鐵路貨運場站設備狀態數據 匯集共享模式設計

席江月，周凌云，葉 飛, ，許植深

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 研究生部， 北京 100081)

1 鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享現狀

當前鐵路貨運場站80% ~ 90%以上均為傳統老貨場，并未進行信息化改造，多數貨場僅配置了少量視頻監控設備，既有鐵路貨運場站設備主要采用傳統的臺賬式管理方法，存在信息自動采集缺乏、裝備狀態監控差、作業協同難等問題，導致貨運場站設備管理成本高、設備整體利用率低。隨著鐵路物流基地規劃建設、貨場改造等項目實施，鐵路貨運場站設施設備資產規模進一步擴大，利用數字化實現設備的精準管理和節支降耗需求更加迫切。部分鐵路貨運場站積極探索信息化、智能化技術在鐵路貨運場景中的創新應用，但僅解決了手工系統錄入替代手工紙質填寫，實現了部分裝卸設備的自動采集和智能遠控[1]，與鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享的要求仍然存在很大差距，難以滿足鐵路專業物流延伸拓展和精細化運營管理需要。主要體現在以下方面。

（1）場站設備狀態數據匯集共享模式缺乏頂層設計。一是鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享缺乏系統性思考，“頭痛醫頭、腳痛醫腳”地進行鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享體系建設，難以支撐物流要素間協同驅動。二是貨運場站、貨檢站、專用線、專用鐵路等節點設備狀態數據管理能力匹配不足，未進行鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享，難以支撐設備資源的統一調配管理。

（2）場站設備狀態數據采集與存儲手段較為落后。一是鐵路貨運場站設備運行狀態采集手段缺乏，主要在設備損壞后通過填寫報修、維修單據的方式進行事后采集，僅能實現設備投入、維修、報廢等狀態的臺賬式管理，缺乏設備運行狀態的自動采集、實時管控與故障提前預判，不能確保設備作業效率和作業安全。二是設備作業狀態以人工現場觀察、系統手動錄入、單據打印存儲為主，受人員生理及心理等因素的影響，信息采集準確度不高[2]，紙質單據存儲的形式不能支撐鐵路貨運場站數據價值的深度挖掘。三是設備作業環境狀態采集以人工感知和經驗判斷為主[3]，不能有效保證設備作業的環境安全。

（3）場站既有通信技術難以滿足移動裝備信息傳輸需求。一是既有場站數據傳輸主要依托光纖、電纜等有線傳輸技術，場站寬帶無線網覆蓋不足，2020年無線網絡覆蓋率尚未達到《鐵路信息化總體規劃》(鐵總信息[2017] 152號)提出的60%，不能滿足叉車、自動導引車、門吊等鐵路貨運場站移動裝備數據傳輸的需求。二是部分場站自建4G及以下無線網絡存在傳輸帶寬、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控等高帶寬、高速度、低延時、高可靠性的通信需求[4]。

2 鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式設計

2.1 設計思路

鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享是將鐵路貨運場站在安全防護、生產作業、經營管理中產生和積累的海量數據進行采集、傳輸和存儲，并在多節點、多主體、多環節間進行共享利用的過程[5]。因此，針對傳統鐵路貨運場站設備狀態數據管理缺乏系統設計，設備運用與現場作業銜接不緊密的問題，采用鐵路貨運場站設備狀態匯集共享模式，以安全防護一體化管控、生產作業一體化組織、經營管理一體化決策為目標，面向鐵路物流基地、鐵路貨檢站、鐵路專用線等節點設備數字化管理需求，以系統設計、協同驅動、統一調配為原則，按照“數據自動化采集、數據高質量傳輸、數據協同化存儲”的構建思路，依托安全防護、生產作業、物聯網等設備，基于數據采集、傳輸、存儲技術，智能采集場站設備的時空位置、行為狀態、運行狀態等數據，通過海量數據的高品質信息傳輸鏈路，傳遞至云數據存儲資源池，實現多節點、多主體、多環節資源集中管理、協同組織、動態調配，為鐵路貨運場站數字化管理提供有效支撐。

