CN113781690A - 一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，包括车路协同控制单元、堆场智能道闸系统和内外集卡管控系统等交通控制系统及装置。内外集卡管控系统根据内外集卡行驶管控策略进行堆场区内外集卡交通管控；车路协同控制单元包含路侧感知模块、边缘计算单元、中控模块等；堆场智能道闸系统包含RFID电子车牌识别系统、雷达探测系统、语音与屏幕显示设备、红绿灯、档杆等，同时在外集卡进场口布置1道进口道闸，在外集卡出场口布置2道出口道闸，出口道闸位于内集卡通道两侧。本发明提供的智能闸口系统有效保证了内外集卡通行秩序，提高了运输作业效率。

Description

一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统

技术领域

本发明涉及智能装备技术领域，尤其涉及一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统。

背景技术

集装箱堆场是集装箱通关上船前和卸船后集中存放地，用于集装箱重箱或空箱的装卸、转运、保管和交接，在集装箱中转运输中起着至关重要的作用，保证了集装箱装卸作业的连续性和高效性。集装箱在堆场存放时，通常按照货运船号分别堆存，以减少装卸设备的行走及准备时间，提高设备装卸效率。传统运输设备及通行策略下集装箱堆场交通堵塞的主要原因是：(1)堆场集卡车辆通行策略单一；(2)内外集卡通行交叉口处交通流集中。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，通过车路协同控制单元、堆场智能道闸系统和内外集卡管控系统等器件的相互配合，完成内外集卡的通行次序安排。在路侧感知模块及其他多类型感知器件的支持下，实时检测并分析集卡车辆的行驶状态，通过内外集卡管控系统的分析调度，实现集卡车辆的最优通行顺序，提高港区各装卸设备及运输车辆的作业效率。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，包括：车路协同控制单元、堆场智能道闸系统和内外集卡管控系统等交通控制系统及装置；所述车路协同控制单元包含路侧感知模块、边缘计算单元、中控模块等；所述堆场智能道闸系统包含RFID电子车牌识别系统、雷达探测系统、语音与屏幕显示设备、红绿灯、档杆等，同时在外集卡进场口布置1道进口道闸，在外集卡出场口布置2道出口道闸，出口道闸位于内集卡通道两侧。

进一步地，所述内外集卡管控系统使用基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略进行内外集卡运行的宏观控制，同时加入自学习机制，通过系统仿真和实际作业数据分析并优化模型参数，提高作业效率。

进一步地，所述进口道闸与出口道闸的布置方法为：堆场外集卡横向行车道上，共布置3套外集卡进出口道闸系统，相邻两套道闸系统的布置间距为41m。每套系统的进口道闸与第一出口道闸的布置间距为280.5m，第一出口道闸与第二出口道闸的布置间距为10m。

进一步地，所述路侧感知模块主要包括单目摄像机、雷达设备和智能处理单元。其中，单目摄像机进行集卡位置检测和运动信息跟踪，在内外集卡产生交汇的路口安装；雷达设备用来辅助监测集卡运动状态，与单目摄像机视频信息形成互补，共同监测路口车辆信息；智能处理单元部署于传感器下方电器柜中，利用深度神经网络车辆识别模型对车辆进行识别和跟踪。同时，将单目摄像机和雷达设备使用固件固定为一组感知模块，安装于堆场的灯柱上，每组感知模块监控两个车道。

进一步地，所述边缘计算单元根据单目摄像机和雷达设备获得的车辆运行数据，动态感知车辆的实时状态，监测在内外集卡交叉路口处外集卡实时等待的数量和等待时间。

进一步地，所述中控模块将所有边缘计算单元的运行结果发送到内外集卡管控系统中，内外集卡管控系统根据输入数据，实时决策内外集卡当前的优先级和集卡放行策略，同时为内外集卡管控系统控制外集卡车道上的红绿灯、挡杆等设备提供数据基础。

进一步地，所述RFID电子车牌识别系统由车辆触发(工业雷达)检测设备、电子RFID读写器、GPIO模块(上位机通讯、控制模块)、读写天线及车载电子标签组成。RFID电子车牌识别系统自动读取车辆信息，通过数据库的分析，把集卡车牌等信息发给TOS等管理系统处理相关作业任务，完成车辆信息核对工作。

进一步地，所述雷达探测系统与RFID电子车牌识别系统协同工作，检测外集卡是否进入第一出口道闸的等待区，如果判断车辆已进入等待区域，向内外集卡管控系统申请抬杆，当雷达检测到车辆依次通过第一、第二出口道闸后落杆。

