RFID技术在铁路集装箱堆场进出口的应用
物流科技２００８年第２期ｌｏｇｉｓｔｉｃｓＳｃｉ－ＴｅｅｈＮｏ．２，２００８?现代物流技术?
ＲＦＩＤ技术在铁路集装箱堆场进出口的应用
ＲＦＩＤｉｎｔｈｅＡｃｃｅｓｓｔｏＲａｉｌｗａｙＣｏｎｔａｉｎｅｒＹａｒｄ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ
张玉洁，刘军，贾利民，徐杰（北京交通大学，北京１０００４４）
ＺＨＡＮＧＹｕ－ｊｉｅ，ＬＩＵＪｕｎ，ＪＩＡＬｉ－ｍｉｎ，ＸＵＪｉｅ仇驴沁ＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓ虹Ｂｅ｛ｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）摘要：利用射频识别技术（ＲｎＤ）’可以实现集装箱箱号及其属性的自动识别，大大提高铁路集装箱运输作业的自动化水平。论文首先分析了目前铁路集装箱运输作业中存在的主要问题及ＲｎＤ在集装箱运输中的应用现状．提出了铁路集装箱办理站出入１３＇自动管理系统的功能设计并详细规划了在集卡出入口和铁路出入口的应用方案。该方案可改变原有落后低效的工作方式，有效加快集装箱进出堆场的速度，提高管理的自动化水平，实现自动出入管理。
关键词：ＲｎＤ；铁路集装箱运输；集卡出入口；铁路出入口
中图分类号：Ｆ５３０文献标识码：Ａ文章编号：１００２—３１００（２００８）０２－００３４－０３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＲＦＩＤｃａｒｔｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｃｏｎｔａｉｎｅｒｎｕｍｂｅｒｓａｎｄｏｔｈｅｒａｔｔｒｉｂｕｔｅｓａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｌｅｖｅｌｏｆｒａｉｌ－７‘
ｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄｌｏｗｏｆｒａｉｌｗａｙｃｏｎｔａｉｎｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｉｎ－＇ｗａｙｃｏｎｔａｉｎｅｒｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｏｉｎｔｓｏｕｔ
ｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲＦＩＤ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ￥ｏｌｕ－．ｔｉｏｎｉｎｔｈｅａｃｃｅ鲻ｔｏｃｏｎｔａｉｎｅｒｙａｒｄａｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｒｌ８ｐｅｅｄｕｐｔｈｅｃｏｎｔａｉｎｅｒｔｏｙａｒｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃ＋ａｃｃｅｇｇｃｏｎｔｒ０１．ｉ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ｒａｉｌｗａｙｃｏｎｔａｉｎｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔａｉｎｅｒｔｒｕｃｋａｃｃｅ￥￥；ｒａｉｌｗａｙａｃｃｅｓｓ
ｊ．．ｊ
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０引言
