本发明涉及交通运输技术领域，尤其涉及一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统及方法。
背景技术
集装箱多式联运具有产业链长、高效快捷、集约经济、安全可靠等优势，是货物运输发展的重要方向。水铁联运、公铁联运已成为集装箱长距离门到门运输服务的主要形式，随着铁路集装箱运输量的增长，铁路集装箱列车中转及编组工作量显著增加。特别是铁水联运项目，一个铁路港前车站（港湾站）对应多个港口码头铁路集装箱场（港区、货区）时，多个港口码头铁路集装箱场应尽量组成一个集装箱专列发往同一个方向的国铁编组站或同一到达站的集装箱直达列车，减少国铁编组站的中转解体编组作业。
传统发送装车及编组方式如下：
目前，各港口集装箱货场发送集装箱货物时，作业流程如下：由港口向铁路提出装车需求计划（日期、目的地、方向、数量、重量），铁路集结集装箱平车，调车机车送空集装箱平车至货区（港区），各港口集装箱货场在各自的集装箱货区用装卸机具将集装箱装上铁路集装箱平车，办理铁路运输手续，交接集装箱及货物。集装箱装车为铁路集装箱平车，有甲、乙（上下行）两个方向的集装箱车组，港口货场采用铁路集装箱平车成组或整列装车。空车到达货位后，一般停放在固定位置，集装箱堆码通常采用纵向堆码，集装箱转运及堆码管理比较复杂，装卸机具走行距离较长，效率较低。
各港区装车完成的铁路集装箱平车组分别由调车机车取车至港湾站后，港湾站需按甲、乙两个方向重新编组，港湾站解编工作量十分繁重。
铁路集装箱列车编组方式目前可分为两种，第一种方式为平面调车作业方式：平面调车作业是一种铁路系统最常用，最简单可行的列车编组的作业方式，可以在任何车站实施。利用调车机车经牵出线将待编组车列牵出，按车辆货物目的地分类组号推送车列至各条规定组号的股道。车辆分类后集结在不同组号的编组线上，组成同一方向的整列列车，再由铁路本务机车牵引至相邻的编组站，直至到达目的地。解编列车需要的股道数量与解编方向的组号一致，解编方向的组号越多，解编列车需要的股道数量越多。平面调车作业方式机车车辆往返走行距离长，且需要频繁摘钩，整个列车解编过程若钩数较多，则解编作业时间最长，列车编组效率不高。适合列车解编钩数不多且列车解编组号不多时采用。编组作业全部作业方式靠人工实施，信息化靠人工采集和核对。
第二种方式为驼峰溜放调车作业方式：铁路驼峰是纵断面为骆驼驼峰形状的线路，利用调车机车将待解体车列经牵出线牵出，然后推送列车至驼峰峰顶（上坡），形成驼峰与编组线高差势能，车辆依靠重力势能（下坡）自行溜入各条需要编组的股道。解编列车需要的股道数量与解编方向组号一致，解编方向的组号越多，解编列车需要的股道数量越多。此种列车编组方式为铁路编组站常见的列车编组方式，效率较高，适合大运量频繁的解体作业和流水线作业。利用驼峰解编列车，需建设铁路驼峰设施，铁路编组场平面、纵断面对地形条件要求较高，编组线数量多，占地面积大，工程投资大。车辆分类后集结在不同组号的编组线上，由调车机车送至各自货区（港区）。
上述两种发送货物列车编组是在现有铁路车辆使用不同的外动力（调车机车）通过在轨道往返移动方式完成列车按发送方向分组编组作业。
综上所述，现有技术中最常用的编组方式平面调车作业方式效率低，货物中转时间长，人工体力劳动强度大，自动化、信息化水平较低，基本处于现场手工作业阶段。驼峰溜放作业方式效率高，对车辆控制的自动化、信息化水平高。需要的站场面积大，控制设备多，主要用于编组站和大运量的区段站。铁路信息和控制系统实现了装有集装箱车辆到达车站控制的行程控制和信息交换。但是货区（港区）取送作业的车辆分类、信息分类交换及控制需要在港湾站另行人工实施，效率较低。铁路信息系统与港区（货区）信息系统之间没有数据交换，所有数据仍采用现场采集，手工交换。铁路的集装箱装车作业计划目前采用人工作业单核对作业方式，效率低，错误率高。在货区（港区）铁路集装箱平车，整列固定停放，相对于固定集装箱组号的堆场货位，部分装卸机具走行距离长，不利于多台设备平行卸车作业，装卸作业效率较低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统及方法，用于在铁路港湾站空间有限的情况下提高与港区交换货物的效率。
