铁路智慧口岸站功能框架设计

Functional Framework Design of Railway Smart Port Station

摘要

聚焦铁路智慧口岸站功能优化设计，结合铁路口岸站运营现状调研结果，采用灰色预测模型分析中欧班列及霍尔果斯口岸站运输需求增长趋势，系统梳理海关、边检、铁路部门管理效能需求。充分借鉴智慧公路口岸与智能化码头的智慧化建设经验，设计了包含信息感知层、数据中枢层、业务应用层、交互展示层的铁路智慧口岸站功能方案。该方案通过各层级的协同运作，旨在解决当前铁路口岸站硬件设施瓶颈、信息共享不足、智慧化应用碎片化等问题，研究方案提升作业效率、风险管控能力及协同水平，为国际铁路联运高质量发展提供技术支撑。

Abstract

This paper focuses on the functional optimization design of railway smart port stations. Based on an investigation of the current operational status of railway port stations, this paper analyzes the growth trends in transportation demand for the China Railway Express and Khorgos Port Station using a grey prediction model, and systematically reviews the management efficiency requirements of customs, border inspection, and railway authorities. Drawing on experience from the development of smart highway ports and terminals, this paper proposes a functional framework for railway smart port stations, comprising an information perception layer, a data hub layer, a business application layer, and an interactive display layer. Through the coordinated operation of all layers, the proposed framework aims to address current challenges in railway port stations, such as infrastructure bottlenecks, insufficient information sharing, and fragmented intelligent applications. It thus improves operational efficiency, enhances risk management and control, strengthens coordination, and provides technical support for the high-quality development of international railway intermodal transport.

Graphical abstract

关键词

铁路智慧口岸站 / 功能优化设计 / 需求分析 / 层级架构 / 智慧化建设

Key words

Railway Smart Port Station / Functional Optimization Design / Demand Analysis / Hierarchical Structure / Smart Construction

0　引言

随着世界经济一体化进程的加速与“一带一路”倡议的深入实施，国际铁路运输作为陆地跨境运输的重要方式，为我国与共建“一带一路”国家经贸往来提供了重要支撑^[1]。中欧班列自2011年启动运营以来，已累计运行10万余列^[2]，2024年全年开行1.7万列，同比增长11%，已通达欧洲25个国家227个城市。其蓬勃发展充分印证了国际铁路运输的巨大潜力与战略价值。作为国际铁路联运的关键节点，口岸站的作业效率与服务能力直接决定了整个通道的效能。2024年12月，海关总署推出《进一步优化口岸营商环境促进企业通关便利十六条措施》，提出要优化作业流程、简化通关手续、拓展通关效能。同年9月，海关总署联合国家发展和改革委员会、交通运输部等出台《关于智慧口岸建设的指导意见》(署岸发〔2024〕89号)，明确提出要统筹口岸发展和安全，完善铁路口岸基础设施建设，加快口岸数字化转型和智能化升级，推进智慧口岸建设，服务高水平对外开放和高质量发展^[3]。

目前，国内外学者对铁路口岸站的研究多聚焦于口岸站建设与运输组织协调等方面。Guan等^[4]借助无线数字孪生网络来解决铁路无线网络的建设和运维问题，并引入三维环境模型、光线跟踪等技术来建设高性能的无线网络规划与优化系统。在作业流程方面，部分学者以口岸站作业流程为主要对象，通过运用一体化理论、Petri网、Flexsim仿真、Anylogic仿真等，对口岸站现有的工作流程进行分析并给出优化建议^[5-7]；在口岸的协调工作方面，部分学者通过分析口岸站运输能力对口岸站生产作业组织提出针对性优化举措^[8-9]。目前对铁路口岸站的研究以建模和流程优化为主，通过引入不同模型并利用各种方法对工作流程进行优化，以期缩短铁路口岸站全流程作业时间。

通过对铁路口岸站的调研分析得出，尽管当前智能化技术的应用为铁路口岸发展提供了契机，但在实际操作中，铁路口岸站中仍存在信息壁垒未完全打破、流程衔接不畅等问题，制约了口岸站整体效能的发挥^[10]。因此，研究聚焦铁路智慧口岸站功能优化设计展开研究，旨在提升铁路跨境货物运输效率。

