CN112607234B - 一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法。包括如下步骤：布置深度相机用于拍摄待装载货物的深度图像；对拍摄的深度图像进行图像识别处理，获取货物的尺寸；获取货物的订单信息并将货物尺寸识别结果与之关联，并与为每个货物生成的GUID绑定；利用货物尺寸识别结果，使用三维装箱优化算法对需要装箱的货物进行编排；生成组合式集装箱内储物单元调整及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员；储物单元根据三维装箱算法结果动态适配，装载设备通过识别标准托盘的RFID，从数据库获取关联至同一GUID的货物储物单元编号信息，进行货物装箱。本发明有效保障了组合式集装箱货物“客运化”的实现和运输质量。

Description

一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法
技术领域
本发明属于集装箱技术领域，尤其涉及一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法。
背景技术
集装箱是一种标准化的大型装货容器，但也正是由于其大容量、按箱装载的特性，在实际多式联运场景中，对于达不到标准集装箱最低容量的顾客，其使用集装箱的性价比会大幅降低，而最终被迫选择其他货运方式，这就导致在集装箱货运领域存在着大量的潜在市场。
对于上述问题，市场上出现了一种组合式集装箱，其特征是将标准集装箱分成若干储物单元，在实际运输中，对于每个储物单元分开计费，实现货物的“客运化”，但为了顺利装载及运输，存在以下问题：
1.不同货主对自己货物有一套不同的信息管理方式，导致承运单位对货物信息的掌握不够全面，无法达到货物在运输与交付中全过程的信息可追溯；
2.缺少必要的采集货物尺寸数据的方法与装置，导致没有足够的尺寸数据自动、高效地匹配与货物尺寸相适的标准托盘(成组运输的载货工具，将货物放置在上面使得货物可以方便地被叉车等工具进行运输和装卸)；
3.传统检验货物体积是否超标采用的是人工的方法，在组合式集装箱领域检验货物是否超过储物单元容量，由于其多单元的特性，无论是从可操作性还是效率方面都存在问题；
4.传统集装箱的储物单元容积是固定的，不能有效发挥集装箱的最大存储能力；
5.由于组合式集装箱的储物单元设定，无论是在层高方面还是不同单元间的移动方面，都给普通的人工装箱造成了很大的困难；
6.在国内现有多式联运物流系统中，对于集装箱货物信息管控，大多停留在必要的文字信息，而图像信息则较少，最多的仅留存装箱照片、锁门前照片、封箱照片，这就导致对于集装箱货物是否合理装箱以及箱内货物安全的管理不到位问题。
因此针对此类组合式集装箱，亟需一种特定的货物三维装箱方法。
发明内容
针对背景技术中现存的技术问题，本发明提供一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，用以解决目前为挖掘集装箱运输领域潜在市场而出现的组合式集装箱，其配套货物装箱方法及系统缺乏的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，包括如下步骤：
S1.在专用工位布置若干部深度相机，其中深度相机分别布置于货物侧边用于拍摄货物侧面照片，和布置于货物顶部用于拍摄货物顶部照片；
S2.对拍摄的深度图像进行图像识别处理，获取货物的侧面及顶部照片尺寸，并存储至数据库；
S3.获取货物的订单信息并将S2的货物尺寸识别结果与之关联，并与为每一个货物生成的GUID绑定；
S4.利用Step2的识别结果，使用三维装箱优化算法对需要装箱的货物进行编排，并且将货物匹配标准托盘，关联至GUID；
S5.生成组合式集装箱内储物单元调整及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员；
S6.根据现场人员反馈的信息，若货物尺寸识别有问题则反馈优化图像识别智能算法并转S2；若三维装箱有问题则反馈优化三维装箱算法并转Step4，若无问题则将三维空间模型关联至GUID并转Step7；
S7.储物单元根据三维装箱算法结果动态适配，以达到组合式集装箱利用率最大化的目的；
S8.装载设备通过识别标准托盘的RFID，从数据库获取关联至同一GUID的货物储物单元编号信息，进行货物装箱；
