王宴平,浦 丁,葛 銳,王傳儉
(中國鐵路上海局集團有限公司 合肥貨運中心,安徽 合肥 230001)
隨著信息技術(shù)在社會生活各個領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,“智慧物流、數(shù)字貨運”理念逐步深入人心,而鐵路貨場是鐵路車站的窗口,是車站組織貨物運輸?shù)闹匾獔鏊?,貨場信息化水平高低直接影響鐵路貨運作業(yè)效率和服務(wù)質(zhì)量。近年來,鐵路貨場相繼投入使用了貨運站生產(chǎn)管理系統(tǒng)、車流預(yù)確報系統(tǒng)、運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)等,信息化水平有了一定提高,但與當(dāng)前快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比仍有較大差距,主要體現(xiàn)在以下方面。
(1)信息化程度低?,F(xiàn)行的貨場管理系統(tǒng),貨運各作業(yè)環(huán)節(jié) (如接車對位、設(shè)撤防護、作業(yè)前三檢、作業(yè)后三檢、裝卸派班等) 信息仍采用現(xiàn)場確認、人工錄入方式獲取,貨運、裝卸等各生產(chǎn)崗位間信息傳遞仍以人工手抄、當(dāng)面簽認為主,車站與客戶間信息傳遞、確認仍未完全實現(xiàn)信息化。一方面,這樣容易造成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息在頻繁抄寫、轉(zhuǎn)錄過程中出錯,數(shù)據(jù)準確性和完整性無法得到保證;另一方面,通過人工方式采集信息并在多個信息系統(tǒng)間頻繁手工錄入,既增加了人工作業(yè)量,又影響了作業(yè)效率。
(2)系統(tǒng)間兼容性低。20 世紀 90 年代以來,鐵路貨運部門相繼研發(fā)應(yīng)用了多套信息系統(tǒng),目前在用的與鐵路貨運生產(chǎn)及管理相關(guān)的信息系統(tǒng)較多,并且是在不同年代、不同技術(shù)環(huán)境下建立的,不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息不共享,造成原始信息需要在不同系統(tǒng)間重復(fù)錄入[1]。
(3)信息來源不廣泛。目前,鐵路貨運部門所使用的生產(chǎn)及管理系統(tǒng),主要與調(diào)度指揮、車輛等鐵路內(nèi)部信息聯(lián)通,而對外尚未與海關(guān)、交通運輸部門等部門互聯(lián)互通。因此,造成鐵路在國際聯(lián)運方面仍不能按國際通用的 EDI 標準或國內(nèi)的電子口岸標準進行貨運信息交換,制約了進出口貨物運輸效率[2]。同時,由于鐵路貨運沒有與生產(chǎn)企業(yè)及公路、水路等物流企業(yè)建立信息平臺,不能與其他運輸方式及時傳遞物流信息,形成了社會大物流背景下的鐵路貨運盲區(qū)。
(4)功能不完善。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,順豐控股 (集團) 股份有限公司、普洛斯物流資產(chǎn)公司等國內(nèi)外物流企業(yè)已實現(xiàn)了對貨物運行軌跡的全過程實時跟蹤,而鐵路貨運僅能通過追蹤車輛運行軌跡判斷貨物流動狀態(tài),無法實時查詢貨物運行動態(tài)[3]。近年來,青島港、廈門港、上海洋山港相繼開通自動化碼頭,實現(xiàn)了裝卸自動化或遠程操控,而鐵路裝卸機械操作和管理完全依靠人工手動來完成。
(5)集成化程度較低。由于鐵路貨場尚未實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋,既有的貨運信息系統(tǒng)分別采用不同制式的有線/無線、公用/專用通信網(wǎng)絡(luò)分散運行,集成化程度較低。例如,目前貨場內(nèi)仍大量使用有線電話和各種型號的無線對講機,造成現(xiàn)場信息傳遞通常需要進行人工轉(zhuǎn)換,并且鐵路局域網(wǎng)和外部互聯(lián)網(wǎng)互相獨立,客戶信息無法通過遠程交互直接反映到現(xiàn)場,同樣存在信息二次轉(zhuǎn)換的問題。
鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)方案的研究與建設(shè),應(yīng)以“鐵路貨運站生產(chǎn)管理系統(tǒng)”為基礎(chǔ),以傳感技術(shù)和 RFID 等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐,突出智能化信息自動采集與處理,建立基于 Web 的鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)管理信息系統(tǒng)。鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)方案示意圖如圖 1 所示。

圖1 鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of digital technical scheme for railway freight yard
鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)管理信息系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)從系統(tǒng)的可靠性、實用性、便捷性等方面考慮,采用表現(xiàn)層、邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層 3 層模式,通過將不同的業(yè)務(wù)邏輯和應(yīng)用分離,實現(xiàn)客戶應(yīng)用邏輯,每層之間通過接口訪問,避免因為某一層的業(yè)務(wù)邏輯變動影響其他層次。
(1)表現(xiàn)層。表現(xiàn)層以 WEB、客戶端及手持機等方式對業(yè)務(wù)服務(wù)器進行訪問。
(2)邏輯層。邏輯層的主要作用在于與表現(xiàn)層進行交互。針對不同訪問方式和技術(shù),以基礎(chǔ)類庫為基礎(chǔ),定義用戶實體業(yè)務(wù)類庫、數(shù)據(jù)交換類庫、圖像處理類庫等實現(xiàn)訪問、分發(fā)及視頻信息的發(fā)布。采用數(shù)據(jù)交換類庫實現(xiàn)站間數(shù)據(jù)交換和電報收發(fā),通過多種不同的組合和靈活的設(shè)置,完成定制、修改、管理各種貨運業(yè)務(wù)流程。
(3)數(shù)據(jù)訪問層。通過數(shù)據(jù)訪問層,創(chuàng)建對象和數(shù)據(jù)庫之間的映射,實現(xiàn)事務(wù)服務(wù)、查詢服務(wù)、數(shù)據(jù)并發(fā)控制,完成數(shù)據(jù)的增刪改和查詢。
鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)方案的技術(shù)架構(gòu)示意圖如圖 2 所示。
鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)管理信息系統(tǒng)主要包括貨場門禁管理系統(tǒng)、多媒體調(diào)度指揮系統(tǒng)、貨運站股道車輛自動識別定位系統(tǒng)、裝卸派班與統(tǒng)計系統(tǒng)、流動裝卸機械定位監(jiān)控系統(tǒng)、起重機安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)、集裝箱作業(yè)管理系統(tǒng)、貨場無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)等。
2.3.1 貨場門禁管理系統(tǒng)
