基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的智能行李安檢系統(tǒng)研究

魏可才 宋雪述 徐國 趙俁鈞

摘 要：文章闡述基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的智能行李安檢系統(tǒng)，從研究背景、傳統(tǒng)行李安檢系統(tǒng)存在的問題等方面，重點(diǎn)闡述智能行李安檢系統(tǒng)的系統(tