集裝箱箱號智能識別系統

青島海西重機有限責任公司

1 引言

近幾年來，進出口業務量快速增長，各港口的集裝箱吞吐量迅猛提高。為了提高集裝箱識別速度，減輕人工作業負荷，減少安全隱患、提升設備作業效率，各大港口對集裝箱裝卸設備進行智慧化、智能化升級。作為集裝箱裝卸設備重要組成部分的箱號識別系統，成為重點升級系統之一。

傳統集裝箱裝卸作業時，箱號、箱型等信息需要人工確認，影響集裝箱碼頭作業效率。自動化軌道吊不同于常規的輪胎吊或軌道吊，由于其操控系統在遠程控制中心，無法像常規設備直接透過司機室玻璃辨識集裝箱號，如果在遠程控制中心通過遠程監控系統進行圖像辨識，將浪費大量作業時間。將基于AI(人工智能)技術的箱號識別系統運用到裝卸設備上，通過高清攝像機采集集裝箱號碼，經過AI智能控制軟件處理分析并形成報文，通過光纖或5G無線通訊網絡將集裝箱信息傳送至TOS(碼頭作業管理系統)，TOS根據報文將識別到的箱號和作業指令箱號作對比，判斷該集裝箱是否合法，整個處理過程在毫秒級，可大大提高作業效率。

2 智能集裝箱箱號識別系統的組成

集裝箱箱號識別系統由高清攝像頭、網路匯集交換機、計算機處理器、可視化設備組成。該系統通過以太網與軌道吊控制系統及碼頭作業管理系統通訊。工控機通過交換機連接不同的攝像頭，通過串口、DP、IO等接口方式連接PLC，通過網口連接光纖交換機。識別軟件的主要功能是通過從PLC接口獲取的當前PLC中信息，實現對攝像頭的控制以及數據采集功能，對采集到的圖像進行識別，并通過光纖或5G網絡把圖像上傳到中心服務器，同時把識別結果發送到中心服務軟件。設備組成見圖1。

圖1 箱號識別系統組成

箱號識別系統的核心是基于AI的智能處理系統。智能處理系統主要包括圖像采集子系統、智能識別子系統、中心服務子系統、監控管理子系統[1]。4個子系統充分體現模塊化系統集成的設計思想，借助碼頭生產網絡進行通訊連接，實現集裝箱號識別、ISO碼識別以及可視化管理等功能。圖2為箱號識別系統的AI智能系統組成圖。

圖2 箱號識別AI智能系統組成圖

(1)圖像采集子系統。ARMG海陸兩側作業，每側安裝4個攝像頭，共8個攝像頭用于箱號、ISO識別等。在ARMG作業過程中，圖像采集子系統通過PLC信號、集卡對位信號、視頻流等信息，在不同時間觸發不同攝像頭進行拍攝，并進行圖像預處理。

(2)智能識別子系統。在箱號識別系統的工控機內部署AI智能處理軟件。AI智能處理軟件采用目前最先進的AI人工智能技術，基于海量數據樣本、核心識別模塊針對箱號識別的復雜場景構建專有深度學習網絡結構，利用AI深度學習技術，定位出字符區域，再依據神經網絡與模板匹配相結合的方法進行識別，可快速定位箱號位置，準確識別箱號，有效解決字符殘損、粘連、外界光線、拍攝角度變化等識別困難的問題。AI深度學習算法，可持續不斷地訓練迭代并完善算法模型，隨著使用時間的增長，不斷提高識別準確性。

(3)中心服務子系統。中心服務器上部署中心服務軟件、FTP服務器、數據庫，中心服務軟件接收到識別軟件上傳的識別結果，并將識別結果存儲到數據庫中，同時將識別結果發送到監控管理軟件顯示，轉發給TOS、ECS用于作業指令校核確認等。

(4)監控管理子系統。管理監控平臺可部署在中控室，管理監控平臺包含實時查看集裝箱圖片信息，查看并修改識別結果，查詢歷史數據及統計等功能。

3 箱號智能識別系統工作原理

集裝箱識別系統鏈接PLC、TOS等外部控制系統，當吊具閉鎖時由PLC發出識別使能信號，精準觸發高清攝像機抓拍有效圖像數據，由AI智能識別模塊對圖像及數據分析處理，自動識別集裝箱號碼、箱型代碼等信息，服務器通過新加入的數據樣本進行訓練學習來持續完善識別系統的算法模型，同時將識別結果以約定好的報文形式，借助光纖、5G等通訊方式，上傳至TOS、ECS等作業管理系統，由TOS系統進行信息校對，確認目標集裝箱是否和作業指令集裝箱相匹配，完成作業確認。同時通過配備的顯示器可視化顯示本次識別信息。如果到訪集裝箱非法，系統將發出報警信息，請求人工介入；如果判斷結果為合法，則可進行下一步工作。圖3為箱號識別系統原理圖。

圖3 箱號識別AI智能系統原理圖

4 圖像采集子系統的部署

圖像采集系統由安裝在軌道吊下橫梁的8個高清攝像頭組成，每側安裝4個攝像頭，根據集裝箱箱號分布特點，用于拍攝不同規格集裝箱的箱號目標位置設定。具體分布如圖4所示，其中陸側位置的1#攝像機用于采集集裝箱前部箱號，2#攝像機用于采集20 ft集裝箱側面箱號，3#攝像機用于采集40 ft集裝箱側面箱號，4#攝像機用于采集集裝箱后部箱號；海側位置的5#攝像機用于采集集裝箱后部箱號，6#攝像機用于采集20 ft集裝箱側面箱號，7#攝像機用于采集40 ft集裝箱側面箱號，8#攝像機用于采集集裝箱前部箱號。位置檢測區域見圖5。

圖4 圖像采集系統分布圖

20 ft集裝箱海陸側抓拍 40 ft集裝箱海陸側抓拍 圖5 圖像采集系統俯視圖

5 結語

自動化作為港口發展的趨勢，必然需要集成越來越多先進的技術，來提高碼頭作業效率，增加效益。智能箱號識別系統應用于集裝箱碼頭堆場設備，與TOS、ECS系統相結合，可以實現自動化軌道吊裝卸作業過程中集裝箱信息自動識別和管理，改變傳統的人工確認模式,提高港口堆場裝卸的工作效率，優化操作流程，降低工作成本及提高操作安全性，實現碼頭自動化操作。