由于進出鐵路貨場的汽車種類繁多且身份復(fù)雜,傳統(tǒng)的采用人工門衛(wèi)管理難度大,差錯率高[4]。鐵路貨場門禁系統(tǒng),采用視頻圖像采集與預(yù)置信息比較相結(jié)合的方式進行管理,即通過貨場出入口安裝的車牌識別裝置對車牌進行識別,并與其存儲的車輛身份信息相比對,信息吻合的即抬桿放行,信息不一致的不予放行。為提高識別效果,根據(jù)貨場門衛(wèi)工況合理設(shè)計車輛識別裝置的技術(shù)指標,如在汽車車牌無遮擋、清潔情況下,字母和數(shù)字識別率 99% 以上,通過有針對性地增強模塊,可實現(xiàn)整牌識別率 (含車牌漢字)達到 98% 以上 (整牌識別率 = 完全正確號牌數(shù)/車流量),單號牌識別時間<0.02 s,號牌檢測率>99% ,車輛行駛速度在 0~100 km/ h 之間 (防止汽車惡意或失控沖卡),輸出圖像分辨率 ≥720×288,輸出信息包括車輛全貌、號牌小圖、號牌識別號碼、號牌顏色等數(shù)據(jù)信息。鐵路貨場門禁系統(tǒng)自動記錄車輛、貨物、人員進出貨場時間,自動識別車輛所屬企業(yè)、運送貨物信息,通過與“鐵路貨運站生產(chǎn)管理系統(tǒng)”連接,對進入貨場的車輛、貨物、人員等進行跟蹤和追溯,方便貨物進出站管理[5]。貨場門禁系統(tǒng)還與汽車衡計量稱重系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),可以準確計量貨物重量,從源頭上掌控貨物重量。

圖2 鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)方案的技術(shù)架構(gòu)示意圖Fig.2 The schematic diagram of the technical framework of the digital technical scheme for the railway freight yard
2.3.2 多媒體調(diào)度指揮系統(tǒng)
多媒體調(diào)度指揮系統(tǒng)主要由中心層、網(wǎng)絡(luò)層、接入層、指揮控制層 4 層架構(gòu)組成。中心層是根據(jù)用戶所需功能要求,在用戶機房部署相關(guān)服務(wù)器構(gòu)成的。網(wǎng)絡(luò)層是指各種能夠提供 IP 網(wǎng)絡(luò)的有線或無線通信網(wǎng)絡(luò),如以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、移動公網(wǎng)、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡(luò)。接入層是指根據(jù)用戶的需求,將所需的終端設(shè)備接入系統(tǒng),并可通過系統(tǒng)進行調(diào)度管理,如在道路、倉庫、車位或設(shè)備上部署 IP 話機,安裝 IP 廣播,可進行語音、視頻信息傳輸?shù)炔僮?,形成音視頻聯(lián)動系統(tǒng),可以對貨場內(nèi)的運營情況進行實時動態(tài)監(jiān)控,對于安全險情、違章作業(yè)等行為及時警告或制止。將貨運員手持機接入系統(tǒng),利用手持機的便捷性、靈活性和移動性,提供跨網(wǎng)絡(luò)、跨區(qū)域、跨終端的集群業(yè)務(wù)功能,包括音視頻通話、語音對講、呼叫搶占、群組對講/廣播、文本/圖片/視頻消息、視頻回傳、GPS 定位、GIS 調(diào)度等,并能與 PDT/Tetra/MPTdeng 等數(shù)字集群系統(tǒng)、常規(guī)集群對講系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)無縫融合。指揮控制層是指在調(diào)度指揮中心進行調(diào)度指揮操作的平臺,可接大屏的指揮調(diào)度臺,其中調(diào)度指揮主機主要提供 SIP 終端的注冊,通信路由能夠配合調(diào)度指揮軟件進行終端狀態(tài)監(jiān)控,終端分組點擊呼叫,群呼、組呼、強插、監(jiān)聽、轉(zhuǎn)接、等待、會議、TTS 文本轉(zhuǎn)語音撥號、視頻 (圖片) 回傳、視頻 (圖片) 轉(zhuǎn)發(fā)、短信收發(fā)、視頻聯(lián)動等功能。
2.3.3 貨運站股道車輛自動識別定位系統(tǒng)
