依托無人機(jī)提升鐵路貨運(yùn)外勤作業(yè)品質(zhì)分析與思考

宮志鋒，楊志勇，邢愛華，郭 佳

(中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司 集寧貨運(yùn)中心，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。地面遙控人員通過雷達(dá)等設(shè)備，對其進(jìn)行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)據(jù)定位。目前，民用無人機(jī)主要用于航拍攝影、電力巡檢、新聞報道、野生動物保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測和快遞送貨等。在鐵路系統(tǒng)，無人機(jī)主要運(yùn)用于接觸網(wǎng)巡視、復(fù)雜地況下線路及周邊地況巡查，在貨運(yùn)領(lǐng)域運(yùn)用相對較少。貨物運(yùn)輸是勞動密集型行業(yè)，鐵路貨物裝卸及檢查很大程度上依賴于人力，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多樣，存在人工作業(yè)效率較低、人身安全隱患較大等諸多問題，且對人員身體素質(zhì)和專業(yè)素養(yǎng)要求較高。當(dāng)前，信息技術(shù)日益網(wǎng)絡(luò)化，鐵路貨運(yùn)在票據(jù)電子化項目的推動下[1]，95306電子商務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上全流程辦理貨運(yùn)業(yè)務(wù)，貨運(yùn)外勤作業(yè)基本依靠人工完成，內(nèi)勤與外勤作業(yè)信息化程度不匹配是制約鐵路貨運(yùn)高品質(zhì)發(fā)展的重要瓶頸。使用無人機(jī)替代貨運(yùn)外勤人員作業(yè)是實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)外勤工作高品質(zhì)發(fā)展的有效途徑，也是深化鐵路貨運(yùn)改革的有益嘗試和探索。

1 鐵路貨運(yùn)外勤工作內(nèi)容及存在問題

1.1 鐵路貨運(yùn)工作內(nèi)容

鐵路貨物運(yùn)輸是利用鐵路設(shè)施、設(shè)備運(yùn)送貨物的一種運(yùn)輸方式，完成從托運(yùn)人提出貨物運(yùn)輸時起、至交付給收貨人止的貨物運(yùn)輸全過程服務(wù)[2-3]。鐵路貨運(yùn)工作按性質(zhì)分為內(nèi)勤和外勤作業(yè)，內(nèi)勤作業(yè)主要包括貨物受理、承運(yùn)制票、進(jìn)款收費(fèi)、貨物交付以及打印稅票等作業(yè)；外勤作業(yè)主要包括裝車作業(yè)和卸車作業(yè)，重點(diǎn)有現(xiàn)貨核對、檢查車輛、運(yùn)單核實(shí)、裝載加固、車門捆綁、篷布苫蓋、角件落鎖、頂部平整等作業(yè)。

1.2 存在問題

（1）貨場外勤作業(yè)信息化程度有待提高。從貨物車輛接入、核對車號貨位、檢查車輛狀況、監(jiān)裝卸貨物、檢查貨物裝載狀況、到卸后空車檢查，全部依靠外勤貨運(yùn)員徒步進(jìn)行檢查，依托信息化手段作業(yè)的思路和措施還有待探索。

（2）鐵路貨運(yùn)外勤人員老弱占比偏大。由于貨運(yùn)工作安全壓力相對較小、勞動強(qiáng)度相對較低，具有人員老齡化的特點(diǎn)，攀爬敞車、敞頂集裝箱容易造成人身安全隱患。另外，外勤貨運(yùn)員監(jiān)裝卸過程中機(jī)械傷害也容易導(dǎo)致人身安全隱患。

（3）外勤人工作業(yè)影響貨物裝卸效率。外勤貨運(yùn)員裝車前檢查空車、裝車時監(jiān)裝和裝車后檢查重車，全部是人工逐車作業(yè)。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，檢查1列50輛編組的重敞車，每攀爬檢查1輛車約50 s，加上走行時間約50 min，共計約90 min，人工作業(yè)成為影響貨運(yùn)效率的重要因素。

在構(gòu)建國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局要求下，鐵路貨運(yùn)承擔(dān)的責(zé)任越來越大，推陳出新、提高效率、降低成本是適應(yīng)新發(fā)展格局的必由之路[4-5]。

2 測試無人機(jī)替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)

為探索無人機(jī)替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)的可行性，按照鐵路貨運(yùn)外勤工作內(nèi)容，分車型開展現(xiàn)場實(shí)驗測試，在修改規(guī)章條件下，無人機(jī)基本能夠替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)[6]。