进一步地，所述智能闸口的集卡管控流程为：

基于获取的各路段及路口内外集卡流量分布和排队数量，实施一种基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略；

其中，规则设定包括如下：

S21、以保障作业中岸桥不闲置为最高优先级，保障外集卡不形成拥堵的情况下，在路口指定区域优先保证内集卡通行；

S22、当外集卡作业时间即将超出规定，或外集卡堆场只进不出造成了路口排队拥堵时，则暂停内集卡路口通行，加快外集卡流通；

S23、基于规则的判断具有可拓展性，在系统测试和应用过程中，可根据实际需求添加和完善规则；

其中，在实际作业过程中，管控如下：

S31、内外集卡流量和位置分布会处于规则允许的交叉范围，使用基于全局作业效率最优的管控模型进行内外集卡行驶的宏观控制；

S32、加入自学习机制，通过系统仿真和实际作业数据分析，优化模型参数，提高作业效率；

其中，内外集卡行驶管控策略如下：

S41、各项策略优先级从高到低依次为：

(1)作业中岸桥不闲置；

(2)路口和码头前沿区域内集卡不形成拥堵；

(3)外集卡不形成拥堵，且没有超出规定作业时间；

(4)内集卡通行；

(5)外集卡通行；

S42、各规则优先级参照S41中排序，在仿真测试和实际应用过程中，可根据需要添加新规则或修改各规则优先级，优化管控策略，提高港区装卸设备和集卡作业效率。

与现有技术相比，本发明具有的技术优势和突出效果是：

1、将智能感知器件与堆场闸口装置进行融合，可以实时监控并分析内外集卡交通状态，为内外集卡的通行调度提供精确的数据服务；

2、实时融合并分析摄像机视频数据、雷达检测数据、RFID电子标签等多源传感器信息，保证集卡行驶位置及状态检测的精确性，为集卡通行状态监测提供多重信息保障；

3、在保证岸桥装卸作业效率最大化的前提下，通过控制内外集卡的通行次序，提高港区集卡设备的运输作业效率；

4、通过建立内外集卡行驶管控策略，来优化实际作业中集卡通行管控方法，降低集卡拥堵等待时间，提高集卡资源综合利用率，保证港区有序的作业秩序。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明实施例中一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统各模块信息交互示意图。

图2为本发明实施例中一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口内外集卡行驶管控策略流程示意图。

图3为本发明实施例中一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口道闸设备平面布置示意图。

图3中，1-进口道闸，2-第一出口道闸，3-第二出口道闸，4-路侧感知模块。

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。

如图1所示，本实施例提供的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，利用摄像机和雷达检测系统实时感知集卡运行状态，监测在内外集卡交叉路口处外集卡实时等待数量和等待时间。内外集卡管控系统使用基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略进行内外集卡运行的宏观控制，保障集卡运行有序，降低发生堵塞的概率，提高生产作业效率。堆场道闸处设置RFID电子车牌识别系统和雷达探测系统，实时感知集卡信息和运行位置，为内外集卡管控系统决策提供依据，并方便管理人员对集卡信息的采集。路侧感知模块、堆场道闸控制模块和内外集卡管控系统实时进行信息交互，保证集卡信息获取的多源性，提高对集卡运动状态精确监测能力。

具体地，本发明提供的顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统包括车路协同控制单元、堆场道闸控制单元和内外集卡管控系统等交通控制系统及装置；所述车路协同控制单元包含路侧感知模块、边缘计算单元、中控模块等；所述堆场道闸控制单元包含RFID电子车牌识别系统、雷达探测系统、语音与屏幕显示设备、红绿灯、挡杆等，在外集卡进场口布置1道进口道闸，在外集卡出场口布置2道出口道闸，出口道闸位于内集卡通道两侧。

在优选的实施例中，如图3所示，堆场外集卡横向车道上，共布置3套外集卡进出口道闸系统，相邻两套道闸系统的布置间距为41m。每套系统的进口道闸与第一出口道闸的布置间距为280.5m，第一出口道闸与第二出口道闸的布置间距为10m。图3中紫色区域就是道闸系统的位置。道闸系统作为顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口布置方法的终端，在物理空间上有效隔离了内集卡和外集卡，杜绝内外集卡作业相互干扰的发生。

在优选的实施例中，如图1所示，路侧感知模块主要包括单目摄像机、雷达设备和智能处理单元。其中，单目摄像机进行集卡位置检测和运动信息跟踪；雷达设备用来辅助监测集卡运动状态，与摄像机视频信息形成互补，共同监测路口车辆信息；智能处理单元利用深度神经网络车辆识别模型对车辆进行识别和跟踪。