本发明是这样实现的：
一方面，本发明提供一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统，包括铁路到发场以及与铁路到发场对应的多个港区，所述铁路到发场设置有至少一条到发线，所述港区设置有港区堆场以及至少一条装卸线，还包括与所述到发线相邻设置的倒装场，所述倒装场设有至少一条与所述到发线平行的倒装线，所述倒装线与各所述港区的装卸线联通，所述倒装线以及所述装卸线上运行有多个轨道动力平车，铁路港湾站还设有港湾站集装箱装卸机具，所述到发线和所述倒装线位于所述港湾站集装箱装卸机具的装卸范围内，各港区设有港区集装箱装卸机具，所述港区堆场以及所述装卸线位于所述港区集装箱装卸机具的装卸范围内。
进一步地，所述港湾站集装箱装卸机具以及所述港区集装箱装卸机具均包括多个龙门吊以及供所述龙门吊行走的两条走行轨。
进一步地，所述轨道动力平车为自动力运行车辆，其设置有动力驱动装置。
进一步地，所述倒装线与各所述港区之间设置有分路道岔区，所述分路道岔区通过铁路线路与所述倒装线联通，所述分路道岔区通过港区进路线与各所述港区联通。
进一步地，还包括与所述铁路线路联通的轨道动力平车检修线。
另一方面，本发明还提供一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业方法，包括以下步骤：
（1）至少一组空载的轨道动力平车运行至港区装卸线指定装车位置，港区集装箱装卸机具将位于港区堆场的集装箱按照集装箱的同一运送方向装载至轨道动力平车上；
（2）轨道动力平车运载集装箱沿港区装卸线经分路道岔区运行至铁路港湾站的倒装线的指定位置；
（3）铁路港湾站的到发线停留与集装箱的运送方向相对应的至少一列空载的集装箱平车，港湾站集装箱装卸机具将位于倒装线上的各组轨道动力平车上的集装箱倒装到位于到发线上与各组集装箱的运送方向对应的的各列集装箱平车上。
进一步地，所述步骤（1）具体包括：各港区港口集装箱管理系统根据待装车的集装箱信息，向铁路信息系统申请铁路中转集装箱装车计划，铁路信息系统调运空载的集装箱平车至到发线；铁路集装箱货场管理系统根据待装车的集装箱信息编制装车作业策略及流程，向港区集装箱装卸机具以及轨道动力平车下达接驳装车作业计划；轨道动力平车根据作业计划进入港区装卸线指定装车位置，由港区装卸机具根据接驳装车作业计划进行接驳装车作业，将发往同一方向的集装箱装载至轨道动力平车上。
进一步地，所述步骤（2）具体包括：轨道动力平车运载集装箱按照铁路集装箱货场管理统提供的作业计划，各组轨道动力平车逐车或成组重联向铁路信号进路控制系统申请港区至铁路港湾站倒装线进路，铁路信号进路控制系统开通进路，各组轨道动力平车按开通进路运行至港湾站倒装线指定的位置。
进一步地，所述步骤（3）具体包括：铁路集装箱货场管理系统依据各港口集装箱管理系统提供的集装箱信息编制倒装作业策略及流程，向港湾站集装箱装卸机具下达装车作业计划、向轨道动力平车下达走行目的地指令；铁路港湾站到发线停留至少一列空载的集装箱平车，港湾站集装箱装卸机具根据铁路集装箱货场管理系统作业计划逐一抓取接驳位置轨道动力平车上的集装箱，倒装至到发线上的集装箱平车上，直至全部的集装箱全部倒装完毕。
本发明还提供另一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业方法，包括以下步骤：
（1）多个空载的轨道动力平车进入港区装卸线指定位置等待装车，港区集装箱装卸机具将位于港区堆场的集装箱装上轨道动力平车；
（2）轨道动力平车沿港区装卸线运行至铁路港湾站的倒装线的指定位置；
