CN202854919U - 云架构电子闸口管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于闸口控制领域，是一种在港口、码头、工业区、物流中心用于集装箱及其运输车辆信息自动采集与管理的计算机与通信系统。本实用新型的云架构电子闸口管理系统，其特征在于，包括数据采集控制系统、智能化信息管理系统、网络通信系统，数据采集控制系统通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。本实用新型同时采用无线射频与数字图像识别技术，提高了集运车和集装箱自动化实时数据采集的可靠性；两种识别技术既可以独立使用、也可以组合使用，配置灵活，方便了系统实现。

Description

云架构电子闸口管理系统

技术领域

本实用新型属于闸口控制领域，是一种在港口、码头、工业区、物流中心用于集装箱及其运输车辆信息自动采集与管理的计算机与通信系统。

背景技术

目前业界比较流行的电子闸口及其相关的车辆数据采集与监管主要有三种：1)基于RFID的电子闸口系统，在车辆必经的闸口通道内安装无线射频阅读器，用来识别安装在车辆上的电子标签，将识别数据通过网线送到现场PC机，把由它完成的识别结果和物理闸口相关联，在识别成功时开闸放行。2)高清照相机加上图像识别技术，在车辆经过闸口通道时，由高清照相机采集车牌/集装箱号，通过局域网把照片的图像送到PC机用图像识别程序完成车牌号的识别，再根据PC机内的信息控制闸口的开放。3)GPS定位与追踪技术，在车辆中安装车载GPS，通过其中GSM卡中的GPRS数据通信功能连接到无线通信网络，进而与运输网络服务器相连，实现车辆信息查询、交费等功能。

这些方法存在如下问题：

(1)关键数据局部存储，缺乏灵活性和安全性。例如，现有基于RFID的电子闸口系统把车辆、集装箱的有关信息存入电子标签或工控机中，都有严格定义的数据存储格式，这就使得一个电子标签只能用于一个系统或一种设备，如果更改了存储信息的数量和格式，电子标签和闸口控制软件都要相应地变更；而且，存储在电子标签中的其它信息降低了整个系统的安全性。

(2)闸口控制软件的局部性降低了系统的灵活性、可靠性、可扩展性。无论是采用RFID技术、还是采用图像处理技术，车辆或集装箱的识别规则都固定地编制在程序代码中，存放在工控中，每次系统升级，都要在相应的工控机中更改软件；即使有些系统采用了B/S架构，闸口控制程序也需要人员操作。

(3)其它问题还有：受前端设备的局限，道口控制工控机需要安装在车道一体机内，使安全性和稳定性降低；每台道口控制工控机只能控制一个通道，系统分散、不便于管理；前端设备安装所接线缆较多，系统的升级改造难度较大；运行闸口识别软件系统的工控机必须安装IO卡和图像采集卡，而IO卡、图像采集卡都不是网络设备，无法接入网络；运行闸口识别系统的工控机是固定的，无法方便地切换到其它机器上运行。

实用新型内容

本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种云架构电子闸口管理系统，其采用云计算技术，同时使用了物联网和无线移动网技术，提高了集运车和集装箱自动化实时数据采集的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括数据采集控制系统、智能化信息管理系统、网络通信系统，数据采集控制系统通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。

本实用新型的车载集装箱智能化电子闸口监管系统的基本原理如下：整个系统采用云计算技术架构，包含数据采集控制系统(云闸口前端)和智能化信息管理系统(云服务端)以及连接前端、后端的网络通信系统。在云前端的集运车和集装箱上分别安装RFID电子标签，同时在云服务端的车辆数据库和集装箱数据库中记录集运车和集装箱的有关信息。在集运车通过闸口区域、触发感应器后，云闸口前端控制器模块同时启动网络电子地磅、RFID阅读器和工业网络高清照相机，捕获集运车及集装箱的识别数据和重量数据，分别通过网络并行地传到云服务端。云闸口后端通过云计算服务，根据RFID电子标签和车牌图像识别系统识别集运车，根据RFID电子标签和集装箱图像识别系统识别集装箱，计算并存储集装箱净重，同时根据可配置的控制规则，计算集运车的控制条件，给云闸口前端发出是否允许车辆进出的控制指令，自动控制车辆进出。结合云服务端的物流和场站管理等，实现了集运车和集装箱的智能化动态数据采集、监控与管理。

