道限制，可以形成立方体作业空间，有利于自动化设备定位。因此，相较于集装箱正面吊，从技术层面，轨道式集装箱门式起重机作业及运行范围有明确界限，走行及作业标准化程度更高，更易于实现智能远程控制改造；从业务场景层面，轨道式集装箱门式起重机与智能化改造后的大需求、高效率、高能力的铁路集装箱作业场景更加匹配。

轨道式集装箱门式起重机智能远程控制核心思路为以摄像头等传感器代替司机感官，以自动控制可编辑逻辑控制器(PLC)代替司机大脑，在精准定位大车、小车、集装箱、铁路货车、集卡等作业主体，并充分感知设备自身状态机周边作业状态的前提下，对集装箱搬运及装卸作业进行自动化控制及远程控制，轨道式集装箱门式起重机智能远程控制示意图如图2所示。其中，轨道式集装箱门式起重机智能远程控制主要由自动控制PLC实现，而信息采集主要可以分为对大车、小车、集装箱、铁路货车、集卡等作业主体的相对绝对位置采集，主要用于集装箱作业控制；对自身及周边环境的感知技术用于确保作业过程中设备自身及周边环境的安全；并通过远程控制手段实现人工对自动作业过程的补充与干预。

图2 轨道式集装箱门式起重机智能远程控制示意图Fig.2 Intelligent remote control of rail-mounted container gantry crane

2.5.4 智能安检查危技术

铁路货运人工视检或人工判图工作强度大、作业人员专业性不强，缺乏有效技术手段支撑，导致夹带、匿报危险货物行为的发生。强化货物安全源头控制，结合铁路货运安全管理实际情况，建立以安检查危设备为载体、智能识图技术为辅助的安检查危智能化管理系统，是满足客户对物流效率需求日益提高的必然要求。安检查危智能化管理系统重点要实现对混装货物、零散货物的安全卡控，建立完善的内部作业制度，健全满足需求的外部制约条件，将安检作业贯穿于受理、交接、装卸等装车前各项流程之中，充分运用AI智能识图功能，结合人工检查作业，建立人机结合的全新安检查危工作模式，并对铁路货物安检查危管理体系进行健全完善，在铁路货物安检查危作业流程上充分实现智能化作业，从源头防止夹带危险货物、匿报品名等问题的发生。铁路混装货物智能安检查危管理体系架构如图3所示。

图3 铁路混装货物智能安检查危管理体系架构Fig.3 Architecture of intelligent safety inspection and hazard detection system for railway mixed cargo

2.5.5 智能场站管理技术

场站管理包括智能门闸、地理信息电子围挡、无线射频识别技术(RFID)射频识别物体管理、智能摄像头及动态视频目标检测及跟踪、智能路灯及能耗采集设备与场站三维管理等技术。

（1）智能门闸。智能门闸集车号识别、车型识别、车体外观状态识别、人员面部识别、人员身份信息采集、卡车称重、偏载检测于一体，严格卡控进入车辆及人员。

（2）地理信息电子围栏。基于地理信息系统的虚拟围栏管理系统，在规划阶段确定围栏范围，采集围栏范围顶点坐标，通过GIS算法形成虚拟围栏空间。将虚拟围栏空间与车辆进行关联，通过车辆上传经纬度实时判断车辆是否进入围栏，并进行报警。此外还可以通过电子围栏记录车辆进出围栏时间、停留时间等信息。相较于传统的围栏或电子围栏，基于GIS的电子围栏具备投资小、能耗低、改变围栏范围灵活、信息采集智能等特点。

（3）RFID射频识别物体管理。在场站管理智能化应用中，RFID主要用于设备及固定设施管理，通过将RFID芯片与设备进行绑定，就可以通过RFID识别，进而读取设施设备信息及作业记录。

（4）智能摄像头及动态视频目标检测及跟踪。智能摄像头及动态视频目标检测及跟踪技术为场站管理智能化解决方案中重要的信息采集手段，通过搭载环境识别(昼夜、气候)及场景识别(出入口、作业场、道路)算法的高清摄像头，采集摄像头监控范围内的视频信息，运用块匹配法、光流估计法等算法，对目标人脸、车牌号等信息进行检测识别，并运用相似性度量算法、搜索算法等实现目标跟踪，以及目标行为检测，如是否佩戴安全头盔，记录目标时空轨迹，并将目标识别结果与历史数据库进行分析，可以得到该目标信息，并在监控界面实时展示，实时调出。

（5）智能路灯及能耗采集设备。场站管理系统对每个照明设施进行身份编码、定位，装上智能控制终端后，基于地理信息实行统一可视化管理。借助终端集成的多种传感器，通过窄带物联网通信技术，智慧照明云平台可以依据时间、天气、人流、车流等条件制定运行方案，在满足场站正常照明需求的同时，通过降低功率、智能开关等方式实现按需照明。实时监控每一盏灯的工作情况，主动巡测智能路灯是否出现故障，并对故障灯及时进行精准定位，实现定向维修；采用流程化手段，每日由监控中心通过系统生成灯具故障报表下发到运维部门，运维部门根据故障报表进行设施维修养护。

（6）场站三维管理技术。场站三维管理技术包括司机不下车出入场站、基于场站三维布局的APP引导、作业行为监控记录、设施设备智能管理、场站智能化安防管理、集中监控管理、可视化数据分析等技术。

3 结束语

结合武汉局集团公司货运发展现状，统筹分析当前存在的问题，针对性提出武汉局集团公司货场智能化需求和下一步发展方向。围绕铁路货场智能化需求，根据武汉局集团公司货场功能定位、交通条件、装卸作业等特点，架构智能型物流体系，提出智能型货场生产集成管控模式、智能型货场设备状态信息自动采集传输、货场现场生产作业智能化等具体方案，助力货运场站智能化转型，促进货运场站安全管理、作业效率、经营效益、供应链管理全面升级，为推进武汉局集团公司货运场站高质量发展提供理论和技术支撑。