[发明专利]一种闸口集装箱自动验残方法

说明书

本方法涉及了一种闸口集装箱自动验残方法。首先基于边缘计算模式提出了一种以具有多功能的边缘节点为核心的集装箱验残框架，然后，按照闸口相关工作流程将其分解成相互关联的三个模块：集装箱检测模块、集装箱拼接模块以及集装箱验残模块。并根据三个模块所要完成的任务逐个进行功能分析、算法实现以及实验测试等方面的研究。算法方面，首先，设计了一种基于帧差法的集装箱检测启动程序以判断程序是否开始运行。其次，采用了一种基于相位相关法的图像拼接方式来获取集装箱的完整图。最后，在集装箱验残方面，针对集装箱上横梁的形变、集装箱表面的凹陷和集装箱表面的锈蚀的检测方法进行了研究，在对三种缺陷的图像特点进行分析的基础之上，使用机器视觉相关技术，分别提出了相应的检测算法。

技术领域

本方法属于人工智能、机器视觉领域，涉及一种用于闸口通过的集装箱自动验残的方法，可以对通过闸口的集装箱进行自动验残。

背景技术

近年来，各大港口的集装箱吞吐量呈现不断上升的趋势，实现港口集装箱业务的智能化成了迫在眉睫的任务。集装箱残损检验工作作为集装箱业务的重要组成部分，是必不可少的研究方向之一，却鲜有人研究。目前，各大港口闸口的集装箱检测方式主要采用人工检测；在少部分闸口中，工作人员通过使用辅助设备进行检测，其实质依然是人工检测。人工检测存在着很多难以解决的问题，例如人工经验要求高、工作环境危险等。

在我国集装箱闸口检验技术研究方面，主要就验残和箱号识别两方面进行讨论。在集装箱验残方面，大都采用半自动化技术，即通过对监控摄像机或者传感器等辅助设备在闸口现场进行部署，来辅助监控室的工作人员进行判断，如Jeng等提出了一种基于传感器检测集卡并结合CCD相机对集装箱各个面进行拍照，并显示在监视器上由人工进行查验的方法；厦门外轮理货有限公司提出了一种相似原理的集装箱验残装置，主要就设备方面进行了升级，包括PLC主控制模块和部署在各个面的用于拍摄的高清球机组等。在集装箱自动验残方面的探索，武君提出了一种优化的集装箱验残模式，在PLC模块控制和监控抓拍的基础之上，引入了OCR箱号识别技术，用于对集装箱各个面进行自动识别后抓拍各面图像整理到一张图像中供检测人员检查，缩小其工作量。就集装箱表面的各项残损的检测方法方面的专项方面，目前尚未检索到相关的研究方法。在箱号识别方面，目前研究较多的是基于机器学习和机器视觉相结合的处理方式。张超等提出了一种基于PCA和贝叶斯阈值估计的方法，通过对图像的灰度值进行分析来获得箱号的位置以及对箱号进行识别，但是只能识别单一类型的集装箱箱号，并且需要较长的预处理时间。陈超等提出了一种基于模板和特征匹配的箱号识别算法，在箱号定位模块采取了形态学处理的方式，忽略了集装箱的多样性，容易造成误判，并且需要手动建立大量的字符模板库，比较耗费资源，识别准确率较为一般。以上研究虽然一定程度上提升了箱号识别某方面的质量，但就整体来说，仍存在着局限性，国外港口闸口近年来发展较为迅速，无论是发展现状还是资金投入都处于比较领先的位置。德国汉堡港在2018年已经推出smartPORT Logistics(SPL)App，能够提高卡车运输在汉堡港口的效率。目前推出了SPL1.0APP，旨在解决卡车运输业务面临的技术发展瓶颈。这个APP能够给物流公司提供非常有效的信息，卡车司机可以在智能手机上下载，通过该APP他们能够看到什么时候能够入港，也能够接收发送给他们的各种指令。可以把卡车在闸口的等待时间减少到30分钟以下。作为欧洲最大的贸易港口，鹿特丹港为了进一步打造成为世界信息大港，其在探索及实现港口智能化的方向上处于国际领先地位。在2015年4月投入运营的马斯莱可迪二期项目，集成了智能化控制、物联网以及大数据计算等先进技术，无论是对码头前沿相关运输作业，还是对场内相关业务或道路进出等工作过程实现了自动一体化控制。到2035年全部建完后，码头运营率将提高50％以上。并利用局域网、云计算、移动终端、物联网、GIS和视频监控系统等先进信息科技手段，进行港口的信息化建设。美国弗吉尼亚国际集装箱码头采用“单小车岸桥+跨运车+自动化轨道吊”的作业工艺，是一种半自动化码头；全球集装箱码头(Global Container Terminal Bayonne)是距离纽约新泽西港入口最近的集装箱码头，港口采用流线型闸门工艺，每个门都配备有光学字符识别软件(OCR)、无线射频识别技术(RFID)和远程通信技术，最大程度地提高了卡车的通过效率，处于半自动化状态，但是其所有的操作事务均由后台进行远程指导和监控；长滩集装箱码头采用“桥吊+自动导引车+自动化轨道吊”的作业流程，通过电池驱动带对自动引导小车进行举升来实现水平传输。并且在美国，由于码头工会的影响，外资经营的码头发展为全自动码头方向，而本土码头却朝着半自动码头方向发展。国内发展现状和趋势：太平洋国际集装箱码头是采用集装箱箱号分布式OCR采集系统，实现对集装箱箱号、ISO代码的识别，箱号分布式采集系统在集装箱车辆行驶过程中对箱体四个面箱号位置进行拍摄，完成对单箱和双箱的箱体和箱号的准确识别；集装箱箱体验残系统通过动态图像拼接技术完成对箱体五个侧面的图像平面显示，然后人工完成箱体验残。司机需要根据通道自助处理终端提示进行刷卡，系统通过RFID卡内存贮的关键数据现场操作，刷卡后车检系统自动抬杆。从2018年起，珠海港集团旗下的高栏国码智能电子闸口系统拥有“4进4出”共计8车道，具备智能称重、智能抬杆放行等功能，并配置了车牌抓拍和识别设备、集装箱箱号自动识别设备、IC自动识别设备、电子地磅、电子车牌读写器设备、电子关锁识别设备和通道控制箱等监管设备。青岛港2017年通过QQCTU率先引进自主研发，成为全国首家真正意义上的智能闸口。与传统智能方式相比，系统摄像头需求少，可降低施工及维护成本。能自动识别不同类型集装箱箱号，集卡车牌，铅封二维码识别，前箱门和后箱门拍照，箱体五面验残照等功能。该系统识别速度快，准确率高，大幅减少人力投入，实现高效率作业。如今正处于港口码头复工复产的关键时期，为了实现单证过闸以及交接无人化，重庆果园码头研制了一套集装箱“无纸化平台”，并已投入使用。其中配套使用的i-Gate智能闸口系统为集装箱货车通道管理智能化而设计，主要对通过的集装箱货车进行自动重量采集、箱号拍摄识别、箱体验残拍摄、车牌的识别、二维码识别、IC卡识别和人机交互等工作，从而在闸口上实现无人值守和集卡车的快速通闸。I-Gate智能闸口系统拥有行业领先的识别率，各项识别率均大于98％。各方还可以采用WEB、微信、APP方式自助预约，提高工作效率。虽然，在整体架构方面国内外都已经有了一定的研究，但是到目前为止，关于港口闸口集装箱验残系统的具体实施方案及算法还没有相关方法提出。