原创《机场行李掉落检测系统》
本文是检测系统方面论文怎么写跟行李和检测系统和机场方面论文如何怎么撰写。
曾 学1,杨俊杰2,胡圣启2
（1. 昆明船舶设备集团有限公司,云南 昆明 650051；2. 昆明长水国际机场,云南 昆明 650211）
摘 要：针对在机场运营过程中行李从托盘分拣机上掉落的问题,在机场行李处理系统中设计并建立了行李掉落检测系统,介绍了图像识别和光栅检测等主要检测技术原理,阐述了系统具体方案,通过分析控制系统结构讨论了系统组成与实现.运营结果表明,该系统能及时发现从分拣机掉落的行李并提示其位置,有效地降低了工作人员的工作量和行李迟交率.
关键词：托盘分拣机；行李掉落；光栅检测；图像识别；行李迟交率
中图分类号：V353；TP391.41；F253.9 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.02.084
在机场的生产运营过程中,行李从托盘分拣机上掉落的情况时有发生,造成行李迟交,给旅客的出行带来不便.为了确保机场旅客托运的行李能正确、准时地登机,诸如北京首都国际机场T3航站楼、广州白云国际机场、昆明长水国际机场等国内枢纽机场的行李处理系统都采用高可靠的托盘分拣机来对行李进行分拣,因此行李的迟交率(每天未准时登机的行李数占总行李量的百分比)成为了考核行李处理系统核心设备托盘分拣机工作效率的主要指标之一.
一方面,由于行李受潮导致行李与分拣机托盘表面的摩擦系数降低、行李箱轮子与托盘面接触致使行李产生滑动、托盘分拣机运行时产生振动等因素,可能导致行李在分拣过程中从托盘分拣机上掉落,特别是在弯道处受离心运动的影响,行李掉落情况时有发生.另一方面,工作人员沿维修通道穿越布局复杂的行李输送设备对托盘分拣机巡视一圈需较长的时间,以昆明长水国际机场为例,一套托盘分拣机包含400个托盘,工作人员沿维修通道对托盘分拣机巡视一圈大约需要15 min.因此,难以及时找到掉落的行李是造成行李迟交的主要因素之一.对工作人员而言,在夜班区间（凌晨04：00—08：00）巡视托盘分拣机,不仅增加了工作强度,而且容易引起安全事故.
笔者在机场行李处理系统中,设计并建立了行李掉落检测系统,实时监控是否有行李从托盘分拣机上掉落.若有行李掉落,设备监控系统发出报警信号并提示行李掉落地点,帮助工作人员及时找到掉落的行李.
1 主要检测技术原理
1.1 图像识别
图像识别是指利用计算机对摄像头采集到的图像进行处理、分析和理解,以识别目标和对象的技术.图像信息分为背景和前景两部分,背景是除前景区域外所有的图像,一般是位于成像系统焦距之外的场景；前景是在背景确定的情况下出现的任何有意义的物体.由于在图像处理过程中,人们一般只对前景区域感兴趣,对背景处理的基本手段就是剔除.
高斯背景建模是目前运算速度最快、效率最高、应用最为广泛的建模方式,它通过差分运算检测掉落的行李,无需事先采集现场信息,能抑制复杂背景对检测效果的影响,对采集的图像要求较低（灰度图像或彩像均可）,具有较强的适应性.图像识别器件在视频序列中对每一帧图像进行处理,剔除背景图像,即可获得行李图像[1].
图像识别器件识别出行李,就会输出信号给主控的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）,提示有行李掉落.图1为图像识别过程示意图.
1.2 光栅检测
光栅检测装置分为两端,一端为发射端S,一端为接收端E,光源一般为红外线,正常工况下发射端一直发射红外线,接收端一直处于接收状态；如果发射端发出红外光,接收端未接收到光源,或接收不到完整光源,就会输出信号给主控PLC,提示有行李掉落.图2为光栅检测装置.
2 系统具体方案
行李掉落检测系统主要包含了图像识别检测器件、光栅检测器件和移动摄像头等组成部分,这些检测器件安装在托盘分拣机的轨道旁.托盘分拣机运行时,在检测器件所覆盖的检测区域,当任何一边不小于200 mm的行李掉落时,系统都能够及时发出报警信号,同时又尽量杜绝误报警的情况发生,系统的实现兼顾高灵敏度和高可靠性.系统设计除了满足当前系统的需求,还留有一定的可扩展空间,比如输入/输出（I/O）点等,便于系统在以后可以根据需要进行适当的扩展和改造.同时考虑到现场操作和日常维护,报警子系统还充分考虑操作的简单性和维护的方便性.具体方案如下.
