黃 瑞

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430074)

1 概述

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、高效快捷、集約經(jīng)濟(jì)、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，是貨物運(yùn)輸發(fā)展的重要方向。集裝箱是運(yùn)輸貨物的載體，集裝箱箱號(hào)是集裝箱型號(hào)、容積、產(chǎn)權(quán)企業(yè)、序號(hào)碼的集合，在全球集裝箱運(yùn)輸體系中是唯一代碼。在運(yùn)輸體系中集裝箱箱號(hào)是貨物運(yùn)輸起點(diǎn)、目的地、貨物類(lèi)型、數(shù)量、重量、集裝箱尺寸的唯一代碼。集裝箱鐵路運(yùn)輸貨物中鐵路集裝箱站、鐵水聯(lián)運(yùn)鐵路港灣站或?qū)Ｓ镁€(xiàn)貨區(qū)（港區(qū)）集裝箱裝車(chē)后，需要以車(chē)輛作為載體加入鐵路運(yùn)輸流程，鐵路車(chē)輛的車(chē)號(hào)在后續(xù)貨票、運(yùn)輸過(guò)程中作為代碼進(jìn)行作業(yè)流程和交接作業(yè)的基礎(chǔ)信息。因此集裝箱箱號(hào)和鐵路運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)號(hào)的關(guān)聯(lián)是一個(gè)非常重要的作業(yè)內(nèi)容。

到達(dá)鐵路集裝箱站、鐵水聯(lián)運(yùn)鐵路港灣站集裝箱列車(chē)，卸車(chē)作業(yè)時(shí)鐵路車(chē)輛車(chē)號(hào)需要解除關(guān)聯(lián)；進(jìn)行倒裝法解體/編組列車(chē)作業(yè)時(shí)，倒裝到另一臺(tái)鐵路車(chē)輛（駁接車(chē)輛）時(shí)，需要集裝箱箱號(hào)與倒裝車(chē)輛車(chē)號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

一個(gè)鐵路港灣站連接多個(gè)集裝箱貨區(qū)（港區(qū)）鐵路專(zhuān)用線(xiàn)時(shí)，到達(dá)的集裝箱列車(chē)車(chē)輛集裝箱目的地方向組號(hào)隨機(jī)分布，無(wú)法滿(mǎn)足多處專(zhuān)用線(xiàn)貨區(qū)（港區(qū)）裝卸堆場(chǎng)依次快速送達(dá)的要求，需要對(duì)到達(dá)的集裝箱進(jìn)行按組號(hào)分組。在分組過(guò)程中集裝箱箱號(hào)需要與駁接車(chē)輛車(chē)號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

目前這種作業(yè)方式均采用人工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行記錄、核對(duì)，作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，集裝箱的裝卸、倒裝、中轉(zhuǎn)作業(yè)效率不高。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

為了提高鐵路集裝箱列車(chē)裝卸時(shí)集裝箱箱號(hào)與軌道車(chē)輛車(chē)號(hào)關(guān)聯(lián)的效率問(wèn)題，本方案在基于集裝箱動(dòng)力平車(chē)中轉(zhuǎn)倒裝作業(yè)方式下，提出一種新型的列車(chē)車(chē)號(hào)與集裝箱箱號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)方法，該方法采用圖像識(shí)別技術(shù)（利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)像的技術(shù)。一般工業(yè)使用中，采用工業(yè)相機(jī)拍攝圖片，然后再利用圖像識(shí)別軟件根據(jù)圖片灰階差做進(jìn)一步識(shí)別處理，從而得出識(shí)別結(jié)果），通過(guò)對(duì)裝載車(chē)輛車(chē)號(hào)和集裝箱箱號(hào)識(shí)別、對(duì)比，從而進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該方法適合一個(gè)鐵路港灣站對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)集裝箱貨區(qū)（港區(qū)）情況下的集裝箱裝卸作業(yè)。

