专利名称：一种集装箱港口车辆智能检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及检测、电子、计算机技术，特别涉及一种集装箱港口车辆智能检测装置及检测方法。
背景技术：
集装箱码头是集装箱物流中转的枢纽。随着集装箱物流运输的快速发展，迫切需要新的技术手段对集装箱中转车辆的运行进行统一监控、调度和管理，以提升集装箱港口物流运输的效率。为了提高集装箱码头内集卡车辆运行管理的自动化水平，要求对集装箱码头内运行的所有集卡车辆及货物进行实时的检测和识别，然后将识别出的集卡信息和集装箱信息传送给调度中心，由港口调度中心对集卡运行进行统一的监控、调度和管理。由于集装箱营运市场存在着“黑车”、“假冒车辆”等违法现象，还需要对集卡车辆的牌照和车辆的身份信息进行核实比对，以甄别出某集卡车辆的真实身份，确定其是否违法。目前，集装箱港口的车辆检测识别技术都只限于对进出港区道口的集卡车辆进行检测，不能够完成整个港区内的所有车辆的全面的自动跟踪、监控和识别，即集卡车辆监控范围不能够覆盖整个集装箱港区任意位置。
发明内容
目前，采用无线传感网络技术进行港区内集卡车辆运行状态的在线监测和实时调度是一种理想的解决方案。本发明的目的就是提供一种集装箱港口车辆智能检测装置及检测方法，能够在智能监控处理器的控制下，采用超声波引导视觉传感器和RFID读写器，进行集卡车辆位置和速度信息的检测，进而完成车辆信息的识别，来解决集装箱港区内任意地点集卡车辆的实时检测和识别问题，实现了对集装箱港区所有集卡车辆的自动检测、跟踪和监控。为了达到上述目的，本发明的技术方案之一是提供一种集装箱港口车辆智能检测装置，其中包含有以下设备:
同圆心且相互嵌套的多个套环，这些套环上分别安装有不同的车辆检测传感器；
智能检测处理器，用以控制所述套环各自绕圆心旋转，以带动各个车辆检测传感器旋转至设定的行车道方向，对行车道上运行的集卡车辆的信息进行相应检测；所述智能检测处理器还接收各个车辆检测传感器所获取的车辆检测信息，并进行检测信息的存储、处理和判断；
无线数据收发器，用以将所述智能检测处理器对车辆检测信息的处理结果发送到外部的智能节点或车辆监控调度中心进行后续处理。所述车辆智能检测装置还包含用以支撑和固定该智能检测装置的一个中心固定杆；多个所述套环嵌套在所述中心固定杆外，并且能够各自绕该中心固定杆旋转；所述中心固定杆内部是中空的，用以安装所述智能检测处理器、无线数据收发器及其天线装置。
在一个集装箱港口内，由任意两个或两个以上的集卡行车道交汇所形成的每一个车道交汇区上，对应设置有一个所述车辆智能检测装置；每个所述车辆智能检测装置通过中心固定杆，固定安装在车道交汇区正中央的空中或地面上。所述车辆智能检测装置的每个套环，各自配置有被动齿轮、主动齿轮和伺服电机；所述智能检测处理器通过控制相应伺服电机的传动轴转动，以使主动齿轮带动被动齿轮转动，进而驱动对应的套环旋转，以使该套环上的车辆检测传感器能够转向设定的行车道方向进行车辆信息检测。所述车辆智能检测装置的车辆检测传感器，包含有:
超声波传感器，能够向集卡车辆发射超声波并接收，并通过计算超声波回波时间差来判断车辆的运行状态；
RFID读写器，用以识别集卡车辆上设置的RFID标签的信息；
视频摄像机，用以拍摄集卡车辆设定表面的图像。所述车辆智能检测装置从内到外依次嵌套设置有内层套环、中层套环和外层套环，其中所述内存套环环绕设置在所述中心固定杆的外围；
所述超声波传感器，RFID读写器，和视频摄像机及配套的泛光灯，分别设置在所述内存套环、中层套环和外层套环的表面上。本发明的另一个技术方案是提供一种集装箱港口车辆智能检测方法，使用上述的车辆智能检测装置实现:
