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摘要: 本文通过舟山跨海大桥收费站集装箱箱号自动识别系统的介绍,阐述了集装箱标识码等概念和箱号图像预处理、箱号定位、字符分割识别等集装箱箱号自动识别原理，并提出了相应的改进措施，为同仁设计提供借鉴。
关键词 :公路收费站集装箱自动识别
中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：
一 假冒集装箱自动识别技术的背景及意义
舟山跨海大桥作为目前舟山群岛和大陆相连的唯一陆路通道，是舟山群岛新区港口集装箱物流输送的大动脉。随着舟山新区经济的高速发展，舟山跨海大桥的集装箱车流量将会呈现阶梯式的增长。根据交通部相关文件要求及浙江省《关于国际标准集装箱运输车辆收取通行费有关事宜的通知》（浙交[2002]403 号、浙价服[2002]32 号）的文件精神，运输国际标准集装箱车辆可以享受一定的高速公路通行费优惠。在此基础上对于进出舟山跨海大桥各收费站的国际标准集装箱车辆，其在舟山跨海大桥段的通行费，按应收额的50％收取，暂定3年。标准国际集装箱车辆的大量优惠政策，使部分物流货运车辆司机铤而走险，通过改装普通货车来假冒国际集装箱车辆，企图偷逃通行费。据不完全统计，舟山跨海大桥2010年1月至2013年3月通过人工识别假冒集装箱车辆7563辆，共挽回通行费损失131万元占集装箱车总通行费的9.48%。
利益诱惑下假冒集装箱车辆的数量在逐年增加，传统人工识别假冒集装箱不仅速度慢、效率低、错误率高而且随意性较大，很难有效打击假冒国际集装箱车辆，最大限度挽回通行费损失，已无法更好适应新形势下的假冒集装箱车輛识别需求。然而假冒集装箱车辆自动识别系统能有效填补人工识别留下的空白，它有识别速度快、准确性高、应用实施便利、无需人工干预的特点，可以在实际应用中进一步提高假冒集装箱识别率，挽回损失的通行费。同时，识别出的假冒集装箱车辆结合车牌信息可建立假冒集装箱黑名单供其他高速公路公司共享。
二 集装箱标识码等重要名词解释
根据交通部、铁道部发布的《国际集装箱多式联运管理规则》，“国际集装箱”是指符合国际标准化组织规定的技术标准[国际标准化组织规定的相关技术标准：.《集装箱代码、识别和标记》（国家标准GB/T1836-1997, 对应国际标准ISO6346:1995）。.《系列1集装箱分类、尺寸和额定质量》（国家、国际标准GB/T1413-2008/ISO668：1995）]的集装箱。这些集装箱都有一套严格的标准识别系统，通过这些识别系统能准确识别国际集装箱的身份，是识别国际集装箱的关键依据。
根据《集装箱代码、识别和标记》（国家标准GB/T1836-1997, 对应国际标准ISO6346:1995）规定国际集装箱识别码由以下几部分组成，它们必须同时使用：
2.1箱主代号（owner No.或owner’s code）
由四个大写拉丁字母组成且最后一个必是U（它为集装箱这种特殊设备的设备识别码），前三个由公司制定，并经国际集装箱局（BIC）注册（注：一个公司可申请几个箱主代号）。举例来说：CBHU为中远箱主代码，CCLU为中海箱主代码等，另中远曾使用过的箱主代号有：HTMU、COSU、NCLU、MINU；
2.2顺序号（Serial No.）也称“箱号”
它由公司自定，由6位阿拉伯数字组成。如果不足6位是，应在前面置0以补足6位（例如顺序号为1234时，则以001234表示）。
2.3核对数字或校验码（Check digit）
它仅包含一位数，不由箱主公司制定，而是按规定的计算方法算出，用来检验、核对箱主号、设备识别码与顺序号在数据传输或记录时的正确性与准确性，它与箱主代号、设备识别码和顺序号有直接的关系。实践中是通过箱主代号、设备识别码和顺序号计算出校验码的，若计算出的校验码与实际记录的校验码一致，则说明箱主代号、设备识别码和顺序号在数据传输或记录时未出错，否则应重新核对。核对号位于顺序号之后，在柜子上加方框以醒目（箱号的11个字符中最后一个即为核对数字）。