集装箱运输因其本身具有其它交通运输方式不可替代的优势和特点（私密性好、运输成本低、环境适应性强），其发展前景极其广阔。我国铁路始终将集装箱运输作为重点开拓、大力发展的工作重心。然而，在铁路集装箱运输作业中还存在诸多问题：（１）工作方式落后，工作效率低下。在整个运输流程中，集装箱箱号全部采用人工抄写登录。工作量大、差错率高、信息传递不及时；（２）作业流程不精练，重复性工作较多。据统计，每个集装箱从进站到离站的全部流程中，需要人工抄写登录集装箱箱号达７次【ｌ】。这些都极大地影响了铁路集装箱运输的效率．因而利用先进的技术手段有效地对集装箱进行追踪和管理就显得极为迫切。ＲＦＩＤ作为一自动识别技术，以其识别速度快，可在恶劣条件下工作等优点。在商业自动化、动态跟踪系统、自动收费系统等方面都有了一定的应用，并取得了很好的效果，因而也成为解决集装箱追踪和管理问题的有效手段。ＲＦｌＤ在关键节点处对集装箱箱号的自动识别，可取代人工抄取箱号的方式，改变集装箱运输中现场操作落后的局面，减少重复性的人工操作，精练工作流程。本文重点对ＲＦＩＤ在铁路集装箱堆场出入口的应用方案进行设计。改变现有出入管理方法，加快集装箱进出速度，实现相关信息的自动记录，为堆场的自动出入管理提供参考。
１ＲｎＤ技术及其在集装箱运输中的应用
射频识别（ＲＦＩＤ）技术是一种非接触式自动识别技术。能够实现对大量设备进行快速准确地识别、传输和处理，大大加快管理的效率。典型的ＲＦＩＤ系统由标签（Ｔａｇ）、带有天线的阅读器（Ｒｅａｄｅｒ）、管理计算机或与之相连接的管理系统组成田。ＲＦＩＤ被认为是物流和供应链管理中的重要技术，但是对于ＲＦＩＤ系统的设计和应用目前还较少圈。
随着技术的不断完善，国际上已有一些集装箱自动识别系统投入使用。而基于ＲＦＩＤ技术的自动识别系统就是其中之一闱。ＲＦＩＤ具有非接触性，完成识别工作无需人工干预，能够实现自动化。因此可改变手工抄写箱号的工作方式。实现箱号的自动记录，每天频繁的重复数据通过ＲＦＩＤ系统实时采集。’实时传递，既降低了人工劳动强度又避免了在人工操作中出现错、漏等差错，提高了工作效率和准确度四。相对于其它方面的应用，ＲＦＩＤ技术在集装箱运输中的应用还具有很强的特殊性：（１）电子标签随集装箱流动，工作环境比较恶劣：温度高、湿度高、酸碱腐蚀、振动大等等；（２）集装箱移动较快，要求对高速运动物体的识别能力嘲；（３）集装箱箱号是集装箱的唯一身份标识，也是集装箱运输管理对象的唯一标识。要求对箱号的准确无误识别。ＲＦＩＤ具有很强的环境适应性，抗干扰能力强，可全天候使用，几乎不受污染与潮湿的影响。并且识别速度快，识别精度高。因而可以成功地用于集装箱运输的特殊环境中。此外，ＲＦＩＤ还具有信息容量大、保密性高、耐久性强、可靠性高、收稿日期：２００７－０８—２１
作者简介：张玉洁（１９＆４－），女。山西临汾人，北京交通大学交通运输学院在读硕士研究生。研究方向：运输系统分析与集成；刘军（１９６７－），男，新疆石河子人，北京交通大学交通运输学院，教授。博士生导师。研究方向：信息技术在交通运输中的应用；贾利民（１９６３一），男，新疆阿勒泰人，北京交通大学交通运输学院，教授，博士生导师，研究方向：铁路智能自动化及轨道智能运输系统；徐杰（１９７３－），男，山东单县人。北京交通欠学交通运输学院，博士后，研究方向：铁路智能运输系统。
３４Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ鼬ｉ—＿１ｅｃｈ２００８．２
ＲＦｌＤ技术在铁路集装箱堆场进出口的应用
多目标识别等特性。ＲＦＩＤ的这些特性使其成为了集装箱自动识别技术的最佳选择。