在集装箱港口内，由任意两个或两个以上的集卡行车道交汇所形成的每一个车道交汇区上，对应设置有一个所述车辆智能检测装置；
每个车辆智能检测装置在其智能检测处理器的控制下，先驱动安装有超声波传感器的套环旋转，从而将超声波传感器对准该车辆智能检测装置检测范围内的各个行车道方向，通过所述超声波传感器不断扫描各个行车道，以判断是否在行车道上有集卡车辆驶入或驶出；当所述超声波传感器根据超声波回波时间差，判断出其中任意一个行车道上有集卡车辆运行时，即向所述智能检测处理器发送信息；
所述智能检测处理器接收到超声波传感器的检测信息后，进行标注和存储，并控制该车辆智能检测装置中分别安装有RFID读写器和视频摄像机的套环旋转，以使所述RFID读写器和视频摄像机都对准有集卡车辆运行的行车道进行车辆信息检测；
所述智能检测处理器在接收所述RFID读写器识别的集卡车辆上RFID标签信息，以及所述视频摄像机拍摄的集卡车辆设定表面的图像后，对所述超声波传感器、RFID读写器和视频摄像机获取的检测信息进行处理，并通过无线数据收发器将处理结果发送到无线传感网络中的智能节点，然后再由智能节点传送到车辆监控调度中心进行后续处理。在进行车辆智能检测方法之前，每个所述车辆智能检测装置的智能检测处理器，首先根据该车辆智能检测装置在行车道交汇区上的安装位置进行初始化，以校准该车辆智能检测装置检测范围内的各个行车道的方向，并确定各个车辆检测传感器的安装高度和角度。为所述车辆智能检测装置的每个套环，各自配置有被动齿轮、主动齿轮和伺服电机；由所述智能检测处理器控制相应伺服电机的传动轴转动，以使主动齿轮带动被动齿轮转动，进而驱动对应的套环旋转，以使该套环上的车辆检测传感器能够转向设定的行车道方向进行车辆信息检测。根据车辆监控调度中心的指令，还能够驱使若干个所述车辆智能检测装置的智能检测处理器，对特定的集卡车辆进行持续的跟踪和监视，并把相关的传感检测数据发送回车辆监控调度中心。本发明涉及的车辆智能检测装置可以用作车辆无线传感网络的传感节点设备，它采用了多源传感器协同技术，运用了信息融合的理论方法，是一种基于超声波引导和视觉、RFID协调检测的复合集卡车辆信息智能识别监控装置。该装置既可以在无线传感网络环境下，有效地解决集装箱港区内所有集卡车辆的自动识别、跟踪和监控问题，车辆智能检测范围可实现任意区域的覆盖，也可以实现对于特定单点的局部车辆智能检测识别。由于目前还没有针对无线传感网络环境下的集卡车辆智能检测装置的报道。相对于传统的基于GPS的集卡车辆检测系统，本项发明涉及的车辆智能检测装置结构简单，应用方式灵活，在实际应用中，该车辆智能检测装置可以任意配置，成本低，易于实现，对车辆本身的技术条件要求较低，使用方便，能够保证在不同天气条件下和不同的集卡交通流量条件下，对港区不同类型车辆的运行状态进行检测和监控，提高港口集卡车辆运行效率，另外，配合集卡车辆监控调度中心数据，装置还能够有效鉴别多种车辆违法运营状况。本发明能够防止违法车辆的运行和运营，保证集装箱港口车辆运行的秩序，最终，在集卡车辆监控调度中心的统一管理下提高集装箱在港区内的周转效率。
图1是本发明所述车辆智能检测装置的组成结构示意 图2是本发明所述车辆智能检测装置中传感器套环及其传动机构的组成示意 图3是本发明所述车辆智能检测装置在集装箱堆场安装方式的示意 图4是本发明所述车辆智能检测装置工作方式的流程图。
具体实施例方式如图1所示，本发明所述车辆智能检测装置100中，设置有三个套环2、3、4，它们是可以各自转动的环型金属装置，以同圆心相互嵌套的方式安装在一个中心固定杆I上。套环2、3、4上面分别安装有被动齿轮机构12、15、18，以及不同的车辆检测传感器。所述套环