S9.待一个装箱内货物识别完成、成功装载，结束流程。
进一步，所述步骤S1中，至少安装两部深度相机，其中一部布置于货物侧边用于拍摄货物侧面照片，另外一部布置于货物顶部用于拍摄货物顶部照片。
进一步，所述步骤S2中，使用图像识别智能算法对拍摄的深度图像进行图像识别处理，具体包括通过读取深度相机拍摄的货物深度图像，依次经过二值化处理模块、降噪处理模块、轮廓读取模块、尺寸识别模块获取货物的长、宽、高尺寸信息，并检验公共边的尺寸是否相同，若不相同则重复流程直至优化算法达到公共边相同后结束流程。
进一步，所述步骤S3中，通过扫描货物上的条形码获取货物订单信息，并将步骤S2中识别得到的货物尺寸与之进行关联，再与调用Python中UUID库为每一个货物生成的GUID绑定即得到货物在运输全周期内的唯一标识。
进一步，所述步骤S4中，货物三维装箱算法具体包括如下步骤：
S41.将同一条线路上所有待装载的货物按目的地从近到远分为D1，D2，D3，…，Dn；
S42.将每个目的地内的货物按体积从大到小排序D11，D12，…，D1i；D21，D22，…，D2j；…；Dn1，Dn2，…，Dnq；
S43.对于每个货物采取如下判断：将货物Dij按照其放入集装箱内的六种摆放方式依次标记为1，2，3，4，5，6，按顺序与标准储物单元(a，b，c)比较，将存在的第一种使得货物尺寸均小于对应方向储物单元标准尺寸的摆放方式记录，其中记录信息包含五个维度信息，前三维信息分别为货物Dij放置在集装箱中的长宽高，参数中第四维记录货物摆放方式信息，第五维记录货物与标准储物单元尺寸之间的关系，其中存在使得货物尺寸均小于对应方向储物单元标准尺寸的摆放方式则转S46，若不存在则标记则转S44；其中，a，b，c分别表示标准储物单元的长宽高；
S44.判断货物尺寸是否大于储物单元最大容积(a，b，H)，H为组合式集装箱最大高度：按S43中的方式与储物单元最大容积(a，b，H)作比较，将存在的第一种使得货物尺寸均小于对应方向储物单元最大尺寸的摆放方式记录用于信息追溯，用于后续储物单元动态适配并转S46，若不存在，则转S45；
S45.以人工方式将尺寸大于储物单元最大尺寸的货物进行拆分，并转S42；
S46.将S43及S44的货物按照序号排序，生成待装载列表；
S47.按顺序依次取待装载列表中前M个货物信息，M为一个集装箱储物单元个数，并按集装箱储物单元编号结合步骤S43中生成的五维记录信息生成装箱计划表；
S48.按照装箱计划表，对其中骤S43中第五维标记为不存在对应的标准储物单元的货物，按照S6中标记信息中的尺寸信息使用机械装置进行动态适配；
S49.装载设备按照装箱计划表依次自动装箱；
S410.执行完一个装箱计划表后结束流程。
进一步，所述步骤S4中，首先将集装箱分层、分格为大小相同的标准储物单元，并且每个单元单独编号；在集装箱内部安装推动杆用于储物单元卸货，并且可以通过系统进行实时地动态重组每个储物单元高度达到改变容量的目的。
进一步，所述步骤S6中，其具体为：使用在Autodesk公司的Revit软件内制作的参数化族，通过设置层数及每层单元数实施形状变化的模型，及Revit内的Dynamo程序生成组合式集装箱内储物单元及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过设计针对组合式集装箱的货物装箱方法及系统，利用物联网、移动通信、图像识别技术，基于多系统间信息交互以及人机信息交互，实现组合式集装箱货物的尺寸识别、合理装箱编排、组合式集装箱储物单元动态适配重组、货物的自动装箱、货物的动态管控以及信息的多层关联嵌套，做到组合式集装箱货物装箱的三维化、智能化、信息化，降低了整体作业流程中人为因素的干扰，提高了组合式集装箱货物装箱效率，加强了货物运输中的动态管控，使得货物信息贯穿运输全过程，有效保障了组合式集装箱货物“客运化”的实现和运输质量。
附图说明
图1为本申请实施例公开的一种组合式集装箱示意图；
图2为本申请实施例公开的一种货物装箱方法及系统应用场景的系统流程图；
图3为本申请实施例公开的一种货物信息多层嵌套示意图；
图4为本申请实施例公开的一种货物装箱方法及系统应用场景的效果示意图；
图5为本申请实施例公开的一种货物尺寸图像识别算法流程；
图6为本申请实施例公开的一种货物三维装箱算法流程图。