箱主代号、顺序号、核对数字共11个字符统称为箱号（Container No），是国际集装箱箱体持有的唯一标识，是识别假冒集装箱的关键依据。
三 集装箱箱号自动识别原理
3.1.图像识别
3.1.1集装箱箱号视频分析自动识别系统。
该系统主要由前端高速摄像机、地感线圈、数字图像采集卡等硬件组成。利用视频前端的高速摄像机拍摄传送集装箱箱号等数字图像信息，经过图像预处理、集装箱号码定位、字符分割、字符识别等过程，将抓拍的集装箱箱号结果呈现出来的实时识别技术。
3.1.2图像预处理
前端摄像机采集的集装箱箱号图像有很大一部分背景是无用的干扰信息。为了减少后续处理的干扰信息量，应先对采集到的集装箱箱号图像进行裁剪。由于前端摄像机是根据地感线圈的触发信号拍摄的，所摄图像中集装箱箱号标记位置具有一致性，所以对图像左右及上边缘进行裁剪。归一化后，得到集装箱箱号图像。
剪裁后箱号灰度图像
3.1.3 图像过滤
前端高速摄像机抓拍的图像通常是彩色的，所得的原始集装箱箱号图像是24位真彩图像，其由R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）3个原色调配而成。每个原色都被人为从0到255分成256个色度等级。根据R、G、B各自不同色度等级的组合，可表示种不同颜色。由于直接处理彩色图像所需信息存储空间大，将会占用大量系统资源，不利于图像快速处理。所以，从识别性能上考虑，我们需要先将图像转换成灰度图像，以减少占用大量存储资源。灰度图像由于只包含亮度信息，所含信息量较彩色图像要少很多，利于图像的快速处理，灰度图像在表示时已将其亮度进行了数值量化[ 通常灰度图像将其亮度分为256个等级（0~255）：0为最暗（全黑），255为最亮（全白）。]。灰度图像中每一个像素仅由一个8位字节表示其亮度值。经向量提取的灰度图像一般像素少，图像小不便于处理，需要进行一定比例的放大，放大后进行二值化。
3.1.4箱号定位
一般根据集装箱标识标准化，箱号识别区域的干扰信息较多，传统字符定位方法无法取得好的定位效果。这里选择应用阀值筛选定位的方法实现箱号字符的准确定位。设定一条横轴y=x，x=0,1,2,…,261，从拍摄的图像左上角往下扫描，依据灰度分布，做出灰度垂直投影图。设定筛选阀值，计算突变点数量，x=0,1,2,…,261，当突变点大于7时，记录x-1处的突变坐标为（，，，，，，）继续扫描。当突变点从大于7变化到等于7时，记录此时突变点的坐标为（，，，，，，），选择坐标点，作为第一字符串区域，，作为第二字符串区域，将这两个区域连接起来得到字符串区域图像。经过过滤二值化后如图所示。
定位及二值化后箱号图像
3.1.5箱号字符分割
箱号定位后，得到了位置比较精确的箱号。为了准确识别箱号字符，我们需要对箱号字符进行分割。箱号字符分割就是把定位后的箱号图像中的字符图像从整个定位后的图像中分割出来，使其成为单个字符，为后面识别标准单个字符做准备。字符分割是字符识别的前提，其质量直接影响到字符识别的效果。字符分割主要利用被识别字符自身的一些特点，如标准化的排列、字符间一定的间隔、固定的字符宽高比例等，对被识别区域进行垂直方向的投影，利用字符与字符之间的间隙在图像行垂直投影上形成的突变，并设定单个字符宽度，将单个字符的图像切割出来，如下图所示。
分割后箱号字符图像
3.2字符识别
集装箱箱号识别系统一般都是在室外全天候工作，比較容易受大气状况和光照条件变化的影响，各种额外干扰也无法预测，导致实际抓拍到的箱号图像质量千差万别。其次，集装箱的新旧程度、清洁度、底色品质及光照背景等因素，可能会造成采集到的图像干扰严重。因而要采用具有较强抗干扰性和环境适应性的识别方法，在此选择基于欧式距离的识别算法。