1）因受离心运动影响,托盘分拣机弯道区域是行李掉落概率最大的位置,需要在该区域安装图像识别器件,检测行李掉落.每个弯道将配置不少于2个图像识别器件,任何一边不小于200 mm的行李掉落,系统都能够及时发出报警信号.
2）因某些行李与托盘的摩擦系数较大或行李包带的卡挂,行李可能在滑槽附近掉落,因此滑槽附近成为了行李掉落概率较大的区域.在这些区域两侧安装光栅检测器件,每一段配置至少一对光栅检测器件.任何一边不小于200 mm的行李掉落,系统都能够及时发出报警信号.光栅检测器件具有灵敏度高、安全可靠的特点.
3）由于托盘分拣机运行时产生振动、行李箱轮子与托盘面接触致使行李产生滑动、行李导入托盘时姿态不佳等因素,行李也可能在托盘分拣机长直段掉落.在检测区域比较长且均为直段托盘分拣机处,配置光栅检测设备,最大检测间隔为10 m,任何一边不小于200 mm的行李掉落,系统都能够及时发出报警信号.
4）将托盘分拣机的2～3个托盘禁用,并在其上安装移动摄像头,移动摄像头与托盘同步运行,其图像能够动态覆盖托盘分拣机的所有轨道,用于协助操作员收到行李掉落报警信号后的再确认.移动摄像头上带有无线通信器件,通过无线通信器件将摄像头拍摄的轨道图像实时传送到托盘分拣机行李掉落检测系统.行李掉落检测系统与行李系统的闭路电视（Closed Circuit Television,CCTV）监控系统有接口,操作员可在该监控系统内查看相关视频信息.
5）在托盘分拣机没有导入、导出的输送段安装侧护板,在这些区域无需安装图像识别检测器件和光栅检测器件.
3 系统组成与实现
行李掉落检测系统控制箱安装在托盘分拣机附近便于操作和检修的位置.控制箱内配置PLC,PLC是该系统的核心设备,主要负责整个系统的控制逻辑和输入/输出处理,相关的算法程序存储于PLC的存储卡内.PLC选用西门子S7-300系列的主控制器,配置有以太网接口.第86页图3为控制系统结构图.
由于托盘分拣机区域较大,检测设备相对分散,系统采用分布式I/O设计,具有如下两项优点.一是分布式I/O采用模块化设计,便于现场安装,且与PLC兼容,安全性高,具备“热插拔”功能.二是分布式I/O模块支持As-i现场总线,可实现现场信号到PLC的数据交换,分布式I/O模块与PLC之间只用一条通信线连接,这样可以大大节省线缆消耗量,降低布线工作量,缩短安装时间.分布式I/O控制箱放置在托盘分拣机附近.
该系统采用As-i现场总线,它通过As-i LINK通信网关与西门子315主控制器PLC通信,能极大地简化系统结构,方便系统施工和维护.由于As-i现场总线传输的是数字信号,不容易受到干扰.若某一个I/O从站发生故障,不影响系统其他从站运行,有助于提升该系统的高可用特性[2].
该系统配置人机交互界面（Human Machine Interface,HMI）,HMI采用专业软件开发,安装在现场托盘分拣机附近的行李掉落检测系统控制箱面板上.HMI采用全中文显示,接口友好,每1 s采集一次数据,实时监控行李掉落报警情况,正确显示报警地点.当有行李掉落并触发光栅检测或图像识别时,HMI上的对应图标就会由绿色变成红色,并且该光栅负责检测区域的颜色也会由蓝色变为红色,正确指示报警发生的位置.
该系统配置了操作按钮站和塔式报警灯,都就近接入分布式I/O模块.除了通过HMI对行李掉落进行报警,还在托盘分拣机附近安装塔式报警灯,报警触发后,塔式报警灯也将发出声光报警信号,直至操作员对掉落行李进行处理并按下现场的复位按钮后,HMI上的相应区域指示才会恢复为绿色,塔式报警灯也会恢复正常.行李掉落报警信号由行李掉落检测控制器送至设备监控SCADA系统,报警信号将在SCADA系统中进行正确显示及报警.图4为监控界面.
4 结束语
长时间运行证明,行李掉落检测系统报警准确率达99%,能有效提高行李交运准点率,降低行李处理系统操作人员工作量,助力民用机场的服务品质更上一个台阶.
参考文献：
[1] 曾学.机场行李处理系统中的行李检测与跟踪[D].昆明:
云南大学,2010:26-27.
[2] 曾学,张文明.高可用物流信息系统的构建[J].物流技术与
应用,2016(3):130-133.
（责任编辑 邸开宇）
检测系统论文参考资料：
本文汇总，上述文章是关于行李和检测系统和机场方面的相关大学硕士和检测系统本科毕业论文以及相关检测系统论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料。
