顧 聞

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430074)

1 概述

集裝箱是運(yùn)輸貨物的載體，在貨物運(yùn)輸體系中，集裝箱箱號(hào)用于唯一標(biāo)識(shí)集裝箱。通過(guò)集裝箱箱號(hào)，可以獲知集裝箱的涵蓋貨物運(yùn)輸起點(diǎn)、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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的箱號(hào)。

在鐵水聯(lián)運(yùn)項(xiàng)目，一個(gè)鐵路港前車站（港灣站）對(duì)應(yīng)多個(gè)港口碼頭鐵路集裝箱場(chǎng)（港區(qū)、貨區(qū)）時(shí)，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(duì)集裝箱進(jìn)行裝卸，會(huì)對(duì)已經(jīng)固定堆放的集裝箱進(jìn)行重新編組。為確保貨物運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)確性，需要采集集裝箱的信息，利用該信息對(duì)集裝箱列車所裝載集裝箱的箱號(hào)及型號(hào)等集裝箱狀態(tài)信息進(jìn)行核對(duì)確認(rèn)，以保證各集裝箱能夠運(yùn)往正確的目的地。

2 現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 集裝箱箱號(hào)識(shí)別技術(shù)

集裝箱箱號(hào)是集裝箱在整個(gè)港區(qū)進(jìn)行裝卸船、堆放、驗(yàn)殘、出關(guān)等作業(yè)流轉(zhuǎn)的依據(jù)，整個(gè)港口大數(shù)據(jù)系統(tǒng)正是圍繞集裝箱號(hào)展開(kāi)的。集裝箱號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別，簡(jiǎn)稱箱號(hào)識(shí)別，是基于圖像識(shí)別中的光學(xué)字符識(shí)別（OCR）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種實(shí)用技術(shù)，它能對(duì)集裝箱圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍，對(duì)集裝箱號(hào)和箱型代碼（ISO 號(hào)碼）進(jìn)行識(shí)別。

根據(jù)國(guó)際通行的規(guī)則，集裝箱號(hào)碼應(yīng)噴涂于集裝箱的前、后、左、右、上五個(gè)面，箱號(hào)末尾還有校驗(yàn)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(gè)面的箱號(hào)圖像進(jìn)行識(shí)別。因箱號(hào)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(yùn)露天腐蝕出現(xiàn)油漆脫落等情況，現(xiàn)階段，集裝箱號(hào)運(yùn)用現(xiàn)行技術(shù)手段識(shí)別準(zhǔn)確率僅為80%～85%，且難以識(shí)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(mén)記錄集裝箱號(hào)，再人工錄入系統(tǒng)。

2.2 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，用于識(shí)別各種不同模式目標(biāo)和對(duì)像的技術(shù)。在工業(yè)應(yīng)用中，一般采用工業(yè)相機(jī)拍攝圖片，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。該系統(tǒng)由以下部分組成。

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

前端圖像采集設(shè)備：對(duì)識(shí)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(jí)相機(jī)。

后端識(shí)別算法軟件：對(duì)前端采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、識(shí)別，供后臺(tái)系統(tǒng)使用。

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

3 解決方案

針對(duì)在港口集裝箱中轉(zhuǎn)過(guò)程中，利用運(yùn)輸車輛對(duì)集裝箱進(jìn)行運(yùn)輸，可以對(duì)裝載在運(yùn)輸車輛上的集裝箱箱號(hào)和集裝箱裝載位置進(jìn)行識(shí)別。本方案在集裝箱號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和圖像識(shí)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(cè)及箱號(hào)識(shí)別技術(shù)。

3.1 系統(tǒng)功能

集裝箱裝載狀態(tài)檢測(cè)及箱號(hào)識(shí)別技術(shù)（簡(jiǎn)稱裝載狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)）主要功能包括：對(duì)運(yùn)輸車輛所裝載集裝箱的箱號(hào)、型號(hào)、裝載集裝箱數(shù)量、集裝箱裝載位置、箱號(hào)磨損、箱體破損情況進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，核對(duì)集裝箱信息，對(duì)箱號(hào)磨損和箱體破損的集裝箱做自動(dòng)標(biāo)記等。

3.2 前端圖像采集

前端圖像采集系統(tǒng)在運(yùn)輸車輛上設(shè)置重力開(kāi)關(guān)、控制器、伸縮桿和攝像機(jī)。重力開(kāi)關(guān)在檢測(cè)到運(yùn)輸車輛的載重發(fā)生變化時(shí)，向控制器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，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(dòng)攝像機(jī)，同步采集集裝箱前、后、左、右四個(gè)表面的箱體外觀，得到集裝箱四個(gè)表面的集裝箱圖像，并將采集到的圖像發(fā)送給接收端，實(shí)現(xiàn)集裝箱圖像的自動(dòng)采集。運(yùn)輸車輛上各設(shè)備的安裝位置如圖1 所示。