（3）铁路港湾站到发线停留至少一列空载的集装箱平车，港湾站集装箱装卸机具将位于倒装线上的轨道动力平车上的集装箱按照集装箱的不同运送方向倒装到位于到发线上不同运行方向的各组集装箱平车上，各组集装箱平车编组成若干不同目的地方向的集装箱列车。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、采用轨道动力平车作为中转运载工具，中转编组作业集装箱不落地堆码，不需要装卸机具长距离走行，因此铁路港湾站不需要集装箱堆放场地，仅需布置倒装线，集装箱倒装场占地面积小，节省用地，站场布置灵活。解决了传统解体编组需设置铁路调车场或铁路货场集装箱落地堆码占地大的问题。
2、采用港区堆场集装箱分组号装载在轨道动力平车上，轨道动力平车载集装箱至港湾站指定位置装车的方法，代替既有送车，装车，取车，货票办理，编组，发车作业方法，减少了作业流程，减少了港湾站场地面积，减少了集装箱中转时间，提高作业效率，适用于在场地狭窄的铁路中间站或港湾站对集装箱列车进行重新解体编组，适用于多条港口专用线接轨的港湾站对发送的集装箱列车进行解体编组和送车作业。
3、采用轨道动力平车从港区装车接驳输送集装箱至港湾站倒装线，省去调车机车由接轨站至各港区的送空取重平面调车作业，有效压缩了整个流程作业总时间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的港区堆场轨道动力平车装车示意图；
图3为本发明实施例提供的铁路港湾站装车的示意图。
附图标记说明：1-到发线、2-倒装线、3-港湾站龙门吊走行轨、4-集装箱平车、5-轨道动力平车、6-港湾站龙门吊、7-机待线、8-铁路线路、9-港区进路线、10-分路道岔区、11-轨道动力平车检修线、12-港区堆场、13-装卸线、14-港区龙门吊走行轨、15-港区龙门吊。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统，包括铁路到发场以及与铁路到发场对应的多个港区，所述铁路到发场设置有至少一条到发线1，还包括与所述到发线1相邻设置的倒装场，用于进行集装箱的中转，所述倒装场设有至少一条与所述到发线1平行的倒装线2，所述到发线1以及所述倒装线2均与铁路到发场的机待线7联通，方便集装箱列车以及轨道动力平车5转换线路。所述港区设置有港区堆场12以及至少一条装卸线13，所述倒装线2与各所述装卸线13联通，所述倒装线2以及所述装卸线13上运行有多个轨道动力平车5，轨道动力平车5用于将集装箱从港区运往铁路港湾站。所述倒装线2不仅用于轨道动力平车5装载集装箱从港区向铁路港湾站运行，还用于空载的轨道动力平车5从铁路港湾站运行至港区，所述倒装线2设置多条时，两个方向运行的轨道动力平车5可以使用不同的倒装线2，以免产生会车。铁路港湾站还设有港湾站集装箱装卸机具，所述到发线1和所述倒装线2位于所述港湾站集装箱装卸机具的装卸范围内，所述港湾站集装箱装卸机具用于将位于倒装线2上的轨道动力平车5上的集装箱倒装到位于到发线1上的集装箱平车4上。各港区设有港区集装箱装卸机具，所述港区堆场12以及所述装卸线13位于所述港区集装箱装卸机具的装卸范围内，所述港区集装箱装卸机具用于将集装箱从港区堆场12倒装至轨道动力平车5上。
作为实施方式之一，所述港湾站集装箱装卸机具包括港湾站龙门吊6以及供所述港湾站龙门吊6行走的两条港湾站龙门吊走行轨3，所述港湾站龙门吊6横跨于所述到发线1和所述倒装线2上方，从而能够将位于倒装线2上的轨道动力平车5上的集装箱倒装到位于到发线1上的集装箱平车4上，通过设置两条港湾站龙门吊走行轨3，方便港湾站龙门吊6的行走，使得港湾站龙门吊6可以对多个位置上的集装箱进行操作。同样地，所述港区集装箱装卸机具包括港区龙门吊15以及供所述港区龙门吊15行走的两条港区龙门吊走行轨14，所述港区龙门吊15横跨于所述港区堆场12和所述装卸线13上方，从而能够将位于港区堆场12的集装箱转移至位于装卸线13上的轨道动力平车5上。作为优选地，两条港湾站龙门吊走行轨3以及两条港区龙门吊走行轨14上均运行有多个龙门吊，从而在倒装作业中多个龙门吊可以同时作业，倒装时间短，效率高。
