基于RFID和北斗技术的铁路集装箱管理系统智能化改进

彭其渊，王　翔，陶思宇，姚　迪

（西南交通大学　交通运输与物流学院，四川　成都　610031）



基于RFID和北斗技术的铁路集装箱管理系统智能化改进

彭其渊，王翔，陶思宇，姚迪

（西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都610031）

针对我国铁路集装箱管理系统发展现状中存在的现行的集装箱信息采集技术、数据传输技术和追踪定位技术，自动化和信息化程度较低，容易导致信息识别率不高、难以进行实时追踪等问题，提出了基于RFID和北斗技术下的智能化改进措施，对集装箱基本信息的识别技术、数据传输技术、实时追踪技术提出了改进方案，并对集装箱场站管理和运输过程进行优化改造研究，以实现对集装箱的实时定位追踪，提高集装箱运输作业效率和信息化管理水平。

铁路集装箱管理系统；RFID；北斗技术；智能化

1　背景分析

1.1铁路集装箱管理系统发展现状

集装箱运输是一种高效率、高效益、高投资、高协作的运输方式。集装箱管理系统的建设是发展集装箱运输的重要内容和提高运输效益的重要手段。我国的铁路集装箱管理系统自1996年开始建设，已经先后建成了集装箱追踪管理信息系统、集装箱统计分析系统、集装箱运输调度系统等［1］。这些系统在一定时期为提高铁路集装箱经营管理水平和运输生产效率提供了有力的技术支撑，取得了明显的经济和社会效益。然而随着铁路集装箱运输的快速发展，现有的集装箱信息识别技术、数据传输技术和追踪技术日渐暴露出信息化和智能化水平不高的弊端。

目前，我国的集装箱管理系统是在铁路运输管理信息系统（TMIS）的基础上研发的［2］。采用图像及条码识别技术识别集装箱箱号、装卸车和出入站日期、单据号、领箱人等信息，并人工录入计算机系统，然后再与车号自动识别系统（ATIS）中的车辆动态信息进行绑定，传递到铁路总公司中央数据库管理系统进行分析处理，借助TMIS平台可以记录集装箱运输过程中的随车情况，实现集装箱节点式追踪管理，但不够精细化。美国、加拿大、日本、法国等国家的铁路集装箱信息系统都已使用多年，并具有全球性计算机网络支持，能够对集装箱运输实行全程动态追踪管理［1］。相比于上述国家的集装箱信息系统建设，我国铁路集装箱管理信息系统的智能化和信息化程度相对落后。

1.2铁路集装箱运输组织和场站管理现状

铁路集装箱的经营主要分为集装箱运输组织和场站管理两个方面。目前，我国铁路集装箱运输组织主要分为3个环节：受理承运环节、装车运输环节和到站交付环节［3］。

（1）受理承运：客户提交集装箱货运需求订单。审核通过后按规定日期将货物送至集装箱中心站，并填写托运单，货物验收后进行称重和施封，制票员根据托运单制票。客户缴纳费用后得到提货联和报销联，托运程序完毕。货物被运往集装箱堆场进行暂时保管，工作人员根据货票丁联将集装箱货物信息录入集装箱管理系统。

（2）装车运输：各铁路局根据承认装车计划进行配车，集装箱堆场工作人员按照装车计划进行装车，并填写装车清单，连同制票丁联交由列车人员进行保管和运送。

（3）到站交付：列车到站后与车站方面进行票据交接，到站之前便发出催领通知，卸车后对集装箱进行堆码，并对货物进行暂时保管，货主领货后工作人员将空箱收回保管。

集装箱的场站管理是集装箱经营的重要内容，对提高集装箱运输组织水平和运用效率，防止集装箱损坏和丢失具有重要意义。主要包括集装箱进出站管理、检验、维修、备用、投入和报废等环节。