数据采集控制系统包括位置探测模块、图像拍摄模块、电子标签读取模块、地磅称重模块、自动栏杆，位置探测模块、图像拍摄模块、电子标签读取模块、地磅称重模块、自动栏杆分别通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。

位置探测模块包括环路感应器、车辆检测器，环路感应器与图像拍摄模块通信，车辆检测器与地磅称重模块通信。当载有集装箱的货车进入环路感应区域时，环路感应器触发图像拍摄子系统工作，拍摄集装箱号码图像；同时启动RFID电子标签读写器，与集运车和集装箱上的电子标签进行通讯，采集电子标签上的识别信息。当车辆继续前行被车辆检测器检测到时，它发出信号启动地磅数据采集系统和车牌号码拍摄系统，获取采车辆重量和车牌号码图像的数据信息。

图像拍摄模块包括集装箱号码拍摄装置和车辆车牌号拍摄装置。整个拍摄共由2个数码相机完成。集装箱图像采集的一个相机安装在闸口入口处一侧，拍摄集装箱侧面的号码图像，完成后通过云闸口控制箱的通信模块把图像传输到云闸口服务端处理。另外一个相机安装在闸口前通道旁边上，在车辆通行时拍摄车牌号，也是通过云闸口控制箱的网络通信模块把图像传输到云闸口服务端处理。

电子标签读取模块负责车载电子标签和集装箱电子标签的采集，主要是依靠无线射频技术的应用。当车辆通过闸口通道时，由时序控制子系统发来车辆到来的消息。这时电子标签读写器开始读取。读取时，由电子标签天线发出无线射频信号，该信号分别由车载电子标签和集装箱电子标签接收后，获得能量，分别从车载电子标签和集装箱电子标签中存储的信息读取出来，通过云闸口控制箱的通信模块把图像传输到云闸口服务端处理。

地磅称重模块：汽车的重量由动态称重仪来获得。本系统中使用网络电子地磅，在车辆检测器之间，地磅每隔一秒采集一个重量数据，通过3G网络通信模块把重量数据传输到云闸口服务端处理，以保证重量数据的可靠和实时。

与其它电子闸口系统相比，本实用新型的云闸口控制箱整合了各个现场监控设备的数据采集和传输，无需传统的工控机、PC机和复杂的网络布线；而且闸口的物理设备及控制规则的信息和处理都在云服务端，可以灵活部署和配置而不影响前端设备，使得应用系统的维护和升级更加方便。

智能化信息管理系统包括终端访问模块、应用服务模块、中间件与基础服务模块、数据服务模块、网络设备模块。

终端访问模块完成从数据采集控制系统采集的照片图像、RFID识别数据、车辆重量数据的自动获取以及向数据采集控制系统发出控制信息；应用服务模块完成云闸口所有的信息处理服务；中间件与基础服务模块完成服务安全策略和数据安全策略测制定与管理，为各种数据库系统和文件存储系统编写的数据适配器，对闸口控制规则实现更改、添加、配置等操作的规则编辑器，完成各种数据、控制指令传输以及各种通信协议的转换及消息封装的数据通信组件，为其它信息系统提供的云闸口服务接口APIs库；数据服务模块为整个系统提供信息管理的各种数据库，有车辆信息库，集装箱信息库，闸口规则库，电子标签信息库，以及为了进行数据分析和挖掘的数据仓库。

其中最高的两层为终端用户直接提供应用服务，实现了SAAS(软件即服务)；中间两层为开发人员提供了应用开发服务，及实现了PAAS(平台即服务)；最底层为整个系统的运行、数据存储、安全管理、网络通讯等基础设施进行虚拟化管理和服务，实现了IAAS(基础设施即服务)。下面从逻辑上解释云闸口的各种服务。

终端访问模块有物联网/无线网/移动网通信界面和人员使用的GUI界面。与本实用新型有关的主要是网络通信界面，它负责完成从云闸口前端采集的照片图像、RFID识别数据、车辆重量数据的自动获取以及从云闸口服务端详闸口前端发出控制信息。