利用在貨物線上布設(shè)的磁敏傳感器、各股道入口處安裝的攝像頭,通過傳感器網(wǎng)絡(luò)與智能視頻技術(shù)相結(jié)合,完成貨車進出股道的自動探測、自動記時、車號自動識別及貨車停留定位等功能。該系統(tǒng)由列車自動檢測、貨車車號識別、貨車定位 3 個子系統(tǒng)構(gòu)成,用于對前端探測設(shè)備的控制,進行原始檢測數(shù)據(jù)的采集和本地協(xié)同化處理,最后對處理后數(shù)據(jù)進行存儲、傳輸和管理[6]。列車自動檢測系統(tǒng)主要采用既有的成熟磁缸技術(shù),利用磁缸對線路上列車的進出進行判斷,通過與現(xiàn)車系統(tǒng)的匹配校對列車信息,轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出;貨車車號識別系統(tǒng)不再使用傳統(tǒng)的車底板安裝的編號處理,而是直接使用視頻圖像截取和識別技術(shù)對可見車號進行采集和轉(zhuǎn)化,再次與現(xiàn)車系統(tǒng)匹配校對貨車信息;貨車定位系統(tǒng)則是通過預(yù)置線路長度和各型貨車長度信息,對線路和貨車進行數(shù)字化管理,實現(xiàn)裝卸線路上貨車的精確定位,最終轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)指揮系統(tǒng)中作業(yè)組織的原始依據(jù)。
2.3.4 裝卸派班與統(tǒng)計系統(tǒng)
裝卸派班與統(tǒng)計系統(tǒng)主要改變了裝卸派班方式,由以前的裝卸派班人員填寫紙質(zhì)裝卸工作單,貨運員和裝卸工組簽認,計工員人工校對統(tǒng)計的模式,改為由貨調(diào) (或貨運員) 通過局域網(wǎng)派班。外勤貨運員、裝卸值班員、裝卸工組、計工員之間關(guān)于生產(chǎn)任務(wù)的流轉(zhuǎn)及統(tǒng)計不再以手工、紙質(zhì)工作單為載體,而是通過數(shù)字化派班來實現(xiàn)工作量分配和統(tǒng)計。該系統(tǒng)按照裝卸生產(chǎn)組織流程設(shè)計,具有派班、作業(yè)單審核、作業(yè)單驗收、作業(yè)單查詢統(tǒng)計等基本功能和菜單字典、用戶注冊、權(quán)限配置等輔助功能。鐵路裝卸派班與統(tǒng)計系統(tǒng)流程圖如圖 3 所示。

圖3 鐵路裝卸派班與統(tǒng)計系統(tǒng)流程圖Fig.3 Railway handling scheduling and statistics system flow chart
裝卸派班功能數(shù)據(jù)源分為整車、集裝箱、批量零散 (含入箱、非入箱)、零散 4 種類型,以貨票系統(tǒng)、運單系統(tǒng)、集裝箱管理系統(tǒng)、零散快運系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)不同類型的作業(yè)調(diào)取相應(yīng)信息,按任務(wù)時間、重要性優(yōu)先級安排相應(yīng)的裝卸設(shè)備和裝卸工組,同時結(jié)合客戶需求分配作業(yè)任務(wù),提高了裝卸生產(chǎn)指揮效能和裝卸業(yè)務(wù)統(tǒng)計的正確率,減輕了統(tǒng)計人員的工作強度。
2.3.5 流動裝卸機械定位監(jiān)控系統(tǒng)
流動裝卸機械定位監(jiān)控系統(tǒng)是利用安裝于叉車、裝載機、正面吊、抓料機等移動式裝卸機械上的UWB 定位裝置、無線傳輸裝置等,對機械設(shè)備進行實時定位和跟蹤;利用安裝于機械設(shè)備的微型化攝像頭監(jiān)控設(shè)備,對移動式裝卸機械現(xiàn)場作業(yè)情況進行實時監(jiān)控,及時預(yù)防和處理突發(fā)事件,還可通過倒查視頻對作業(yè)進度和操作行為進行追溯和還原,為突發(fā)事件的取證及處理提供依據(jù)。裝卸機械上安裝的監(jiān)控裝置通過貨場無線網(wǎng)絡(luò)將畫面實時傳輸?shù)胶蠖斯芾碥浖?,管理人員可通過控制主機查看錄像,從而掌握現(xiàn)場作業(yè)情況,實現(xiàn)不在本地也能夠通過遠程訪問的方式查看監(jiān)控圖像,及時掌握現(xiàn)場作業(yè)情況,對相應(yīng)問題作出指示和處理,以保證現(xiàn)場作業(yè)安全。