图中，1-储物单元；2-集装箱内部；3-集装箱侧开门；4-货物识别区，5-托盘匹配区，6-装货区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，如图1所示为本申请实施例公开的一种组合式集装箱示意图，其特点在于将集装箱分层、分格为类似于1的储物单元，并且每个单元单独编号。在集装箱内部2所示位置处安装推动杆用于储物单元卸货，并且可以通过系统进行实时地动态重组每个储物单元高度达到改变容量的目的，3为集装箱侧开门，可以单独或同时开门。
如图2所示为本申请实施例公开的一种货物装箱方法及系统应用场景的系统流程图，其流程为：
S1.在专用工位布置若干部深度相机，其中深度相机分别布置于货物侧边用于拍摄货物侧面照片，和布置于货物顶部用于拍摄货物顶部照片；
S2.对拍摄的深度图像进行图像识别处理，获取货物的侧面及顶部照片尺寸，并存储至数据库；
S3.获取货物的订单信息并将S2的货物尺寸识别结果与之关联，并与为每一个货物生成的GUID绑定；
S4.利用Step2的识别结果，使用三维装箱优化算法对需要装箱的货物进行编排，并且将货物匹配标准托盘，关联至GUID；
S5.生成组合式集装箱内储物单元调整及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员；
S6.根据现场人员反馈的信息，若货物尺寸识别有问题则反馈优化图像识别智能算法并转S2；若三维装箱有问题则反馈优化三维装箱算法并转Step4，若无问题则将三维空间模型关联至GUID并转Step7；
S7.储物单元根据三维装箱算法结果动态适配，以达到组合式集装箱利用率最大化的目的；
S8.装载设备通过识别标准托盘的RFID，从数据库获取关联至同一GUID的货物储物单元编号信息，进行货物装箱；
S9.待一个装箱内货物识别完成、成功装载，结束流程。
在上述实施例中，至少安装两部深度相机，其中一部布置于货物侧边用于拍摄货物侧面照片，另外一部布置于货物顶部用于拍摄货物顶部照片。
如图3所示为本申请实施例公开的一种货物信息多层嵌套示意图，通过GUID(全局唯一标识符，Globally Unique Identifier，是一种由算法生成的二进制长度为128位的数字标识符)作为货物的唯一标识，按照图2系统流程图操作顺序依次将业主自有系统货物信息、货物尺寸信息、货物运载托盘编号、货物储物单元编号、货物装箱三维模型进行关联并将数据存储在数据库内，再与调用Python中UUID库为每一个货物生成的GUID绑定即得到货物在运输全周期内的唯一标识。
如图4所示为本申请实施例公开的一种组合式集装箱货物装箱方法及系统应用场景的效果示意图，货物识别区4安装两部深度相机采集图像，托盘匹配区5通过后台系统生成的装载方案匹配标准托盘，装货区6内储物单元根据装载方案实时适配重组更改大小，装载设备通过托盘上自带的RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别即射频识别技术。是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的)将货物根据配载方案的位置进行装箱至组合式集装箱。
如图5所示为本申请实施例公开的一种货物尺寸图像识别算法流程，通过读取深度相机拍摄的货物深度图像，依次经过二值化处理模块、降噪处理模块、轮廓读取模块、尺寸识别模块获取货物的长、宽、高尺寸信息，并检验公共边的尺寸是否相同，若不相同则重复流程直至优化算法达到公共边相同后结束流程。
如图6所示为本申请实施例公开的一种货物三维装箱算法流程图，其流程为：
S41.将同一条线路上所有待装载的货物按目的地从近到远分为D1，D2，D3，…，Dn，
S42.将每个目的地内的货物按体积从大到小排序D11，D12，…，D1i；D21，D22，…，D2j；…；Dn1，Dn2，…，Dnq；
S43.对于每个货物采取如下判断：例如Dij的货物长(aij，沿净深方向)宽(bij，沿集装箱开间方向)高(cij，沿层高方向)，其有(aij，bij，cij)，(aij，cij，bij)，(bij，aij，cij)，(bij，cij，aij)，(cij，aij，bij)，(cij，bij，aij)六种摆放方式，依次标记为1，2，3，4，5，6，按顺序与标准储物单元(a，b，c)比较，将存在的第一种使得货物尺寸均小于对应方向储物单元标准尺寸的摆放方式记录，如Dij(cij，aij，bij，5，1)(参数中第四维记录货物摆放方式信息，第五维记录货物与标准储物单元尺寸之间的关系)，并转S46，若不存在则标记为Dij(aij，bij，cij，0，0)，并转S44；