应用服务模块完成云闸口所有的信息处理服务。车牌自动识别系统有两个模块：一个是RFID车辆识别，一个是车牌号图像识别。RFID车辆识别将云闸口前端采集的车载电子标签标识码作为关键字，在车辆信息库中查找有关的车辆信息，包括车牌号、车身自重、电子标签发放时间及其有效性等。车牌号图像识别则将云闸口前端采集的车牌号照片图像作为输入，由车牌号图像识别系统完成车牌号的识别，并以此作为关键字，在车辆信息库中查找有关的车辆信息。然后，比较两个模块得出的车牌号是否一致。

集装箱号自动识别系统有两个模块：一个是RFID集装箱号识别，一个是集装箱号图像识别。RFID集装箱识别将云闸口前端采集的集装箱电子标签标识码作为关键字，在集装箱信息库中查找有关的集装箱信息，包括集装箱号、集装箱存放位置、电子标签发放时间及其有效性等。集装箱号图像识别则将云闸口前端采集的集装箱号照片图像作为输入，由集装箱号图像识别系统完成集装箱号的识别，并以此作为关键字，在集装箱信息库中查找有关的集装箱信息。然后，比较两个模块得出的集装箱号是否一致。

闸口管理控制系统的输入是：车牌自动识别系统的结果、集装箱号自动识别系统的结果、闸口控制规则库，输出是放行车辆或检查车辆。闸口控制规则库的增加、更改、删除等可以系统使用者用“闸口规则编辑”器完成。系统使用者可以根据不同的应用场地、对车辆/集装箱管理的严紧尺度，灵活地制定闸口控制规则，而不影响闸口前端设备，也不影响云服务端的各种应用子系统。

货物重量计算子系统根据与闸口前端采集的整车重量，以及车牌自动识别系统得出的车辆自重信息，计算出车载货物重量，完成运费计算等，并将结果存入相应的数据库中，由其它模块完成缴费等服务。

车辆信息管理系统结合车辆信息库，管理车辆的有关信息处理，包括发放/回收电子标签、登录车辆信息(如车牌号、车身自重、车辆物理尺寸、所属公司)、追踪车辆位置、运输路径等。

集装箱信息管理系统结合集装箱信息库，负责管理集装箱的有关信息处理，包括发放/回收电子标签、登录集装箱信息(如集装箱号、集装箱自重、所属公司)、追踪集装箱位置等。

数据分析与挖掘系统利用各种数据库作为数据源，按照业务需求建立数据仓库，挖掘业务信息。而数据统计与报表系统则对每个业务信息库进行统计，如年均发往某个港口的集装箱数量，每个集装箱的平均在途时间，并且把结果以各种图表呈现。

异构数据转换系统实现各种闸口采集数据格式的转换。本实用新型采用XML作为业务数据的基本格式，把电子标签数据、电子磅秤数据、不同格式的照片图像等转换成云闸口服务端统一的XML格式，并存入相应的数据库，便于各种业务信息处理服务。

业务服务层的最后两个子系统是电子标签管理系统和终端设备管理系统。电子标签管理系统负责云闸口各种电子标签的登录、初始化、分配、使用、定位和注销等管理工作。终端设备管理系统负责闸口前端各种网络接入设备、数据采集设备、闸口控制设备等的自动识别、注销、定位等管理工作。

中间件与基础服务模块，主要是完成服务安全策略和数据安全策略测制定与管理，为各种数据库系统和文件存储系统编写的数据适配器，对闸口控制规则实现更改、添加、配置等操作的规则编辑器，完成各种数据、控制指令传输以及各种通信协议的转换及消息封装的数据通信组件，支持车牌自动识别系统和集装箱哈自动识别系统的图像图形设别中间件，支持本系统采用不同电子标签的RFID中间件，以及为其它信息系统提供的云闸口服务接口APIs库。

数据服务模块，为整个系统提供信息管理的各种数据库，有车辆信息库，集装箱信息库，闸口规则库，电子标签信息库，以及为了进行数据分析和挖掘的数据仓库。

网络设备模块采用虚拟化技术的网络、计算和存储系统作为IaaS，为系统的开发、部署和应用提供安全、可靠、可信的网络通信、数据和系统存储、安全保安等基础服务，包括智能化IDC中心，高性能计算，系统备份和恢复服务。