作为本实施例的优选，所述轨道动力平车5为自动力运行车辆，其设置有动力驱动装置，能够沿着轨道自动力运行，可以采用人工驾驶或者无人驾驶的方式，采用无人驾驶时，可以减少人力，且能够避免人员在现场发生安全事故。所述轨道动力平车5由轨道动力平车5动力网络（供电接触网）进行供电，为轨道动力平车5提供动力源，当然也可以采用其他形式的能源为其提供动力。轨道动力平车5可以单车运行或多车重联运行。
如图3所示，进一步地，所述倒装线2与各所述港区之间设置有分路道岔区10，所述分路道岔区10通过铁路线路8与所述倒装线2联通，所述分路道岔区10通过港区进路线9与各所述港区联通。进一步优选地，还包括与所述铁路线路联通的轨道动力平车检修线11，用于停置待检修的轨道动力平车5，方便对轨道动力平车5进行检修。
本实施例采用轨道动力平车作为中转运载工具，中转编组作业集装箱不落地堆码，不需要装卸机具长距离走行，因此铁路港湾站不需要集装箱堆放场地，仅需布置倒装线，集装箱倒装场占地面积小，节省用地，站场布置灵活。解决了传统解体编组需设置铁路调车场或铁路货场集装箱落地堆码占地大的问题。采用轨道动力平车从港区装车接驳输送集装箱至港湾站倒装线，省去调车机车由接轨站至各港区的送空取重平面调车作业，有效压缩了整个流程作业总时间。
该作业系统还包括铁路信息系统、铁路集装箱货场管理系统、铁路信号车站联锁进路控制系统、港口集装箱管理系统等设施，其中铁路信息系统包括铁路货运信息系统、铁路车次号系统、铁路货票信息系统、铁路确报系统、车站现车系统等，用于实现系统各部分的通信，以及实现轨道动力平车5以及集装箱装卸机具等的控制。具体可参照下述的方法实施例。
另一方面，本发明实施例还提供一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业方法，可采用上述的铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统，该方法包括以下步骤：
（1）至少一组空载的轨道动力平车运行至港区装卸线指定装车位置，港区集装箱装卸机具将位于港区堆场的集装箱按照集装箱的同一运送方向装载至轨道动力平车上；
（2）轨道动力平车运载集装箱沿港区装卸线经分路道岔区运行至铁路港湾站的倒装线的指定位置；
（3）铁路港湾站的到发线停留与集装箱的运送方向相对应的至少一列空载的集装箱平车，港湾站集装箱装卸机具将位于倒装线上的各组轨道动力平车上的集装箱倒装到位于到发线上与各组集装箱的运送方向对应的的各列集装箱平车上。
该方法中，在港区装车时按集装箱运送方向分组倒装至轨道动力平车上，因此后续不需要再对集装箱按运送方向进行分组，减少后续作业流程。采用港区堆场集装箱分组号装载在轨道动力平车上，轨道动力平车载集装箱至港湾站指定位置装车的方法，代替既有送车，装车，取车，货票办理，编组，发车作业方法，减少了作业流程，减少了港湾站场地面积，减少了集装箱中转时间，提高作业效率，适用于在场地狭窄的铁路中间站或港湾站对集装箱列车进行重新解体编组，适用于多条港口专用线接轨的港湾站对发送的集装箱列车进行解体编组和送车作业。采用轨道动力平车从港区装车接驳输送集装箱至港湾站倒装线，省去调车机车由接轨站至各港区的送空取重平面调车作业，有效压缩了整个流程作业总时间。
本发明实施例还提供另外一种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业方法，同样可采用上述的铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业系统，该方法包括以下步骤：
（1）多个空载的轨道动力平车进入港区装卸线指定位置等待装车，港区集装箱装卸机具将位于港区堆场的集装箱装上轨道动力平车；
（2）轨道动力平车沿港区装卸线运行至铁路港湾站的倒装线的指定位置；
（3）铁路港湾站到发线停留至少一列空载的集装箱平车，港湾站集装箱装卸机具将位于倒装线上的轨道动力平车上的集装箱按照集装箱的不同运送方向倒装到位于到发线上不同运行方向的各组集装箱平车上，各组集装箱平车编组成若干不同目的地方向的集装箱列车或集装箱车组。