S44.判断货物尺寸是否大于储物单元最大容积(a，b，H)，H为组合式集装箱最大高度：按S43中的方式与储物单元最大容积(a，b，H)作比较，将存在的第一种使得货物尺寸均小于对应方向储物单元最大尺寸的摆放方式记录，记录为Dst(bst，ast，cst，3，0)用于信息追溯，简化为Dst(a，b，cst，3，0)用于后续储物单元动态适配并转S46，若不存在，则转S45；
S45.以人工方式将尺寸大于储物单元最大尺寸的货物进行拆分，并转S42；
S46.将S43及S44的货物按照序号排序，生成待装载列表如Dij(cij，aij，bij，5，1)，…，Dst(a，b，cst，3，0)，…；
S47.按顺序依次取前M个(M为一个集装箱储物单元个数)货物信息，并按集装箱储物单元编号1-1，1-2，…，1-m，2-1，…，2-m摆放生成装箱计划表Dij(cij，aij，bij，5，1，1-1)，…，Dst(a，b，cst，3，0，1-m)，…；
S48.按照装箱计划表，对其中第五维标记为0对应的储物单元，按照标记信息中的尺寸信息使用机械装置进行动态适配；
S49.装载设备按照装箱计划表依次自动装箱；
S410.执行完一个装箱计划表后结束流程。
在上述实施例中，步骤S4中，首先将集装箱分层、分格为大小相同的标准储物单元，并且每个单元单独编号；在集装箱内部安装推动杆用于储物单元卸货，并且可以通过系统进行实时地动态重组每个储物单元高度达到改变容量的目的。
步骤S6中，其具体为：使用在Autodesk公司的Revit软件内制作的参数化族，通过设置层数及每层单元数实施形状变化的模型，及Revit内的Dynamo程序生成组合式集装箱内储物单元及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员。
上述实施例具有以下特点：
1.一般来说货物上自带信息条码，通过扫描条码获取业主自有系统内的货物信息，再通过使用GUID(全局唯一标识符，Globally Unique Identifier，是一种由算法生成的二进制长度为128位的数字标识符)作为货物在运输全周期内的唯一标识，实现业主自有系统内的货物信息、货物尺寸信息、货物运载托盘、货物储物单元编号、货物装箱三维模型等信息的关联。
2.在固定工位布置深度相机自动拍摄货物尺寸图片，再使用图像识别算法识别货物长、宽、高尺寸，从而使得可以准确、高效地识别货物尺寸，并录入系统关联至GUID，使得货物尺寸数据可以被追溯以及被其他系统所复用；
3.使用三维装箱算法将货物匹配标准托盘，并对一个集装箱内货物进行合理编排，然后将货物运载托盘信息、货物储物单元编号信息与货物信息进行嵌套关联至GUID；
4.组合式集装箱储物单元可进行实时适配重组，按照三维装箱算法得到的结果，实时驱动组合式集装箱内的机械设备调节储物单元的开间、净深及层高，以达到调节容量，使组合式集装箱利用率最大化的目的；
5.通过货物装载设备识别标准托盘上自带的RFID(Radio FrequencyIdentification，无线射频识别即射频识别技术。是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的)，在数据库内获取关联的GUID所对应的货物储物单元编号信息，然后对标准托盘上的货物进行自动装箱操作；
6.将装载方案生成三维模型，并在集装箱储物单元内布置摄像头、传感器等监控储物单元内状态，使得可以实时获取货物状态。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在专用工位布置若干部深度相机，其中深度相机分别布置于货物侧边用于拍摄货物侧面照片，和布置于货物顶部用于拍摄货物顶部照片；
S2.对拍摄的深度图像进行图像识别处理，获取货物的侧面及顶部照片尺寸，并存储至数据库；使用图像识别智能算法对拍摄的深度图像进行图像识别处理，具体包括通过读取深度相机拍摄的货物深度图像，依次经过二值化处理模块、降噪处理模块、轮廓读取模块、尺寸识别模块获取货物的长、宽、高尺寸信息，并检验公共边的尺寸是否相同，若不相同则重复流程直至优化算法达到公共边相同后结束流程；