述云架构电子闸口管理系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)当集运车通过闸口的感应区时，环路感应器启动电子标签读写器与车载电子标签进行通信，获取集运车和集装箱的标识信息，通过网络通信系统把电子标签识别码送到智能化信息管理系统；

(2)集装箱号码拍摄装置拍照获取集装箱号照片，通过网络通信系统送到智能化信息管理系统处理；

(3)当集运车进入闸口通道中的地磅称重模块前端时，车辆检测器启动电子地磅开始记录整车重量，在车辆行进过程中，车辆车牌号拍摄装置拍照获取车牌号照片，通过网络通信系统送到智能化信息管理系统处理；

(4)智能化信息管理系统根据采集的车辆和集装箱标识数据，进行识别信息处理，通过网络通信系统把结果送到自动栏杆：如果接收到识别正确的控制指令，自动栏杆抬起，放行车辆；如果接收到识别错误的信息，自动栏杆不动，并通过语音和文字信息引导车辆通过闸口后停在检查区接受人工检查。

本实用新型的特点：(1)整个系统采用云架构，包含云闸口控制端、云闸口服务端以及连接控制端和服务端的网络通讯。(2)集运车信息、集装箱信息、集运车的识别、集装箱的设别、货物重量的计算及存储以及闸口控制规则的定义和更新等信息及其处理都在云服务端完成，整个云闸口系统的前端数据采集与控制、网络通信子系统、后端处理子系统三个部分松散地耦合，允许独立地进行系统数据迁移和应用、应用软件升级、闸口控制规则变更、通信网络升级、现场数据采集设备变更等，提高了系统的可维护和可扩展性；(3)云闸口前端采用了集成化控制设备，无需传统闸口系统的PC机、工业控制机、有线网络等，简化了布线，便于系统实施、维护和升级。(4)同时采用无线射频与数字图像识别技术，提高了集运车和集装箱自动化实时数据采集的可靠性；两种识别技术既可以独立使用、也可以组合使用，配置灵活，方便了系统实现。

附图说明

图1为云闸口系统模块示意图。

具体实施方式

本实用新型的云架构电子闸口管理系统包括数据采集控制系统、智能化信息管理系统、网络通信系统，数据采集控制系统通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。

数据采集控制系统包括位置探测模块、图像拍摄模块、电子标签读取模块、地磅称重模块、自动栏杆，位置探测模块、图像拍摄模块、电子标签读取模块、地磅称重模块、自动栏杆分别通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。

位置探测模块包括环路感应器、车辆检测器，环路感应器与图像拍摄模块通信，车辆检测器与地磅称重模块通信。图像拍摄模块包括集装箱号码拍摄装置和车辆车牌号拍摄装置。

智能化信息管理系统包括终端访问模块、应用服务模块、中间件与基础服务模块、数据服务模块、网络设备模块。

终端访问模块完成从数据采集控制系统采集的照片图像、RFID识别数据、车辆重量数据的自动获取以及向数据采集控制系统发出控制信息；应用服务模块完成云闸口所有的信息处理服务；中间件与基础服务模块完成服务安全策略和数据安全策略测制定与管理，为各种数据库系统和文件存储系统编写的数据适配器，对闸口控制规则实现更改、添加、配置等操作的规则编辑器，完成各种数据、控制指令传输以及各种通信协议的转换及消息封装的数据通信组件，为其它信息系统提供的云闸口服务接口APIs库；数据服务模块为整个系统提供信息管理的各种数据库，有车辆信息库，集装箱信息库，闸口规则库，电子标签信息库，以及为了进行数据分析和挖掘的数据仓库。

进入闸口的车辆和集装箱都要事先安装带RFID的电子标签。本技术允许长期车辆电子标签和临时车辆电子标签两种。对于经常出入的车辆，可以发放长期车辆电子标签。在发放电子标签的时候，将通过PC、平板电脑、智能手机等设备向云闸口服务端传入车辆的有关信息，包括：车牌号、车身净重、其它车辆信息(型号、物理尺寸、颜色、照片等)、驾驶员信息、所属公司信息等。并且将车辆信息与发放的电子标签识别码关联。