在集装箱上使用的ＲＦＩＤ标签按照其获取电能方式的不同可以分为两种类型：有源标签和无源标签。依其采用的频率不同可分为低频（１２５—１３４ｋＨｚ）、高频（１３．５６ＭＨｚ）、超高频（８６０－９６０ＭＨｚ）及微波（２．４５－４．８ＧＨｚ）四类。工作在不同频段或频点上的射频标签具有不同的特点。各类采用不同ＲｎＤ标签的集装箱管理系统均已有了一些应用。有源４３３ＭＨｚ集装箱运输管理系统在美国军事物资运输及民用海运等领域得到了广泛的运用。其中也包括了我国深圳盐田港的集装箱运输安全管理系统；有源９００ＭＨｚ集装箱运输管理系统。其典型应用就是德国邮政集装箱运输自动追踪系统、美国西雅图港至阿拉斯加港间的集装箱运输安全管理系统；有源２．４５ＧＨｚ集装箱运输管理系统成功地用于上海龙吴港至烟台港间的集装箱运输管理中；无源９００ＭＨｚ标签在我国集装箱公司蛇口生产基地的集装箱堆场管理中也得到了应用。
不过，总体来说射频识别技术在集装箱运输中应用还不够广泛，尤其在国内，仅有的一些应用还都停留在实验阶段，没有真正得到大规模广泛的实际运作。
２ＲｎＤ在铁路集装箱堆场出入口应用方案设计
在港Ｉ＝１集装箱管理中，集装箱归各船公司所有，不是港Ｉ＝Ｉ资产，在港Ｉ＝１建立基于ＲＦＩＤ的集装箱管理系统需要考虑多方面的因素，协调各方，因而难度很大。铁路集装箱办理站内的集装箱为铁路资产，对这些集装箱的有效管理是对铁路资产的良好维护，因此对铁路集装箱的监控就显得尤为重要，对ＲＦＩＤ技术在铁路集装箱中应用方案的探讨也具有十分重要的意义。
２．１铁路集装箱堆场自动出入管理系统功能结构设计
定义系统实现的功能。对系统的结构进行设计。
２．１．１系统的目标。铁路集装箱堆场自动出入管理系统主要实现以下目标：（１）通过对集卡装载集装箱出入站场的时间、车号、箱号等相关数据信息的自动记录，实现集装箱堆场的自动出入门管理；（２）通过对出入站场铁路车辆车号及其装载集装箱号的自动识别，实现离开堆场集装箱装运车号与箱号的自动绑定；（３）随时查询出任意集装箱的堆场出入记录，某段时间堆场所有集装箱的出入记录等信息；（４）对超过规定期限的集装箱进行追踪，确定该集装箱超期产生的费用结算等。２．１．２系统功能结构设计。集装箱堆场自动出入管理系统分为标签管理子系统、集卡出入口子系统、铁路出入口子系统及堆场管理子系统。、标签子系统主要为系统提供管理标签信息的功能，利用手持设备实现标签数据的录入，并可进行标签信息的查询、修改、删除。集卡出入口子系统对所有从集卡出入口进入和离开堆场的集卡和集装箱进行管理，实现对车道设备的控制。记录进入和离开堆场的集卡和集装箱的相关信息以及时间。并确定集卡和集装箱的对应关系，生成相应报表。铁路车辆出入Ｉ＝ｌ子系统对所有从铁路车辆出入口进入和离开堆场的集装箱进行管理，记录进入和离开堆场集装箱的相关信息及时问，实现离开堆场集装箱箱号与车号的绑定及报表生成。堆场出人口管理子系统对所有从集卡出入口、铁路车辆出入口进入和离开堆场的集卡和集装箱进行管理。实现集装箱出入堆场的记录查询、生成报表以及对于超期集装箱的费用计算。
系统功能结构设计图如图１
所示。
２．２堆场出入口实施方案
针对已提出的系统结构。重
点对ＲｎＤ系统各设备的安装、
集卡及铁路出入系统的具体实施
方案进行设计。
２．２．１设备安装方案。考虑到无
源标签低成本．可多次读写、长
使用寿命和高可靠性等优势。一
方面由于国家无线电管理委员会
在铁路车号识别系统应用时已批
准了９１５ＭＨｚ在铁路站场及沿线
图１铁路集装箱堆场自动出入管理系统结构图
使用。另一方面标签在低价格的
同时可以保证远距离读写的可靠性。目前铁路集装箱的保有量较大，要求ＲＦＩＤ标签的成本比较低，以控制过大的一次性投资及较低的维护费用。因此可以考虑采用无源９１５ＭＨｚ电子标签应用于铁路集装箱追踪。
（１）标签安装。将记录有集装箱箱号、集卡车号及其他属性数据的电子标签安装在集装箱和集卡上。为确保标签可以准确无漏读．需要在集装箱两侧各装一个标签，文献［７ｌｄｅ有对集装箱标签安装位置的具体规定：在有侧壁波纹时，应安装在第一和第二个侧波纹之间。集卡标签安装在集卡前挡风玻璃的内侧。