1　铁路口岸站运营现状及经验借鉴

为全面厘清铁路口岸站智慧化建设的核心方向，通过分析口岸运营现状并与公路口岸、智慧化港口进行对比，明晰铁路口岸站的优化方向，为铁路智慧口岸站功能框架设计提供建设思路。

1.1　铁路口岸站运营现状分析

铁路口岸站作为国家对外开放的门户和国际贸易物流体系的关键节点，在促进对外贸易、保障国际供应链稳定以及“一带一路”建设中扮演着至关重要的角色。从布局上看，我国已形成覆盖陆路边境和沿海重点区域的铁路口岸网络体系，主要分布在东北、西北、西南以及部分沿海港口城市，截至2024年9月30日，我国对外开放铁路口岸站13个，铁路口岸站分布如表1所示。这些口岸站连接着俄罗斯、蒙古国、中亚五国、老挝等多个周边国家，并依托中欧班列、西部陆海新通道等骨干国际物流通道，将服务范围延伸至欧洲、东南亚乃至全球。

目前铁路口岸的智慧化建设取得一定的成效，例如，霍尔果斯、阿拉山口口岸通过95306数字口岸系统实现货运票据电子化，查验指令自动对接，减少人工操作误差，并在海关边检引入H986大型集装箱检查系统、TFDS智能检测设备等。

1.2　智慧公路口岸、智能化码头经验借鉴

在智慧化设施方面，霍尔果斯公路口岸站设有7个电子检验通道，所有出境车辆在电子申报手续齐全的情况下，10 s内即可通过电子卡口核准放行。在智慧化通关模式方面，霍尔果斯公路口岸站采用边检一站式查验通道，使用AI人脸识别、地感雷达等装备，实现了司机非必要不下车自助验报。2024年9月，乌鲁木齐海关首创了“自驾出口商品车快速通关模式”，依托“单一窗口”构建车辆数字标识体系，对合规车辆“无感化”放行，实现“一码通办”，整体通关效率提升近80%。在装备创新方面，青岛港智慧化集装箱码头首次成功研发的自导向吊具，为实现桥吊全自动化作业奠定了基础。在系统创新方面，青岛港设计了集装箱码头智能管控系统A-TOS系统，实现了集装箱码头的智能化管控。

根据智慧公路口岸、智能化码头建设经验，对铁路智慧口岸建设得出以下启示。

（1）打造智慧中枢与数据平台。无论是公路口岸的“单一窗口”“一码通办”，还是港口的智能管控系统，其高效运作均依赖于一个能够整合多方数据、打破信息壁垒的统一平台。这要求铁路口岸必须构建强大的数据中枢，实现海关、边检、铁路、企业等全链条数据的汇聚、治理与共享。

（2）推进基础设施智能化升级。智慧公路的电子卡口、AI识别和智能化码头的自动化桥吊、无人导引车的实践均表明，物理设施的自动化与智能化升级是释放人力、提升作业速度与准确性的直接手段。因此，铁路智慧口岸的建设可参考公路、港口智能化设施建设的经验，部署融合信息感知的智能物联设备，构建全域感知体系。

（3）创新智慧化通关监管模式。智慧公路的“一站式查验”模式表明，智慧化建设需重组并优化跨部门作业流程。这要求铁路口岸不能仅有点状的智能应用，还需构建一个覆盖通关、运输、查验等全流程的协同作业系统，并由数据中枢进行智能调度与决策。

2　铁路智慧口岸站建设需求与问题分析

2.1　铁路口岸站作业需求分析

2.1.1　运输需求预测与分析

为了明晰业务增长态势对口岸站运输能力的要求，基于中欧班列和霍尔果斯口岸站往年开行列数对未来开行情况进行拟合预测。通过分析可知，开行列数为小样本数据，灰色预测模型是小样本问题的有效工具，因此采用灰色预测模型进行预测。

