海關(guān)貨運(yùn)監(jiān)管智能化篩查和檢查輔助機(jī)器人的應(yīng)用

摘要：貨物檢查業(yè)務(wù)是海關(guān)監(jiān)管工作的重要組成部分。近年來，隨著中國國際化程度的不斷提高，國際進(jìn)出口貿(mào)易規(guī)模日益增大，海關(guān)貨物檢查工作不斷進(jìn)行改革以適應(yīng)新形勢和新要求。當(dāng)前，由于海關(guān)轄區(qū)范圍大、外勤作業(yè)點(diǎn)多且分散，傳統(tǒng)貨運(yùn)現(xiàn)場檢查模式存在距離遠(yuǎn)、時間長、成本高、有安全風(fēng)險等問題，在一定程度上影響了檢查效率。結(jié)合海關(guān)貨物檢查工作實際情況，本文提出了一種新的智能化安全篩查和檢查輔助機(jī)器人方案，對檢測技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)器人系統(tǒng)等核心技術(shù)進(jìn)行了闡釋，并對其在某海關(guān)實際應(yīng)用中的結(jié)果進(jìn)行了分析，研究并探索一種海關(guān)貨物檢查工作的新視角和新方法。

關(guān)鍵詞：貨運(yùn)；監(jiān)管；人工智能；機(jī)器人

一、應(yīng)用背景

海關(guān)總署署長俞建華強(qiáng)調(diào)，要圍繞更好統(tǒng)籌當(dāng)前和長遠(yuǎn)，全面落實中央重大決策部署，持續(xù)深化改革創(chuàng)新，打造智慧海關(guān)，建設(shè)中國特色社會主義現(xiàn)代化海關(guān)，為推進(jìn)中國式現(xiàn)代化貢獻(xiàn)海關(guān)力量。海關(guān)貨運(yùn)監(jiān)管智能化安全篩查和檢查輔助機(jī)器人，是落實智慧海關(guān)要求的實際舉措與一線應(yīng)用，值得研究與推廣。

如何在保障工作人員安全的同時，切實有效提高現(xiàn)場檢查作業(yè)效率和質(zhì)量成為海關(guān)工作中所面臨的一個重要問題。智能機(jī)器人是近年來的一種新興技術(shù)手段，運(yùn)用智能機(jī)器人技術(shù)輔助海關(guān)人員進(jìn)行貨物檢查，不僅能有效提高檢查效率，還能最大程度上降低海關(guān)人員的安全風(fēng)險，滿足海關(guān)檢查工作中安全高效的要求。結(jié)合以上問題，本文對智能機(jī)器人在海關(guān)貨物檢查工作中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，以智能化篩查和輔助檢查為最終目標(biāo)進(jìn)行研究。

二、智能機(jī)器人總體設(shè)計方案

本文所研究的智能檢查輔助機(jī)器人系統(tǒng)主要由智能檢查機(jī)器人本體和配套機(jī)器人運(yùn)行支撐系統(tǒng)兩大部分組成。通過在協(xié)作機(jī)器人車身四周布置多個攝像頭監(jiān)控現(xiàn)場作業(yè)情況，提供及時預(yù)警信息；通過在協(xié)作機(jī)器人車身安裝多種檢測儀器滿足各種復(fù)雜情況的檢測；通過在車身布置快換治具來實現(xiàn)不同檢測要求時的儀器切換。機(jī)器人根據(jù)布控指令到集裝箱、γ放射率探測工位或者拉曼光譜檢測位置進(jìn)行相應(yīng)工作。

配套機(jī)器人運(yùn)行支撐系統(tǒng)是檢查輔助機(jī)器人運(yùn)行的智能化運(yùn)行平臺，負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，接入各類場地傳感器與流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，推動整個檢查流程，對場地內(nèi)多機(jī)器人實現(xiàn)合理調(diào)度，為檢查過程中的圖像進(jìn)行智能算法分析，提供遠(yuǎn)程檢查及遠(yuǎn)程檢查管理。機(jī)器人運(yùn)行支撐系統(tǒng)主要包含以下子系統(tǒng)：管理監(jiān)控子系統(tǒng)、智能識別系統(tǒng)、場地集裝箱運(yùn)行邏輯系統(tǒng)和機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)等。

