近年來，鐵路集裝箱運量始終保持30%以上的高速增長，隨著鐵路服務水平的不斷提升，鐵路集裝箱運量將大幅提升，對鐵路物流節(jié)點提出了更高要求。集裝箱堆場運營管理是鐵路集裝箱場站運營管理的核心，應充分運用智能化技術(shù)裝備以提高集裝箱物流節(jié)點服務效能，助力推進現(xiàn)代流通體系建設(shè)。

集裝箱堆場智能管理技術(shù)體系架構(gòu)設(shè)計

一、現(xiàn)狀分析

（1）現(xiàn)場作業(yè)信息化程度有待提高。一是隨著運輸需求的提升、運輸產(chǎn)品的不斷豐富，目前鐵路集裝箱堆場管理以人工管理為主的方式已經(jīng)不能滿足高質(zhì)量發(fā)展要求。信息化技術(shù)支撐不足，不能實時反饋及追溯集裝箱作業(yè)信息，而且存在集裝箱堆存信息易出現(xiàn)錯漏等現(xiàn)象。二是作業(yè)信息交互渠道仍需優(yōu)化建設(shè)。目前大部分集裝箱場站作業(yè)信息仍然以外勤貨運員“班前會”等形式下發(fā)，效率較低且存在信息傳遞不及時或出錯的問題。三是大部分門吊雖然已經(jīng)加裝了超偏載傳感器，但缺乏對采集信息的分析決策，導致集裝箱箱態(tài)仍以人工管理為主，存在空重誤掛的安全隱患。

（2）智能運營管理支撐不足。一是在具體生產(chǎn)作業(yè)過程中，存在信息化、智能化程度不夠?qū)е伦鳂I(yè)效率與準確度較低的問題，如在集裝箱選箱環(huán)節(jié)，仍需要人工選箱后再補錄到系統(tǒng)中，易出現(xiàn)因人工疏漏造成信息不符情況；二是鐵路貨運場站缺乏相對面向現(xiàn)場作業(yè)的智能管理系統(tǒng)，現(xiàn)場作業(yè)報表仍以紙質(zhì)人工填報為主，作業(yè)效率和質(zhì)量有待提升，而且并未對作業(yè)數(shù)據(jù)進行有效統(tǒng)計分析，不能充分發(fā)揮統(tǒng)計指標對現(xiàn)場方案決策的支撐作用；三是鐵路集裝箱場站多式聯(lián)運比重仍然相對較低，不能實現(xiàn)與其他運輸方式信息的實時交互，無法實現(xiàn)船期、班列時刻表的協(xié)同優(yōu)化，制約了鐵路場站的聯(lián)運能力。

因此，為適應集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展要求，以系統(tǒng)提升鐵路集裝箱堆場運營管理智能化水平為目標，設(shè)計包括鐵路集裝箱堆場、鐵路側(cè)出入口、公路側(cè)出入口等關(guān)鍵智能運營主要節(jié)點設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)裝備應用方案；通過分析比較不同堆存策略的規(guī)則以及優(yōu)劣勢，探討箱位智能指派方法，為鐵路集裝箱堆場高質(zhì)量運營管理提供支撐。

二、智能運營管理體系架構(gòu)

鐵路集裝箱堆場智能管理是一個復雜的系統(tǒng)工程，為了提升堆場的堆存能力、作業(yè)效率，需融合鐵路門架、公路門閘、裝卸傳感器等設(shè)施設(shè)備自主采集列車、集卡、集裝箱、作業(yè)等信息，與智能管理系統(tǒng)共同搭建集采集、決策、執(zhí)行、反饋于一體的閉環(huán)管理體系，實現(xiàn)車輛/列車在通過門架后自動識別車號、箱號、運輸需求等信息并上傳，計算決策作業(yè)方案后由智能化裝卸設(shè)備執(zhí)行，再將執(zhí)行結(jié)果反饋給管理平臺。

