铁路货运场站设备状态数据 汇集共享模式设计

席江月，周凌云，叶 飞, ，许植深

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国铁道科学研究院 研究生部， 北京 100081)

1 铁路货运场站设备状态数据汇集共享现状

当前铁路货运场站80% ~ 90%以上均为传统老货场，并未进行信息化改造，多数货场仅配置了少量视频监控设备，既有铁路货运场站设备主要采用传统的台账式管理方法，存在信息自动采集缺乏、装备状态监控差、作业协同难等问题，导致货运场站设备管理成本高、设备整体利用率低。随着铁路物流基地规划建设、货场改造等项目实施，铁路货运场站设施设备资产规模进一步扩大，利用数字化实现设备的精准管理和节支降耗需求更加迫切。部分铁路货运场站积极探索信息化、智能化技术在铁路货运场景中的创新应用，但仅解决了手工系统录入替代手工纸质填写，实现了部分装卸设备的自动采集和智能远控[1]，与铁路货运场站设备状态数据汇集共享的要求仍然存在很大差距，难以满足铁路专业物流延伸拓展和精细化运营管理需要。主要体现在以下方面。

（1）场站设备状态数据汇集共享模式缺乏顶层设计。一是铁路货运场站设备状态数据汇集共享缺乏系统性思考，“头痛医头、脚痛医脚”地进行铁路货运场站设备状态数据汇集共享体系建设，难以支撑物流要素间协同驱动。二是货运场站、货检站、专用线、专用铁路等节点设备状态数据管理能力匹配不足，未进行铁路货运场站设备状态数据汇集共享，难以支撑设备资源的统一调配管理。

（2）场站设备状态数据采集与存储手段较为落后。一是铁路货运场站设备运行状态采集手段缺乏，主要在设备损坏后通过填写报修、维修单据的方式进行事后采集，仅能实现设备投入、维修、报废等状态的台账式管理，缺乏设备运行状态的自动采集、实时管控与故障提前预判，不能确保设备作业效率和作业安全。二是设备作业状态以人工现场观察、系统手动录入、单据打印存储为主，受人员生理及心理等因素的影响，信息采集准确度不高[2]，纸质单据存储的形式不能支撑铁路货运场站数据价值的深度挖掘。三是设备作业环境状态采集以人工感知和经验判断为主[3]，不能有效保证设备作业的环境安全。

（3）场站既有通信技术难以满足移动装备信息传输需求。一是既有场站数据传输主要依托光纤、电缆等有线传输技术，场站宽带无线网覆盖不足，2020年无线网络覆盖率尚未达到《铁路信息化总体规划》(铁总信息[2017] 152号)提出的60%，不能满足叉车、自动导引车、门吊等铁路货运场站移动装备数据传输的需求。二是部分场站自建4G及以下无线网络存在传输带宽、延迟、速率和可靠性等方面的瓶颈，难以满足如装卸门吊智能远控等高带宽、高速度、低延时、高可靠性的通信需求[4]。

2 铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式设计

2.1 设计思路

铁路货运场站设备状态数据汇集共享是将铁路货运场站在安全防护、生产作业、经营管理中产生和积累的海量数据进行采集、传输和存储，并在多节点、多主体、多环节间进行共享利用的过程[5]。因此，针对传统铁路货运场站设备状态数据管理缺乏系统设计，设备运用与现场作业衔接不紧密的问题，采用铁路货运场站设备状态汇集共享模式，以安全防护一体化管控、生产作业一体化组织、经营管理一体化决策为目标，面向铁路物流基地、铁路货检站、铁路专用线等节点设备数字化管理需求，以系统设计、协同驱动、统一调配为原则，按照“数据自动化采集、数据高质量传输、数据协同化存储”的构建思路，依托安全防护、生产作业、物联网等设备，基于数据采集、传输、存储技术，智能采集场站设备的时空位置、行为状态、运行状态等数据，通过海量数据的高品质信息传输链路，传递至云数据存储资源池，实现多节点、多主体、多环节资源集中管理、协同组织、动态调配，为铁路货运场站数字化管理提供有效支撑。

相较于当前数据分散在各节点、主体、功能区、作业环节的依靠“人眼现场盯控+手工系统录入+纸质单据存储”的传统数据管理模式，铁路货运场站设备状态汇集共享模式具有采集准确、传输高效、存储安全、反馈实时等优势特征[6]，能够有效避免信息重复采集、信息采集错误、信息传输延时、信息存储丢失等问题，有利于铁路货运场站设备状态数据潜在价值的持续深度挖掘，为铁路货运场站智能化运营管理创造良好条件。