2、3、4的功能是在一个智能检测处理器的指挥下，通过相应的伺服电机的控制，将不同的车辆检测传感器精确旋转到特定的行车道方向，以实现对运行中的集卡信息的检测。见图2所示，与各个伺服电机对应连接的主动齿轮机构11、14、17，带动各个被动齿轮机构12、15、18转动，进而使得套环2、3、4可以各自围绕中心固定杆I进行任意转动。所述智能检测处理器是一个信息处理和控制设备，它可以由高性能计算单元CPU、各种I/o数据接口、数据存储器、无线数据发射器等组成。它的主要功能包含向伺服电机发出指令，控制三个套环2、3、4朝向不同的车道方向，以检测车辆运行信息；以及，不断接收各个传感器传送来的车辆检测信息，进行信息的存储、处理和判断，然后处理后的信息通过无线数据发射器发送到智能节点500或车辆监控调度中心600 (见图3)。所述的中心固定杆I是一种空心不可转动的金属机构，用于支撑和固定整个智能检测装置100。该中心固定杆I可以通过连结机构固定安装在车道交汇区200正中心的位置，即在不影响车辆行驶的条件下，可以根据需要安装在车道交汇区200正中央的空中或地面上(如图3所示)。在中心固定杆I的内部，安装所述的智能检测处理器、无线数据收发器及天线装置等设备。所述车辆智能检测装置100中主要由内层套环2、内层套环齿轮18、传动齿轮17、伺服电机及传动轴16,和内层套环2表面安装的超声波传感器,构成一个内环超声波检测系统。所述内层套环2环绕中心固定轴I的外围设置，伺服电机及传动轴16通过齿轮17、18，可以驱动所述内层套环2以设定方式绕中心固定轴I任意旋转，从而使得超声波传感器能够在不同的车道方向上扫描捕捉车辆的运行信息。上述的超声波传感器是一种基于声波的检测装置，它包含声波接收器8、声波发射器9、滤波电路、放大电路、信号处理电路等。该超声波传感器通过声波发射器8和声波接收器9对超声波回波时间差的不断检测计算，从而判断被检测目标的运行情况，同时将检测结果发给智能检测处理器。该超声波传感器可根据智能检测处理器的指令探测集卡行车道特定方向上集卡车辆的运行情况，并将探测结果传回到智能检测处理器中进行计算处理。主要由中层套环3、中层套环齿轮15、传动齿轮14、伺服电机及传动轴13，和中层套环3表面安装的RFID读写器5，共同构成一个中环RFID识别系统。所述中层套环3的长度大于内层套环2，并且环绕在内层套环2的外围设置，伺服电机及传动轴13通过齿轮14、15，可以驱动中层套环3绕着中心固定杆I任意旋转，以改变RFID读写器5检测信息的方向。上述的RFID读写器5是一种能够读取RFID标签信息的专用信息检测装置，一般由调制解调电路、信号放大电路、信号处理电路、滤波电路和单向天线等部分组成。按照RFID的频率不同，一般可分为低频、中频、高频和超高频等。所述RFID读写器5可根据智能检测处理器的指令获取集卡运行车道特定方向上的集卡车辆正面或后面RFID标签的信息，并将获取的RFID信息传回到智能检测处理器进行存储和处理。主要由外层套环4、外层套环齿轮12、传动齿轮11、伺服电机及传动轴10、外层套环4表面安装的泛光灯7和视频摄像机6，共同构成了一个外环视频传感系统。所述外层套环4的长度大于中层套环3，并且围绕在中层套环3的外围设置。伺服电机及传动轴10通过齿轮11、12可以驱动外层套环4及其上的视频摄像机6和泛光灯7进行任意旋转，从而根据智能检测处理器的指令探测和拍摄集卡运行车道特定方向的集卡车辆正面或后面的图像，并将图像信息传回到智能检测处理器进行存储和处理。