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裝備以提高集裝箱物流節點服務效能，助力推進現代流通體系建設。

集裝箱堆場智能管理技術體系架構設計

一、現狀分析

（1）現場作業信息化程度有待提高。一是隨著運輸需求的提升、運輸產品的不斷豐富，目前鐵路集裝箱堆場管理以人工管理為主的方式已經不能滿足高質量發展要求。信息化技術支撐不足，不能實時反饋及追溯集裝箱作業信息，而且存在集裝箱堆存信息易出現錯漏等現象。二是作業信息交互渠道仍需優化建設。目前大部分集裝箱場站作業信息仍然以外勤貨運員“班前會”等形式下發，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。一是在具體生產作業過程中，存在信息化、智能化程度不夠導致作業效率與準確度較低的問題，如在集裝箱選箱環節，仍需要人工選箱后再補錄到系統中，易出現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場作業的智能管理系統，現場作業報表仍以紙質人工填報為主，作業效率和質量有待提升，而且并未對作業數據進行有效統計分析，不能充分發揮統計指標對現場方案決策的支撐作用；三是鐵路集裝箱場站多式聯運比重仍然相對較低，不能實現與其他運輸方式信息的實時交互，無法實現船期、班列時刻表的協同優化，制約了鐵路場站的聯運能力。

因此，為適應集裝箱運輸的發展要求，以系統提升鐵路集裝箱堆場運營管理智能化水平為目標，設計包括鐵路集裝箱堆場、鐵路側出入口、公路側出入口等關鍵智能運營主要節點設施的關鍵技術裝備應用方案；通過分析比較不同堆存策略的規則以及優劣勢，探討箱位智能指派方法，為鐵路集裝箱堆場高質量運營管理提供支撐。

二、智能運營管理體系架構

鐵路集裝箱堆場智能管理是一個復雜的系統工程，為了提升堆場的堆存能力、作業效率，需融合鐵路門架、公路門閘、裝卸傳感器等設施設備自主采集列車、集卡、集裝箱、作業等信息，與智能管理系統共同搭建集采集、決策、執行、反饋于一體的閉環管理體系，實現車輛/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，計算決策作業方案后由智能化裝卸設備執行，再將執行結果反饋給管理平臺。

鐵路集裝箱堆場智能管理體系架構圖

鐵路集裝箱堆場的智能管理應按照信息對稱—方法設計—設備支撐的發展思路，以信息采集—數據處理—決策支持—方案執行—結果反饋為建設路徑全面發展。因此，應結合智能化技術裝備，實現堆場數據信息由人工手動錄入向機器自動識別、作業方案由人工經驗判斷向系統智能決策的轉變，涉及到的技術裝備主要包括與數據信息采集識別相關的電子標簽及閱讀設備；與堆場內集裝箱定位相關的RFID設備；與車輛/列車進出信息采集相關的攝像頭、傳感器和與場內數據交互的無線傳輸設備等。

鐵路集裝箱堆場箱位智能指派方法

一、業務特征分析

鐵路集裝箱堆場箱位智能管理的本質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，重點應圍繞裝卸設備的資源調度，編制最優作業方案。

進一步結合堆場、軌道、公路等設施，可以將業務場景歸納總結為集卡/列車—箱場、箱場—集卡/列車、箱場—箱場3類，根據每類場景的作業需求特征，分別總結其智能管理優化目標及方法。

二、優化目標

（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需求信息傳遞給智能管理平臺，對于以門吊為主要裝卸設備的堆場，應注重均衡各門吊負責區域、各箱區的作業量，以充分利用堆存空間并提高裝卸作業效率，同時應注重集裝箱屬性關系減少因壓箱導致的倒箱作業。

（2）箱場—集卡/列車的高效作業。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考慮了各門吊作業均衡、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，其本質問題變為集裝箱搬運過程或裝卸機具作業徑路的廣義最短路徑問題，以降低作業成本，提升作業效率。

（3）箱場—箱場的高效作業。當集裝箱堆場因盤點或壓箱需要在箱場內部搬移時，同樣需要考慮場內各裝卸機具作業均衡問題，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化思路圖

三、優化方法

（1）以鐵路集裝箱堆場內箱位自由度最高或堆場內集裝箱壓箱數最少為目標，基于集裝箱屬性，如箱型、貨主、發到站等特征值構建場站箱位自由度定義規則或壓箱數定義規則。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。因此，通過設計搜索判斷算法，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影響最小的方案。

（2）以集裝箱堆場壓箱數最少為目標，應用最優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性質、箱位指派需求不同，根據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，構建基于箱位均衡—壓箱數最少為目標的混合整數規劃模型，該類問題通常存在非線性規劃、變量組合規模巨大的特征，多以啟發式算法對問題進行求解。

鐵路集裝箱堆場關鍵設備應用技術

一、堆場集裝箱定位技術

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

龍門吊定位示意圖

二、鐵路側堆場出入管理技術

通過對鐵路側出入口集裝箱信息的實時采集，結合(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。由于通過鐵路側出入口的集裝箱數量較多，且要求采集設備能夠識別運動狀態中的數據信息，考慮列車推送作業或進入咽喉后一般速度較低，可采用線陣相機采集與RFID設備識別相結合的方式，通過內部生產系統相連通以匹配作業信息與運輸信息。

鐵路出入口智能管理系統示意圖

三、公路側堆場出入管理技術

鐵路集裝箱堆場公路側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示意圖

合理應用智能化技術裝備對于提升鐵路集裝箱堆場運作效率、減輕現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效率，結合智能化技術裝備提出的關鍵設施布設方案可以有效實現鐵路集裝箱堆場關鍵信息的自主采集，為提升鐵路集裝箱堆場信息化水平提供決策依據。隨著鐵路集裝箱業務的進一步發展，應重點研發結合現場生產環節作業的智能管理信息系統，實現作業方案的智能決策、智能執行和智能反饋。未來可以針對5G通訊、數據挖掘、人工智能等新技術，優化鐵路場站作業流程與人員崗位，進一步提升集裝箱場站對鐵路集裝箱發展的支撐作用，助力構建現代流通體系。