2.1 測試用無人機(jī)基本性能

測試無人機(jī)替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)實(shí)驗中，從綜合技術(shù)參數(shù)、安全性和適應(yīng)性方面均較為適合的為大疆DJI Air 2S。測試過程中，無人機(jī)在6 km范圍內(nèi)以7.2 km/h的速度，對測試的各類型敞車、集裝箱平車車列進(jìn)行左側(cè)、右側(cè)的巡視；以14.4 km/h的速度，對測試的各類型敞車、集裝箱平車車列進(jìn)行俯視的巡視，圖像傳輸清晰度可達(dá)1080 P，同時能夠?qū)崿F(xiàn)影像資料回放，基本能夠完成鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)替代作用。

2.2 無人機(jī)作業(yè)條件

實(shí)驗選用大疆DJI Air 2S無人機(jī)，搭載6個視覺避障傳感器，分別用于前方、上方、下方和后方避障，具有四向環(huán)境感知能力；最大抗風(fēng)等級5級風(fēng)10.7 m/s。為全方位滿足無人機(jī)代替外勤貨運(yùn)員作業(yè)，研究充分考慮特殊作業(yè)條件下無人機(jī)的正常應(yīng)用，選擇大疆商務(wù)經(jīng)緯M300，飛行環(huán)境溫度-20 ℃～40 ℃；最大抗風(fēng)等級7級；陰雨天氣時，小到中雨滿足使用條件；全彩夜視鏡頭，滿足夜間視頻攝錄及傳輸。

2.3 無人機(jī)適用貨車車型及檢查內(nèi)容

我國鐵路通用貨車有敞車、平車和棚車等車型，從全路分析，敞車和平車應(yīng)用占比達(dá)到68%。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗，無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員，完全適用敞車、平車2種車型。

敞車是我國鐵路貨物運(yùn)輸中的主要車型之一，主要用于裝運(yùn)煤炭、礦石、建材、機(jī)械設(shè)備、鋼材及木材等貨物。應(yīng)用無人機(jī)可以檢查貨物是否按照方案裝車，捆綁是否牢固，加固是否符合要求，中小門是否捆綁，車幫、車鉤及手閘臺是否有遺留物，散堆裝貨物頂部是否平整，篷布苫蓋是否嚴(yán)密、有無破洞，空車是否清理干凈等內(nèi)容，有效防止敞車發(fā)生偏載和偏重問題。

平車也是我國鐵路貨物運(yùn)輸中的主要車型之一，主要運(yùn)輸集裝箱、鋼材、木材、汽車和拖拉機(jī)等體積質(zhì)量比較大的貨物、機(jī)械設(shè)備、軍用裝備等貨物，具有適載性好、集載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。應(yīng)用無人機(jī)可以檢查貨物是否按照方案裝車，車體遺留物是否清理干凈，捆綁加固是否符合要求，針對特殊貨物還可以檢查是否涂打標(biāo)識，貨車是否插掛貨車標(biāo)識牌等內(nèi)容。

集裝箱運(yùn)輸以貨損貨差小、包裝簡約化、機(jī)械化裝卸效率高等優(yōu)勢，成為鐵路貨物運(yùn)輸發(fā)展的主要方向。應(yīng)用無人機(jī)可以檢查集裝箱箱體外觀是否良好，箱體上有無雜物，箱門是否關(guān)閉施封，4個角件是否落鎖，空箱是否捆綁，敞頂箱是否平整等內(nèi)容。

裝卸車附屬作業(yè)是鐵路貨物運(yùn)輸很重要的組成部分，應(yīng)用無人機(jī)可以檢查防溜鐵鞋是否放置到位，防護(hù)信號牌是否安插，站臺上、線路邊是否有遺留物，篷布是否折疊整齊等內(nèi)容。

2.4 無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員作業(yè)需要修改的規(guī)章

使用無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員作業(yè)，鐵路貨運(yùn)規(guī)章《鐵路貨物裝卸安全技術(shù)規(guī)則》和《鐵路貨物運(yùn)輸管理規(guī)則》中涉及作業(yè)前三檢制、裝車和卸車作業(yè)的內(nèi)容，規(guī)定貨運(yùn)員檢查貨物、清點(diǎn)件數(shù)、啟封、布置重點(diǎn)事項等現(xiàn)場要求，建議現(xiàn)場作業(yè)由裝卸工組完成，無需貨運(yùn)員現(xiàn)場確認(rèn)，其他作業(yè)使用無人機(jī)替代。

