關于港口的智能閘口系統的研究

盛秋實

摘 要：本文主要對某港口的智能閘口系統進行研究，闡述了系統目標、設計原則、系統架構、系統組成等內容。

關鍵詞：閘口 集裝箱箱號自動識別 電子車牌識別

1.引言

港口智能閘口系統主要是對過閘口通道的運載集裝箱的貨車自動進行重量采集、電子車牌等數據采集，將采集到的數據與集裝箱碼頭管理系統（簡稱 TOS）交互，完成條碼掃、小票打印等人機交互工作，然后將采集到的數據發給海關特殊監管區域信息平臺進行比對，系統根據返回的比對結果確認是否放行，并將所有記錄的數據和相關圖存入本地數據庫。在港口的閘口上實現了無人值守，從而少了閘口的人員投入，并且保證了數據的客觀性和監管的力度。

2.系統設計

2.1 設計原則

根據港口的需求和特點，設計原則需滿足：

系統設計先進性原則；系統設計可擴展性、兼容性和長遠性原則；系統運行安全、穩定、可靠的原則；系統功能完善與節省投資相結合的原則；系統具有自動控制與人工適當干預相結合的原則；系統操作簡單、易于維護原則。

2.2 工作流程

港區的閘口只能車道包含紅外對射檢測器、輛檢測器、攝機、地磅、電子車牌讀寫器、電子擋桿、道口一體機、LED 顯示屏等設備，見圖1。

一條完整的集裝箱智能閘口工作流程如下：

系統開始工作：打開車輛檢測器、箱號識別，等待車輛到來→紅外對射探頭及地感線圈檢測到車輛到達閘口通道，系統啟動箱號識別、電子車牌識別工作→各項識別完成，系統啟動地磅模塊開始工作→地磅數據采集完成，向系統發送采重的數據，系統結束一個采集周期→前端控制系統向閘口控制系統發送采集數據并等待返回→前端控制系統收到放行指令，控制室外一體機打印作業小票并顯示引導信息，同時控制電子當桿抬起→車輛駛離卡口，紅外探頭及地感線圈監測到車輛離開，檔桿歸位，系統繼續等待下一輛車的到來。

2.3 系統組成

港區電子閘口系統主要包括：集裝箱箱號自動識別系統、電子車牌識別系統、電子地磅采集系統、自動放行控制系統、車道一體機系統。

2.3.1集裝箱箱號自動識別系統

該系統的功能是可以識別《GB/T1836-1997》 標準的集裝箱號碼，可以處理任何印刷方式的箱號；識別貨柜前、后、左、右、國家代碼、箱形代碼及檢驗碼，支持多種類型排列箱號識別，如一至四行水平箱號，一至兩行垂直箱號，兩位數國家代碼和四位數 ISO 箱形代碼，可以分辨出集裝箱種類，在某些集裝箱側面污損、字符剝落、字跡不清等情況下，通過圖的互補也能保證正確地識別出集裝箱箱號，同時能在惡劣天氣條件下正確識別集裝箱箱號。系統能達到全天候箱號識別率 95%以上，識別時間≤2s。硬件包括紅外對射探頭、攝像機、PLC和客戶端電腦等組成。紅外對射探頭的信號線和PLC 相連，PLC 可以檢測到紅外探頭的信號變化。紅外探頭可以感應集裝箱車輛的的位置，攝像機分別位于集裝箱車輛的前、后、左、右，對集裝箱車輛進行全方位的拍攝，攝像機在集裝箱車輛進入閘口時，為車輛拍攝多張照片，通過信號線傳輸至客戶端電腦，再通過電腦內的圖片智能識別系統自動識別圖片中的集裝箱號，系統可以顯示記錄的通道號、通過時間、前箱號、后箱號，前箱殘損標記、后箱殘損標記、前箱殘損說明、后箱殘損說明。另外，系統還支持用戶及權限管理，殘損代碼定義及管理，檢索報表功能。

