席江月，周凌云，葉 飛, ，許植深

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部， 北京 100081)

1 鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享現(xiàn)狀

當(dāng)前鐵路貨運(yùn)場站80% ~ 90%以上均為傳統(tǒng)老貨場，并未進(jìn)行信息化改造，多數(shù)貨場僅配置了少量視頻監(jiān)控設(shè)備，既有鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備主要采用傳統(tǒng)的臺賬式管理方法，存在信息自動采集缺乏、裝備狀態(tài)監(jiān)控差、作業(yè)協(xié)同難等問題，導(dǎo)致貨運(yùn)場站設(shè)備管理成本高、設(shè)備整體利用率低。隨著鐵路物流基地規(guī)劃建設(shè)、貨場改造等項(xiàng)目實(shí)施，鐵路貨運(yùn)場站設(shè)施設(shè)備資產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，利用數(shù)字化實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精準(zhǔn)管理和節(jié)支降耗需求更加迫切。部分鐵路貨運(yùn)場站積極探索信息化、智能化技術(shù)在鐵路貨運(yùn)場景中的創(chuàng)新應(yīng)用，但僅解決了手工系統(tǒng)錄入替代手工紙質(zhì)填寫，實(shí)現(xiàn)了部分裝卸設(shè)備的自動采集和智能遠(yuǎn)控[1]，與鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享的要求仍然存在很大差距，難以滿足鐵路專業(yè)物流延伸拓展和精細(xì)化運(yùn)營管理需要。主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式缺乏頂層設(shè)計(jì)。一是鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享缺乏系統(tǒng)性思考，“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”地進(jìn)行鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享體系建設(shè)，難以支撐物流要素間協(xié)同驅(qū)動。二是貨運(yùn)場站、貨檢站、專用線、專用鐵路等節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)管理能力匹配不足，未進(jìn)行鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享，難以支撐設(shè)備資源的統(tǒng)一調(diào)配管理。

（2）場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與存儲手段較為落后。一是鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采集手段缺乏，主要在設(shè)備損壞后通過填寫報(bào)修、維修單據(jù)的方式進(jìn)行事后采集，僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)備投入、維修、報(bào)廢等狀態(tài)的臺賬式管理，缺乏設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動采集、實(shí)時(shí)管控與故障提前預(yù)判，不能確保設(shè)備作業(yè)效率和作業(yè)安全。二是設(shè)備作業(yè)狀態(tài)以人工現(xiàn)場觀察、系統(tǒng)手動錄入、單據(jù)打印存儲為主，受人員生理及心理等因素的影響，信息采集準(zhǔn)確度不高[2]，紙質(zhì)單據(jù)存儲的形式不能支撐鐵路貨運(yùn)場站數(shù)據(jù)價(jià)值的深度挖掘。三是設(shè)備作業(yè)環(huán)境狀態(tài)采集以人工感知和經(jīng)驗(yàn)判斷為主[3]，不能有效保證設(shè)備作業(yè)的環(huán)境安全。

（3）場站既有通信技術(shù)難以滿足移動裝備信息傳輸需求。一是既有場站數(shù)據(jù)傳輸主要依托光纖、電纜等有線傳輸技術(shù)，場站寬帶無線網(wǎng)覆蓋不足，2020年無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率尚未達(dá)到《鐵路信息化總體規(guī)劃》(鐵總信息[2017] 152號)提出的60%，不能滿足叉車、自動導(dǎo)引車、門吊等鐵路貨運(yùn)場站移動裝備數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆６遣糠謭稣咀越?G及以下無線網(wǎng)絡(luò)存在傳輸帶寬、延遲、速率和可靠性等方面的瓶頸，難以滿足如裝卸門吊智能遠(yuǎn)控等高帶寬、高速度、低延時(shí)、高可靠性的通信需求[4]。

2 鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享是將鐵路貨運(yùn)場站在安全防護(hù)、生產(chǎn)作業(yè)、經(jīng)營管理中產(chǎn)生和積累的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸和存儲，并在多節(jié)點(diǎn)、多主體、多環(huán)節(jié)間進(jìn)行共享利用的過程[5]。因此，針對傳統(tǒng)鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)管理缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)備運(yùn)用與現(xiàn)場作業(yè)銜接不緊密的問題，采用鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)匯集共享模式，以安全防護(hù)一體化管控、生產(chǎn)作業(yè)一體化組織、經(jīng)營管理一體化決策為目標(biāo)，面向鐵路物流基地、鐵路貨檢站、鐵路專用線等節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)字化管理需求，以系統(tǒng)設(shè)計(jì)、協(xié)同驅(qū)動、統(tǒng)一調(diào)配為原則，按照“數(shù)據(jù)自動化采集、數(shù)據(jù)高質(zhì)量傳輸、數(shù)據(jù)協(xié)同化存儲”的構(gòu)建思路，依托安全防護(hù)、生產(chǎn)作業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備，基于數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲技術(shù)，智能采集場站設(shè)備的時(shí)空位置、行為狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，通過海量數(shù)據(jù)的高品質(zhì)信息傳輸鏈路，傳遞至云數(shù)據(jù)存儲資源池，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、多主體、多環(huán)節(jié)資源集中管理、協(xié)同組織、動態(tài)調(diào)配，為鐵路貨運(yùn)場站數(shù)字化管理提供有效支撐。