以叉車為例,在叉車上安裝 1 臺 720 P 的網(wǎng)絡(luò)半球攝像機,用以實時查看司機操作情況,并察看通道及貨物堆碼狀態(tài),視頻數(shù)據(jù)由叉車到監(jiān)控中心機房 (由控制主機、陣列柜、交換機等組成) 采用無線傳輸?shù)姆绞剑砂惭b的控制系統(tǒng) 1 套、NVR 1 臺,控制主機及磁盤陣列1 套對前端監(jiān)控數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)存、存儲、控制和管理,便于后端人員的管理及遠程訪問。
2.3.6 起重機安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)
起重機安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過采集、傳輸、控制、管理等手段,實現(xiàn)門式起重機作業(yè)過程中的作業(yè)環(huán)境安全狀態(tài)聯(lián)動、設(shè)備危險臨界報警、操作過程全面記錄、現(xiàn)場實時顯示和數(shù)據(jù)記錄保存、與現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動、本地/遠程查詢起重機歷史及實時作業(yè)數(shù)據(jù)等功能。該系統(tǒng)需在起重機上安裝 7 臺網(wǎng)絡(luò)攝像機。在起重機司機室內(nèi)安裝 1 臺 720 P 的高清網(wǎng)絡(luò)半球攝像機,用以查看司機作業(yè)標準化情況;在起重機小車上安裝 1 臺 720 P 高清網(wǎng)絡(luò)槍機,用以監(jiān)控起重工作業(yè)狀態(tài);在走行軌道上方垂直于股道的兩側(cè)主梁上安裝 2 臺 720 P 高清網(wǎng)絡(luò)槍機,用以查看股道及股道上貨車停放位置及裝載情況;在起重機平行于股道的兩側(cè)主梁上安裝 2 臺 720P 高清網(wǎng)絡(luò)槍機,用以監(jiān)控裝卸作業(yè)區(qū)的整體情況;在起重機動力機室安裝 1 臺 720 P 的高清網(wǎng)絡(luò)半球攝像機,用以查看動力機室的情況。在起重機司機室內(nèi)安裝控制系統(tǒng) 1 套、NVR1 臺、顯示器 1 臺,用于查看作業(yè)動態(tài);后端采用控制主機對前端監(jiān)控數(shù)據(jù)進行存儲、控制和管理,便于后端人員的管理及遠程訪問。中心機房由控制主機、交換機等組成,數(shù)據(jù)由起重機傳輸?shù)浇尤朦c,采用高增益天線 (高增益天線比普通無線產(chǎn)品具有更大的帶寬、更高的傳輸速度、更好的穩(wěn)定性、更強的加密技術(shù),支持高達 300 Mbps 最大傳輸速率,保障高碼流數(shù)據(jù)傳輸)。起重機安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖 4 所示。

圖4 起重機安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of a crane safety video surveillance system
通過該系統(tǒng)可實時掌握起重機現(xiàn)場作業(yè)情況,及時預(yù)防和處理突發(fā)事件。前端監(jiān)控點位通過網(wǎng)線匯總在司機室內(nèi)、司機可通過監(jiān)控畫面對現(xiàn)場狀況有更全面、更細致的了解,增強了作業(yè)的準確性及安全性;數(shù)據(jù)由起重機到監(jiān)控中心采用無線傳輸?shù)姆绞剑蠖斯芾砣藛T可通過無線網(wǎng)絡(luò)對前端監(jiān)控設(shè)備進行實時查看,實時掌握現(xiàn)場作業(yè)情況;可以通過查看錄像,為突發(fā)事件的取證及處理提供依據(jù);管理人員可通過遠程訪問的方式查看監(jiān)控圖像,及時掌握現(xiàn)場作業(yè)情況,同時預(yù)留數(shù)據(jù)上傳接口條件,滿足多級聯(lián)網(wǎng)需求[7]。該系統(tǒng)體現(xiàn)了現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)信息管理技術(shù)在起重機械上的具體運用,并在規(guī)范大型起重機械安全管理和控制、促進現(xiàn)場作業(yè)標準化、預(yù)防安全事故發(fā)生等方面發(fā)揮重要作用。