（２）阅读器安装。在集卡出人口及铁路到发线各安装一台阅读器，设备的正常工作需要提供２２０Ｖ供电电源，并有无线局域网覆盖。以进行数据传输。将串１２转无线设备与ＲＦＩＤ标签阅读器相连接，从而可将ＲＦＩＤ标签阅读器读取的数据通过无线的方式发送回服务器。
（３）天线安装。为确保集装箱标签数据的读取，在集卡及铁路出入Ｉ＝１两侧需各安装一个ＲＦＩＤ标签阅读器的天线，在集卡出人口的顶部也需安装一个ＲＦＩＤ标签阅读器的天线，用于读取安装在集卡前档风玻璃上的ＲＦＩＤ标签信息。
ｌ肪ｇｉｓｔｉｃｓｂｃｉ－Ｔｅｅｈ２００８．２３５
ＲＦＩＤ技术在铁路集装箱堆场进出口的应用
２．２．２集卡出人口方案。集卡出人口包括管理终端、车道工控机、射频读写器、天线、车辆检测器、信号灯、报警器、电动栏杆等硬件设备。
（１）入口处埋设地感线圈，并与车辆检测器连接，用来检测是否有车辆通过，车辆检测器判别有车后。发送信息给车道主机．车道主机启动接车程序。
（２）车道设备包括天线、读写器、车道工控机。当车道主机启动接车程序后，射频读写器打开天线，对来车和集装箱的ＲＦｌＤ标签进行读写。
（３）出口处设置信号灯、报警器、电动栏杆和与电动栏杆相配套的地埋线圈和车辆检测器。这些设备接收车道主机的控制．对通过车辆给出通过或扣留信息。
（４）管理终端由前端工控机、无线网卡构成。实现对所有车道设备控制和对集卡、集装箱数据的处理、分析并通过无线局域网与站信息中心的数据通信。
站场集卡出人口示意图如图２所示。
当有集装箱从集卡出人口出入堆场。安装在集卡出人口的
ＲＦＩＤ读出设备可将集卡以及集卡上集装箱的ＲｎＤ标签具体阿
容读出，并自动记录读取的具体时间，以确定该集卡及集装箱
出入堆场的时间，之后将这些信息发送回服务器。用以统计堆
场集卡以及集装箱的出入记录。
集卡出入口自动识别子系统．可以实现对出入门的集装箱
箱号及集卡车号的自动读取，及进出门时间的自动记录。从而
实现集卡出入门处的自动管理。
２．２．３铁路出入口方案。铁路出入口管理系统主要由管理终端、
铁路车号自动识别系统（车载标签、地面读出设备、车辆识别
设备）和集装箱自动识别系统（箱载标签、地面读、写设备）图２集卡出入口示意图
构成。站场铁路出入口示意图如图３所示。
、｝集装箱标篓。集装箱标签口／，
／，图３站场铁路出入口示意图在铁路现有的运行设备中。每一台机车安装有９１５ＭＨｚ
的机车标签．每一台货车安装有９１５ＭＨｚ的货车标签。通过
铁路车号自动识别系统所获得的车号与集装箱自动识别系统
所获得的对应的箱号就能实现车号和箱号的自动绑定。铁路
出人口管理终端由前端工控机、无线网卡构成。实现铁路车
号自动识别系统与集装箱自动识别系统的控制和车号、箱号
的绑定以及通过无线局域网与站信息中心进行车号、箱号的
通信。
集装箱在进入铁路人口前，自动识别并记录要进人堆场的集装箱箱号。集装箱在离开铁路出口后，自动将集装箱的箱号和列车的车号相绑定，实现集装箱箱号和列车车号的绑定。
铁路出入口自动识别子系统，实现对由铁路进出的集装箱箱号的自动读取。及其出入时间的自动记录，并实现箱号与车号的绑定．从而实现铁路出入口的自动管理。‘
３结束谮
以上分析可以看出ＲＦＩＤ在铁路集装箱运输中的应用具有切实的可行性，但具体的实施和应用方法目前还在实验阶段。ＲＦＩＤ为铁路集装箱运输管理提供了有效的手段。本文提出的堆场出人口ＲＦＩＤ管理方案可大大提高进出速度，改变原有落后低效的工作方式，提高管理的自动化水平。对于进出口的管理还只是铁路集装箱运输管理中的一个很小的环节，ＲＦＩＤ在整个运输流程的应用可实现铁路集装箱运输的全流程监控，确保铁路集装箱运输的效益和安全。当然这其中还存在许多值得探讨和解决的问题，随着这些问题的解决，ＲＦＩＤ在全路集装箱中的应用必将带来现有工作流程的变革。工作强度的降低、工作效率的提高及更有效跟踪管理。从而带来巨大的经济及社会效益。