相較于當(dāng)前數(shù)據(jù)分散在各節(jié)點(diǎn)、主體、功能區(qū)、作業(yè)環(huán)節(jié)的依靠“人眼現(xiàn)場盯控+手工系統(tǒng)錄入+紙質(zhì)單據(jù)存儲”的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式，鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)匯集共享模式具有采集準(zhǔn)確、傳輸高效、存儲安全、反饋實(shí)時(shí)等優(yōu)勢特征[6]，能夠有效避免信息重復(fù)采集、信息采集錯(cuò)誤、信息傳輸延時(shí)、信息存儲丟失等問題，有利于鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)潛在價(jià)值的持續(xù)深度挖掘，為鐵路貨運(yùn)場站智能化運(yùn)營管理創(chuàng)造良好條件。

2.2 設(shè)計(jì)方案

鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式框架主要包括節(jié)點(diǎn)層、設(shè)備層、技術(shù)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層。鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式框架如圖1所示。

（1）節(jié)點(diǎn)層。主要是指辦理鐵路貨運(yùn)生產(chǎn)、現(xiàn)代物流拓展、貨檢等鐵路貨運(yùn)相關(guān)作業(yè)的重要場所，包括鐵路物流基地、鐵路貨場、鐵路貨檢站、鐵路專用線、專用鐵路等貨運(yùn)節(jié)點(diǎn)。通過搭建鐵路貨運(yùn)節(jié)點(diǎn)資源管理平臺，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享，有助于鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備數(shù)字化管理資源在鐵路貨運(yùn)數(shù)字管理、數(shù)字創(chuàng)新和數(shù)字決策等方面的價(jià)值挖掘[7]。

（2）設(shè)備層。是指鐵路貨運(yùn)場站節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置的安全防護(hù)、生產(chǎn)作業(yè)、采集-傳輸-存儲和其他配套設(shè)備。一是安全防護(hù)設(shè)備，主要包括智能門閘、裝卸防護(hù)信號牌、超限檢測設(shè)備、電子圍欄、平過道安防設(shè)備等設(shè)備。二是生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備，主要包括智能叉車、智能門吊、正面吊、貨檢門架、安檢查危設(shè)備、集裝化器具等設(shè)備。三是采集-傳輸-存儲設(shè)備，主要包括車載定位設(shè)備、視頻采集設(shè)備、激光設(shè)備、溫濕度傳感器、北斗基站、5G基站等設(shè)備。四是其他配套設(shè)備，包括消防、照明等設(shè)備。

小龍是我們班出了名的個(gè)性要強(qiáng)又很自負(fù)的學(xué)生，他很聰明，數(shù)學(xué)成績從沒低過95分，但他愛斤斤計(jì)較、以自我為中心，脾氣暴躁、滿口粗話，又愛欺負(fù)同學(xué)，大家對他敬而遠(yuǎn)之。我也常被他弄得焦頭爛額。借著學(xué)校“訪萬家”活動，我早早安排了去他家的行程。

（3）技術(shù)層。主要是指面向鐵路貨場設(shè)備資源狀態(tài)信息的自動采集、高效傳輸和海量存儲需求，所依托的信息采集、傳輸和存儲技術(shù)。一是信息采集技術(shù)，主要包括時(shí)空定位、狀態(tài)感知、射頻識別等技術(shù)[8]。二是信息傳輸技術(shù)，主要包括5G通信、光通信、北斗衛(wèi)星通信等技術(shù)。三是信息存儲技術(shù)，主要包括云存儲、分布式存儲、區(qū)塊鏈等技術(shù)。

圖1 鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式框架Fig.1 Data collection and sharing mode architecture of equipment status in the railway freight station