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

如圖1 所示，重力開(kāi)關(guān)安裝在運(yùn)輸車輛車體上，攝像機(jī)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(yùn)輸車輛的行駛，只有在進(jìn)行圖像采集時(shí)，控制器才會(huì)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(jī)并將伸縮桿縮回車體底部，減少車體側(cè)面的攝像機(jī)對(duì)運(yùn)輸車輛的影響。另外，為了減少光線變化對(duì)采集效果的影響，運(yùn)輸車輛還可以安裝補(bǔ)光燈和光感器，通過(guò)光感器判定是否開(kāi)啟補(bǔ)光燈補(bǔ)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(duì)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(gè)子區(qū)域，對(duì)每一子區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，得到運(yùn)輸車輛所裝載集裝箱的箱號(hào)、型號(hào)、數(shù)量及各集裝箱的位置等信息。由于受攝像機(jī)照射角度的影響，攝像機(jī)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(duì)其進(jìn)行還原修復(fù)，進(jìn)一步提升識(shí)別的準(zhǔn)確率。

3.3.1 集裝箱箱號(hào)及箱號(hào)磨損情況識(shí)別

攝像機(jī)可以對(duì)集裝箱的單個(gè)表面采集一張或多張圖像，后端可以對(duì)每張集裝箱圖像進(jìn)行識(shí)別，并且將識(shí)別結(jié)果中出現(xiàn)次數(shù)最多的箱號(hào)作為集裝箱的箱號(hào)；也可以選擇清晰度最高的集裝箱圖像進(jìn)行識(shí)別，得到集裝箱的箱號(hào)。當(dāng)攝像機(jī)對(duì)集裝箱多個(gè)表面采集圖像時(shí)，可以對(duì)各個(gè)表面所得的箱號(hào)進(jìn)行綜合互補(bǔ)判斷，來(lái)確定最終箱號(hào)，避免出現(xiàn)箱號(hào)磨損嚴(yán)重，單個(gè)表面無(wú)法識(shí)別箱號(hào)的情況，進(jìn)一步提升集裝箱箱號(hào)識(shí)別率。同時(shí)，針對(duì)出現(xiàn)無(wú)法識(shí)別箱號(hào)的集裝箱，將無(wú)法識(shí)別箱號(hào)區(qū)域標(biāo)記為 “箱號(hào)缺失”區(qū)域，便于后期對(duì)集裝箱箱號(hào)的維護(hù)及修復(fù)。

3.3.2 集裝箱型號(hào)、數(shù)量識(shí)別

由于車體前后兩端攝像機(jī)采集的集裝箱圖像，因集裝箱間的遮擋無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分出集裝箱的數(shù)量，后端僅對(duì)采集的集裝箱側(cè)面圖片利用邊緣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行圖像處理。通常集裝箱的型號(hào)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(hào)集裝箱尺寸，可以判定所裝載集裝箱的型號(hào)和數(shù)量。

3.3.3 集裝箱裝載位置識(shí)別

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

3.3.4 集裝箱箱體破損情況識(shí)別

集裝箱箱體破損狀態(tài)包括箱體變形、箱門(mén)變形、箱門(mén)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(kù)，預(yù)先存儲(chǔ)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(duì)，獲得兩種圖像之間相似度，將相似度最高的源圖像所對(duì)應(yīng)的破損狀態(tài)作為集裝箱圖像的破損狀態(tài)。對(duì)于未破損的集裝箱，其集裝箱圖像的破損狀態(tài)為無(wú)。對(duì)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(duì)集裝箱箱體的維護(hù)及修復(fù)。

3.3.5 集裝箱信息核對(duì)

將本系統(tǒng)檢測(cè)識(shí)別的集裝箱箱號(hào)及型號(hào)與車輛裝卸信息中的集裝箱箱號(hào)及型號(hào)進(jìn)行比對(duì)，如出現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配的情況進(jìn)行自動(dòng)告警，避免在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)集裝箱裝載錯(cuò)誤的情況。

4 技術(shù)效果

本技術(shù)適用于在集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)途中，對(duì)運(yùn)輸車輛所裝載集裝箱的箱號(hào)、型號(hào)、裝載位置、數(shù)量、箱號(hào)磨損情況、箱體破損情況等多項(xiàng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別，采集的圖像能夠更準(zhǔn)確、更實(shí)時(shí)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(chǎng)理貨人員的工作量。同時(shí)，由于檢測(cè)設(shè)備均安裝在運(yùn)輸車輛上，使得整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)具備一定的機(jī)動(dòng)性，不再受到檢測(cè)場(chǎng)地的影響，檢測(cè)過(guò)程更加便捷，在一定程度上提高集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)的工作效率及準(zhǔn)確率。