三、核心技術(shù)應(yīng)用

（一）檢測技術(shù)

在海關(guān)相關(guān)檢測過程中，要保證檢測過程的安全有效，首先需要對貨物的類型和性質(zhì)進(jìn)行檢測，本研究主要采用γ劑量率探測器、拉曼光譜儀、化學(xué)毒劑探測器三種技術(shù)對貨物分析檢測。

γ劑量率探測器是一種檢測輻射量是否超標(biāo)，并可以保護(hù)工作人員安全的檢測儀器。γ劑量率探測器由接口電路、電源電路、高壓電源模塊、G-M計數(shù)管、信號調(diào)理電路及中央處理單元等模塊組成，γ射線經(jīng)G-M計數(shù)管探測器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，脈沖計數(shù)率與輻射強(qiáng)度成正比。電脈沖信號經(jīng)過脈沖成型電路整型后送入微處理器控制電路進(jìn)行脈沖計數(shù)、非線性補(bǔ)償和劑量率的轉(zhuǎn)換。γ探頭會根據(jù)輻射劑量率的強(qiáng)弱自動切換計數(shù)管及相應(yīng)的工作電路，再通過RS485通訊接口將測量數(shù)據(jù)傳送給機(jī)器人，經(jīng)機(jī)器人回傳給控制端，實現(xiàn)實時監(jiān)測環(huán)境輻射。

不同物質(zhì)具有不同的拉曼光譜，拉曼光譜儀通過其拉曼出峰位置的不同對該物質(zhì)定性，完成物性分析。

化學(xué)毒劑探測器由化學(xué)監(jiān)測報警單元、主控單元、減振架、附件裝等組成。化學(xué)監(jiān)測報警單元可以實現(xiàn)對周圍環(huán)境實時監(jiān)測并對異常情況報警提示，對有害氣體進(jìn)行實時有效的監(jiān)測。化學(xué)監(jiān)測報警系統(tǒng)內(nèi)置化學(xué)進(jìn)樣器、監(jiān)測報警模塊，監(jiān)測過程由化學(xué)進(jìn)樣器對周圍環(huán)境實時采樣并分析測試，對超出設(shè)定閾值的數(shù)據(jù)報警提示。該系統(tǒng)首次采用模塊化、整機(jī)集成設(shè)計實現(xiàn)，同時提供與機(jī)器人的實時通信接口以及外部調(diào)試用的接口。

（二）機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

上述檢測是一項相對專業(yè)和復(fù)雜的流程，對于機(jī)器人的準(zhǔn)確度、速度和穩(wěn)定性都有很高的要求。因此，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠大大提高運(yùn)行的流暢度。

本文的智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要由10個部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機(jī)器人底盤采用伺服電機(jī)驅(qū)動差速底盤，能夠?qū)崿F(xiàn)直行、后退、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)等功能。根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)指令自主移動、自主規(guī)劃路徑。四周設(shè)置防撞保護(hù)傳感器以及避障傳感器，實現(xiàn)自主避障，保證機(jī)器人行走安全。車身用于承載機(jī)器人主機(jī)系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)硬件，同時用于容納部分儀器設(shè)備。機(jī)器人快換盤分為機(jī)器人側(cè)和工具側(cè)，機(jī)器人側(cè)安裝在機(jī)器人前端手臂上，工具側(cè)安裝在執(zhí)行工具上，工具快換裝置能快捷地實現(xiàn)機(jī)器人側(cè)與執(zhí)行工具之間電、氣體和液體相通，便于切換不同檢測儀器。車載終端集成音箱、麥克風(fēng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程語音通話；集成攝像頭可實現(xiàn)人臉識別功能。360°全景監(jiān)控系統(tǒng)采用1080P高清輸入輸出；行人偵測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)真正的360°全景鳥瞰。充電樁具備220V/10A±10%市電/UPS電源接口切換，滿足機(jī)器人的充電需求。