（4）數(shù)據(jù)層。主要是指鐵路貨運(yùn)場站數(shù)字化管理匯集共享的設(shè)備時(shí)空位置、作業(yè)行為、交通行為、運(yùn)行、外觀、環(huán)境等狀態(tài)數(shù)據(jù)。一是時(shí)空位置狀態(tài)，包括集裝箱、裝卸設(shè)備、安全設(shè)備等各類移動裝備在室內(nèi)外不同場景中的時(shí)空狀態(tài)數(shù)據(jù)。二是作業(yè)行為狀態(tài)，包括裝載狀態(tài)、施封情況、安檢圖像、吊裝高度、走行距離、脫軌器狀態(tài)等場內(nèi)全流程設(shè)備作業(yè)行為狀態(tài)數(shù)據(jù)。三是交通行為狀態(tài)，包括鐵路平過道安全防護(hù)信息、車輛入場預(yù)約、場內(nèi)監(jiān)控視頻等場站內(nèi)車輛交通行為數(shù)據(jù)。四是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括運(yùn)用速度、能耗、運(yùn)用記錄等移動裝備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。五是設(shè)備外觀狀態(tài)，包括車號、車型、箱號、車輛外觀、箱體外觀等載運(yùn)、集裝化設(shè)備外觀狀態(tài)數(shù)據(jù)。六是設(shè)備環(huán)境狀態(tài)，包括溫濕度、壓強(qiáng)、風(fēng)速風(fēng)向、日照、雨量等設(shè)備所處室內(nèi)外環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（5）應(yīng)用層。面向場站安全防護(hù)一體化管控、生產(chǎn)作業(yè)一體化組織、經(jīng)營管理一體化決策3方面應(yīng)用需求，研究鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式。一是安全防護(hù)，主要支撐場站進(jìn)出安防、鐵路平過道安防、倉庫安防、突發(fā)情況應(yīng)急調(diào)度指揮安防、時(shí)空沖突預(yù)警告警、防護(hù)信號布設(shè)與撤除等應(yīng)用場景。二是生產(chǎn)作業(yè)，主要支撐鐵路貨物交接檢查、裝卸前后三檢、裝卸設(shè)備智能遠(yuǎn)控、智能分揀、場內(nèi)搬運(yùn)等應(yīng)用場景。三是經(jīng)營決策，主要支撐智能調(diào)度指揮、裝卸計(jì)劃智能編制與派班、場站智能路徑引導(dǎo)、經(jīng)營效能實(shí)時(shí)監(jiān)控與告警、箱區(qū)箱位智能管理等應(yīng)用場景。

2.3 推進(jìn)措施

針對鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享不能滿足場站設(shè)備數(shù)字化管理需要的問題，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享體系、推進(jìn)場站裝備智能化集成創(chuàng)新、加快構(gòu)建場站信息自動采集源點(diǎn)、加快搭建場站高速通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、有效提升場站數(shù)據(jù)存儲管理能力5方面提出鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式優(yōu)化的主要措施。

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享體系。以“系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分步推進(jìn)”為原則，充分考慮鐵路貨場、鐵路貨檢站、鐵路專用線、專用鐵路等鐵路節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)字化管理需求，統(tǒng)籌規(guī)劃鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備配置、設(shè)備數(shù)字化管理平臺、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲等建設(shè)內(nèi)容，構(gòu)建鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享體系，支撐鐵路貨運(yùn)場站間設(shè)備資源統(tǒng)一調(diào)配管理，推進(jìn)場站物流要素協(xié)同驅(qū)動。

（2）推進(jìn)場站裝備智能化集成創(chuàng)新。完善鐵路貨運(yùn)場站內(nèi)裝卸搬運(yùn)、計(jì)量安全檢測、分揀包裝等設(shè)備配置，推動智能技術(shù)裝備在鐵路貨運(yùn)場站的本地化創(chuàng)新應(yīng)用，加強(qiáng)功能集成裝備研發(fā)運(yùn)用，打造支撐鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備數(shù)字化管理的智能化集成技術(shù)裝備體系。一是創(chuàng)新設(shè)備。創(chuàng)新應(yīng)用集裝箱門吊智能遠(yuǎn)控裝備、智能叉車、智能自動引導(dǎo)車等裝卸搬運(yùn)設(shè)備，創(chuàng)新建設(shè)智能化倉庫及配套作業(yè)裝備，為場站設(shè)備信息自主化采集提供裝備支撐。二是促進(jìn)裝備集成化應(yīng)用。創(chuàng)新設(shè)計(jì)智能安檢、稱重測方、自動貼簽等功能集成化的安檢查危裝備，配套場站內(nèi)設(shè)置傳送帶裝置[9]，有效提升鐵路貨運(yùn)安檢查危的集約化、高效化、便捷化水平。