2.3.7 集裝箱作業(yè)管理系統(tǒng)
集裝箱作業(yè)管理系統(tǒng)通過貨場門禁管理系統(tǒng)識別汽車車牌、門架式箱號識別裝置自動識別集裝箱箱號、網(wǎng)絡(luò)實時傳輸數(shù)據(jù)和圖像、貨運外勤人員用智能手持機進行作業(yè)及管理等手段,對鐵路集裝箱進出門、裝卸汽車、裝卸貨車、集裝箱碼放在箱區(qū)箱位等作業(yè)流程進行信息處理、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、實時監(jiān)控,減少人工作業(yè)量,提高作業(yè)準確度,提升貨場利用效率,全面提高鐵路集裝箱作業(yè)質(zhì)量[8]。該系統(tǒng)主要解決集裝箱進出鐵路貨場無法有效追蹤和在貨場內(nèi)搬運軌跡和位置也無法準確定位的問題。該系統(tǒng)通過預(yù)先規(guī)劃集裝箱堆場內(nèi)二維堆場,使用網(wǎng)格化管理,對每個箱位進行編碼。貨運員對裝卸集裝箱使用可視化圖形界面和數(shù)字化編碼等方式,根據(jù)汽車和貨車??课恢玫淖兓Y(jié)合箱場情況按照一定算法給出最優(yōu)化的裝卸作業(yè)方案,對需要裝卸的集裝箱通過上位機系統(tǒng)發(fā)出指令,下位機系統(tǒng)通過內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸和接收,裝卸人員根據(jù)分配的任務(wù)進行作業(yè)。系統(tǒng)還可以根據(jù)進出和搬運軌跡自動讀寫集裝箱信息,配以時間維度作為數(shù)據(jù)項,實現(xiàn)集裝箱作業(yè)全流程追溯,具有性能可靠、操作簡便、成本低等特點。
2.3.8 貨場無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)
無線網(wǎng)絡(luò)是保障各類數(shù)據(jù)、信息在各個系統(tǒng)間實時傳輸?shù)年P(guān)鍵。無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)通過在貨場設(shè)置若干無線基站,在手持機、起重機、叉車等移動裝置上安裝通信終端,實現(xiàn)各子系統(tǒng)正常運行及各子系統(tǒng)間視頻、文本、語音、圖像信息實時傳輸,同時也能滿足現(xiàn)場作業(yè)人員隨機接入網(wǎng)絡(luò)需求[9],方便作業(yè)人員及時收發(fā)信息及指令,方便管理人員更新各項記錄、監(jiān)控信息或?qū)崟r進行語音通信。無線傳輸技術(shù),容易與以太網(wǎng)進行整合,網(wǎng)絡(luò)部署簡單,具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。
鐵路貨場數(shù)字化技術(shù)方案在合肥北鐵路貨場應(yīng)用以來,通過數(shù)字化管理和作業(yè)方式提高了信息的準確性和及時性,降低了貨運和裝卸人員的勞動強度,以技術(shù)手段保證了運輸組織的安全穩(wěn)定,提高了鐵路貨運作業(yè)質(zhì)量和運輸效率,促進了營銷任務(wù)的完成,客戶服務(wù)滿意度大幅度提升。在標準化現(xiàn)場會等多次全局性活動中作為示范單位進行展示,同時吸引了各鐵路局集團公司及所屬單位前往參觀交流。展望未來,鐵路貨場應(yīng)借鑒智能化碼頭的技術(shù)及經(jīng)驗,深入推進貨物及車輛自動識別、全程追蹤、裝卸機械自動駕駛、遠程控制等技術(shù),不斷深化鐵路貨場的數(shù)字化建設(shè)[10-13]。
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