通过级比检验可知，中欧班列和霍尔果斯口岸站往年开行列数数据均满足条件，适合模型构建。通过拟合求解，预测精度如表2所示。由表2数据可知，中欧班列预测结果后验差比C值为0.038，平均相对误差(Mean Relative Error，MRE)为0.11，霍尔果斯站预测结果后验差比C值为0.032，MRE为0.17。上述预测结果后验差比C值均小于0.35，MRE均小于0.2，模型预测精度较高。

中欧班列开行列数预测结果如图1所示，霍尔果斯口岸站开行列数预测结果如图2所示。

从预测数据可知，中欧班列与霍尔果斯口岸站开行列数均呈显著增长态势，预计到2030年，二者开行列数将分别达42 068列、20 561列，表明我国铁路国际货物运输业务发展迅猛，行业发展规模持续扩大。持续高速增长的班列开行规模，对口岸站的作业能力、通关效率、设施承载能力提出了更高要求，现有的铁路口岸站作业模式和设施将面临巨大的压力。因此，铁路口岸站需要加速发展，建设智慧口岸，以提高作业效率、优化资源配置、提升服务质量，从而适应这种快速发展的趋势。

2.1.2　管理效能需求分析

铁路口岸站运营涉及海关、边检、铁路三大核心部门，各部门的管理效能需求是智慧口岸功能设计的核心依据。

（1）海关部门需求。海关主要平衡通关便利化与规范监管2方面。一方面，传统模式效率低、风险高，需借助AI智能审单、物联网追踪等实现流程再造，降低企业成本。另一方面，要构建智能风险防控网络，利用大数据识别高风险目标，借助智能规则引擎落实监管要求，实现智能布控与精准查验，形成一体化监管新生态。

（2）边检部门需求。边检要保障国境安全与质量安全，减少对合法贸易的影响。现行边检模式风险筛查覆盖面有限且精准识别能力不足，难以应对日趋复杂的跨境运输风险。需构建智能化风险预警与快速筛查体系，并建立智慧检疫监管平台，实现流程电子化、信息互通，达成“管得住、检得准、通得快”的目标。

（3）铁路部门需求。铁路部门要实现运输时效性与资源利用效率最优。在时效性方面，要解决跨国协同难等问题，建设智能协同调度与作业管理系统，优化车流组织。在资源利用上，通过物联网监控设备，构建智能资源分配模型，提升口岸竞争力。

2.2　铁路口岸站建设现存问题

结合运输需求与管理效能需求来看，现有设施与作业模式难以匹配未来持续增长的运输需求，具体问题如下。

（1）硬件设施瓶颈突出。部分口岸站设计能力接近饱和，现有的设施设备及智慧化水平难以满足逐年增长的货运量需求。同时，海关查验硬件配置不足，单次查验列车数量有限，严重影响整体通关效率。

（2）信息共享与协同机制待强化。在口岸内部，各部门系统间存在壁垒，数据孤岛现象明显，阻碍了通关效率的提升。在口岸外部，与境外联运方的信息同步存在滞后性，容易出现施工计划错配等问题，进而导致跨境运输中断。

（3）智慧化应用场景覆盖面不足。当前多在部门内部开展智能化建设，智慧化应用呈现点状突破的碎片化特征，尚未形成跨部门、跨环节的系统性协同合力，智慧化手段应用单一，各环节数据未贯通。海关、边检、铁路的作业系统各自独立，缺乏统一的流程标准。不同关区的查验标准和数据接口不一致，企业需重复申报信息，且跨关区货物转移动态无法实时共享，导致整体通关时效损耗。

针对上述问题，开展铁路智慧口岸站体系化功能框架设计，是破解口岸发展瓶颈、匹配持续增长的跨境运输需求的必然举措，对推动国际铁路联运高质量发展、服务高水平对外开放具有重要的现实意义。