2.5 無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員對作業(yè)流程的影響

對照中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司(以下簡稱“呼和浩特局集團(tuán)公司”)2022年制定的《貨運(yùn)崗位作業(yè)指導(dǎo)書》(以下簡稱《作業(yè)指導(dǎo)書》)，研究無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員對作業(yè)流程的影響，其中涉及專用線交接、集裝箱裝卸車作業(yè)、整車裝卸車作業(yè)中由無人機(jī)替代的內(nèi)容，由于其作業(yè)地點(diǎn)、作業(yè)方式和交接方式等發(fā)生了改變，可以對外勤貨運(yùn)員的現(xiàn)場作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行修訂，其他作業(yè)流程沒有發(fā)生變化。

（1）裝車作業(yè)流程。裝車作業(yè)中對車輛狀態(tài)、貨物狀態(tài)、裝載加固、防護(hù)信號等的檢查，可以使用無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員；其他作業(yè)內(nèi)容，如接車對貨位、組織召開車前會、確定方案等作業(yè)環(huán)節(jié)無人機(jī)無法替代。

（2）卸車作業(yè)流程。卸車作業(yè)中防護(hù)信號、貨物堆碼、車輛清理等檢查，可以使用無人機(jī)代替外勤貨運(yùn)員；其他作業(yè)內(nèi)容，如接車對貨位、拆封、貨物檢斤驗貨抽檢等作業(yè)環(huán)節(jié)無人機(jī)無法替代。

呼和浩特局集團(tuán)公司制定的《作業(yè)指導(dǎo)書》，其中涉及專用線交接、集裝箱裝卸車作業(yè)、整車裝卸車作業(yè)的內(nèi)容，建議對外勤貨運(yùn)員的現(xiàn)場作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行修訂，無人機(jī)替代人工部分作業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)沒有發(fā)生變化，只是作業(yè)地點(diǎn)、作業(yè)方式和交接方式等發(fā)生改變。

3 無人機(jī)提升鐵路貨運(yùn)外勤作業(yè)品質(zhì)分析

3.1 提升人身安全可控度

無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員作業(yè)，將消除以下人身安全隱患。一是消除攀爬車輛過程中的人身安全隱患。呼和浩特局集團(tuán)公司外勤貨運(yùn)員平均年齡45周歲，50周歲以上占52.2%，攀爬車輛過程中，特別是風(fēng)雨雪等非正常天氣容易形成人身安全隱患。二是消除監(jiān)裝卸作業(yè)的人身安全隱患。吊裝作業(yè)，高空墜物可能對貨運(yùn)員造成人身安全傷害；裝載機(jī)裝散堆裝貨物，機(jī)械碰撞碾壓可能造成人身安全隱患；正面吊裝集裝箱作業(yè)，也可能產(chǎn)生機(jī)械碰撞傷害，造成人身安全隱患；貨運(yùn)員作業(yè)過程中橫越線路、通過停有機(jī)車車輛線路時可能造成人身安全隱患。

3.2 提高貨運(yùn)外勤作業(yè)效率

為測試無人機(jī)替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)提高作業(yè)效率的程度，使用無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員分別在呼和浩特局集團(tuán)公司集寧貨運(yùn)中心所屬七蘇木永暉專用線、集寧外經(jīng)貿(mào)專用線、集寧貨場貨6道進(jìn)行監(jiān)裝卸集裝箱作業(yè)及在廟梁東貨場貨3道敞頂箱及二連站所屬二連聯(lián)運(yùn)貨場機(jī)械區(qū)換裝線敞車集裝箱進(jìn)行監(jiān)裝卸作業(yè)；分別在集寧貨運(yùn)中心所屬京寧電廠專用線、廟梁博源專用線、二連站所屬二連如意物流園專用線、二連外經(jīng)專用線進(jìn)行敞車煤炭、鋼材的監(jiān)裝卸作業(yè)；分別在二連聯(lián)運(yùn)貨場機(jī)械區(qū)進(jìn)行敞車噸袋、集裝箱的監(jiān)裝卸作業(yè)。通過測算，提取無人機(jī)各類作業(yè)車型平均值，得出人工與無人機(jī)檢查車輛數(shù)據(jù)比較分析如表1所示。

表1中數(shù)據(jù)顯示，1列50輛編組C70，C64和C62敞車空、重車[7]，外勤貨運(yùn)員作業(yè)時間是無人機(jī)作業(yè)時間的3倍左右，無人機(jī)作業(yè)效率提高約69%；1列105輛編組C80敞車空、重車，外勤貨運(yùn)員作業(yè)時間是無人機(jī)作業(yè)時間的5倍左右，無人機(jī)作業(yè)效率提高約79%；1列50輛編組集裝箱平車空、重車，外勤貨運(yùn)員作業(yè)時間是無人機(jī)作業(yè)時間的2倍左右，無人機(jī)作業(yè)效率提高約50%。