鐵路車(chē)站的車(chē)號(hào)與箱號(hào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，是鐵路車(chē)站自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)的子系統(tǒng)（通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)行鐵路車(chē)輛的識(shí)別、定位，裝卸機(jī)具的定位、走行、吊裝，集裝箱的識(shí)別，駁接車(chē)輛的定位、運(yùn)行等一系列操作，從而完成鐵路集裝箱的自動(dòng)裝卸），具有圖像采集、自動(dòng)識(shí)別、數(shù)據(jù)對(duì)比、數(shù)據(jù)交換等功能。車(chē)號(hào)與箱號(hào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)與鐵路集裝箱貨場(chǎng)管理系統(tǒng)（一種采用互聯(lián)網(wǎng)信息化和計(jì)算機(jī)技術(shù)，管理集裝箱裝車(chē)、卸車(chē)、中轉(zhuǎn)、交接物流作業(yè)，鐵水聯(lián)運(yùn)，鐵公聯(lián)運(yùn)的物流管理信息系統(tǒng)）有數(shù)據(jù)交換，用于鐵路自動(dòng)裝卸作業(yè)中集裝箱與車(chē)輛信息的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)駁接車(chē)輛的車(chē)號(hào)信息查詢(xún)集裝箱的貨位信息，為自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)確定駁接車(chē)輛的行駛目的提供依據(jù)。該系統(tǒng)由圖像采集子系統(tǒng)、圖像識(shí)別子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)對(duì)比子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)組成，如圖1 所示。

圖1 車(chē)號(hào)與箱號(hào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of correlation system between rail car number and container number

圖像采集子系統(tǒng)的功能是采用數(shù)字高清攝像機(jī)對(duì)集裝箱箱號(hào)和軌道車(chē)車(chē)號(hào)進(jìn)行拍照，光學(xué)圖像通過(guò)數(shù)字化，形成數(shù)字圖像，供計(jì)算機(jī)處理和保存。

圖像識(shí)別子系統(tǒng)的功能是通過(guò)計(jì)算機(jī)算法對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，提取圖像特征并進(jìn)行圖像識(shí)別，將識(shí)別的圖像結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)對(duì)比子系統(tǒng)的功能是對(duì)鐵路自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)提供的車(chē)號(hào)信息與當(dāng)前識(shí)別的圖像信息進(jìn)行對(duì)比，如果對(duì)比信息一致，可自動(dòng)進(jìn)行下一步作業(yè)；如果對(duì)比信息不一致，則自動(dòng)作業(yè)終止，請(qǐng)求人工核實(shí)。

數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)的功能是在集裝箱的吊裝過(guò)程中，根據(jù)車(chē)輛與集裝箱裝載狀態(tài)關(guān)系，自動(dòng)將最新的車(chē)輛車(chē)號(hào)與集裝箱箱號(hào)進(jìn)行綁定或取消綁定；在集裝箱裝卸前，數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)先從鐵路集裝箱貨場(chǎng)管理系統(tǒng)接收箱號(hào)信息，在集裝箱裝卸完成后把最終的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給鐵路集裝箱貨場(chǎng)管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)作業(yè)方法

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖Fig.2 System scheme design diagram

設(shè)計(jì)方案中，龍門(mén)吊可跨越多條股道，本次按三條股道為例進(jìn)行說(shuō)明。圖2（a）中2 條股道為集裝箱列車(chē)的裝卸線(xiàn)，1 條股道為軌道平車(chē)（駁接車(chē)輛）走行線(xiàn)，龍門(mén)吊作業(yè)可把列車(chē)裝卸線(xiàn)上列車(chē)的集裝箱吊裝到軌道平車(chē)走行線(xiàn)上的軌道平車(chē)，也可把軌道平車(chē)上的集裝箱吊裝到列車(chē)裝卸線(xiàn)上的列車(chē)上。龍門(mén)吊吊臂各安裝4 臺(tái)攝像機(jī)，用于在吊臂抓取集裝箱過(guò)程中抓拍集裝箱頂部箱號(hào)和集裝箱平板車(chē)側(cè)面車(chē)號(hào)，攝像機(jī)均需采用外伸支架進(jìn)行安裝。當(dāng)?shù)醣坶_(kāi)始工作在集裝箱正上方（定位、未抓取）時(shí)，攝像機(jī)先抓拍集裝箱頂部的箱號(hào)圖像，當(dāng)?shù)醣圩ト〖b箱時(shí)，攝像機(jī)再抓拍集裝箱側(cè)面的箱號(hào)圖像，并將兩次抓拍的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給圖像識(shí)別子系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)識(shí)別的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