所述的视频摄像机6，可以是任意一种图像记录装置，它的功能是记录一定视野范围内的车辆视频或图像信息，并将其传送到智能检测处理器进行处理和存储。同时，视频摄像机6还可以在智能检测处理器的指令下上下旋转，在不同的方向上检测获取车辆视频信息。所述的泛光灯7，是一种照明装置，它的功能是根据需要发出光线，辅助视频摄像机6完成车辆图像的采集。如图3所示是一个典型的集装箱港口的平面图，标号220所示是集卡车辆的出入道口，标号300所示是各个集装箱堆场300上设置的场地吊(或称场桥)。在集装箱港口内任意两个相邻的集装箱堆场300之间形成集卡行车道210，在任意两个集卡行车道210交汇的位置形成车道交汇区200，则在每一个车道交汇区200的位置安装有一个上述结构的车辆智能检测装置100。由该车辆智能检测装置100对内部集卡410和外部集卡420进行实时检测，以获取这些集卡车辆的运行信息并通过无线传输方式发送到智能节点500，然后由智能节点500通过通讯链路将这些数据传送到车辆调度中心600进行进一步的处理和利用。其中，内部集卡410主要完成集装箱在集装箱货船与集装箱堆场300之间的转运，外部集卡420主要完成集装箱在堆场300与终端用户之间的转运。配合参见图1、图4所示，本发明所述车辆智能检测装置，其具体工作过程如下: 首先，智能检测处理器根据车辆智能检测装置100在行车道交汇区200的安装位置进
行初始化，校准各个行车道的方向，确定各个传感器的安装高度和角度等。然后，智能检测处理器根据行车道方位向内层套环2的伺服电机16发出旋转运行的指令，使内层套环2上的超声波接收器8和超声波发射器9依次对准各个行车道，同时控制超声波传感器不断地扫描各个行车道，若发现某行车道上有集卡车辆驶入或驶出该行车道交汇点，并达到一定的距离范围后，超声波传感器能够马上就将该信息发送给智能检测处理器，智能检测处理器收到超声波传感器的检测信息后，进行标注和存储。然后，智能检测处理器分别给中层套环伺服电机13和外层套环伺服电机10发出旋转运行的指令，使得中层套环3上的RFID读写器5和外层套环4上的视频摄像机6均指向该行车道方向，并分别检测以获取相应的车辆信息，并将检测到的该车辆信息传送到智能检测处理器进行处理和存储。智能检测处理器将处理后的某车辆的多源传感信息(包括超声波动态传感信息、RFID识别信息和视频信息)通过无线数据收发器发送到无线传感网络的智能节点500，然后再传送到车辆监控调度中心600进行后续处理。车辆智能检测装置100对各个行车道及其运行的集卡车辆的监控识别是按照一定的顺序或时间周期进行的，这个监控识别顺序或具体的时间周期可以由智能检测处理器来进行设置。装置中各个传感器的朝向及其信息检测识别方向也均可以由智能检测处理器来任意指定，因此，本发明涉及的车辆智能检测装置100可以应用于丁字型车道、十字型车道或任意类型交汇的车道，可以适用于任意复杂的交通状况。车辆智能检测方法的核心思想就是在智能检测处理器对超声波传感数据进行分析和判断的基础上，根据车辆运行状态和车辆检测监控规则，指引不同的传感器对驶入或驶出车道交汇区200的集卡车辆多源信息进行持续地采集、融合和处理，并将获得的车辆运行的实时传感数据流存储并发送到车辆监控调度中心600。车辆监控调度中心600可以将接收到的某车辆的前后牌照检测信息、RFID检测信息、该车的行车方向信息等与调度数据库中有关该车辆的调度计划信息进行自动对比分析，从而判断出该集卡车辆是否是“假冒车辆”、“非法车辆”，或该集卡车辆是否按照调度运行的要求在港区从事相关的运输作业。智能检测处理器也可以根据车辆监控调度中心的指令，对特定集卡车辆进行持续的跟踪和监视，并把相关的传感检测数据发送回车辆监控调度中心600。