協(xié)作式機(jī)械臂為自由度機(jī)械臂，末端配備3個數(shù)字輸入端口和3個輸出端口，2個模擬量輸入端口；電箱配備16個數(shù)字輸入端口和16個數(shù)字輸出端口，2個模擬量輸入端口和2個模擬量輸出端口；輸入輸出端口采用24V 2A直流電源；通訊接口支持Modbus TCP、Profinet（可選配）以及Ethernet/IP（可選配）；機(jī)械臂可采用圖形化編程和遠(yuǎn)程調(diào)用接口進(jìn)行編程，防護(hù)等級達(dá)到IP66，具備10個高級安全配置功能可進(jìn)行協(xié)同操作，其主要材質(zhì)為鋁合金，可在0～50℃環(huán)境下工作。

（三）智能檢查輔助機(jī)器人系統(tǒng)

1.系統(tǒng)架構(gòu)

檢查輔助機(jī)器人系統(tǒng)主要由接口層、調(diào)度層和車載層三個部分組成，每層都有相對應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯和用于人機(jī)交互的硬件終端。接口層通過呼叫終端進(jìn)行交互，主要業(yè)務(wù)為呼叫處理和上層適配。調(diào)度層通過監(jiān)控終端進(jìn)行交互，主要業(yè)務(wù)為任務(wù)指派、路徑規(guī)劃和交通管理。

根據(jù)圖2可知，車載層通過車載終端進(jìn)行交互，主要業(yè)務(wù)為運(yùn)動控制、自主導(dǎo)航和任務(wù)邏輯。整個系統(tǒng)采用可視化管理及操作，檢查過程清晰明了；具有多種調(diào)度模式（智能調(diào)度、固定路線、人工干預(yù)），可適應(yīng)不同環(huán)境的需求；具備多路徑規(guī)劃，自學(xué)習(xí)任務(wù)優(yōu)化功能，智能化程度較高；支持多終端協(xié)同操作（手機(jī)、PC客戶端、大屏），人機(jī)交互更加方便快捷。

2.機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)

根據(jù)圖3可知，機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)集任務(wù)管理、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、交通管理、車輛管理五大功能于一體。任務(wù)管理功能可對任務(wù)進(jìn)行增刪改查，對任務(wù)結(jié)構(gòu)管理，提高任務(wù)效率；路徑規(guī)劃功能可對機(jī)器人的行走路徑進(jìn)行計算和設(shè)計；數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能可對AGV忙碌空閑時間以及任務(wù)響應(yīng)時間進(jìn)行統(tǒng)計；交通管理功能可處理路徑上各類AGV之間的關(guān)系，提供五種交通管制策略；車輛管理功能可實時數(shù)據(jù)檢測，對AGV進(jìn)行操作，休息時可對充電邏輯進(jìn)行控制。

3.系統(tǒng)安全防護(hù)

為增加機(jī)器人系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，降低貨物檢查過程中發(fā)生事故的風(fēng)險，智能檢查輔助機(jī)器人系統(tǒng)在硬件和軟件中都裝載了安全防護(hù)。

安全防護(hù)硬件包括激光、急停按鈕及安全觸邊。安全激光安裝在 AGV 前后，隨著AGV沿著固定路線行駛時檢測物體。當(dāng)遇到障礙物時可用于降低速度并停止 AGV。激光分布區(qū)域分為三部分：減速區(qū)、停止區(qū)、抱閘區(qū)。保護(hù)區(qū)域的大小和形狀可以自由設(shè)置，最大支持配置16/31種保護(hù)區(qū)。

軟件的主要的安全防護(hù)邏輯包括以下幾個方面：離線/通訊故障保護(hù)，此時AGV與調(diào)度系統(tǒng)失去聯(lián)系，則停止行駛；超差保護(hù)，AGV超出行駛通道一定距離后，則停止行駛；失速保護(hù)，AGV速度異常，則停止行駛；部件故障保護(hù)，AGV檢測到安全傳感器故障，則停止行駛，導(dǎo)航帶缺損/地標(biāo)丟失保護(hù)，AGV導(dǎo)航地圖缺損或?qū)Ш綐?biāo)志物丟失，則停止行駛。