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３６Ｌｏｇｉ８ｔｉｃｓＳｃｉ－Ｔｅｅｈ
２ｆ）０８．２
RFID技术在铁路集装箱堆场进出口的应用
作者：张玉洁， 刘军， 贾利民， 徐杰， ZHANG Yu-jie， LIU Jun， JIA Li-min， XU Jie
作者单位：北京交通大学,北京,100044
刊名：
物流科技
英文刊名：LOGISTICS SCI-TECH
年，卷(期)：2008，31(2)
被引用次数：3次
参考文献(7条)
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相似文献(5条)
1.学位论文史琳基于RFID技术的铁路集装箱实时查询系统的研究与实现2008
无线射频识别技术(RFID)是自动识别技术的一种高级形式。RFID最大的优点在于非接触读取数据。数据的自动识别完成了系统原始数据的采集工作，解决了人工抄录数据速度慢、误码率高、劳动强度大、工作简单重复性高等问题，成为计算机信息处理快速、准确地数据采集输入的有效手段。
随着我国加入WTO，国外运输企业也逐步进入到国内运输市场，这给铁路运输带来了较多的发展机遇，同时也带来了竞争压力。面对这些挑战和机遇，中国铁路必须加快发展。对铁路来讲，由运输服务向物流服务的战略转移是推进铁路跨越式发展的方式之一，而提供全面的物流信息则成为物流服务中一个至关重要的要素，其中货物追踪查询信息是物流信息中客户最需要的信息之一。目前在铁路运输中最重要的是铁路集装箱运输，因此本论文重点讨论铁路集装箱货物运输的追踪查询方案。现阶段我国铁路集装箱运输只能实现对货车的大节点追踪，离集装箱的追踪查询还有一段距离，并且现有的面向客户的铁路集装箱查询系统仅为铁路内部个别部门提供箱信息，不能为客户提供实时的集装箱动态信息查询服务。
本文在深入研究了铁路集装箱货物运输业务流程和RFID技术的基础上，构建了一个基于RFID的铁路集装箱管理和追踪的可行性方案，并且针对铁路上现有的集装箱查询系统所存在的问题，设计并实现了一个面向广大客户的铁路集装箱实时查询系统。
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2.学位论文陈建均基于RFID的铁路集装箱自动识别系统体系结构及防碰撞算法2008
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3.学位论文张玉洁基于Petri网的铁路集装箱运输流程建模与优化研究2007
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对业务流程进行建模有多种方法，Petri网因其严格的数学定义以及所提供的系统分析和验证方法，成为业务流程建模与分析的较好选择。本文在总结国内外研究现状的基础上，通过分析比较，选择Petri网作为建模工具。
对业务流程的分析是建模的基础，本文在对上海洋浦站及北京东站进行实地调研的基础上，将铁路集装箱运输过程分为发送、到达及中转作业三部分，对具体的工作流程进行描述和分析。在此基础上，分别建立基于赋时着色Petri网的铁路集装箱发送、到达及中转作业流程模型，并利用ExSpect软件包，选取流程周期时间为指标，对发送作业的Petri网模型进行仿真。分析仿真结果，得出影响现有工作流程效率的关键环节。
针对发送作业流程中由于信息无法共享造成重复操作，工作效率低下的问题，本文提出了基于RFID的技术方案，实现箱号的自动识别和记录，改变