若某集卡车辆没有安装RFID标签，采用本发明涉及的智能检测装置也可以识别该车辆的前后牌照信息进行视频识别，从而实现对其运行状态的监控管理。本发明涉及的车辆智能检测装置100还可以与信息显示装置一起使用，从而对驶过该车道交汇区200的集卡车辆进行提示或向其发出运行命令，起到调度管理的作用。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。例如，在一个车辆智能检测装置中设定的套环及传感器的数量，不限定为上述实施例中描述的三个；传感器也可以是对集卡等各种车辆的信息进行检测的其他装置；对于车辆智能检测装置的安装位置也可以根据检测的具体需要来设定。在检测过程中，也可以不是由超声波引导视觉传感器和RFID读写器，而是先触发其他的传感器进行集卡车辆位置、速度等信息的检测和识别，等等。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种集装箱港口车辆智能检测装置，其特征在于: 所述车辆智能检测装置(100)中包含有以下设备: 同圆心且相互嵌套的多个套环，这些套环上分别安装有不同的车辆检测传感器； 智能检测处理器，用以控制所述套环各自绕圆心旋转，以带动各个车辆检测传感器旋转至设定的行车道方向，对行车道上运行的集卡车辆的信息进行相应检测；所述智能检测处理器还接收各个车辆检测传感器所获取的车辆检测信息，并进行检测信息的存储、处理和判断； 无线数据收发器，用以将所述智能检测处理器对车辆检测信息的处理结果发送到外部的智能节点(500)或车辆监控调度中心(600)进行后续处理。
2.如权利要求1所述的集装箱港口车辆智能检测装置，其特征在于: 所述车辆智能检测装置(100)还包含用以支撑和固定该智能检测装置(100)的一个中心固定杆(I);多个所述套环嵌套在所述中心固定杆(I)外，并且能够各自绕该中心固定杆(I)旋转；所述中心固定杆(I )内部是中空的，用以安装所述智能检测处理器、无线数据收发器及其天线装置。
3.如权利要求2所述的集装箱港口车辆智能检测装置，其特征在于: 在一个集装箱港口内，由任意两个或两个以上的集卡行车道(210)交汇所形成的每一个车道交汇区(200)上,对应设置有一个所述车辆智能检测装置(100);每个所述车辆智能检测装置(100)通过中心固定杆(1)，固定安装在车道交汇区(200)正中央的空中或地面上。
4.如权利要求2所述的集装箱港口车辆智能检测装置，其特征在于: 所述车辆智能检测装置(100)的每个套环，各自配置有被动齿轮、主动齿轮和伺服电机；所述智能检测处理器通过控制相应伺服电机的传动轴转动，以使主动齿轮带动被动齿轮转动，进而驱动对应的套环旋转，以使该套环上的车辆检测传感器能够转向设定的行车道方向进行车辆信息检测。
5.如权利要求1或4所述的集装箱港口车辆智能检测装置，其特征在于: 所述车辆智能检测装置(100)的车辆检测传感器，包含有: 超声波传感器，能够向集卡车辆发射超声波并接收，并通过计算超声波回波时间差来判断车辆的运行状态； RFID读写器(5)，用以识别集卡车辆上设置的RFID标签的信息； 视频摄像机(6 ),用以拍摄集卡车辆设定表面的图像。
6.如权利要求5所述的集装箱港口车辆智能检测装置，其特征在于: 所述车辆智能检测装置(100)从内到外依次嵌套设置有内层套环(2)、中层套环(3)和外层套环(4)，其中所述内存套环(2)环绕设置在所述中心固定杆(I)的外围； 所述超声波传感器，RFID读写器(5)，和视频摄像机(6)及配套的泛光灯(7)，分别设置在所述内存套环(2)、中层套环(3)和外层套环(4)的表面上。