1.3存在的问题

总体来看，我国铁路集装箱管理系统主要存在以下几个方面的问题［2］：

（1）主要采用图像及条码识别技术采集集装箱信息，通过摄像头识别印刷在集装箱表面的编号。但是容易受天气及污损情况的影响，其识别率一般在90%左右，可靠性不高。

（2）图像及条码识别技术天然受无法处理数据碰撞问题的制约，在一个识别环境中存在多个数据采集点时，经常由于数据冲突导致信息读取失败。

（3）采用人工抄写的方式记录集装箱编号等信息，效率低且容易出错。

（4）在集装箱堆放场中，由于集装箱通常都是多层堆放，现有的图像及条码识别技术不足以支持管理者掌握堆场中集装箱的位置及状态，容易引发重箱积压、空箱回送不及时等问题。

（5）在集装箱堆放场，由于作业自动化程度相对较低，出入手续复杂，容易导致托运车辆排长队的现象。

（6）现有的集装箱管理信息系统无法做到对运输途中集装箱的实时追踪，降低了集装箱运输的安全性。

2　基于RFID和北斗技术的铁路集装箱管理系统智能化改进方案

2.1RFID技术及其应用

RFID即无线射频识别技术，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，是一种非接触的双向通信方式。RFID通过各类信息传感设备，按照约定的协议与互联网连接形成网络以进行信息交换和通信。利用RFID技术进行集装箱信息采集，具有非接触数据读取、读取距离远、抗污损性能好等优点［4］。

RFID技术在我国铁路运输领域已有比较成熟的应用［5］，例如现在已经覆盖全路的车号自动识别技术为我国各级铁路系统的智能化升级提供了良好的机遇。同时，RFID技术在客票系统中也已有所应用，极大地提高了铁路客票快速支付和检票通行的效率。

2.2北斗技术及其应用

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并具备短报文通信功能。定位精度10m，测速精度0.2m/s，授时精度10ns。

目前，北斗技术在我国渔船定位和道路交通领域中已有良好的应用，而对于北斗技术在铁路系统应用尚处于探索阶段，目前在大秦线上已开发了列车运行状态信息系统和无线调车机车信号和监控系统等［6］。而北斗技术在列车定位和防灾安全监控方面具有无可比拟的优势，因此，本文将北斗技术应用到铁路集装箱实时定位追踪领域，具有可行性与创新性。

2.3基于RFID和北斗技术的智能化系统改进

使用RFID技术代替原有的图像及条码识别技术，同时融入北斗技术以实现对集装箱运输过程的实时追踪，需要对集装箱管理系统的网络构架进行改进［3］，如图1所示。

图1　基于RFID和北斗技术改进下的铁路集装箱管理系统

基于RFID和北斗技术改进下的铁路集装箱管理系统，包括上位机系统、传输系统和下位机系统三层结构，具体如下：

（1）下位机系统：下位机系统即集装箱信息采集系统，主要为作业现场的各种数据采集和写入系统，包括现场人员配备的手持式RFID读写器和北斗卫星指挥机，用以读取和写入集装箱信息至集装箱内侧的RFID电子标签和北斗系列电子标签。其中RFID电子标签记录了集装箱的箱号、位置、箱内货物状况等信息，可供RFID读写器读写，并与集装箱管理系统数据库实时同步更新，保证数据的唯一性和准确性。集装箱出入口处的RFID读写器对进出车辆车载集装箱信息进行不间断读取，借助RFID系统与数据库信息进行校对，及时发现运输过程中的错装、漏装现象，降低货运事故发生的可能。借助装设在起重器械、运载机械上的RFID读写器实现集装箱堆场作业的指令传递和智能化作业。北斗系列电子标签通过北斗卫星网络利用北斗指挥机读取，实时监测集装箱的地理位置坐标。

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（2）传输系统：传输系统即网络传输系统，包括各类信息传输通道及接口，负责上位机与下位机系统间的信息交互，包括铁路专用网络系统与北斗卫星传输系统。借助铁路专用网络系统实现下位机数据采集系统对上位机信息数据库的动态更新和校核，上位机控制系统对下位机系统的数据写入和指令发布。北斗卫星网络系统用以实现对集装箱地理坐标的实时定位和远程通信，并确保与集装箱管理系统中数据的一致性。

（3）上位机系统：在对既有集装箱管理系统数据库的基础上，开发集装箱RFID信息管理软件和铁路地理信息系统（GIS）软件，用以实现北斗系统数据信息的存储和管理。

2.4智能化系统改进下的铁路集装箱运输与场站管理作业优化改造

应用RFID和北斗技术对铁路现有集装箱管理系统进行智能化改进后，需要对集装箱运输及场站管理作业进行优化改造［7］。其中，运输作业的优化改造包括受理承运、装车运输、到站交付三个环节；场站管理作业的优化改造包括集装箱出入管理、集装箱堆场作业管理和集装箱客户端管理三个环节。

（1）运输作业优化改造。采用RFID技术和北斗技术对集装箱管理系统进行智能化改造后，需要对集装箱运输组织中的受理承运、装车运输、到站交付等环节进行流程再造。

①在受理承运环节，包括订单提交、审核、货物验收、填写运单、货物验收、称重施封等流程与改造之前相比变化不大。在制票环节中需要相应增加电子标签制作环节，配合货运票据同步制作电子标签，实现集装箱信息的网络化同步传输，有利于货物信息的完整和对称。货物被送到集装箱堆场保管，同时货物集装箱信息已通过局域网传输到集装箱管理系统，无需人工录入。

相比于既有流程，优化改造后的流程以电子标签替代了现有纸质标签，提高了货物信息传递的效率和安全性，也排除了人工录入环节中存在的信息错漏风险。货物信息可以被方便的读取和写入，在系统内有序高效的传递，也减轻了作业人员的劳动强度。

②在装车运输环节，配车和装车流程变化不大，装车后工作人员利用手持式RFID读写器将集装箱编号、到站、货重等信息写入电子标签，并随集装箱进行运送。RFID系统可以对集装箱信息进行实时校核，对货丢、货损及上错车的情况进行及时报警，保证出站前集装箱货物的准确和安全。在途集装箱的实时追踪则由货运中心依靠北斗卫星网络不间断读取集装箱通信盒中的北斗系列标签，从而掌握集装箱的位置和状态，保证货物的实时监控和安全。

相比于既有流程中货物运输途中存在盲点以及发生货丢、货损事故后责任不明等问题，借助于RFID系统的信息校核和报警功能可以最大限度保证货物出站前的安全和完整。运输途中北斗卫星的实时监测保证了货物信息在整个运输途中的连贯性，在减低事故发生率的同时提供了追究责任和挽回损失的有效途径。

③在到站交付环节，货物卸车后，RFID系统实时扫描集装箱信息并与集装箱管理系统数据库信息进行及时匹配，若发生不匹配现象则及时报警，并通过回查北斗标签信息确认货运事故发生的地点和时刻，最大限度地挽回损失。信息无误后向货主发出催领通知并对货物进行暂时保管，保管过程中可以再次借助手持读写器读取电子标签信息进行验证，保证货物完整良好的交付。

图2　智能化改进下铁路集装箱场站管理作业流程

相比于既有流程，借助RFID技术和北斗技术可以保证交付环节货物的完整和良好，也简化了作业环节。RFID对货物进出站集装箱信息进行实时读取和匹配，加之集装箱运输途中北斗技术的实时追踪，相当于给货物安全提供了一份“双保险”。

（2）场站管理作业优化改造

①集装箱出入管理：借助出入口处安装的RFID读写器对进出车辆车载集装箱信息进行读取，并与中央数据库系统中信息进行同步校核，若校核信息一致无误，才在运输车辆方向，允许其进入或离开集装箱堆场。