鐵路集裝箱堆場智能管理體系架構(gòu)圖

鐵路集裝箱堆場的智能管理應按照信息對稱—方法設(shè)計—設(shè)備支撐的發(fā)展思路，以信息采集—數(shù)據(jù)處理—決策支持—方案執(zhí)行—結(jié)果反饋為建設(shè)路徑全面發(fā)展。因此，應結(jié)合智能化技術(shù)裝備，實現(xiàn)堆場數(shù)據(jù)信息由人工手動錄入向機器自動識別、作業(yè)方案由人工經(jīng)驗判斷向系統(tǒng)智能決策的轉(zhuǎn)變，涉及到的技術(shù)裝備主要包括與數(shù)據(jù)信息采集識別相關(guān)的電子標簽及閱讀設(shè)備；與堆場內(nèi)集裝箱定位相關(guān)的RFID設(shè)備；與車輛/列車進出信息采集相關(guān)的攝像頭、傳感器和與場內(nèi)數(shù)據(jù)交互的無線傳輸設(shè)備等。

鐵路集裝箱堆場箱位智能指派方法

一、業(yè)務特征分析

鐵路集裝箱堆場箱位智能管理的本質(zhì)是鐵路集裝箱堆場堆存資源的合理利用問題。從集裝箱堆場運營層面來看，主要包括：集裝箱由堆場裝上列車、集裝箱由堆場裝上集卡、從列車上卸至箱場(部分場站存在對裝卸問題，可能將其直接卸至集卡)、從集卡上卸至箱場，以及在堆場內(nèi)由于盤點、壓箱導致的集裝箱搬移。綜上，集裝箱堆場箱位智能指派的目標均是如何提升堆存資源的合理利用問題。對于從外部向箱場卸箱的情景，重點應考慮集裝箱箱位堆存空間資源的合理利用，指派最優(yōu)的碼箱位置；對于從箱場向外部裝箱的情景，重點應圍繞裝卸設(shè)備的資源調(diào)度，編制最優(yōu)作業(yè)方案。

進一步結(jié)合堆場、軌道、公路等設(shè)施，可以將業(yè)務場景歸納總結(jié)為集卡/列車—箱場、箱場—集卡/列車、箱場—箱場3類，根據(jù)每類場景的作業(yè)需求特征，分別總結(jié)其智能管理優(yōu)化目標及方法。

二、優(yōu)化目標

（1）集卡/列車—箱場的均衡管理。當重車通過門閘進入集裝箱堆場后，即集裝箱由外待卸至堆場堆存時，由門閘將車輛及作業(yè)需求信息傳遞給智能管理平臺，對于以門吊為主要裝卸設(shè)備的堆場，應注重均衡各門吊負責區(qū)域、各箱區(qū)的作業(yè)量，以充分利用堆存空間并提高裝卸作業(yè)效率，同時應注重集裝箱屬性關(guān)系減少因壓箱導致的倒箱作業(yè)。

（2）箱場—集卡/列車的高效作業(yè)。當空集卡或空車進入集裝箱堆場取箱時，即集裝箱由堆場向外裝卸時，由于在集裝箱堆存時已經(jīng)考慮了各門吊作業(yè)均衡、集裝箱屬性一致等信息，故當制定裝(列)車方案時，應重點考慮裝卸效率最大化問題。因此，其本質(zhì)問題變?yōu)榧b箱搬運過程或裝卸機具作業(yè)徑路的廣義最短路徑問題，以降低作業(yè)成本，提升作業(yè)效率。

（3）箱場—箱場的高效作業(yè)。當集裝箱堆場因盤點或壓箱需要在箱場內(nèi)部搬移時，同樣需要考慮場內(nèi)各裝卸機具作業(yè)均衡問題，且在制定搬移方案時，需要考慮集裝箱屬性對集裝箱箱位的影響，盡量減少因場內(nèi)搬移造成的新的集裝箱壓箱問題。

鐵路集裝箱堆場堆存方案優(yōu)化思路圖

三、優(yōu)化方法

（1）以鐵路集裝箱堆場內(nèi)箱位自由度最高或堆場內(nèi)集裝箱壓箱數(shù)最少為目標，基于集裝箱屬性，如箱型、貨主、發(fā)到站等特征值構(gòu)建場站箱位自由度定義規(guī)則或壓箱數(shù)定義規(guī)則。每當有從列車或集卡的集裝箱卸至堆場后，會影響箱場箱位的總體自由度或壓箱數(shù)。因此，通過設(shè)計搜索判斷算法，計算每一個單箱入場對箱場的影響，可以比較得到對集裝箱堆場自由度或壓箱數(shù)影響最小的方案。

