基于北斗技术的铁路集装箱运输作业流程优化研究

边可 1 马书义 1 姚舜 2

（ 1.大连科技学院 交通运输学院 116052 2.大连交通大学 理学院 116028）

摘要：本文对我国铁路集装箱运输现状及作业流程中存在的问题进行分析；构建了基于北斗技术的铁路集装箱运输作业流程；最后通过SIMIO仿真软件比较应用北斗物联网系统前后的作业流程，证明应用后利于提高运输作业效率和信息化管理水平。

关键词：北斗技术 铁路集装箱运输 作业流程 优化

0引言

铁路集装箱运输追踪方式主要有：利用铁路TMIS专用通信通道CIS系统^[1]、基于ZigBee和RFID技术在铁路集装箱追踪系统^[2-3]。文献^[1]CIS系统是将集装箱箱号、车号、列车车次联系起来，经综合处理后，提供每个集装箱的运输轨迹和动态，实现集装箱按时间段的节点式追踪，这种方式是目前铁路系统现行的识别方式。本文通过SIMIO仿真软件比较北斗物联网技术应用前后的作业流程，证明应用后利于提高运输作业效率和信息化管理水平。

1北斗物联网系统的组成及工作原理

1.1 技术架构

基于北斗技术的铁路集装箱物联网应用系统的技术架构采用三层结构形式，即：感知标识层、网络通信层及计算与服务层。

（1）感知标识层：集装箱北斗系列标签有两类，北斗Ⅱ定位模块+北斗Ⅰ模块通讯标签、北斗Ⅱ定位模块+北斗Ⅰ通讯标签及WIFI +ZIGBEE模块电子标签。

（2）网络通信层：通过北斗指挥机和北斗卫星网络系统，传输集装箱北斗系列标签各种信息。

（3）计算与服务层：开发基于GIS的铁路集装箱运输上位机管理软件，实现集装箱位置与铁路地理地图的匹配显示。

（4）北斗智能手持终端，相当于小型北斗指挥机，并配有一些简单的集装箱实时位置跟踪功能。

（5）物联网应用系统的铁路集装箱运输作业流程问题将在后面论述。

1.2组成及工作原理

（1）集装箱北斗系列标签安装在相应的集装箱上，可将集装箱的位置信息、箱内货物状况等信息，通过北斗指挥机实时传递给地面集装箱管理。

（2）北斗指挥机负责完成集装箱北斗系列标签与基于上位机GIS的集装箱管理软件的通信。利用北斗指挥机通过北斗卫星网络系统，对集装箱北斗系列标签定位、通信信息，并可向下属用户机通播指挥信息。

（3）基于GIS的上位机集装箱管理软件完成集装箱定位、短报文通信、北斗设备监管、北斗信息通播功能、数据处理、铁路集装箱运输的追踪等功能。同时通过接口与接入公共信息网络平台，支持各种应用服务。

（4）工作人员可配备北斗智能手持终端，具有导航定位、授时、短报文通信和对讲机功能，并配有一些简单的集装箱实时位置跟踪功能。

2.铁路集装箱运输作业流程优化

2.1铁路集装箱运输现有作业流程分析

我国铁路集装箱运输作业流程主要分为三个环节，分别为受理承运环节、装车运输环节以及达到交付环节。现有具体作业流程如下：

受理承运环节：客户可以通过集装箱铁路运输网上办理平台或到集装箱中心站提交货运需求订单。集装箱办理中心对客户提交的订单进行审核，若审核通过则通知客户到集装箱办理中心进行办理，若审核不通过，则终止业务。

装车运输环节：路局根据审批计划进行配车至铁路编组场，按照装车计划，集装箱堆场工作人员在指定日期进行，装车完毕后填写装车清单，制票丁联和装车清单一起形成运输凭证，交由列车人员进行运输。

到达交付环节：列车到站前会向车站发出到达确报，车站向货主发出催领通知，列车到达与车站进行票据交接，进行卸车作业，卸车完毕后，进行集装箱堆码，进行货物暂时保管。

2.2应用北斗物联网系统的铁路集装箱运输作业流程

物联网技术的应用在很大程度上改变了集装箱运输的作业流程以及管理模式，物联网环境下的集装箱运输核心业务流程如图1所示。在原有作业流程基础上，加入物联网技术，其应用如图中涂黑节点所示。