该方法中，上行方向列车和下行方向列车或不同目的地方向组号同时装车时，在港区装车时不按集装箱运送方向分组，在铁路港湾站按集装箱的运送方向分组倒装到不同运行方向的各组集装箱平车上，实现二次按组号分类编组列车。
本发明实施例的上述两种铁水联运铁路港湾站与港区交换货物的作业方法的具体作业流程如下：
1、计划阶段
（1）各港区港口集装箱管理系统根据待倒装的集装箱信息，包括：到港船舶计划、卸载计划和港区堆场集装箱物流方向（货物目的地）、集装箱箱号、货物种类、数量、装车时间等信息，经铁路集装箱货场管理系统向铁路货运系统申请铁路中转集装箱装车计划；
（2）铁路货运信息系统、铁路预报/确报系统、铁路列车调度指挥系统调运集装箱平车空车至到发线上，预告集装箱平车空车到达港湾站时间、装车时间和列车发车时间；
（3）车站按铁路列车调度指挥系统（ctc/tdcs）指令排列列车接车进路，开放信号，列车进站。列车在进站过程中铁路车次号系统采集列车车辆车号数据和排列顺序，铁路确报系统核对进入站内的车辆车号及车辆排列顺序。核对后的空车车辆车号及排列顺序进入车站现车系统，同时向铁路集装箱货场管理系统提供数据。
2、集装箱取货（取车）计划作业阶段
铁路集装箱货场管理系统根据铁路货运系统提供的装车集装箱箱号、货物名称、重量、目的地等数据编制装车作业策略及流程，向港区集装箱装卸机具、轨道动力平车等设备下达接驳作业计划；向铁路信号进路控制系统下达作业计划。
3、各货区集装箱堆场接驳装车阶段
轨道动力平车空车根据作业计划进入的港区集装箱堆场装卸线指定装车位置，由港区多台龙门吊根据接驳装车计划进行接驳装车作业，将需要铁路中转的集装箱装上轨道动力平车。自带动力的轨道动力平车重车，沿装卸线向铁路港湾站方向移动集结；后续轨道动力平车根据接驳装车计划跟随龙门吊位置继续装车，直至完成接驳装车计划作业，参见图2。
4、货物中转移交阶段
铁路、水运承运企业在港区装卸线或集结区联合检查集装箱及货物完整状态，港区水运企业向铁路运输企业移交集装箱及货物，办理铁路集装箱运输货票。
5、轨道动力平车车组运行至港湾站倒装线阶段
轨道动力平车运载集装箱按照铁路集装箱货场管理统提供的作业计划，轨道动力平车逐车或成组重联向铁路信号进路控制系统申请港区堆场至铁路港湾站位置进路。铁路信号进路控制系统开通进路，轨道动力平车按开通进路运行至铁路港湾站倒装线指定的位置。
6、集装箱倒装装车阶段
（1）铁路集装箱货场管理系统依据各港口集装箱管理系统提供的集装箱箱号、轨道动力车车号、装车状态、装车位置、排列顺序、货物名称、重量等数据编制倒装作业策略及流程，向港湾站集装箱装卸机具下达装车作业计划、向轨道动力平车下达走行目的地（与龙门吊接驳位置）指令；
（2）铁路港湾站到发线停留若干集装箱平车空车。铁路集装箱货场管理系统向每一台轨道动力平车下达与多台龙门吊关联的接驳卸车位置指令。
（3）每台龙门吊根据铁路集装箱货场管理系统作业计划逐一抓取接驳位置轨道动力平车上的集装箱，倒装至到发线的按组号配置的空载集装箱平车上。直至全部的集装箱全部倒装完毕，参见图3
（4）上行方向（s）和下行方向（x）或不同目的地方向组号集装箱同时装车时，几个港区可以不分方向同时通过轨道动力平车驳接装车，向铁路港湾站送车，铁路港湾站通过港湾站集装箱装卸机具根据集装箱所要到达的方向倒装到不同运行方向的列车。
7、轨道动力平车返回阶段
轨道动力平车倒装完毕，按照集装箱货场管理系统运算策略和运行线路空闲情况，单车或集结成组向集结区、装卸线、港区回送，等待后续集装箱列车倒装作业。
8、编组完成的整列集装箱列车发车阶段
编组完成的整列集装箱列车经过货票交接，向铁路货运系统和铁路现车系统提供车辆车号、位置、排列顺序、集装箱箱号、货物名称、重量、到站等数据。
集装箱列车按铁路运行图发车。开始集装箱铁路运输行程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。