3　铁路智慧口岸站功能框架总体设计方案

传统的铁路口岸站为分散式、分部门的功能架构，各部门独立进行业务管理和终端展示，存在硬件自动化水平低、跨部门数据壁垒突出、智慧化应用碎片化、无统一协同决策与展示平台等问题，难以匹配运输需求增长与多部门管理效能要求。针对海关、边检、铁路部门智慧化作业需求，结合智慧公路口岸、智能化码头的建设经验，初步设计的智慧口岸功能方案包含信息感知层、数据中枢层、业务应用层、交互展示层4个层级，铁路智慧口岸站功能方案设计总体架构如图3所示。各层级协同运作，共同构成“感知-分析-决策-执行-反馈”的闭环，该架构相较于传统架构，通过全域智能感知突破硬件设施瓶颈，以统一数据中枢打破信息壁垒，用一体化业务应用解决智慧化应用碎片化问题，依托协同交互展示实现跨部门高效联动，精准解决铁路口岸现存的核心问题，为系统性化解铁路口岸发展难题提供完整的方案支撑。

3.1　信息感知层

作为功能设计的基础层级，信息感知层借鉴智慧公路口岸广泛部署传感器实现全域感知的经验，核心是构建铁路口岸全域全要素智能感知体系，为上层应用提供实时、精准的数据源，解决传统模式硬件感知能力不足、数据不互通的问题。

信息感知层针对铁路口岸作业场景，设置三大核心感知单元：一是铁路作业感知单元，采集列车到发、车辆状态、换装作业等核心数据；二是监管感知单元，配套各种探测检查设备，覆盖海关、边检全流程监管数据采集；三是全域环境感知单元，通过高清视频、气象、消防传感设备实现站场安全与环境状态全面监控。

3.2　数据中枢层

数据中枢层作为分析决策的关键与核心层级，处于信息感知层和业务应用层之间，承担数据整合治理与智能决策功能。该层级借鉴青岛港A-TOS智能管控系统的建设经验，旨在破解系统间的信息壁垒问题，实现跨部门数据的深度融合。

在数据整合治理方面，对多源异构数据进行清洗、标准化处理，形成面向口岸内海关、货主等全体成员的数据集，为其提供数据共享服务。同时，作为数据分析和决策中心，搭建班列运输组织优化、资源动态调度、风险智能预测、安全应急预警四大核心模型，自主决策海关检查、设备调度等事项，并下发至业务应用层的自动化设备执行，实现数据到决策的转化。

3.3　业务应用层

业务应用层作为功能落地载体，参考霍尔果斯公路口岸“一站式查验”和“无感通关”的流程优化理念，将基础设备层的感知能力与数据中枢层的决策能力应用于具体业务场景，形成“一站式”智慧作业模式，推动铁路口岸从传统节点向智慧枢纽转变。

业务应用层针对铁路口岸核心业务流程，构建4个应用模块：一是智能通关协同，打造“一站式”通关系统，实现跨部门协同，压缩通关时长；二是智能站场作业，实现换装、装卸、调车等核心作业的智能化调度与自动化管控，提升作业效率；三是智能设备管控，实现口岸设施设备全生命周期状态监控，保障设备稳定运行；四是智能风险防控模块，构建覆盖海关监管、边检安全、生产安全的一体化风险防控体系，实现精准监管与高效通关的平衡。

3.4　交互展示层

交互展示层是数据可视化、命令输入与决策呈现的层级，目标是结合智能终端直观智能地呈现作业结果，构建虚实结合、实时适配的智慧交互空间。

基于数字孪生平台实现口岸全要素实时可视化展示，搭建海关、边检、铁路三方协同指挥平台，同时接收外界指令并输入至前3个层级，方便工作人员掌控口岸状况；为用户、货主等提供货物追溯、智慧物流等个性化服务，满足不同需求。

4　结束语

针对铁路口岸站跨部门协同与智慧化应用不足的问题，以铁路智慧口岸站功能框架为研究对象，通过分析运输需求与多部门管理效能需求，构建铁路智慧口岸站的功能框架，设计涵盖信息感知层、数据中枢层、业务应用层、交互展示层的一体化方案，通过各层级间联动，可有效解决铁路口岸站硬件能力不足、数据互通不畅、智慧应用分散等问题，能够为铁路口岸站智能化升级、跨部门协同提供参考，助力国际铁路联运发展。

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基金资助

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