S3.获取货物的订单信息并将S2的货物尺寸识别结果与之关联，并与为每一个货物生成的GUID绑定；
S4.利用Step2的识别结果，使用三维装箱优化算法对需要装箱的货物进行编排，并且将货物匹配标准托盘，关联至GUID；货物三维装箱算法具体包括如下步骤：
S41.将同一条线路上所有待装载的货物按目的地从近到远分为D1，D2，D3，…，Dn；
S42.将每个目的地内的货物按体积从大到小排序D11，D12，…，D1i；D21，D22，…，D2j；…；Dn1，Dn2，…，Dnq；
S43.对于每个货物采取如下判断：将货物Dij按照其放入集装箱内的六种摆放方式依次标记为1，2，3，4，5，6，按顺序与标准储物单元(a，b，c)比较，将存在的第一种使得货物尺寸均小于对应方向储物单元标准尺寸的摆放方式记录，其中记录信息包含五个维度信息，前三维信息分别为货物Dij放置在集装箱中的长宽高，参数中第四维记录货物摆放方式信息，第五维记录货物与标准储物单元尺寸之间的关系，其中存在使得货物尺寸均小于对应方向储物单元标准尺寸的摆放方式则转S46，若不存在则标记则转S44；其中，a，b，c分别表示标准储物单元的长宽高；
S44.判断货物尺寸是否大于储物单元最大容积(a，b，H)，H为组合式集装箱最大高度：按S43中的方式与储物单元最大容积(a，b，H)作比较，将存在的第一种使得货物尺寸均小于对应方向储物单元最大尺寸的摆放方式记录用于信息追溯，用于后续储物单元动态适配并转S46，若不存在，则转S45；
S45.以人工方式将尺寸大于储物单元最大尺寸的货物进行拆分，并转S42；
S46.将S43及S44的货物按照序号排序，生成待装载列表；
S47.按顺序依次取待装载列表中前M个货物信息，M为一个集装箱储物单元个数，并按集装箱储物单元编号结合步骤S43中生成的五维记录信息生成装箱计划表；
S48.按照装箱计划表，对其中骤S43中第五维标记为不存在对应的标准储物单元的货物，按照S6中标记信息中的尺寸信息使用机械装置进行动态适配；
S49.装载设备按照装箱计划表依次自动装箱；
S410.执行完一个装箱计划表后结束流程；
S5.生成组合式集装箱内储物单元调整及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员；
S6.根据现场人员反馈的信息，若货物尺寸识别有问题则反馈优化图像识别智能算法并转S2；若三维装箱有问题则反馈优化三维装箱算法并转Step4，若无问题则将三维空间模型关联至GUID并转Step7；
S7.储物单元根据三维装箱算法结果动态适配，以达到组合式集装箱利用率最大化的目的；
S8.装载设备通过识别标准托盘的RFID，从数据库获取关联至同一GUID的货物储物单元编号信息，进行货物装箱；
S9.待一个装箱内货物识别完成、成功装载，结束流程。
2.根据权利要求1所述的一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，其特征在于，所述步骤S1中，至少安装两部深度相机，其中一部布置于货物侧边用于拍摄货物侧面照片，另外一部布置于货物顶部用于拍摄货物顶部照片。
3.根据权利要求1所述的一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过扫描货物上的条形码获取货物订单信息，并将步骤S2中识别得到的货物尺寸与之进行关联，再与调用Python中UUID库为每一个货物生成的GUID绑定即得到货物在运输全周期内的唯一标识。
4.根据权利要求1所述的一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，其特征在于，所述步骤S4中，首先将集装箱分层、分格为大小相同的标准储物单元，并且每个单元单独编号；在集装箱内部安装推动杆用于储物单元卸货，并且可以通过系统进行实时地动态重组每个储物单元高度达到改变容量的目的。
5.根据权利要求1所述的一种针对组合式集装箱的货物三维装箱方法，其特征在于，所述步骤S6中，其具体为：使用在Autodesk公司的Revit软件内制作的参数化族，通过设置层数及每层单元数实施形状变化的模型，及Revit内的Dynamo程序生成组合式集装箱内储物单元及货物堆放情况的三维空间模型，并将其反馈至现场人员。
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