集装箱箱号智能识别系统

青岛海西重机有限责任公司

1 引言

近几年来，进出口业务量快速增长，各港口的集装箱吞吐量迅猛提高。为了提高集装箱识别速度，减轻人工作业负荷，减少安全隐患、提升设备作业效率，各大港口对集装箱装卸设备进行智慧化、智能化升级。作为集装箱装卸设备重要组成部分的箱号识别系统，成为重点升级系统之一。

传统集装箱装卸作业时，箱号、箱型等信息需要人工确认，影响集装箱码头作业效率。自动化轨道吊不同于常规的轮胎吊或轨道吊，由于其操控系统在远程控制中心，无法像常规设备直接透过司机室玻璃辨识集装箱号，如果在远程控制中心通过远程监控系统进行图像辨识，将浪费大量作业时间。将基于AI(人工智能)技术的箱号识别系统运用到装卸设备上，通过高清摄像机采集集装箱号码，经过AI智能控制软件处理分析并形成报文，通过光纤或5G无线通讯网络将集装箱信息传送至TOS(码头作业管理系统)，TOS根据报文将识别到的箱号和作业指令箱号作对比，判断该集装箱是否合法，整个处理过程在毫秒级，可大大提高作业效率。

2 智能集装箱箱号识别系统的组成

集装箱箱号识别系统由高清摄像头、网路汇集交换机、计算机处理器、可视化设备组成。该系统通过以太网与轨道吊控制系统及码头作业管理系统通讯。工控机通过交换机连接不同的摄像头，通过串口、DP、IO等接口方式连接PLC，通过网口连接光纤交换机。识别软件的主要功能是通过从PLC接口获取的当前PLC中信息，实现对摄像头的控制以及数据采集功能，对采集到的图像进行识别，并通过光纤或5G网络把图像上传到中心服务器，同时把识别结果发送到中心服务软件。设备组成见图1。

图1 箱号识别系统组成

箱号识别系统的核心是基于AI的智能处理系统。智能处理系统主要包括图像采集子系统、智能识别子系统、中心服务子系统、监控管理子系统[1]。4个子系统充分体现模块化系统集成的设计思想，借助码头生产网络进行通讯连接，实现集装箱号识别、ISO码识别以及可视化管理等功能。图2为箱号识别系统的AI智能系统组成图。

图2 箱号识别AI智能系统组成图

(1)图像采集子系统。ARMG海陆两侧作业，每侧安装4个摄像头，共8个摄像头用于箱号、ISO识别等。在ARMG作业过程中，图像采集子系统通过PLC信号、集卡对位信号、视频流等信息，在不同时间触发不同摄像头进行拍摄，并进行图像预处理。

(2)智能识别子系统。在箱号识别系统的工控机内部署AI智能处理软件。AI智能处理软件采用目前最先进的AI人工智能技术，基于海量数据样本、核心识别模块针对箱号识别的复杂场景构建专有深度学习网络结构，利用AI深度学习技术，定位出字符区域，再依据神经网络与模板匹配相结合的方法进行识别，可快速定位箱号位置，准确识别箱号，有效解决字符残损、粘连、外界光线、拍摄角度变化等识别困难的问题。AI深度学习算法，可持续不断地训练迭代并完善算法模型，随着使用时间的增长，不断提高识别准确性。

(3)中心服务子系统。中心服务器上部署中心服务软件、FTP服务器、数据库，中心服务软件接收到识别软件上传的识别结果，并将识别结果存储到数据库中，同时将识别结果发送到监控管理软件显示，转发给TOS、ECS用于作业指令校核确认等。

(4)监控管理子系统。管理监控平台可部署在中控室，管理监控平台包含实时查看集装箱图片信息，查看并修改识别结果，查询历史数据及统计等功能。

3 箱号智能识别系统工作原理

集装箱识别系统链接PLC、TOS等外部控制系统，当吊具闭锁时由PLC发出识别使能信号，精准触发高清摄像机抓拍有效图像数据，由AI智能识别模块对图像及数据分析处理，自动识别集装箱号码、箱型代码等信息，服务器通过新加入的数据样本进行训练学习来持续完善识别系统的算法模型，同时将识别结果以约定好的报文形式，借助光纤、5G等通讯方式，上传至TOS、ECS等作业管理系统，由TOS系统进行信息校对，确认目标集装箱是否和作业指令集装箱相匹配，完成作业确认。同时通过配备的显示器可视化显示本次识别信息。如果到访集装箱非法，系统将发出报警信息，请求人工介入；如果判断结果为合法，则可进行下一步工作。图3为箱号识别系统原理图。

图3 箱号识别AI智能系统原理图

4 图像采集子系统的部署

图像采集系统由安装在轨道吊下横梁的8个高清摄像头组成，每侧安装4个摄像头，根据集装箱箱号分布特点，用于拍摄不同规格集装箱的箱号目标位置设定。具体分布如图4所示，其中陆侧位置的1#摄像机用于采集集装箱前部箱号，2#摄像机用于采集20 ft集装箱侧面箱号，3#摄像机用于采集40 ft集装箱侧面箱号，4#摄像机用于采集集装箱后部箱号；海侧位置的5#摄像机用于采集集装箱后部箱号，6#摄像机用于采集20 ft集装箱侧面箱号，7#摄像机用于采集40 ft集装箱侧面箱号，8#摄像机用于采集集装箱前部箱号。位置检测区域见图5。

图4 图像采集系统分布图

20 ft集装箱海陆侧抓拍 40 ft集装箱海陆侧抓拍 图5 图像采集系统俯视图

5 结语

自动化作为港口发展的趋势，必然需要集成越来越多先进的技术，来提高码头作业效率，增加效益。智能箱号识别系统应用于集装箱码头堆场设备，与TOS、ECS系统相结合，可以实现自动化轨道吊装卸作业过程中集装箱信息自动识别和管理，改变传统的人工确认模式,提高港口堆场装卸的工作效率，优化操作流程，降低工作成本及提高操作安全性，实现码头自动化操作。