四 系统部署
系统前端采集部署在高速出口通道，主要负责对前端通过卡口的集装箱箱号信息进行采集，并根据所取得的箱号信息对车辆的通行进行引导和控制。
系统工作流程可简单归纳为：
4.1当收费人员按下车型判别的集6或集7按键，启动箱号识别系统；
4.2车辆到达卡口，车辆检测器检测到车辆，向系统发布车辆到达状态，并建立一条记录，红外对射设备启动；
4.3摄像机抓拍到集装箱箱号图像，系统向集装箱识别模块发送采集数据指令并等待返回。
4.4.箱号识别模块完成箱号识别和校验，将结果反馈给主控器；
4.5.主控器接收到放行指令，以LED显示屏方式告知收费人员集装箱箱号检验结果。
车道部署示意图
经过一段时间的实际测试，使用结果如下表所示：
从表内统计数据可知该系统箱号识别率较高，由于增加了校验码自检，箱号的误识别率为0%，只有4.2%的无法识别图像，该系统对于提高收费站假冒集装箱车辆识别率减少人工干预起到了比较积极的推动作用。
五 结论
根据近年来舟山跨海大桥收费站实际集装箱车流量变化情况和实际测试结果符合预期期望，获得了较高的识别率。
从实际运行情况来看该系统还可从以下几个方面进行改进：
5.1由于进出舟山地区的集装箱车辆大都属于宁波港港区，对于识别出的箱号除了通过校验法则进行校验外，可将箱号提交于宁波港口EDI中心，通过EDI中心查询进一步确认运输的集装箱为国际标准集装箱。
5.2对于收费站船岛安装设备较多的，建议用线圈车检器代替红外线触发摄像机抓拍，可大幅度减少设备占用的空间。
5.3前端抓拍摄像机尽量选取高清抓拍速度快的，以减少车辆运动对抓拍图像质量的影响。
参考文献：
基于图像处理技术的车牌识别的研究 阮晓波 合肥工业大学 2010
集装箱箱号校验规则及其应用 丁嵩冰、屠舒华、戴越 集装箱化 2006（2）11-13
基于粗糙集的车牌识别字符识别方法 高伟、刘喜平 山西大学学报 2005
作者简介：
戴珂泱 男，1985年生，助理工程师，大学本科，浙江大学学士学位，浙江舟山跨海大桥有限公司工作，从事高速公路机电建设管理。
关键词 :公路收费站集装箱自动识别
中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：
一 假冒集装箱自动识别技术的背景及意义
舟山跨海大桥作为目前舟山群岛和大陆相连的唯一陆路通道，是舟山群岛新区港口集装箱物流输送的大动脉。随着舟山新区经济的高速发展，舟山跨海大桥的集装箱车流量将会呈现阶梯式的增长。根据交通部相关文件要求及浙江省《关于国际标准集装箱运输车辆收取通行费有关事宜的通知》（浙交[2002]403 号、浙价服[2002]32 号）的文件精神，运输国际标准集装箱车辆可以享受一定的高速公路通行费优惠。在此基础上对于进出舟山跨海大桥各收费站的国际标准集装箱车辆，其在舟山跨海大桥段的通行费，按应收额的50％收取，暂定3年。标准国际集装箱车辆的大量优惠政策，使部分物流货运车辆司机铤而走险，通过改装普通货车来假冒国际集装箱车辆，企图偷逃通行费。据不完全统计，舟山跨海大桥2010年1月至2013年3月通过人工识别假冒集装箱车辆7563辆，共挽回通行费损失131万元占集装箱车总通行费的9.48%。
利益诱惑下假冒集装箱车辆的数量在逐年增加，传统人工识别假冒集装箱不仅速度慢、效率低、错误率高而且随意性较大，很难有效打击假冒国际集装箱车辆，最大限度挽回通行费损失，已无法更好适应新形势下的假冒集装箱车輛识别需求。然而假冒集装箱车辆自动识别系统能有效填补人工识别留下的空白，它有识别速度快、准确性高、应用实施便利、无需人工干预的特点，可以在实际应用中进一步提高假冒集装箱识别率，挽回损失的通行费。同时，识别出的假冒集装箱车辆结合车牌信息可建立假冒集装箱黑名单供其他高速公路公司共享。
二 集装箱标识码等重要名词解释