在优选的实施例中，如图3所示，单目摄像机安装在内外集卡产生交汇的路口，智能处理单元部署于传感器下方电器柜中。同时，将摄像机和雷达设备使用固件固定为一组感知模块，安装于堆场的灯柱上，每组感知模块监控两个车道。单目摄像机和雷达设备的配合，能精准获得集卡位置信息，准确获取路口的车辆排队情况。

在优选的实施例中，如图1所示，边缘计算单元根据摄像机和雷达获取的车辆运行数据，动态感知车辆的实时状态，监测在内外集卡交叉路口处外集卡实时等待的数量和等待时间，并将信息发送给中控模块。

在优选的实施例中，如图1所示，中控模块接收来自所有边缘计算单元的运行结果，并将结果发送到内外集卡管控系统中，为内外集卡管控系统作出决策提供数据依据。

在优选的实施例中，如图1所示，内外集卡管控系统根据中控模块的输入数据，实时决策内外集卡当前优先级和集卡放行策略，同时控制外集卡车道上的红绿灯、挡杆等设备进行交通控制。

在优选的实施例中，如图1所示，堆场道闸控制单元包含RFID电子车牌识别系统，当集卡到达堆场入口附近，所述RFID电子车牌识别系统由车辆触发(工业雷达)检测设备、电子RFID读写器、GPIO模块(上位机通讯、控制模块)、读写天线及车载电子标签组成。RFID电子车牌识别系统自动读取车辆信息，通过数据库的分析，把集卡车牌等信息发给TOS管理系统处理相关作业任务，完成车辆信息核对工作。RFID电子车牌识别系统可以实现无接触式读取车辆信息，速度快，安全性高，有效保障了信息传输的准确性。

在优选的实施例中，如图1所示，所述雷达探测系统与RFID电子车牌识别系统协同工作，检测外集卡是否进入第一出口道闸的等待区，如果判断车辆已进入等待区域，向内外集卡管控系统申请抬杆，当雷达检测到车辆依次通过第一、第二出口道闸后落杆。雷达系统和RFID电子车牌识别系统协同工作，提高集卡定位准确度，保障作业流程顺利进行。

在优选的实施例中，所述内外集卡管控系统使用基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略进行内外集卡运行的整体控制，同时加入自学习机制，通过系统仿真和实际作业数据分析并优化模型参数，提高作业效率。

如图2所示，本申请中智能闸口的集卡管控流程为：

基于获取的各路段及路口内外集卡流量分布和排队数量，实施一种基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略；

其中，规则设定包括如下：

S21、以保障作业中岸桥不闲置为最高优先级，保障外集卡不形成拥堵的情况下，在路口指定区域优先保证内集卡通行；

S22、当外集卡作业时间即将超出规定，或外集卡堆场只进不出造成了路口排队拥堵时，则暂停内集卡路口通行，加快外集卡流通；

S23、基于规则的判断具有可拓展性，在系统测试和应用过程中，可根据实际需求添加和完善规则；

其中，在实际作业过程中，管控如下：

S31、内外集卡流量和位置分布会处于规则允许的交叉范围，使用基于全局作业效率最优的管控模型进行内外集卡行驶的宏观控制；

S32、加入自学习机制，通过系统仿真和实际作业数据分析，优化模型参数，提高作业效率；

其中，内外集卡行驶管控策略如下：

S41、各项策略优先级从高到低依次为：

(1)作业中岸桥不闲置；

(2)路口和码头前沿区域内集卡不形成拥堵；

(3)外集卡不形成拥堵，且没有超出规定作业时间；

(4)内集卡通行；

(5)外集卡通行；

S42、各规则优先级参照S41中排序，在仿真测试和实际应用过程中，可根据需要添加新规则或修改各规则优先级，优化管控策略，提高港区装卸设备和集卡作业效率。

本发明的运行方式为：

路侧感知模块通过单目摄像机和雷达设备等实时监测集卡位置，跟踪集卡运动状态，所述边缘计算单元根据摄像机和雷达获得的车辆运行数据，动态感知车辆的实时状态，监测内外集卡交叉路口处外集卡实时等待数量和等待时间，所述中控模块将所有边缘计算单元的运行结果发送到内外集卡管控系统中，内外集卡管控系统根据输入数据，实时决策内外集卡当前优先级和集卡放行策略，同时为内外集卡管控系统控制外集卡车道上的红绿灯、挡杆等设备提供数据基础。

当内集卡和外集卡行驶至交汇路段或路口，按以上流程制定放行策略，内集卡直接接收通行指令，通过路口或停车等待。所述雷达探测系统与RFID电子车牌识别系统协同工作，检测外集卡是否进入第一出口道闸的等待区，如果判断车辆已进入等待区域，向内外集卡管控系统申请抬杆，当雷达检测到车辆依次通过第一、第二出口道闸后落杆。