在现有流程中，以上过程基本都是以人工作业为主，作业效率低，容易导致集装箱运输车在出入口排长队的现象。RFID技术支持下，RFID读写器可以实现自动快速地对集装箱信息的读取和写入，数据可以在系统内有序高效的传递。有效提高了信息识别的准确性和数据更新的同步性，减轻了工作人员的劳动强度。

②集装箱堆场作业管理：对于需要搬运的集装箱，由上位机系统发出指令，下位机系统通过铁路专用网络在接受到指令信息后与作业设备进行信息交互，控制作业设备进行自动化作业，改变既有人工操作的模式。

在现有流程中，需要挪移集装箱的确认工作由人工完成，然后控制起重机械完成对集装箱的挪移。RFID环境下，可以通过车载RFID读写器实现对需要挪移的集装箱的自动确认和识别，并通过数据交互控制起重机械的自动化作业，有效提高了工作效率。

③集装箱客户端管理：现有基于TMIS开发应用的铁路集装箱管理系统实现了对客户信息的数据库管理，可以进行信息存储、管理、查询、更新等操作。RFID技术和北斗技术支持下，可以获取集装箱堆码位置、状态、地理位置等动态信息，方便用户借助各类电子设备终端实现对集装箱信息更精准和全面的查询。

在现有流程中，客户可以通过终端设备对货物基本信息进行查询，但是信息不够全面，数据更新非常迟缓，信息化程度相对粗糙。RFID环境下，可以方便为用户提供全面的货物状态信息，而且北斗技术可以实现精确的货物状态信息实时更新，从而有利于提高运输的透明性和客户满意度。

3　结语

集装箱运输是一种高效率、高效益、高投资、高协作的运输方式，也是未来铁路货运发展的主要方向。本文针对我国铁路集装箱管理系统发展现状中存在的主要问题，提出了基于RFID和北斗技术下的智能化改进措施，对集装箱基本信息的识别技术、数据传输技术、实时追踪技术提出了改进方案，并对集装箱场站管理和运输过程进行优化改造研究。有利于提高集装箱运输的作业效率，减轻工作人员的劳动强度，体现了智能化铁路的含义，也是本文的创新性所在。

［1］刘作义，郎茂祥.铁路货物运输［M］.北京：中国铁道出版社，2011.

［2］张雪.基于RFID技术的铁路集装箱堆场管理信息系统的研究与实现［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.

［3］臧鑫.RFID在铁路集装箱运输中的应用研究［J］.铁道运输与经济，2012，33（7）：58-60.

［4］徐利民，杨磊，杨旭，郑平标.我国铁路集装箱运输组织技术发展方向研究［J］.铁道运输与经济，2012，34（12）：18-25.

［5］陶学宗，钟雁.RFID技术在集装箱运输中的应用研究［J］.物流技术，2006，（4）：40-42.

［6］苏蕊，刘晓娟.“北斗”卫星导航系统在铁路行业中的应用［J］.铁路通信信号工程技术，2011，8（6）：28-30.

［7］刘迪，张志荣.基于北斗的铁路集装箱运输RFID应用系统研究［J］.中国铁路，2015，（8）：42-46.

Intelligent Improvement of Railway Container Management System Based on RFID and Beidou Technology

Peng Qiyuan，Wang Xiang，Tao Siyu，Yao Di
（School of Transportation Logistics， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China）

In this paper， in view of the problems afflicting the current railway container management systems in China， we proposed theintelligent improvement measure based on RFID and the Beidou technology， designed the specific improvement solutions for the containeridentification technology， data transmission technology， and real- time tracking technology， and at the end， optimized the container yardmanagement and operation processes.

railway container management system； RFID； Beidou technology； intelligent

TP391.45；TP315

A

1005-152X（2016）08-0079-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.08.021

2016-07-02

中央高校基本科研业务费专项资金资助（2682015cx041）

彭其渊（1962-），男，重庆涪陵人，教授，博士生导师，主要研究方向：智能交通系统理论与方法、综合运输系统优化；王翔（1992-），男，山东泰安人，西南交通大学交通运输与物流学院硕士研究生。