相較于當前數據分散在各節點、主體、功能區、作業環節的依靠“人眼現場盯控+手工系統錄入+紙質單據存儲”的傳統數據管理模式，鐵路貨運場站設備狀態匯集共享模式具有采集準確、傳輸高效、存儲安全、反饋實時等優勢特征[6]，能夠有效避免信息重復采集、信息采集錯誤、信息傳輸延時、信息存儲丟失等問題，有利于鐵路貨運場站設備狀態數據潛在價值的持續深度挖掘，為鐵路貨運場站智能化運營管理創造良好條件。

2.2 設計方案

鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式框架主要包括節點層、設備層、技術層、數據層、應用層。鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式框架如圖1所示。

（1）節點層。主要是指辦理鐵路貨運生產、現代物流拓展、貨檢等鐵路貨運相關作業的重要場所，包括鐵路物流基地、鐵路貨場、鐵路貨檢站、鐵路專用線、專用鐵路等貨運節點。通過搭建鐵路貨運節點資源管理平臺，實現多節點設備狀態數據匯集共享，有助于鐵路貨運場站設備數字化管理資源在鐵路貨運數字管理、數字創新和數字決策等方面的價值挖掘[7]。

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

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（3）技術層。主要是指面向鐵路貨場設備資源狀態信息的自動采集、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。一是信息采集技術，主要包括時空定位、狀態感知、射頻識別等技術[8]。二是信息傳輸技術，主要包括5G通信、光通信、北斗衛星通信等技術。三是信息存儲技術，主要包括云存儲、分布式存儲、區塊鏈等技術。

圖1 鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式框架Fig.1 Data collection and sharing mode architecture of equipment status in the railway freight station

（4）數據層。主要是指鐵路貨運場站數字化管理匯集共享的設備時空位置、作業行為、交通行為、運行、外觀、環境等狀態數據。一是時空位置狀態，包括集裝箱、裝卸設備、安全設備等各類移動裝備在室內外不同場景中的時空狀態數據。二是作業行為狀態，包括裝載狀態、施封情況、安檢圖像、吊裝高度、走行距離、脫軌器狀態等場內全流程設備作業行為狀態數據。三是交通行為狀態，包括鐵路平過道安全防護信息、車輛入場預約、場內監控視頻等場站內車輛交通行為數據。四是設備運行狀態，包括運用速度、能耗、運用記錄等移動裝備的運行狀態數據。五是設備外觀狀態，包括車號、車型、箱號、車輛外觀、箱體外觀等載運、集裝化設備外觀狀態數據。六是設備環境狀態，包括溫濕度、壓強、風速風向、日照、雨量等設備所處室內外環境狀態數據。

（5）應用層。面向場站安全防護一體化管控、生產作業一體化組織、經營管理一體化決策3方面應用需求，研究鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式。一是安全防護，主要支撐場站進出安防、鐵路平過道安防、倉庫安防、突發情況應急調度指揮安防、時空沖突預警告警、防護信號布設與撤除等應用場景。二是生產作業，主要支撐鐵路貨物交接檢查、裝卸前后三檢、裝卸設備智能遠控、智能分揀、場內搬運等應用場景。三是經營決策，主要支撐智能調度指揮、裝卸計劃智能編制與派班、場站智能路徑引導、經營效能實時監控與告警、箱區箱位智能管理等應用場景。

2.3 推進措施

針對鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享不能滿足場站設備數字化管理需要的問題，從系統設計狀態數據匯集共享體系、推進場站裝備智能化集成創新、加快構建場站信息自動采集源點、加快搭建場站高速通信網絡環境、有效提升場站數據存儲管理能力5方面提出鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式優化的主要措施。

（1）系統設計狀態數據匯集共享體系。以“系統設計、分步推進”為原則，充分考慮鐵路貨場、鐵路貨檢站、鐵路專用線、專用鐵路等鐵路節點設備數字化管理需求，統籌規劃鐵路貨運場站設備配置、設備數字化管理平臺、數據采集、系統接口、數據傳輸、數據存儲等建設內容，構建鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享體系，支撐鐵路貨運場站間設備資源統一調配管理，推進場站物流要素協同驅動。

