欽州港大欖坪港區(qū)智能云卡口系統(tǒng)設計研究

□ 楊有貴

近年來，北部灣港欽州港區(qū)業(yè)務量逐年快速增長，原有碼頭監(jiān)管場所卡口已難以滿足貨量通關需求。為了提高卡口的通關效率，智能云卡口系統(tǒng)的大規(guī)模、高密度部署和多業(yè)務、遠程維護應用就顯得尤為重要。筆者根據(jù)欽州港大欖坪港區(qū)海關監(jiān)管場所實際情況和業(yè)務特點，利用ESB海關卡口總線服務結(jié)合最新的物聯(lián)網(wǎng)技術，提供靈活部署的卡口邏輯配置方案，集成更多的物聯(lián)網(wǎng)終端設備，支持多業(yè)務后臺的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，打破空間分散帶來的管理與服務制約，促進海關監(jiān)管場所各類資源及要素的統(tǒng)籌融合和最優(yōu)配置，進而構(gòu)建萬物感知、萬物互聯(lián)、高度協(xié)同、人本友善的智能化監(jiān)管場所。

一、車輛智能進出閘流程

司機或客戶通過碼頭散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)（BTOPS）申請車輛信息（車牌和重量等）備案，審核通過后，在散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)生成備案信息并同步發(fā)送到海關物流平臺。司機通過車輛預約APP 對車輛進出港進行預約，預約成功后在散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)生成預約信息并同步發(fā)送預約信息到海關物流平臺，車輛預約APP成功后生成二維碼。

散雜貨碼頭車輛智能進出閘流程如圖1 所示。

圖1 散雜貨碼頭車輛智能進出閘流程圖

（1）車輛到達進閘閘道時，觸發(fā)圖像車牌識別系統(tǒng)（ORC）和電子車牌識別系統(tǒng)（RFID 或ETC）采集車牌信息（判斷車號信息一致），同時觸發(fā)卡口地磅系統(tǒng)采集重量信息。卡口系統(tǒng)將采集信息1（車牌信息和重量信息）發(fā)送至海關物流平臺，海關物流平臺將采集信息1 與預約信息比對，比對成功后放行指令1 返回發(fā)給卡口系統(tǒng)。

（2）卡口系統(tǒng)接到海關物流平臺放行指令1后，將采集信息1 發(fā)送至散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)，散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)將采集信息1 與預約信息進行比對，比對成功后放行指令2 返回給卡口系統(tǒng)。卡口系統(tǒng)接到海關和碼頭兩個放行指令后發(fā)送抬桿指令給閘機。

（3）車輛到達碼頭貨場無人地磅后，車輛上地磅后觸發(fā)圖像車牌識別系統(tǒng)（ORC）和電子車牌識別系統(tǒng)（RFID 或ETC）采集車牌信息（判斷車號信息一致），同時觸發(fā)地磅系統(tǒng)采集重量信息，地磅系統(tǒng)將采集信息2（車牌信息和重量信息）與進閘信息比對，比對成功后將采集信息2 發(fā)送給散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)，并推送給智能理貨APP。

（4）車輛到達貨場后，理貨員通過智能理貨APP掃描司機的車輛預約APP生成的預約信息二維碼，對比車輛和貨物信息一致后安排裝（卸）貨。

二、智能系統(tǒng)設計

1. 架構(gòu)設計

結(jié)合需求的功能性要求和非功能性要求，系統(tǒng)對智能云卡口的核心系統(tǒng)——采集與控制系統(tǒng)進行分層架構(gòu)設計。系統(tǒng)共分為4 層，如圖2 所示。

圖2 智能卡口系統(tǒng)方案

第一層：設備層，涉及多種類型和功能的設備，主要是設備的選擇和定制化開發(fā)，需要保證相當?shù)目煽啃裕怨I(yè)級標準來衡量。在可靠性保證的情況下，追求高效、靈活和可維護性等其他性能要求。該層設備大多有標準支持。

第二層：通訊轉(zhuǎn)換層，目的是將所有的設備網(wǎng)絡化，便于智能云卡口的管理和實施。該轉(zhuǎn)換層可以是IO轉(zhuǎn)以太網(wǎng)絡、串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)絡、視頻信號轉(zhuǎn)以太網(wǎng)絡、RS232 和RS485之間的互轉(zhuǎn)等。

第三層：設備服務層，通過網(wǎng)絡化設備以后，設備服務層將統(tǒng)一各種設備服務接口，一般含有開始采集接口、停止采集接口、暫停采集接口、獲取采集信息接口、配置管理接口等，便于上層調(diào)度和管理。

