集装箱装载状态检测及箱号自动识别技术

顾 闻

(中铁武汉勘察设计研究院有限公司，武汉 430074)

1 概述

集装箱是运输货物的载体，在货物运输体系中，集装箱箱号用于唯一标识集装箱。通过集装箱箱号，可以获知集装箱的涵盖货物运输起点、目的地、货物类型、数量、重量、集装箱尺寸等信息。集装箱在箱体六面均标有符合国际标准的箱号。

在铁水联运项目，一个铁路港前车站（港湾站）对应多个港口码头铁路集装箱场（港区、货区）时，港湾站的集装箱列车可以装载集装箱至不同的港区卸车。由于需要对集装箱进行装卸，会对已经固定堆放的集装箱进行重新编组。为确保货物运输的准确性，需要采集集装箱的信息，利用该信息对集装箱列车所装载集装箱的箱号及型号等集装箱状态信息进行核对确认，以保证各集装箱能够运往正确的目的地。

2 现有技术存在的问题

2.1 集装箱箱号识别技术

集装箱箱号是集装箱在整个港区进行装卸船、堆放、验残、出关等作业流转的依据，整个港口大数据系统正是围绕集装箱号展开的。集装箱号码自动识别，简称箱号识别，是基于图像识别中的光学字符识别（OCR）技术发展而来的一种实用技术，它能对集装箱图像进行实时抓拍，对集装箱号和箱型代码（ISO 号码）进行识别。

根据国际通行的规则，集装箱号码应喷涂于集装箱的前、后、左、右、上五个面，箱号末尾还有校验码和箱型代码。由于集装箱经常上下叠放，一般箱顶的字体磨损都相当严重，因此，系统通常只采集前、后、左、右四个面的箱号图像进行识别。因箱号并非标注在平面而是在曲面上，字符区域附近有非常复杂的纹理与噪声，加上海运露天腐蚀出现油漆脱落等情况，现阶段，集装箱号运用现行技术手段识别准确率仅为80%～85%，且难以识别有瑕疵的集装箱标记，因此各港口还要配备大量的理货人员专门记录集装箱号，再人工录入系统。

2.2 图像识别技术

图像识别技术是利用计算机对图像进行处理、分析和理解，用于识别各种不同模式目标和对像的技术。在工业应用中，一般采用工业相机拍摄图片，再利用图像识别软件根据图片灰阶差做进一步识别处理，从而得出识别结果。该系统由以下部分组成。

前端光电触发设备： 当识别物体进入到识别区域时，用于触发识别系统进行工作的设备，一般采用红外探测设备。

前端图像采集设备：对识别物体的特征进行图像采集，一般采用高分辨率的工业级相机。

后端识别算法软件：对前端采集的图像数据进行处理、识别，供后台系统使用。

目前，图像识别技术虽然识别率较高，但是因铁路站场和运输设备条件的限制，很难找到合适的相机安装位置，对图像采集存在较大的难度。

3 解决方案

针对在港口集装箱中转过程中，利用运输车辆对集装箱进行运输，可以对装载在运输车辆上的集装箱箱号和集装箱装载位置进行识别。本方案在集装箱号码自动识别技术和图像识别技术的基础上，提出一种新型的集装箱装载状态检测及箱号识别技术。

3.1 系统功能

集装箱装载状态检测及箱号识别技术（简称装载状态检测技术）主要功能包括：对运输车辆所装载集装箱的箱号、型号、装载集装箱数量、集装箱装载位置、箱号磨损、箱体破损情况进行自动检测，核对集装箱信息，对箱号磨损和箱体破损的集装箱做自动标记等。

3.2 前端图像采集

前端图像采集系统在运输车辆上设置重力开关、控制器、伸缩杆和摄像机。重力开关在检测到运输车辆的载重发生变化时，向控制器发送启动信号，由控制器控制伸缩杆伸出，当伸缩杆到达指定位置后，启动摄像机，同步采集集装箱前、后、左、右四个表面的箱体外观，得到集装箱四个表面的集装箱图像，并将采集到的图像发送给接收端，实现集装箱图像的自动采集。运输车辆上各设备的安装位置如图1 所示。