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4.学位论文曹晓宁基于无线射频识别的铁路集装箱堆场管理系统数据清理技术研究2008
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然而，RFID数据具有不可靠性，尤其在集装箱堆场金属环境下无法达到堆场.管理的精度要求，数据清理技术应运而生。针对RFID错误和冗余数据的具体特征，数据清理技术实现了错误和冗余数据的消除，为上层应用提供准确信息。
本文首先阐述了基于无线射频识别的铁路集装箱堆场管理系统数据清理技术的研究背景和研究现状；在深入分析RFID数据特点的基础上，研究了常用的数据清理方法及各种典型的RFID数据清理框架。其次，深入调研集装箱堆场管理模式，提出了基于RFID集装箱堆场管理架构，并结合目前集装箱号编码方式和EPC标签编码特点，设计了集装箱电子标签的编码方式。随后，针对集装箱堆场管理流程和RFID技术的应用模式不同，分别研究了场内管理RFID数据清理技术和集装箱铁路出入口RFID数据清理技术：场内管理RFID数据清理技术主要针对场内管理中冗余数据较多及各种数据错误都存在的特点提出了三层架构的在场数据清理模型(InYardCleaning)；集装箱出入口RFID数据清理技术包含完整性模型和出入口数据清理模型(I&OYardCleaning)两部分，其中完整性模型用于消除标签阅读的负错误，出入口数据清理模型用于消除冗余数据和其它错误数据。在此基础上，本文对提出的集装箱堆场管理数据清理技术进行理论分析、详细设计、编码实现，并利用具体实验环境对三个模型分别进行功能验证和性能分析，评估实验结果，验证了方案的可行性和有效性。最后，对论文所做工作进行总结，并对下一步工作提出展望。
5.学位论文伦智峰基于射频识别技术的铁路集装箱堆场管理信息系统的研究与实现2008
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针对这个问题，有必要将无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)这一蓬勃发展的新技术引入集装箱运输跟踪和管理中来。射频识别技术和传统的自动化识别的技术相比有着非常明显的优势，它有速度快、效率高、可全天候工作、不怕灰尘污染、传输距离远等特点。将射频识别技术应用到集装箱管理中，将极大的提高管理的水平和效率。
本文从集装箱运输管理的现状入手，阐述了目前集装箱运输管理过程中存在的问题。在深入研究无线射频识别技术的基础上，针对铁路集装箱运输管理的情况分析了在铁路集装箱运输中应用RFID技术的可行性，并提出了适合铁路系统应用的基于RFID技术的集装箱运输管理方案。
本文着重讨论了在铁路集装箱堆场利用RFID技术实现信息化管理过程中存在的问题和相关技术，主要从标签和阅读器选择、场内集装箱定位、出入门管理、数据传输、系统安全以及与现有运输管理系统结合等几个方面进行了深入的探讨和研究，提出了相应的解决方法和实施建议。在此基础上，通过对系统的相关需求深入分析，完成了堆场管理信息系统的设计和实现，并利用实验环境对系统进行了功能测试。最后，对论文所做工作进行总结，并对下一步工作提出展望。
引证文献(3条)
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2.胡锦平新时期中国铁路集装箱运输的发展[期刊论文]-集装箱化 2009(2)
3.朱丹RFID技术在高校档案管理中的创新性应用研究[期刊论文]-兰台世界 2008(18)
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