第四層：采集控制層，各通道根據(jù)通道功能和設備安裝位置，可以自由將低層的設備服務進行時序調(diào)度配置，并通過時序引擎實時調(diào)度相應的設備服務，從而使設備間有序工作。采集后的信息保存下來，并轉(zhuǎn)發(fā)給海關物流平臺，同時提供給遠程監(jiān)控端，海關關員操作遠程監(jiān)控端可以修改設備采集錯誤的信息或異常放行處理，該部分的聯(lián)動都是采集控制的一部分。控制車輛是否放行的指令要么來自海關物流平臺，要么來自海關遠程監(jiān)控端的異常放行處理。所有聯(lián)動的信息都實時進行記錄，便于以后查詢、分析。

2. 網(wǎng)絡拓撲圖

卡口通道內(nèi)配有一定數(shù)量的室外網(wǎng)絡交換機負責與設備云服務器通過設備網(wǎng)絡進行通信，通道網(wǎng)絡交換機再連接到機房的中心交換機中。通道網(wǎng)絡交換機接入相應的通道設備，如車牌相機、串口服務器等網(wǎng)絡設備，通道內(nèi)的串口通信設備全部通過接入到串口服務器中，通過網(wǎng)絡與通道設備進行通信。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計如圖3 所示。

圖3 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

三、卡口技術要點

1. 自動觸發(fā)機制

采用一體化自動觸發(fā)機制，獲取車輛到達、車輛離開、欄桿上到位、欄桿下到位等信號，通過PLC模塊檢測到通道線圈的有車無車、紅外對射的有車無車狀態(tài)，同時通過該模塊控制欄桿的升降、地磅的采集以及通道的其他采集設備啟動時序。

2. 糾錯機制

（1）優(yōu)化算法。運用校驗碼，確保結(jié)果提交準確；模糊修正，易識別錯誤匹配修正；生僻擴展，不常見的車牌號擴展源。

（2）人工補采。提供補采界面，提供實用且操作簡單的人工補采界面；自動定位校正，自動定位、與碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)動，減少人工修正量。

（3）自主學習。制定策略，提前制定異常處理機制，包括存儲和預警等；智能優(yōu)化，根據(jù)執(zhí)行結(jié)果和優(yōu)化策略進一步優(yōu)化識別算法。

3. 時序控制機制

系統(tǒng)提供時序控制臺實現(xiàn)卡口系統(tǒng)啟動流程，同時提供時序控制模塊，用來解決各設備模塊之間的工作時序控制問題，如圖4 所示。通過xml 文件靈活配置，來控制設備的啟動、運行、停止等。

圖4 時序控制機制

卡口前端集成系統(tǒng)通過時序控制臺完成啟動流程：

（1）自動檢測系統(tǒng)版本、時序配置及各種參數(shù)，若服務器上有更新，則通過遠程下載模塊自動更新本地相關文件。

（2）完成硬件設備初始化，根據(jù)配置文件，模塊加載Bundle動態(tài)加載需要的所有模塊，設備控制模塊啟動時自動初始化相關設備并準備就緒。

（3）初始化完成后，定時向卡口服務平臺詢問通道開通狀態(tài)，如果服務平臺返回已經(jīng)開通，則自動啟動采集時序，否則等待關員開通通道。

（4）通道開啟后時序控制模塊控制各設備準備就緒，等待車輛進通道。

四、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)業(yè)務功能分為4 個功能模塊，分別為云卡口總線數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)、云卡口前端（采集）管理系統(tǒng)、云卡口監(jiān)控管理系統(tǒng)、云卡口平臺管理系統(tǒng)。

1. 云卡口總線數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)

云卡口數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)是整個項目的數(shù)據(jù)交換中心，實現(xiàn)與智能云卡口數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、海關物流平臺監(jiān)控系統(tǒng)、智能云卡口物流作業(yè)子系統(tǒng)、智慧園區(qū)全景展示系統(tǒng)等業(yè)務系統(tǒng)的對接，同時預留與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、為以后實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的整合做準備。云數(shù)據(jù)總線服務基于TCP、Webservice、MQ 等多種方式進行通信，系統(tǒng)跨平臺運行，同時為各種接入語言（如C、C++、C#，JAVA，JavaScript 等）提供驅(qū)動。云數(shù)據(jù)總線服務提供群集功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由橋接接口，使得系統(tǒng)的部署更加靈活。主要包括安全接入認證、主題管理、數(shù)據(jù)路由管理、數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換存儲、發(fā)送監(jiān)控、消息存儲、日志查看等功能。