（3）加快構(gòu)建場站信息自動采集源點(diǎn)。面向場站設(shè)備狀態(tài)全方位采集需求，布設(shè)手持機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)、車載定位設(shè)備、線陣工業(yè)相機(jī)、激光設(shè)備、射頻識別設(shè)備、溫濕度傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、鐵路車號自動識別裝置等信息自動采集設(shè)備，集成應(yīng)用視頻監(jiān)控技術(shù)、狀態(tài)感知技術(shù)、時(shí)空定位技術(shù)、射頻識別技術(shù)、圖像識別技術(shù)等信息自動采集技術(shù)，全方位采集設(shè)備時(shí)空位置、行為狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、外觀狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等數(shù)據(jù)，以鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化采集，替代人工現(xiàn)場信息采集和手動抄寫錄入，有效提升信息采集精度、提高信息采集效率、緩解人員勞動強(qiáng)度、降低信息采集成本。

（4）加快搭建場站高速通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為滿足鐵路貨運(yùn)場站移動裝備數(shù)字化管理中數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性要求，按照不同應(yīng)用場景、應(yīng)用環(huán)節(jié)的通信需求，加快搭建鐵路貨運(yùn)場站寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提升場站無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。一是對智能安檢、智能貨檢、作業(yè)視頻監(jiān)控等對傳輸速度、傳輸時(shí)延要求較低的作業(yè)，4G通信網(wǎng)絡(luò)即可滿足通信需求，基于節(jié)約建設(shè)成本的考慮，應(yīng)在該區(qū)域加快布設(shè)4G移動通信網(wǎng)絡(luò)。二是面向裝卸門吊、智能叉車、自動引導(dǎo)車等裝卸搬運(yùn)設(shè)備，以及鐵路平過道安防設(shè)備智能遠(yuǎn)控在高帶寬、高速度、低延時(shí)、高安全性、高可靠性方面的通信需求，配置基于5G技術(shù)的通訊基站[10]，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵場所與區(qū)域的5G環(huán)境全覆蓋，確保裝卸搬運(yùn)設(shè)備實(shí)時(shí)精確遠(yuǎn)程控制，為生產(chǎn)作業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供基礎(chǔ)支撐。

（5）有效提升場站數(shù)據(jù)存儲管理能力。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)海量存儲、資源池?cái)?shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)合理追溯、數(shù)據(jù)安全可靠的存儲需求，創(chuàng)新應(yīng)用分布式云存儲、數(shù)據(jù)容災(zāi)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，有效提升鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備數(shù)字化管理資源池存儲管理能力[11]。一是面向鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備數(shù)字化管理海量資源的存儲需求，采用分布式云存儲技術(shù)構(gòu)建集群多臺服務(wù)器的資源存儲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源池?cái)?shù)據(jù)的海量存儲、高速處理和高并發(fā)讀取。二是面向鐵路貨運(yùn)場站間設(shè)備資源協(xié)同共享需求，建議匯集國鐵集團(tuán)—鐵路局集團(tuán)公司級場站設(shè)備數(shù)字化管理資源池，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、多主體、多環(huán)節(jié)的設(shè)備資源集中管理、協(xié)同組織、動態(tài)調(diào)配，有利于提高場站設(shè)備資源利用率、挖掘分析場站設(shè)備資源數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。三是結(jié)合鐵路貨運(yùn)場站不同節(jié)點(diǎn)、不同場景、不同環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)追溯需求，確定數(shù)據(jù)存儲天數(shù)，在滿足數(shù)據(jù)使用要求的前提下，有效節(jié)約資源池?cái)?shù)據(jù)總體存儲量。四是面向鐵路貨運(yùn)場站跨行業(yè)、跨區(qū)域、跨鐵路局集團(tuán)公司、跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲安全需求，采用數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)、研究應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，確保數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交換的可靠性與可追溯性，實(shí)現(xiàn)鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備數(shù)字化管理資源池的共享共用。

3 結(jié)束語

鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的匯集共享，是對鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)全生命周期海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、存儲和共享的過程，是鐵路貨運(yùn)場站數(shù)字化管理的重要支撐，是深化鐵路運(yùn)輸供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、確保鐵路運(yùn)營持續(xù)安全穩(wěn)定、促進(jìn)鐵路貨運(yùn)降本增效的必然要求。鐵路貨運(yùn)場站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集共享模式的研究，能夠有力推進(jìn)鐵路貨運(yùn)場站信息化、自動化、智能化轉(zhuǎn)型升級，助力推動新時(shí)代鐵路貨運(yùn)高質(zhì)量發(fā)展。未來，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，將基于鐵路貨運(yùn)場站匯集共享的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，圍繞數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)價(jià)值的深度挖掘等方面展開深化研究，為增強(qiáng)鐵路貨運(yùn)場站安全保障能力、提升鐵路貨運(yùn)運(yùn)營效率效益提供技術(shù)支撐。