顧 聞

(中鐵武漢勘察設(shè)計研究院有限公司，武漢 430074)

1 概述

集裝箱是運輸貨物的載體，在貨物運輸體系中，集裝箱箱號用于唯一標(biāo)識集裝箱。通過集裝箱箱號，可以獲知集裝箱的涵蓋貨物運輸起點、目的地、貨物類型、數(shù)量、重量、集裝箱尺寸等信息。集裝箱在箱體六面均標(biāo)有符合國際標(biāo)準(zhǔn)的箱號。

在鐵水聯(lián)運項目，一個鐵路港前車站（港灣站）對應(yīng)多個港口碼頭鐵路集裝箱場（港區(qū)、貨區(qū)）時，港灣站的集裝箱列車可以裝載集裝箱至不同的港區(qū)卸車。由于需要對集裝箱進(jìn)行裝卸，會對已經(jīng)固定堆放的集裝箱進(jìn)行重新編組。為確保貨物運輸?shù)臏?zhǔn)確性，需要采集集裝箱的信息，利用該信息對集裝箱列車所裝載集裝箱的箱號及型號等集裝箱狀態(tài)信息進(jìn)行核對確認(rèn)，以保證各集裝箱能夠運往正確的目的地。

2 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題

2.1 集裝箱箱號識別技術(shù)

集裝箱箱號是集裝箱在整個港區(qū)進(jìn)行裝卸船、堆放、驗殘、出關(guān)等作業(yè)流轉(zhuǎn)的依據(jù)，整個港口大數(shù)據(jù)系統(tǒng)正是圍繞集裝箱號展開的。集裝箱號碼自動識別，簡稱箱號識別，是基于圖像識別中的光學(xué)字符識別（OCR）技術(shù)發(fā)展而來的一種實用技術(shù)，它能對集裝箱圖像進(jìn)行實時抓拍，對集裝箱號和箱型代碼（ISO 號碼）進(jìn)行識別。

根據(jù)國際通行的規(guī)則，集裝箱號碼應(yīng)噴涂于集裝箱的前、后、左、右、上五個面，箱號末尾還有校驗碼和箱型代碼。由于集裝箱經(jīng)常上下疊放，一般箱頂?shù)淖煮w磨損都相當(dāng)嚴(yán)重，因此，系統(tǒng)通常只采集前、后、左、右四個面的箱號圖像進(jìn)行識別。因箱號并非標(biāo)注在平面而是在曲面上，字符區(qū)域附近有非常復(fù)雜的紋理與噪聲，加上海運露天腐蝕出現(xiàn)油漆脫落等情況，現(xiàn)階段，集裝箱號運用現(xiàn)行技術(shù)手段識別準(zhǔn)確率僅為80%～85%，且難以識別有瑕疵的集裝箱標(biāo)記，因此各港口還要配備大量的理貨人員專門記錄集裝箱號，再人工錄入系統(tǒng)。

2.2 圖像識別技術(shù)

圖像識別技術(shù)是利用計算機對圖像進(jìn)行處理、分析和理解，用于識別各種不同模式目標(biāo)和對像的技術(shù)。在工業(yè)應(yīng)用中，一般采用工業(yè)相機拍攝圖片，再利用圖像識別軟件根據(jù)圖片灰階差做進(jìn)一步識別處理，從而得出識別結(jié)果。該系統(tǒng)由以下部分組成。

前端光電觸發(fā)設(shè)備： 當(dāng)識別物體進(jìn)入到識別區(qū)域時，用于觸發(fā)識別系統(tǒng)進(jìn)行工作的設(shè)備，一般采用紅外探測設(shè)備。

前端圖像采集設(shè)備：對識別物體的特征進(jìn)行圖像采集，一般采用高分辨率的工業(yè)級相機。

后端識別算法軟件：對前端采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、識別，供后臺系統(tǒng)使用。

目前，圖像識別技術(shù)雖然識別率較高，但是因鐵路站場和運輸設(shè)備條件的限制，很難找到合適的相機安裝位置，對圖像采集存在較大的難度。

3 解決方案

針對在港口集裝箱中轉(zhuǎn)過程中，利用運輸車輛對集裝箱進(jìn)行運輸，可以對裝載在運輸車輛上的集裝箱箱號和集裝箱裝載位置進(jìn)行識別。本方案在集裝箱號碼自動識別技術(shù)和圖像識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種新型的集裝箱裝載狀態(tài)檢測及箱號識別技術(shù)。

3.1 系統(tǒng)功能

集裝箱裝載狀態(tài)檢測及箱號識別技術(shù)（簡稱裝載狀態(tài)檢測技術(shù)）主要功能包括：對運輸車輛所裝載集裝箱的箱號、型號、裝載集裝箱數(shù)量、集裝箱裝載位置、箱號磨損、箱體破損情況進(jìn)行自動檢測，核對集裝箱信息，對箱號磨損和箱體破損的集裝箱做自動標(biāo)記等。

3.2 前端圖像采集

前端圖像采集系統(tǒng)在運輸車輛上設(shè)置重力開關(guān)、控制器、伸縮桿和攝像機。重力開關(guān)在檢測到運輸車輛的載重發(fā)生變化時，向控制器發(fā)送啟動信號，由控制器控制伸縮桿伸出，當(dāng)伸縮桿到達(dá)指定位置后，啟動攝像機，同步采集集裝箱前、后、左、右四個表面的箱體外觀，得到集裝箱四個表面的集裝箱圖像，并將采集到的圖像發(fā)送給接收端，實現(xiàn)集裝箱圖像的自動采集。運輸車輛上各設(shè)備的安裝位置如圖1 所示。