2. 云卡口前端（采集）管理系統(tǒng)

基于云技術的云卡口前端管理系統(tǒng)，將所有的數(shù)據(jù)采集和設備控制都在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)處理，為卡口系統(tǒng)的大規(guī)模、高密度部署和多業(yè)務應用提供高可靠、高效能、低成本的技術支撐，解決傳統(tǒng)卡口建設、運維成本高的難題。智能云卡口數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和卡口通道的各類設備進行通信，根據(jù)可配置的業(yè)務流程，完成通道設備的數(shù)據(jù)采集，并將采集到的車輛數(shù)據(jù)通過云數(shù)據(jù)總線服務發(fā)送到海關物流平臺進行驗放，完成車輛的通關作業(yè)；同時將通道設備以及通道狀態(tài)通過云數(shù)據(jù)總線服務發(fā)送到海關物控平臺，供后端人員進行查看和維護。

云卡口數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通過引入國際接口標準OSGi 框架思想，極大提高了對物聯(lián)網(wǎng)技術多變性的適應能力。由于系統(tǒng)的架構(gòu)非常通用靈活，使新增各種業(yè)務、設備、智能策略均可通過組件的形式動態(tài)熱插拔；大大提高了卡口系統(tǒng)對全國海關各種不同類型卡口的適應性，對今后可能新增的物聯(lián)網(wǎng)設備保持可擴展性。通過引入OSGi 框架思想，實現(xiàn)卡口系統(tǒng)對硬件設備的高兼容性，便于后期新增及擴容卡口系統(tǒng)。

采集模塊除具備卡口通道常規(guī)驗放采集功能外，還必須具備設備狀態(tài)反饋、設備調(diào)試、通道業(yè)務流程動態(tài)配置的功能；同時還需提供統(tǒng)一的驅(qū)動加載管理功能，來管理所有的需要加載的設備驅(qū)動。

3. 云卡口監(jiān)控管理系統(tǒng)

建設基于云技術的云卡口后臺管理系統(tǒng)，實現(xiàn)卡口業(yè)務擴展和流程優(yōu)化。在不修改代碼的情況下，通過可配置形式，如類似拖動Visio 圖標方式實現(xiàn)業(yè)務邏輯配置，按配置的業(yè)務邏輯實現(xiàn)通道業(yè)務驗放功能，更加靈活對接海關總署“金關二期”智能云卡口系統(tǒng)對所有進出綜合保稅區(qū)業(yè)務的監(jiān)管（包括但不僅限于內(nèi)貿(mào)業(yè)務管理、區(qū)港聯(lián)動、港港聯(lián)動、多式聯(lián)運、跨隸屬關區(qū)轉(zhuǎn)運等多種業(yè)務邏輯）。要求業(yè)務驗放邏輯可配置、可擴展、可疊加，業(yè)務與業(yè)務之前獨立運行，互不影響。同時需根據(jù)綜合保稅區(qū)未來業(yè)務量增大、車流量增大的業(yè)務特點，進行深度數(shù)據(jù)挖掘，優(yōu)化驗放流程，提高整體通行效率。

4. 云卡口平臺管理系統(tǒng)

對卡口相關輔助系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，保證卡口負載均衡及系統(tǒng)高可用，提升卡口系統(tǒng)工作效率。

五、結(jié)論與建議

北部灣欽州港大欖坪港區(qū)對智能云卡口發(fā)展和完善，讓智能云卡口應用更加便利高效。智能云卡口系統(tǒng)建設完成后，具有多點部署、相互通信、多點接入、通信接入功能統(tǒng)一的能力；具有云與云之間相互接入的功能；具有全新的安全管理功能。

（1）建設成為分層分離式的云卡口集成系統(tǒng)，可以管理多條通道，同時將卡口的邏輯層、數(shù)據(jù)層、驅(qū)動層進行分層次分開部署；可以根據(jù)海關的實際情況進行部署。

（2）建設成為向前兼容的實時后臺監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)能實時查看到通道車輛的狀態(tài)和通道設備的工作狀態(tài)；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)分析等功能，能夠?qū)谕ǖ赖耐ㄐ杏涗涍M行深入挖掘和分析，供海關監(jiān)管人員監(jiān)管使用。

（3）建設運維工具，運維人員能夠根據(jù)工具方便快速地對通道系統(tǒng)的異常情況進行查看和診斷，并根據(jù)智能提示快速的做出修復。

（4）建設圖像適配管理，能夠?qū)νǖ赖膱D像設備進行歸類存儲，并將數(shù)據(jù)及圖片進行存儲，便于查詢。