表1 人工與無人機(jī)檢查車輛數(shù)據(jù)比較分析Tab.1 Comparison and analysis of vehicle inspection data between manual operation and unmanned aerial vehicles

3.3 降低貨運(yùn)外勤作業(yè)成本

依據(jù)《中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司關(guān)于公布貨運(yùn)部門勞動定員標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)運(yùn)輸站段生產(chǎn)定員的通知》(呼鐵勞衛(wèi)[2020]216號)，測算集寧貨運(yùn)中心所屬廟梁貨運(yùn)車間配置外勤貨運(yùn)員人數(shù)如表2所示。依據(jù)呼和浩特局集團(tuán)公司廟梁貨運(yùn)車間2021年煤炭、集裝箱和其他貨物日均發(fā)送量及裝卸量統(tǒng)計，分別所需外勤貨運(yùn)員為12人、4人和5人，考慮7%的預(yù)備率共計23人。

表2 廟梁貨運(yùn)車間配置外勤貨運(yùn)員人數(shù)Tab.2 The number of field freight forwarders allocated in Miaoliang freight workshop

廟梁貨運(yùn)車間利用無人機(jī)代替外勤貨運(yùn)員節(jié)約人工成本測算結(jié)果如表3所示。廟梁貨運(yùn)車間煤炭、集裝箱和其他貨物分別節(jié)約貨運(yùn)員9人、2人、3人，另外，每個班組需設(shè)置1名操作無人機(jī)及圖像采集、實(shí)時盯控人員；廟梁車間5個外勤班組，共需設(shè)置5人。綜上所述，根據(jù)廟梁貨運(yùn)車間發(fā)運(yùn)、到達(dá)貨物量測算，考慮無人機(jī)操作及視頻盯控人員，通過計算可得利用無人機(jī)作業(yè)可以節(jié)約10人。

表3 廟梁貨運(yùn)車間利用無人機(jī)代替外勤貨運(yùn)員節(jié)約人工成本測算結(jié)果Tab.3 Labor cost reduction in Miaoliang freight workshop by replacing field freight forwarders with UAVs

2021年呼和浩特局集團(tuán)公司貨運(yùn)系統(tǒng)7個單位，共計129個外勤班組，共需要設(shè)置129名無人機(jī)操作人員，利用無人機(jī)代替外勤貨運(yùn)員節(jié)約人工成本測算結(jié)果如表4所示。管內(nèi)利用無人機(jī)替代外勤貨運(yùn)員作業(yè)，監(jiān)裝煤炭運(yùn)輸，節(jié)約人工289人；監(jiān)裝集裝箱運(yùn)輸，節(jié)約人工114人；監(jiān)裝其他貨物運(yùn)輸，節(jié)約人工341人；預(yù)備率節(jié)約52人；核減無人機(jī)駕駛員129人，年節(jié)約人工667人，以每人每年10萬元人工成本測算，年節(jié)約人工成本約6670萬元。

表4 利用無人機(jī)代替外勤貨運(yùn)員節(jié)約人工成本測算結(jié)果Tab.4 Labor cost reduction by replacing field freight forwarders with UAVs

4 結(jié)束語

無人機(jī)是信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的智能產(chǎn)品，為推進(jìn)鐵路貨運(yùn)改革及信息化建設(shè)，提升貨運(yùn)外勤作業(yè)品質(zhì)，依托無人機(jī)替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)是一種較好的選擇。研究以現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)驗為依據(jù)，利用無人機(jī)按照外勤貨運(yùn)員作業(yè)內(nèi)容，分車型進(jìn)行測試，在修改技術(shù)規(guī)章條件下，基本能夠?qū)崿F(xiàn)外勤貨運(yùn)員的部分作業(yè)。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，依托無人機(jī)替代鐵路外勤貨運(yùn)員作業(yè)，各車型均節(jié)約作業(yè)時間1/2以上、提高作業(yè)效率均在50%以上[8]；貨運(yùn)系統(tǒng)定員按照工作量確定，用無人機(jī)換算工作量，以呼和浩特局集團(tuán)公司貨運(yùn)系統(tǒng)為例，節(jié)約職工約667人，節(jié)約成本約6670萬元。研究的數(shù)據(jù)分析僅是方向性的，但也能反映出無人機(jī)作業(yè)的替代性及優(yōu)勢，為提升鐵路貨運(yùn)外勤作業(yè)品質(zhì)提供技術(shù)支撐，也為深化貨運(yùn)改革提供參考。