（2）以集裝箱堆場壓箱數(shù)最少為目標，應用最優(yōu)化理論對鐵路集裝箱箱位進行指派方案的智能決策。這種方法針對不同集裝箱類別作業(yè)性質(zhì)、箱位指派需求不同，根據(jù)在列車上等待卸車的集裝箱、在堆場等待裝車的集裝箱和待中轉(zhuǎn)箱等不同類型集裝箱對堆存空間的要求，以及同屬性集裝箱盡量堆存于同一堆垛等堆存約束，構(gòu)建基于箱位均衡—壓箱數(shù)最少為目標的混合整數(shù)規(guī)劃模型，該類問題通常存在非線性規(guī)劃、變量組合規(guī)模巨大的特征，多以啟發(fā)式算法對問題進行求解。

鐵路集裝箱堆場關(guān)鍵設(shè)備應用技術(shù)

一、堆場集裝箱定位技術(shù)

為支撐鐵路集裝箱堆場堆存智能指派方法，需要硬件設(shè)備提升鐵路集裝箱場站信息化水平。目前，大規(guī)模的鐵路場站均以龍門吊作為主要的裝卸設(shè)備。針對龍門吊沿其軌道運行的作業(yè)特征，以盡端式堆場為例，可以在盡端處設(shè)立水平方向(x)和豎直方向(y)的參考原點，根據(jù)門吊相距原點的水平位移，結(jié)合吊頭在垂直方向(z)的位移，確定作業(yè)后的集裝箱位置信息并通過場內(nèi)無線通訊設(shè)備反饋作業(yè)信息執(zhí)行情況。

龍門吊定位示意圖

二、鐵路側(cè)堆場出入管理技術(shù)

通過對鐵路側(cè)出入口集裝箱信息的實時采集，結(jié)合(預)確報信息即可提前制定集裝箱裝卸計劃并更新集裝箱堆場信息。由于通過鐵路側(cè)出入口的集裝箱數(shù)量較多，且要求采集設(shè)備能夠識別運動狀態(tài)中的數(shù)據(jù)信息，考慮列車推送作業(yè)或進入咽喉后一般速度較低，可采用線陣相機采集與RFID設(shè)備識別相結(jié)合的方式，通過內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)相連通以匹配作業(yè)信息與運輸信息。

鐵路出入口智能管理系統(tǒng)示意圖

三、公路側(cè)堆場出入管理技術(shù)

鐵路集裝箱堆場公路側(cè)出入口是確保集裝箱堆存安全、記錄集裝箱進出站信息的重要閘口，集卡司機通過輸入集卡車牌號、集裝箱箱號、運輸需求后預約進場，通過識別預約信息自動分析集卡進出站作業(yè)類別與需求，以便進一步制定裝卸汽車方案。

公路出入口智能管理系統(tǒng)示意圖

合理應用智能化技術(shù)裝備對于提升鐵路集裝箱堆場運作效率、減輕現(xiàn)場職工勞動強度具有重要意義。通過定性分析鐵路集裝箱堆場箱位智能指派方法可以有效提升鐵路集裝箱堆場堆存能力與作業(yè)效率，結(jié)合智能化技術(shù)裝備提出的關(guān)鍵設(shè)施布設(shè)方案可以有效實現(xiàn)鐵路集裝箱堆場關(guān)鍵信息的自主采集，為提升鐵路集裝箱堆場信息化水平提供決策依據(jù)。隨著鐵路集裝箱業(yè)務的進一步發(fā)展，應重點研發(fā)結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)節(jié)作業(yè)的智能管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)作業(yè)方案的智能決策、智能執(zhí)行和智能反饋。未來可以針對5G通訊、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等新技術(shù)，優(yōu)化鐵路場站作業(yè)流程與人員崗位，進一步提升集裝箱場站對鐵路集裝箱發(fā)展的支撐作用，助力構(gòu)建現(xiàn)代流通體系。