根据交通部、铁道部发布的《国际集装箱多式联运管理规则》，“国际集装箱”是指符合国际标准化组织规定的技术标准[国际标准化组织规定的相关技术标准：.《集装箱代码、识别和标记》（国家标准GB/T1836-1997, 对应国际标准ISO6346:1995）。.《系列1集装箱分类、尺寸和额定质量》（国家、国际标准GB/T1413-2008/ISO668：1995）]的集装箱。这些集装箱都有一套严格的标准识别系统，通过这些识别系统能准确识别国际集装箱的身份，是识别国际集装箱的关键依据。
根据《集装箱代码、识别和标记》（国家标准GB/T1836-1997, 对应国际标准ISO6346:1995）规定国际集装箱识别码由以下几部分组成，它们必须同时使用：
2.1箱主代号（owner No.或owner’s code）
由四个大写拉丁字母组成且最后一个必是U（它为集装箱这种特殊设备的设备识别码），前三个由公司制定，并经国际集装箱局（BIC）注册（注：一个公司可申请几个箱主代号）。举例来说：CBHU为中远箱主代码，CCLU为中海箱主代码等，另中远曾使用过的箱主代号有：HTMU、COSU、NCLU、MINU；
2.2顺序号（Serial No.）也称“箱号”
它由公司自定，由6位阿拉伯数字组成。如果不足6位是，应在前面置0以补足6位（例如顺序号为1234时，则以001234表示）。
2.3核对数字或校验码（Check digit）
它仅包含一位数，不由箱主公司制定，而是按规定的计算方法算出，用来检验、核对箱主号、设备识别码与顺序号在数据传输或记录时的正确性与准确性，它与箱主代号、设备识别码和顺序号有直接的关系。实践中是通过箱主代号、设备识别码和顺序号计算出校验码的，若计算出的校验码与实际记录的校验码一致，则说明箱主代号、设备识别码和顺序号在数据传输或记录时未出错，否则应重新核对。核对号位于顺序号之后，在柜子上加方框以醒目（箱号的11个字符中最后一个即为核对数字）。
箱主代号、顺序号、核对数字共11个字符统称为箱号（Container No），是国际集装箱箱体持有的唯一标识，是识别假冒集装箱的关键依据。
三 集装箱箱号自动识别原理
3.1.图像识别
3.1.1集装箱箱号视频分析自动识别系统。
该系统主要由前端高速摄像机、地感线圈、数字图像采集卡等硬件组成。利用视频前端的高速摄像机拍摄传送集装箱箱号等数字图像信息，经过图像预处理、集装箱号码定位、字符分割、字符识别等过程，将抓拍的集装箱箱号结果呈现出来的实时识别技术。
3.1.2图像预处理
前端摄像机采集的集装箱箱号图像有很大一部分背景是无用的干扰信息。为了减少后续处理的干扰信息量，应先对采集到的集装箱箱号图像进行裁剪。由于前端摄像机是根据地感线圈的触发信号拍摄的，所摄图像中集装箱箱号标记位置具有一致性，所以对图像左右及上边缘进行裁剪。归一化后，得到集装箱箱号图像。
剪裁后箱号灰度图像
3.1.3 图像过滤
前端高速摄像机抓拍的图像通常是彩色的，所得的原始集装箱箱号图像是24位真彩图像，其由R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）3个原色调配而成。每个原色都被人为从0到255分成256个色度等级。根据R、G、B各自不同色度等级的组合，可表示种不同颜色。由于直接处理彩色图像所需信息存储空间大，将会占用大量系统资源，不利于图像快速处理。所以，从识别性能上考虑，我们需要先将图像转换成灰度图像，以减少占用大量存储资源。灰度图像由于只包含亮度信息，所含信息量较彩色图像要少很多，利于图像的快速处理，灰度图像在表示时已将其亮度进行了数值量化[ 通常灰度图像将其亮度分为256个等级（0~255）：0为最暗（全黑），255为最亮（全白）。]。灰度图像中每一个像素仅由一个8位字节表示其亮度值。经向量提取的灰度图像一般像素少，图像小不便于处理，需要进行一定比例的放大，放大后进行二值化。