2.2 设计方案

铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式框架主要包括节点层、设备层、技术层、数据层、应用层。铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式框架如图1所示。

（1）节点层。主要是指办理铁路货运生产、现代物流拓展、货检等铁路货运相关作业的重要场所，包括铁路物流基地、铁路货场、铁路货检站、铁路专用线、专用铁路等货运节点。通过搭建铁路货运节点资源管理平台，实现多节点设备状态数据汇集共享，有助于铁路货运场站设备数字化管理资源在铁路货运数字管理、数字创新和数字决策等方面的价值挖掘[7]。

（2）设备层。是指铁路货运场站节点内配置的安全防护、生产作业、采集-传输-存储和其他配套设备。一是安全防护设备，主要包括智能门闸、装卸防护信号牌、超限检测设备、电子围栏、平过道安防设备等设备。二是生产作业设备，主要包括智能叉车、智能门吊、正面吊、货检门架、安检查危设备、集装化器具等设备。三是采集-传输-存储设备，主要包括车载定位设备、视频采集设备、激光设备、温湿度传感器、北斗基站、5G基站等设备。四是其他配套设备，包括消防、照明等设备。

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（3）技术层。主要是指面向铁路货场设备资源状态信息的自动采集、高效传输和海量存储需求，所依托的信息采集、传输和存储技术。一是信息采集技术，主要包括时空定位、状态感知、射频识别等技术[8]。二是信息传输技术，主要包括5G通信、光通信、北斗卫星通信等技术。三是信息存储技术，主要包括云存储、分布式存储、区块链等技术。

图1 铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式框架Fig.1 Data collection and sharing mode architecture of equipment status in the railway freight station

（4）数据层。主要是指铁路货运场站数字化管理汇集共享的设备时空位置、作业行为、交通行为、运行、外观、环境等状态数据。一是时空位置状态，包括集装箱、装卸设备、安全设备等各类移动装备在室内外不同场景中的时空状态数据。二是作业行为状态，包括装载状态、施封情况、安检图像、吊装高度、走行距离、脱轨器状态等场内全流程设备作业行为状态数据。三是交通行为状态，包括铁路平过道安全防护信息、车辆入场预约、场内监控视频等场站内车辆交通行为数据。四是设备运行状态，包括运用速度、能耗、运用记录等移动装备的运行状态数据。五是设备外观状态，包括车号、车型、箱号、车辆外观、箱体外观等载运、集装化设备外观状态数据。六是设备环境状态，包括温湿度、压强、风速风向、日照、雨量等设备所处室内外环境状态数据。

（5）应用层。面向场站安全防护一体化管控、生产作业一体化组织、经营管理一体化决策3方面应用需求，研究铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式。一是安全防护，主要支撑场站进出安防、铁路平过道安防、仓库安防、突发情况应急调度指挥安防、时空冲突预警告警、防护信号布设与撤除等应用场景。二是生产作业，主要支撑铁路货物交接检查、装卸前后三检、装卸设备智能远控、智能分拣、场内搬运等应用场景。三是经营决策，主要支撑智能调度指挥、装卸计划智能编制与派班、场站智能路径引导、经营效能实时监控与告警、箱区箱位智能管理等应用场景。

2.3 推进措施

针对铁路货运场站设备状态数据汇集共享不能满足场站设备数字化管理需要的问题，从系统设计状态数据汇集共享体系、推进场站装备智能化集成创新、加快构建场站信息自动采集源点、加快搭建场站高速通信网络环境、有效提升场站数据存储管理能力5方面提出铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式优化的主要措施。

（1）系统设计状态数据汇集共享体系。以“系统设计、分步推进”为原则，充分考虑铁路货场、铁路货检站、铁路专用线、专用铁路等铁路节点设备数字化管理需求，统筹规划铁路货运场站设备配置、设备数字化管理平台、数据采集、系统接口、数据传输、数据存储等建设内容，构建铁路货运场站设备状态数据汇集共享体系，支撑铁路货运场站间设备资源统一调配管理，推进场站物流要素协同驱动。