（2）推進場站裝備智能化集成創新。完善鐵路貨運場站內裝卸搬運、計量安全檢測、分揀包裝等設備配置，推動智能技術裝備在鐵路貨運場站的本地化創新應用，加強功能集成裝備研發運用，打造支撐鐵路貨運場站設備數字化管理的智能化集成技術裝備體系。一是創新設備。創新應用集裝箱門吊智能遠控裝備、智能叉車、智能自動引導車等裝卸搬運設備，創新建設智能化倉庫及配套作業裝備，為場站設備信息自主化采集提供裝備支撐。二是促進裝備集成化應用。創新設計智能安檢、稱重測方、自動貼簽等功能集成化的安檢查危裝備，配套場站內設置傳送帶裝置[9]，有效提升鐵路貨運安檢查危的集約化、高效化、便捷化水平。

（3）加快構建場站信息自動采集源點。面向場站設備狀態全方位采集需求，布設手持機、藍牙耳機、車載定位設備、線陣工業相機、激光設備、射頻識別設備、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備，集成應用視頻監控技術、狀態感知技術、時空定位技術、射頻識別技術、圖像識別技術等信息自動采集技術，全方位采集設備時空位置、行為狀態、運行狀態、外觀狀態、環境狀態等數據，以鐵路貨運場站設備狀態數據的信息化、標準化、自動化采集，替代人工現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、緩解人員勞動強度、降低信息采集成本。

（4）加快搭建場站高速通信網絡環境。為滿足鐵路貨運場站移動裝備數字化管理中數據傳輸的靈活性要求，按照不同應用場景、應用環節的通信需求，加快搭建鐵路貨運場站寬帶無線網絡，進一步提升場站無線網絡覆蓋率。一是對智能安檢、智能貨檢、作業視頻監控等對傳輸速度、傳輸時延要求較低的作業，4G通信網絡即可滿足通信需求，基于節約建設成本的考慮，應在該區域加快布設4G移動通信網絡。二是面向裝卸門吊、智能叉車、自動引導車等裝卸搬運設備，以及鐵路平過道安防設備智能遠控在高帶寬、高速度、低延時、高安全性、高可靠性方面的通信需求，配置基于5G技術的通訊基站[10]，實現關鍵場所與區域的5G環境全覆蓋，確保裝卸搬運設備實時精確遠程控制，為生產作業高效運轉提供基礎支撐。

（5）有效提升場站數據存儲管理能力。為實現數據海量存儲、資源池數據共享、數據合理追溯、數據安全可靠的存儲需求，創新應用分布式云存儲、數據容災、區塊鏈等技術，有效提升鐵路貨運場站設備數字化管理資源池存儲管理能力[11]。一是面向鐵路貨運場站設備數字化管理海量資源的存儲需求，采用分布式云存儲技術構建集群多臺服務器的資源存儲系統，實現資源池數據的海量存儲、高速處理和高并發讀取。二是面向鐵路貨運場站間設備資源協同共享需求，建議匯集國鐵集團—鐵路局集團公司級場站設備數字化管理資源池，實現多節點、多主體、多環節的設備資源集中管理、協同組織、動態調配，有利于提高場站設備資源利用率、挖掘分析場站設備資源數據的潛在價值。三是結合鐵路貨運場站不同節點、不同場景、不同環節數據追溯需求，確定數據存儲天數，在滿足數據使用要求的前提下，有效節約資源池數據總體存儲量。四是面向鐵路貨運場站跨行業、跨區域、跨鐵路局集團公司、跨節點數據存儲安全需求，采用數據容災技術、研究應用區塊鏈技術，確保數據存儲和數據交換的可靠性與可追溯性，實現鐵路貨運場站設備數字化管理資源池的共享共用。

3 結束語

鐵路貨運場站設備狀態數據的匯集共享，是對鐵路貨運場站設備狀態全生命周期海量數據進行采集、傳輸、存儲和共享的過程，是鐵路貨運場站數字化管理的重要支撐，是深化鐵路運輸供給側結構性改革、確保鐵路運營持續安全穩定、促進鐵路貨運降本增效的必然要求。鐵路貨運場站設備狀態數據匯集共享模式的研究，能夠有力推進鐵路貨運場站信息化、自動化、智能化轉型升級，助力推動新時代鐵路貨運高質量發展。未來，隨著大數據、云計算、人工智能等技術的快速發展，將基于鐵路貨運場站匯集共享的設備狀態數據，圍繞數據分析處理、數據價值的深度挖掘等方面展開深化研究，為增強鐵路貨運場站安全保障能力、提升鐵路貨運運營效率效益提供技術支撐。