3.1.4箱号定位
一般根据集装箱标识标准化，箱号识别区域的干扰信息较多，传统字符定位方法无法取得好的定位效果。这里选择应用阀值筛选定位的方法实现箱号字符的准确定位。设定一条横轴y=x，x=0,1,2,…,261，从拍摄的图像左上角往下扫描，依据灰度分布，做出灰度垂直投影图。设定筛选阀值，计算突变点数量，x=0,1,2,…,261，当突变点大于7时，记录x-1处的突变坐标为（，，，，，，）继续扫描。当突变点从大于7变化到等于7时，记录此时突变点的坐标为（，，，，，，），选择坐标点，作为第一字符串区域，，作为第二字符串区域，将这两个区域连接起来得到字符串区域图像。经过过滤二值化后如图所示。
定位及二值化后箱号图像
3.1.5箱号字符分割
箱号定位后，得到了位置比较精确的箱号。为了准确识别箱号字符，我们需要对箱号字符进行分割。箱号字符分割就是把定位后的箱号图像中的字符图像从整个定位后的图像中分割出来，使其成为单个字符，为后面识别标准单个字符做准备。字符分割是字符识别的前提，其质量直接影响到字符识别的效果。字符分割主要利用被识别字符自身的一些特点，如标准化的排列、字符间一定的间隔、固定的字符宽高比例等，对被识别区域进行垂直方向的投影，利用字符与字符之间的间隙在图像行垂直投影上形成的突变，并设定单个字符宽度，将单个字符的图像切割出来，如下图所示。
分割后箱号字符图像
3.2字符识别
集装箱箱号识别系统一般都是在室外全天候工作，比較容易受大气状况和光照条件变化的影响，各种额外干扰也无法预测，导致实际抓拍到的箱号图像质量千差万别。其次，集装箱的新旧程度、清洁度、底色品质及光照背景等因素，可能会造成采集到的图像干扰严重。因而要采用具有较强抗干扰性和环境适应性的识别方法，在此选择基于欧式距离的识别算法。
四 系统部署
系统前端采集部署在高速出口通道，主要负责对前端通过卡口的集装箱箱号信息进行采集，并根据所取得的箱号信息对车辆的通行进行引导和控制。
系统工作流程可简单归纳为：
4.1当收费人员按下车型判别的集6或集7按键，启动箱号识别系统；
4.2车辆到达卡口，车辆检测器检测到车辆，向系统发布车辆到达状态，并建立一条记录，红外对射设备启动；
4.3摄像机抓拍到集装箱箱号图像，系统向集装箱识别模块发送采集数据指令并等待返回。
4.4.箱号识别模块完成箱号识别和校验，将结果反馈给主控器；
4.5.主控器接收到放行指令，以LED显示屏方式告知收费人员集装箱箱号检验结果。
车道部署示意图
经过一段时间的实际测试，使用结果如下表所示：
从表内统计数据可知该系统箱号识别率较高，由于增加了校验码自检，箱号的误识别率为0%，只有4.2%的无法识别图像，该系统对于提高收费站假冒集装箱车辆识别率减少人工干预起到了比较积极的推动作用。
五 结论
根据近年来舟山跨海大桥收费站实际集装箱车流量变化情况和实际测试结果符合预期期望，获得了较高的识别率。
从实际运行情况来看该系统还可从以下几个方面进行改进：
5.1由于进出舟山地区的集装箱车辆大都属于宁波港港区，对于识别出的箱号除了通过校验法则进行校验外，可将箱号提交于宁波港口EDI中心，通过EDI中心查询进一步确认运输的集装箱为国际标准集装箱。
5.2对于收费站船岛安装设备较多的，建议用线圈车检器代替红外线触发摄像机抓拍，可大幅度减少设备占用的空间。
5.3前端抓拍摄像机尽量选取高清抓拍速度快的，以减少车辆运动对抓拍图像质量的影响。
参考文献：
基于图像处理技术的车牌识别的研究 阮晓波 合肥工业大学 2010
集装箱箱号校验规则及其应用 丁嵩冰、屠舒华、戴越 集装箱化 2006（2）11-13
基于粗糙集的车牌识别字符识别方法 高伟、刘喜平 山西大学学报 2005
作者简介：
戴珂泱 男，1985年生，助理工程师，大学本科，浙江大学学士学位，浙江舟山跨海大桥有限公司工作，从事高速公路机电建设管理。