2.3.2電子車牌識別系統

電子車牌采用射頻識別技術，車牌系統由無線射頻標簽、無線射頻天線及讀寫器組成。電子車牌采用無線射頻技術，內部芯片寫入了和集裝箱車輛有關的信息，包括：車牌號碼、車身識別碼、車輛重量、車輛型號等信息；電子車牌內部閃存可以根據要求設置，可重復寫入及擦掉。無線射頻天線為系統發射、接收無線信號的裝置，電子車牌在接收到射頻天線發射無線信號后，啟動內部芯片，然后向射頻天線返回一個含有車輛信息的無線包；天線的安裝需根據閘口車道的布置現場確定，需做到前方無阻擋，在收發信號時無障礙物阻擋，同時要考慮緊鄰的兩條車道天線的位置，避免電磁干擾。讀寫器相當于整個系統的大腦，負責命令射頻天線發射無線信號，并在射頻天線接收到電子車牌反饋的無線信號包后對其進行處理，解析信號包內所包含的車輛信息，解析完畢后將信息傳輸至中控機顯示。電子車牌的工作流程如下：在集裝箱車輛進港前到港口管理中心領取無線射頻標簽→紅外對射探頭探測到車輛進入閘口→系統開始通過無線射頻天線發射射頻信號→電子車牌接收到射頻信號后通過內部電路芯片將無線信號轉化為電信號→電信號驅動電子標簽將已存儲的信息通過無線信號發射出去→系統天線接收到電子車牌返回的信號，并對此信號進行分析、顯示→如電子車牌返回的信息無誤→對該車輛放行→如電子車牌返回的信息有誤→系統重復發射射頻信號進行采集直到車牌返回正確的信號。

2.3.3電子地磅采集系統

電子地磅采集系統主要用于通過數字式電子地磅采集通過通道的車輛重信息，當車輛通過卡口車道時，電子地磅自動稱出通過車輛的重量，并傳送給工控機，工控機處理后將重量信息傳送至系統。本工程閘口部分崗亭可能會要求實現無人值守功能，車輛在地磅上的位置也無人現場指揮，也為了電子地磅系統更快速的顯示重量信息，系統可以滿足車輛在地磅上緩慢移動，不需要停靠到指定位置就可以顯示度數，當車輛在地磅上緩慢移動時，地磅不斷的傳送重量信息至中控機，當重量信息穩定時就可以任務該讀數為地磅的稱重讀數。

2.3.4自動放行控制系統

自動放行控制系統通過紅外探頭和地感線圈確定車輛位置，同時通過改變紅綠燈、顯示屏的狀態及檔桿狀態對車輛駕駛人員做出通行提示，從而達到引導車輛通行的目的。

紅外對射探頭一般安裝在閘口車道可以檢測到車輛到達的位置，一般安裝較高，防止誤報，當檢測到車量到達時，輸出信號至箱號自動識別系統，系統攝像機對集裝箱進行拍攝，然后通過智能圖形識別軟件對其分析。 地感線圈安裝在閘口車道底部，利用電磁感應原理，當車頭進入閘口通道后，地感線圈產生電磁反應，輸出一個信號，系統得到信號后對電子車牌讀取。當攔道器欄桿抬起后，車輛可駛離車道，當車輛駛離線圈后，地感線圈復原，檔桿落下，此時通信信號燈也復原變紅。自動道閘用于控制車道的通行，是防止車輛闖卡的有效措施。

2.3.5車道一體機系統

在車輛停車位置安全島上安裝室外一體機，用于安裝 LED 屏、條碼掃器、小票打印機、小鍵盤、IO 模塊、IC 卡讀卡器等設備，起到方便司機取票、保護設備的作用。車道一體機里配置 IC 卡讀卡器，可用預約號識別，也可用于海關通關卡的讀取。IC 卡內存儲的數據一般包括：IC卡編號、車輛牌照號、車輛所屬單位、貨物單證信息、發卡時間、IC 卡有效期等內容，IC卡內存儲的數據信息同時會存儲再數據庫中，數據庫中還可以存放車輛照片等信息。

3.結語

智能閘口系統是現代集裝箱碼頭重要組成部分，特別是有外籍集裝箱停靠的港口，為了預防走私等違法行為，海關部門會對智能閘口提出高標準的要求，對集裝箱車輛的準確識別，高效放行是智能閘口系統必須實現的功能。

參考文獻：

[1]理查德 C.多爾夫著，謝紅衛 譯.現代控制系統.北京：電子工業出版社.《TD-LTE技術原理與系統設計》2015，第十二版.

[2]《GB/T 1836-1997》集裝箱代碼、識別和標記。

[3]曹志剛，錢亞生.現代通信原理[M].北京：清華大學出版社，1992.