当车辆进入闸口数据采集区域内，各种数据采集设备开始工作。

一台RFID阅读器同时采集车辆的电子标签和车上集装箱的电子标签，经过云闸口控制箱将数据通过网络通信系统上传到云服务端；

电子磅秤采集整车重量，将数据经过云闸口控制箱通过网络通信系统上传到云服务端；

一台工业网络高清照相机拍摄车牌号，经过云闸口控制箱通过网络通信系统将图像数据I上传到云服务端；

另一台工业网络高清照相机拍摄车牌号，经过云闸口控制箱通过网络通信系统将图像数据II上传到云服务端。本实用新型采用云计算技术，通过云闸口控制箱把RFID阅读器、电子地磅以及高清照相机等采集的数据集成化地传输到云闸口服务端，不需要传统的工控机和现场网络通信传输设备。

云闸口服务端接收远程传输的采集数据并解包，根据数据包中网络地址等特征量，将同一个物理闸口同时段采集的数据进行格式转换，然后开始识别、对比和发出控制指令的逻辑运算。云闸口服务端并行执行后续的工作。

云服务端的车牌自动识别系统从车载电子标签数据得到电子标签识别码，依此作为数据库关键字在云端车辆数据库中获得车辆的有关信息，包括车牌号I、车身自重。

以图像数据II作为输入，调用车牌自动识别系统的车牌图像识别服务，得到车牌号II，比较车牌号I和车牌号II，得出是否相等的判断结果I。

同时云服务的集装箱自动识别系统从集装箱电子标签数据得到电子标签识别码，依此作为数据库关键字在集装箱数据库中获得集装箱的有关信息，包括集装箱号I。

以图像数据I作为输入，请求在集装箱自动识别系统中的集装箱图像识别服务，得到集装箱号II，

比较集装箱号I和集装箱号II，得出是否相等的判断结果II。

云闸口前端控制系统根据结果，做出控制决策。本实用新型允许使用者根据不同的实际需要制定不同的控制策略。

控制策略1：如果判断结果I正确(即采集的车辆电子标签所发给的车辆的号码与实时采集的车牌号相等)，则向云闸口前端发送“数据正确”信息，同时调用货物重量计算系统根据采集的整车总重和车辆数据库中的车身自重，计算出货物重量，存入数据库中，然后存入云后端数据库；否则，向云闸口前端发送“数据错误”信息。

控制策略2：如果判断结果II正确(即采集的集装箱电子标签所发给的集装箱号与实时采集的集装箱号相等)，则向云闸口前端发送“数据正确”信息，同时调用货物重量计算系统根据采集的整车总重和车辆数据库中的车身自重，计算出货物重量，然后存入云后端数据库；否则，向云闸口前端发送“数据错误”信息。同时调用货物重量计算系统根据采集的整车总重和车辆数据库中的车身自重，计算出货物重量，存入数据库中，然后存入云后端数据库。

控制策略3：如果判断结果I、判断结果II都正确(即采集的集装箱电子标签所发给的集装箱号与实时采集的集装箱号相等，同时采集的集装箱电子标签所发给的集装箱号与实时采集的集装箱号相等)，则向云前端发送“数据正确”信息，同时调用货物重量计算系统根据采集的整车总重和车辆数据库中的车身自重，计算出货物重量，存入数据库中，然后存入云后端数据库；否则，向云闸口前端发送“数据错误”信息。最后，根据控制信息，云闸口端可以自动放行，要求车辆停靠检查区、由人工检查，或者不允许车辆通行、要求其离开闸口区域。

Claims (4)

1.一种云架构电子闸口管理系统，其特征在于，包括数据采集控制系统、智能化信息管理系统、网络通信系统，数据采集控制系统通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。 

2.根据权利要求1所述的云架构电子闸口管理系统，其特征在于，数据采集控制系统包括位置探测模块、图像拍摄模块、电子标签读取模块、地磅称重模块、自动栏杆，位置探测模块、图像拍摄模块、电子标签读取模块、地磅称重模块、自动栏杆分别通过网络通信系统与智能化信息管理系统通信。 

3.根据权利要求2所述的云架构电子闸口管理系统，其特征在于，位置探测模块包括环路感应器、车辆检测器，环路感应器与图像拍摄模块通信，车辆检测器与地磅称重模块通信。 

4.根据权利要求2所述的云架构电子闸口管理系统，其特征在于，图像拍摄模块包括集装箱号码拍摄装置和车辆车牌号拍摄装置。 

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