圖2（b）為研究方法的立面布置圖，攝像機(jī)通過(guò)外伸支架安裝在吊臂兩側(cè)，吊臂在抓取集裝箱時(shí)，攝像機(jī)對(duì)集裝箱平板列車(chē)車(chē)號(hào)進(jìn)行抓拍。

圖2（c）是研究方法各設(shè)備位置關(guān)系圖，股道線(xiàn)間距為5 m，為保證設(shè)備安全，攝像機(jī)距股道中心線(xiàn)2.5 m，集裝箱寬度為2.13 m，攝像機(jī)距集裝箱外邊距離最大為1.435 m，集裝箱高度為2.18 m，通過(guò)計(jì)算，攝像機(jī)與平板列車(chē)側(cè)邊車(chē)號(hào)角在29.1°到33.4°之間。

作業(yè)過(guò)程如圖3，4，5 所示。

龍門(mén)吊移動(dòng)到集裝箱吊裝位置，吊臂移動(dòng)到集裝箱正上方，攝像機(jī)開(kāi)始對(duì)集裝箱頂部箱號(hào)進(jìn)行抓拍，圖像識(shí)別系統(tǒng)對(duì)圖片處理，識(shí)別箱號(hào)，并把箱號(hào)信息發(fā)送給集裝箱管理信息系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，如圖3 所示。在龍門(mén)吊吊臂抓取集裝箱時(shí)，吊臂兩側(cè)的攝像機(jī)對(duì)平板列車(chē)兩側(cè)車(chē)號(hào)進(jìn)行拍照，圖像識(shí)別系統(tǒng)對(duì)圖片處理，識(shí)別列車(chē)車(chē)號(hào)，通過(guò)對(duì)比自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)發(fā)送的車(chē)號(hào)和箱號(hào)信息，確認(rèn)信息一致后，系統(tǒng)對(duì)箱號(hào)和車(chē)號(hào)信息解除關(guān)聯(lián)狀態(tài)，解除關(guān)聯(lián)狀態(tài)信息發(fā)送給集裝箱管理信息系統(tǒng)，如圖4 所示。當(dāng)龍門(mén)吊吊臂把抓取的集裝箱放到倒裝車(chē)輛上時(shí)，吊臂兩側(cè)的攝像機(jī)對(duì)倒裝車(chē)輛兩側(cè)車(chē)號(hào)進(jìn)行拍照，圖像識(shí)別系統(tǒng)對(duì)圖片處理，識(shí)別列車(chē)車(chē)號(hào)，并對(duì)箱號(hào)和車(chē)號(hào)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后將關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給集裝箱管理信息系統(tǒng)，如圖5 所示。

方案作業(yè)流程如圖6 所示。

4 小結(jié)

圖3 系統(tǒng)對(duì)集裝箱頂部箱號(hào)識(shí)別Fig.3 System recognition of container number on the top of the container

圖4 系統(tǒng)對(duì)裝載車(chē)輛車(chē)號(hào)識(shí)別Fig.4 Vehicle number identification

圖5 系統(tǒng)對(duì)倒裝車(chē)輛車(chē)號(hào)識(shí)別Fig.5 System recognition of loading car number

圖6 方案作業(yè)流程圖Fig.6 Flow chart of scheme operation

本研究方案是基于集裝箱自動(dòng)化裝卸作業(yè)方式提出一種軌道車(chē)輛車(chē)號(hào)與集裝箱箱號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)方法，該方法適用于鐵路港灣站(一站多場(chǎng))集裝箱裝卸中轉(zhuǎn)作業(yè)中集裝箱箱號(hào)與裝載車(chē)輛（駁接車(chē)輛）的車(chē)號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)自動(dòng)確定裝卸車(chē)輛的裝卸貨區(qū)。

本研究方案是利用圖像采集系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等多項(xiàng)智能分析系統(tǒng)，通過(guò)與鐵路自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)、鐵路集裝箱貨場(chǎng)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了集裝箱在鐵路車(chē)輛與其他車(chē)輛倒裝過(guò)程中貨物信息與車(chē)輛信息的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。該方法使鐵路集裝箱列車(chē)的集裝箱箱號(hào)與裝卸車(chē)輛車(chē)號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)，代替目前的現(xiàn)場(chǎng)人工作業(yè)，提高了整個(gè)集裝箱裝卸作業(yè)的效率。