集裝箱箱號智能識別系統(tǒng)

青島海西重機有限責任公司

1 引言

近幾年來，進出口業(yè)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(yè)負荷，減少安全隱患、提升設備作業(yè)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(tǒng)，成為重點升級系統(tǒng)之一。

傳統(tǒng)集裝箱裝卸作業(yè)時，箱號、箱型等信息需要人工確認，影響集裝箱碼頭作業(yè)效率。自動化軌道吊不同于常規(guī)的輪胎吊或軌道吊，由于其操控系統(tǒng)在遠程控制中心，無法像常規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)進行圖像辨識，將浪費大量作業(yè)時間。將基于AI(人工智能)技術的箱號識別系統(tǒng)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(yè)管理系統(tǒng))，TOS根據(jù)報文將識別到的箱號和作業(yè)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(yè)效率。

2 智能集裝箱箱號識別系統(tǒng)的組成

集裝箱箱號識別系統(tǒng)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(tǒng)通過以太網與軌道吊控制系統(tǒng)及碼頭作業(yè)管理系統(tǒng)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(xiàn)對攝像頭的控制以及數(shù)據(jù)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(fā)送到中心服務軟件。設備組成見圖1。

圖1 箱號識別系統(tǒng)組成

箱號識別系統(tǒng)的核心是基于AI的智能處理系統(tǒng)。智能處理系統(tǒng)主要包括圖像采集子系統(tǒng)、智能識別子系統(tǒng)、中心服務子系統(tǒng)、監(jiān)控管理子系統(tǒng)[1]。4個子系統(tǒng)充分體現(xiàn)模塊化系統(tǒng)集成的設計思想，借助碼頭生產網絡進行通訊連接，實現(xiàn)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(tǒng)的AI智能系統(tǒng)組成圖。

圖2 箱號識別AI智能系統(tǒng)組成圖

(1)圖像采集子系統(tǒng)。ARMG海陸兩側作業(yè)，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(yè)過程中，圖像采集子系統(tǒng)通過PLC信號、集卡對位信號、視頻流等信息，在不同時間觸發(fā)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(tǒng)。在箱號識別系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(qū)域，再依據(jù)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(xù)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(tǒng)。中心服務器上部署中心服務軟件、FTP服務器、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫中，同時將識別結果發(fā)送到監(jiān)控管理軟件顯示，轉發(fā)給TOS、ECS用于作業(yè)指令校核確認等。

(4)監(jiān)控管理子系統(tǒng)。管理監(jiān)控平臺可部署在中控室，管理監(jiān)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(shù)據(jù)及統(tǒng)計等功能。

3 箱號智能識別系統(tǒng)工作原理

集裝箱識別系統(tǒng)鏈接PLC、TOS等外部控制系統(tǒng)，當?shù)蹙唛]鎖時由PLC發(fā)出識別使能信號，精準觸發(fā)高清攝像機抓拍有效圖像數(shù)據(jù)，由AI智能識別模塊對圖像及數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)樣本進行訓練學習來持續(xù)完善識別系統(tǒng)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(yè)管理系統(tǒng)，由TOS系統(tǒng)進行信息校對，確認目標集裝箱是否和作業(yè)指令集裝箱相匹配，完成作業(yè)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(tǒng)將發(fā)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(tǒng)原理圖。

圖3 箱號識別AI智能系統(tǒng)原理圖

4 圖像采集子系統(tǒng)的部署

圖像采集系統(tǒng)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(jù)集裝箱箱號分布特點，用于拍攝不同規(guī)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(qū)域見圖5。

圖4 圖像采集系統(tǒng)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(tǒng)俯視圖

5 結語

自動化作為港口發(fā)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(yè)效率，增加效益。智能箱號識別系統(tǒng)應用于集裝箱碼頭堆場設備，與TOS、ECS系統(tǒng)相結合，可以實現(xiàn)自動化軌道吊裝卸作業(yè)過程中集裝箱信息自動識別和管理，改變傳統(tǒng)的人工確認模式,提高港口堆場裝卸的工作效率，優(yōu)化操作流程，降低工作成本及提高操作安全性，實現(xiàn)碼頭自動化操作。