图1 前端检测设备安装图Fig.1 Front-end test equipment installation diagram

如图1 所示，重力开关安装在运输车辆车体上，摄像机安装在车体前后两端的中间及车辆底部的伸缩杆上。为了不影响运输车辆的行驶，只有在进行图像采集时，控制器才会控制伸缩杆伸出；在获得集装箱图像后，控制器控制关闭摄像机并将伸缩杆缩回车体底部，减少车体侧面的摄像机对运输车辆的影响。另外，为了减少光线变化对采集效果的影响，运输车辆还可以安装补光灯和光感器，通过光感器判定是否开启补光灯补充光源。

3.3 后端图像处理

后端图像处理系统设置服务器、终端等具有信息处理能力的电子设备，对前端采集到的图像进行处理。接收控制器发送的集装箱图像，将集装箱图像分割成数个子区域，对每一子区域进行识别，得到运输车辆所装载集装箱的箱号、型号、数量及各集装箱的位置等信息。由于受摄像机照射角度的影响，摄像机采集的集装箱图像可能有畸变，在将其分割成子区域之前，还可以采用畸变校正技术，对其进行还原修复，进一步提升识别的准确率。

3.3.1 集装箱箱号及箱号磨损情况识别

摄像机可以对集装箱的单个表面采集一张或多张图像，后端可以对每张集装箱图像进行识别，并且将识别结果中出现次数最多的箱号作为集装箱的箱号；也可以选择清晰度最高的集装箱图像进行识别，得到集装箱的箱号。当摄像机对集装箱多个表面采集图像时，可以对各个表面所得的箱号进行综合互补判断，来确定最终箱号，避免出现箱号磨损严重，单个表面无法识别箱号的情况，进一步提升集装箱箱号识别率。同时，针对出现无法识别箱号的集装箱，将无法识别箱号区域标记为 “箱号缺失”区域，便于后期对集装箱箱号的维护及修复。

3.3.2 集装箱型号、数量识别

由于车体前后两端摄像机采集的集装箱图像，因集装箱间的遮挡无法准确区分出集装箱的数量，后端仅对采集的集装箱侧面图片利用边缘检测技术进行图像处理。通常集装箱的型号分为40 英尺柜和20 英尺柜，40 英尺柜的尺寸为40×8×8.6 英尺（内径12 024×2 352×2 390 mm），20英尺柜的尺寸为20×8×8.6 英尺（内径5 898×2 352×2 390 mm）。根据不同型号集装箱尺寸，可以判定所装载集装箱的型号和数量。

3.3.3 集装箱装载位置识别

后端对采集的集装箱侧面图片利用边缘检测技术进行图像处理，同时将集装箱图像分割成数个子区域，如上部和下部2 个子区域，或者左上、左下、右上、右下4 个子区域，根据集装箱在图像中所处子区域来判定集装箱在运输车辆上装载的位置。

3.3.4 集装箱箱体破损情况识别

集装箱箱体破损状态包括箱体变形、箱门变形、箱门丢失、箱体有擦破口和箱体有撞破口等。后端系统建立集装箱图像库，预先存储集装箱图像以及各集装箱图像的破损状态图像作为源图像，采集的集装箱图像与源图像比对，获得两种图像之间相似度，将相似度最高的源图像所对应的破损状态作为集装箱图像的破损状态。对于未破损的集装箱，其集装箱图像的破损状态为无。对于判定为破损状态的集装箱，将该集装箱标记为“集装箱破损”，便于后期对集装箱箱体的维护及修复。

3.3.5 集装箱信息核对

将本系统检测识别的集装箱箱号及型号与车辆装卸信息中的集装箱箱号及型号进行比对，如出现数据不匹配的情况进行自动告警，避免在转运过程中出现集装箱装载错误的情况。

4 技术效果

本技术适用于在集装箱转运途中，对运输车辆所装载集装箱的箱号、型号、装载位置、数量、箱号磨损情况、箱体破损情况等多项数据的自动检测识别，采集的图像能够更准确、更实时的反映集装箱信息，提升采集集装箱信息数据的准确率，并减少现场理货人员的工作量。同时，由于检测设备均安装在运输车辆上，使得整个检测系统具备一定的机动性，不再受到检测场地的影响，检测过程更加便捷，在一定程度上提高集装箱转运作业的工作效率及准确率。