图1物联网环境下的铁路集装箱运输作业流程图

受理承运环节：客户可以通过集装箱铁路运输网上办理平台或到集装箱中心站提交货运需求订单。集装箱办理中心对客户提交的订单进行审核，客户在规定日期将货物送至集装箱中心站，并填写托运单。单据不再手动传递，从货单录入、包装、安检司磅、制签收费每个操作环节的货物信息都是通过网络传输，最后生成统一的运单，避免了单据货物信息不对称。

装车运输环节：路局根据审批计划进行配车至铁路编组场，按照装车计划，集装箱堆场工作人员在指定日期进行，装车完毕后利用手持识别器对每个集装箱上的电子标签进行扫描即在途信息录入（集装箱编号、上车时间、下车时间、电量、分站号等），若发生装错车或者漏装的情况，列车开出后，当前车站上位机会自动报警并显示报警信息。

到达交付环节：列车到站进行装卸作业，若发生途中丢货，当前车站上位机会报警指示。列车开出，若发生下错车的情况，当前车站上位机会报警指示，否则，进行卸车确认并记录卸车货物信息。同时，电子标签可以收到上位机的指示信息进行到站指示。车站向货主发出催领通知，卸车完毕后，进行集装箱堆码，进行货物暂时保管。此时再次利用手持识别器对集装箱信息进行确认，一旦发现信息不匹配的丢货现象即发出丢货报警。最终实现货物验证交付。

3铁路集装箱运输作业流程仿真

将现有作业流程进行SIMIO仿真，其仿真流程图如2所示。仿真模型的具体构建过程为：首先设定两个源（Source），分别代表客户与货物的随机产生；其次，对于代表客户的源1（Source1），中间加入服务器（Server），重命名为Container Station，代表客户到集装箱中心站办理货运托运业务，对于代表货物的源2（Source2），加入9个服务器（Server），同样如图分别重命名，代表货物制签(Tags)、保管(Warehousing)、装车(Loading)、票据交接(Bill Changing)等过程，并对每一个服务器（Server）属性进行设置，例如设置制签时间为三角分布，最大值、平均值以及最小值分别为10min、15min以及20min；最后，分别设置汇1和汇2(Sink1、2)代表客户的业务办理结束以及货物的运到交付，整个运输过程完成。

图2铁路集装箱运输现有作业流程仿真

其仿真结果如表1所示。

表1 Process Time-Average(Hours)

然后再将北斗物联网技术应用到作业流程改进上，同样重复上述建模过程，再对整个办理运输过程进行仿真，其仿真过程主要包括客户托运办理、制作电子标签并进行添加、入库仓储、装车及车厢识别器货物识别、运输、运输途中在线监测、到达卸车、场站识别器货物识别以及货物交付等过程，其仿真流程如图3所示。

图3北斗物联网技术应用流程图仿真

其仿真结果如表2所示。

表2 Process Time-Average(Hours)

通过对比图3与图4，即原流程与加入北斗物联网技术新流程，可以发现，新流程改变了原有作业流程的货物标签，以电子标签代替纸质标签，不仅可以保证货物信息的准确性，同时货物信息的数据在线传递，省去了单据交接的环节，极大地提高了工作效率，避免的人工操作失误而造成的货物信息丢失等问题。

通过对比表1与2可以看出，应用北斗物联网技术的作业流程中，从客户办理托运至到达交付整个过程的平均时间为40.65144小时，而原流程的平均时间为60.24069小时，因此加入北斗物流网技术后，铁路集装箱运输时间大大缩短，提高了工作效率，极大的为客户提供了便利，由此可验证，北斗物流网技术在铁路集装箱运输上的应用在理论上是实际可行的。

参考文献

[1] 铁道部信息技术中心.铁路集装箱箱号管理信息系统[M].北京：中国铁道出版社，2004

[2] 栾辉.ZigBee技术在铁路集装箱追踪系统中的应用研究[M].北京:北京交通大学，2009

[3] 李屹.RFID技术在铁路集装箱跟踪定位中的应用研究[M].兰州:兰州交通大学，2014

[4]桂劲松.物联网系统设计[M].北京：电子工业出版社，2014.

基金项目：辽宁省自然科学基金计划重点项目，项目编号：20180540073.