（2）推进场站装备智能化集成创新。完善铁路货运场站内装卸搬运、计量安全检测、分拣包装等设备配置，推动智能技术装备在铁路货运场站的本地化创新应用，加强功能集成装备研发运用，打造支撑铁路货运场站设备数字化管理的智能化集成技术装备体系。一是创新设备。创新应用集装箱门吊智能远控装备、智能叉车、智能自动引导车等装卸搬运设备，创新建设智能化仓库及配套作业装备，为场站设备信息自主化采集提供装备支撑。二是促进装备集成化应用。创新设计智能安检、称重测方、自动贴签等功能集成化的安检查危装备，配套场站内设置传送带装置[9]，有效提升铁路货运安检查危的集约化、高效化、便捷化水平。

（3）加快构建场站信息自动采集源点。面向场站设备状态全方位采集需求，布设手持机、蓝牙耳机、车载定位设备、线阵工业相机、激光设备、射频识别设备、温湿度传感器、能耗传感器、速度传感器、铁路车号自动识别装置等信息自动采集设备，集成应用视频监控技术、状态感知技术、时空定位技术、射频识别技术、图像识别技术等信息自动采集技术，全方位采集设备时空位置、行为状态、运行状态、外观状态、环境状态等数据，以铁路货运场站设备状态数据的信息化、标准化、自动化采集，替代人工现场信息采集和手动抄写录入，有效提升信息采集精度、提高信息采集效率、缓解人员劳动强度、降低信息采集成本。

（4）加快搭建场站高速通信网络环境。为满足铁路货运场站移动装备数字化管理中数据传输的灵活性要求，按照不同应用场景、应用环节的通信需求，加快搭建铁路货运场站宽带无线网络，进一步提升场站无线网络覆盖率。一是对智能安检、智能货检、作业视频监控等对传输速度、传输时延要求较低的作业，4G通信网络即可满足通信需求，基于节约建设成本的考虑，应在该区域加快布设4G移动通信网络。二是面向装卸门吊、智能叉车、自动引导车等装卸搬运设备，以及铁路平过道安防设备智能远控在高带宽、高速度、低延时、高安全性、高可靠性方面的通信需求，配置基于5G技术的通讯基站[10]，实现关键场所与区域的5G环境全覆盖，确保装卸搬运设备实时精确远程控制，为生产作业高效运转提供基础支撑。

（5）有效提升场站数据存储管理能力。为实现数据海量存储、资源池数据共享、数据合理追溯、数据安全可靠的存储需求，创新应用分布式云存储、数据容灾、区块链等技术，有效提升铁路货运场站设备数字化管理资源池存储管理能力[11]。一是面向铁路货运场站设备数字化管理海量资源的存储需求，采用分布式云存储技术构建集群多台服务器的资源存储系统，实现资源池数据的海量存储、高速处理和高并发读取。二是面向铁路货运场站间设备资源协同共享需求，建议汇集国铁集团—铁路局集团公司级场站设备数字化管理资源池，实现多节点、多主体、多环节的设备资源集中管理、协同组织、动态调配，有利于提高场站设备资源利用率、挖掘分析场站设备资源数据的潜在价值。三是结合铁路货运场站不同节点、不同场景、不同环节数据追溯需求，确定数据存储天数，在满足数据使用要求的前提下，有效节约资源池数据总体存储量。四是面向铁路货运场站跨行业、跨区域、跨铁路局集团公司、跨节点数据存储安全需求，采用数据容灾技术、研究应用区块链技术，确保数据存储和数据交换的可靠性与可追溯性，实现铁路货运场站设备数字化管理资源池的共享共用。

3 结束语

铁路货运场站设备状态数据的汇集共享，是对铁路货运场站设备状态全生命周期海量数据进行采集、传输、存储和共享的过程，是铁路货运场站数字化管理的重要支撑，是深化铁路运输供给侧结构性改革、确保铁路运营持续安全稳定、促进铁路货运降本增效的必然要求。铁路货运场站设备状态数据汇集共享模式的研究，能够有力推进铁路货运场站信息化、自动化、智能化转型升级，助力推动新时代铁路货运高质量发展。未来，随着大数据、云计算、人工智能等技术的快速发展，将基于铁路货运场站汇集共享的设备状态数据，围绕数据分析处理、数据价值的深度挖掘等方面展开深化研究，为增强铁路货运场站安全保障能力、提升铁路货运运营效率效益提供技术支撑。