7.一种集装箱港口车辆智能检测方法，使用权利要求1所述车辆智能检测装置(100)实现，其特征在于: 在集装箱港口内，由任意两个或两个以上的集卡行车道(210)交汇所形成的每一个车道交汇区(200)上，对应设置有一个所述车辆智能检测装置(100)；每个车辆智能检测装置(100)在其智能检测处理器的控制下，先驱动安装有超声波传感器的套环旋转，从而将超声波传感器对准该车辆智能检测装置检测范围内的各个行车道方向，通过所述超声波传感器不断扫描各个行车道，以判断是否在行车道上有集卡车辆驶入或驶出；当所述超声波传感器根据超声波回波时间差，判断出其中任意一个行车道上有集卡车辆运行时，即向所述智能检测处理器发送信息； 所述智能检测处理器接收到超声波传感器的检测信息后，进行标注和存储，并控制该车辆智能检测装置(100)中分别安装有RFID读写器(5)和视频摄像机(6)的套环旋转，以使所述RFID读写器(5 )和视频摄像机(6 )都对准有集卡车辆运行的行车道进行车辆信息检测； 所述智能检测处理器在接收所述RFID读写器(5 )识别的集卡车辆上RFID标签信息，以及所述视频摄像机(6)拍摄的集卡车辆设定表面的图像后，对所述超声波传感器、RFID读写器(5)和视频摄像机(6)获取的检测信息进行处理，并通过无线数据收发器将处理结果发送到无线传感网络中的智能节点(500)，然后再由智能节点(500)传送到车辆监控调度中心(600)进行后续处理。
8.如权利要求7所述的集装箱港口车辆智能检测方法，其特征在于: 在进行车辆智能检测方法之前，每个所述车辆智能检测装置(100)的智能检测处理器，首先根据该车辆智能检测装置(100)在行车道交汇区(200)上的安装位置进行初始化，以校准该车辆智能检测装置(100)检测范围内的各个行车道的方向，并确定各个车辆检测传感器的安装高度和角度。
9.如权利要求7所述的集 装箱港口车辆智能检测方法，其特征在于: 为所述车辆智能检测装置(100)的每个套环，各自配置有被动齿轮、主动齿轮和伺服电机；由所述智能检测处理器控制相应伺服电机的传动轴转动，以使主动齿轮带动被动齿轮转动，进而驱动对应的套环旋转，以使该套环上的车辆检测传感器能够转向设定的行车道方向进行车辆信息检测。
10.如权利要求7所述的集装箱港口车辆智能检测方法，其特征在于: 根据车辆监控调度中心(600)的指令，还能够驱使若干个所述车辆智能检测装置(100)的智能检测处理器，对特定的集卡车辆进行持续的跟踪和监视，并把相关的传感检测数据发送回车辆监控调度中心(600)。
全文摘要
本发明涉及一种集装箱港口车辆智能检测装置及检测方法，在同圆心且相互嵌套的多个套环上分别安装有不同的车辆检测传感器，在智能检测处理器控制下，使套环各自绕圆心旋转以带动各个车辆检测传感器旋转至设定的行车道方向，对运行的集卡车辆信息进行检测；由智能检测处理器接收车辆检测信息，并进行检测信息的存储、处理和判断后，经由无线数据收发器发送到外部的智能节点或车辆监控调度中心进行后续处理。本发明采用超声波引导视觉传感器和RFID读写器，进行集卡车辆位置和速度信息的检测，进而完成车辆信息的识别，来解决集装箱港区内任意地点集卡车辆的实时检测和识别问题，实现了对集装箱港区所有集卡车辆的自动检测、跟踪和监控。
文档编号G08G1/017GK103218914SQ20121044327
公开日2013年7月24日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者徐为民, 顾伟, 褚建新, 董爽 申请人:上海海事大学