圖1 前端檢測設(shè)備安裝圖Fig.1 Front-end test equipment installation diagram

如圖1 所示，重力開關(guān)安裝在運輸車輛車體上，攝像機安裝在車體前后兩端的中間及車輛底部的伸縮桿上。為了不影響運輸車輛的行駛，只有在進(jìn)行圖像采集時，控制器才會控制伸縮桿伸出；在獲得集裝箱圖像后，控制器控制關(guān)閉攝像機并將伸縮桿縮回車體底部，減少車體側(cè)面的攝像機對運輸車輛的影響。另外，為了減少光線變化對采集效果的影響，運輸車輛還可以安裝補光燈和光感器，通過光感器判定是否開啟補光燈補充光源。

3.3 后端圖像處理

后端圖像處理系統(tǒng)設(shè)置服務(wù)器、終端等具有信息處理能力的電子設(shè)備，對前端采集到的圖像進(jìn)行處理。接收控制器發(fā)送的集裝箱圖像，將集裝箱圖像分割成數(shù)個子區(qū)域，對每一子區(qū)域進(jìn)行識別，得到運輸車輛所裝載集裝箱的箱號、型號、數(shù)量及各集裝箱的位置等信息。由于受攝像機照射角度的影響，攝像機采集的集裝箱圖像可能有畸變，在將其分割成子區(qū)域之前，還可以采用畸變校正技術(shù)，對其進(jìn)行還原修復(fù)，進(jìn)一步提升識別的準(zhǔn)確率。

3.3.1 集裝箱箱號及箱號磨損情況識別

攝像機可以對集裝箱的單個表面采集一張或多張圖像，后端可以對每張集裝箱圖像進(jìn)行識別，并且將識別結(jié)果中出現(xiàn)次數(shù)最多的箱號作為集裝箱的箱號；也可以選擇清晰度最高的集裝箱圖像進(jìn)行識別，得到集裝箱的箱號。當(dāng)攝像機對集裝箱多個表面采集圖像時，可以對各個表面所得的箱號進(jìn)行綜合互補判斷，來確定最終箱號，避免出現(xiàn)箱號磨損嚴(yán)重，單個表面無法識別箱號的情況，進(jìn)一步提升集裝箱箱號識別率。同時，針對出現(xiàn)無法識別箱號的集裝箱，將無法識別箱號區(qū)域標(biāo)記為 “箱號缺失”區(qū)域，便于后期對集裝箱箱號的維護(hù)及修復(fù)。

3.3.2 集裝箱型號、數(shù)量識別

由于車體前后兩端攝像機采集的集裝箱圖像，因集裝箱間的遮擋無法準(zhǔn)確區(qū)分出集裝箱的數(shù)量，后端僅對采集的集裝箱側(cè)面圖片利用邊緣檢測技術(shù)進(jìn)行圖像處理。通常集裝箱的型號分為40 英尺柜和20 英尺柜，40 英尺柜的尺寸為40×8×8.6 英尺（內(nèi)徑12 024×2 352×2 390 mm），20英尺柜的尺寸為20×8×8.6 英尺（內(nèi)徑5 898×2 352×2 390 mm）。根據(jù)不同型號集裝箱尺寸，可以判定所裝載集裝箱的型號和數(shù)量。

3.3.3 集裝箱裝載位置識別

后端對采集的集裝箱側(cè)面圖片利用邊緣檢測技術(shù)進(jìn)行圖像處理，同時將集裝箱圖像分割成數(shù)個子區(qū)域，如上部和下部2 個子區(qū)域，或者左上、左下、右上、右下4 個子區(qū)域，根據(jù)集裝箱在圖像中所處子區(qū)域來判定集裝箱在運輸車輛上裝載的位置。

3.3.4 集裝箱箱體破損情況識別

集裝箱箱體破損狀態(tài)包括箱體變形、箱門變形、箱門丟失、箱體有擦破口和箱體有撞破口等。后端系統(tǒng)建立集裝箱圖像庫，預(yù)先存儲集裝箱圖像以及各集裝箱圖像的破損狀態(tài)圖像作為源圖像，采集的集裝箱圖像與源圖像比對，獲得兩種圖像之間相似度，將相似度最高的源圖像所對應(yīng)的破損狀態(tài)作為集裝箱圖像的破損狀態(tài)。對于未破損的集裝箱，其集裝箱圖像的破損狀態(tài)為無。對于判定為破損狀態(tài)的集裝箱，將該集裝箱標(biāo)記為“集裝箱破損”，便于后期對集裝箱箱體的維護(hù)及修復(fù)。

3.3.5 集裝箱信息核對

將本系統(tǒng)檢測識別的集裝箱箱號及型號與車輛裝卸信息中的集裝箱箱號及型號進(jìn)行比對，如出現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配的情況進(jìn)行自動告警，避免在轉(zhuǎn)運過程中出現(xiàn)集裝箱裝載錯誤的情況。

4 技術(shù)效果

本技術(shù)適用于在集裝箱轉(zhuǎn)運途中，對運輸車輛所裝載集裝箱的箱號、型號、裝載位置、數(shù)量、箱號磨損情況、箱體破損情況等多項數(shù)據(jù)的自動檢測識別，采集的圖像能夠更準(zhǔn)確、更實時的反映集裝箱信息，提升采集集裝箱信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，并減少現(xiàn)場理貨人員的工作量。同時，由于檢測設(shè)備均安裝在運輸車輛上，使得整個檢測系統(tǒng)具備一定的機動性，不再受到檢測場地的影響，檢測過程更加便捷，在一定程度上提高集裝箱轉(zhuǎn)運作業(yè)的工作效率及準(zhǔn)確率。