四、智能檢查輔助機(jī)器人現(xiàn)場檢疫采樣應(yīng)用示例

目前，智能檢查輔助機(jī)器人主要用于某海關(guān)貨運(yùn)監(jiān)管作業(yè)場的日常檢查工作，機(jī)器人系統(tǒng)經(jīng)過了一次實驗室DEMO機(jī)測試和兩次現(xiàn)場測試。兩次現(xiàn)場測試地點(diǎn)均為某碼頭，分別對集裝箱和冷鏈?zhǔn)称穬煞N不同類型的貨物進(jìn)行輔助檢查測試。

整個流程中機(jī)器人與工作人員協(xié)同作業(yè)，機(jī)器人完成大部分操作，人工進(jìn)行輔助：機(jī)器人完成集裝箱內(nèi)環(huán)境采樣、貨物外包裝采樣、貨物內(nèi)包裝采樣、貨物本體采樣、采樣標(biāo)記以及采樣過程中的拍照留證等工作；工作人員完成相關(guān)準(zhǔn)備工作、開箱、開貨物包裝、搬運(yùn)貨物、人機(jī)交互界面操作等工作。采樣流程中，機(jī)器人完成全部操作，工作人員通過交互界面指揮機(jī)器人的操作步驟，機(jī)器人自主完成全程的拍照錄證操作。

智能檢查輔助機(jī)器人的實際運(yùn)用大大減少了檢疫采樣環(huán)節(jié)的人力成本，以某碼頭目前的作業(yè)模式，能夠減少5人的人力成本。同時，檢疫過程中的安全性和操作流程的規(guī)范性、可靠性也大大提高，降低了人員操作中的不確定性。機(jī)器人實現(xiàn)自動采樣、自動拍照、自主消毒、自主充電的功能，較以往的海關(guān)工作，智能化水平大幅提高。

五、結(jié)論

合理恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用智能機(jī)器人技術(shù)，不僅能夠提高檢查流程的效率和規(guī)范性，還能減少工作人員與貨物的直接接觸，降低潛在的安全風(fēng)險。檢查輔助機(jī)器人在某海關(guān)的成功應(yīng)用，是對全新領(lǐng)域的一次探索，對海關(guān)檢查工作新方法進(jìn)行嘗試。本次應(yīng)用實現(xiàn)了在海關(guān)進(jìn)出口貨物檢查領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能機(jī)器人輔助監(jiān)管作業(yè)、提出采用智能化手段開展國門安全監(jiān)測、將規(guī)范化操作流程通過智能技術(shù)實現(xiàn)。實踐證明，智能機(jī)器人對于海關(guān)檢查工作的幫助是巨大的，在準(zhǔn)確性、規(guī)范性、安全性方面都有顯著提高，降低了人工成本，進(jìn)一步提升海關(guān)監(jiān)管檢查工作的智能化和高效化，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益，起到了很好的技術(shù)引領(lǐng)和應(yīng)用示范作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔錦，陳志強(qiáng)，李元景，等.智能機(jī)器人技術(shù)在海關(guān)監(jiān)管中輔助人工查驗的應(yīng)用[J].中國口岸科學(xué)技術(shù)，2020（12）：10-19.

[2]吳宇迪，劉軍，鄒樹梁.機(jī)器人末端快換裝置發(fā)展概況及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2021，57（08）：106-108.

[3]付磊.SCADA系統(tǒng)在煤礦井下安全生產(chǎn)中的運(yùn)用[J].能源與節(jié)能，2019（08）：189-190.

[4]郭洮，王鳳嬌，繆波，等.基于高優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法的

智能庫房調(diào)度系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].大眾用電，2021，36（03）：72-74.

[5]黃強(qiáng).5G技術(shù)在物流智能倉儲中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（15）：33-36.

[6]歐青立， 何克忠.室外智能移動機(jī)器人的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機(jī)器人，2000（06）：519-526.

[7]顧夢婕， 季佳華， 吳猷，等.基于5G的智能機(jī)器人在海關(guān)監(jiān)管中的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技，2022，19（08）：112-113.