最后应当说明的是：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 (8)

1.一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：包括车路协同控制单元、堆场智能道闸系统和内外集卡管控系统；

所述车路协同控制单元包含路侧感知模块、边缘计算单元、中控模块；

所述堆场智能道闸系统包含RFID电子车牌识别系统、雷达探测系统、语音与屏幕显示设备、红绿灯、档杆，同时在外集卡进场口布置1道进口道闸，在外集卡出场口布置2道出口道闸，出口道闸位于内集卡通道两侧；

所述内外集卡管控系统使用基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略进行内外集卡运行的宏观控制，同时加入自学习机制，通过系统仿真和实际作业数据分析并优化模型参数。

2.根据权利要求1所述的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述进口道闸与出口道闸的布置方法为：堆场外集卡横向行车道上，共布置3套外集卡进出口道闸系统，相邻两套道闸系统的布置间距为41m；每套系统的进口道闸与第一出口道闸的布置间距为280.5m，第一出口道闸与第二出口道闸的布置间距为10m。

3.根据权利要求1所述的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述路侧感知模块包括单目摄像机、雷达设备和智能处理单元；

其中，单目摄像机进行集卡位置检测和运动信息跟踪，在内外集卡产生交汇的路口安装；雷达设备用来辅助监测集卡运动状态，与摄像机视频信息形成互补，共同监测路口车辆信息；智能处理单元部署于传感器下方电器柜中，利用深度神经网络车辆识别模型对车辆进行识别和跟踪；同时，将单目摄像机和雷达设备使用固件固定为一组感知模块，安装于堆场的灯柱上，每组感知模块监控两个车道。

4.根据权利要求3所述的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述边缘计算单元根据单目摄像机和雷达设备获得的车辆运行数据，动态感知车辆的实时状态，监测在内外集卡交叉路口处外集卡实时等待的数量和等待时间。

5.根据权利要求4所述的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述中控模块将所有边缘计算单元的运行结果发送到内外集卡管控系统中，内外集卡管控系统根据输入数据，实时决策内外集卡当前的优先级和集卡放行策略，同时为内外集卡管控系统控制外集卡车道上的红绿灯、挡杆提供数据基础。

6.根据权利要求1所述的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述RFID电子车牌识别系统由车辆触发检测设备、电子RFID读写器、GPIO模块、读写天线及车载电子标签组成；RFID电子车牌识别系统自动读取车辆信息，通过数据库的分析，把集卡车牌等信息发给TOS管理系统处理相关作业任务，完成车辆信息核对工作。

7.根据权利要求1所述的一种顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述雷达探测系统与RFID电子车牌识别系统协同工作，检测外集卡是否进入第一出口道闸的等待区，如果判断车辆已进入等待区域，向内外集卡管控系统申请抬杆，当雷达检测到车辆依次通过第一、第二出口道闸后落杆。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的顺岸式码头边装卸堆场的智能闸口系统，其特征在于：所述智能闸口的集卡管控流程为：

基于获取的各路段及路口内外集卡流量分布和排队数量，实施一种基于以规则为主，辅助以全局优化模型的内外集卡行驶管控策略；

其中，规则设定包括如下：

S21、以保障作业中岸桥不闲置为最高优先级，保障外集卡不形成拥堵的情况下，在路口指定区域优先保证内集卡通行；

S22、当外集卡作业时间即将超出规定，或外集卡堆场只进不出造成了路口排队拥堵时，则暂停内集卡路口通行，加快外集卡流通；

S23、基于规则的判断具有可拓展性，在系统测试和应用过程中，可根据实际需求添加和完善规则；

其中，在实际作业过程中，管控如下：

S31、内外集卡流量和位置分布会处于规则允许的交叉范围，使用基于全局作业效率最优的管控模型进行内外集卡行驶的宏观控制；

S32、加入自学习机制，通过系统仿真和实际作业数据分析，优化模型参数，提高作业效率；

其中，内外集卡行驶管控策略如下：

S41、各项策略优先级从高到低依次为：

(1)作业中岸桥不闲置；

(2)路口和码头前沿区域内集卡不形成拥堵；

(3)外集卡不形成拥堵，且没有超出规定作业时间；

(4)内集卡通行；

(5)外集卡通行；

S42、各规则优先级参照S41中排序，在仿真测试和实际应用过程中，可根据需要添加新规则或修改各规则优先级，优化管控策略，提高港区装卸设备和集卡作业效率。

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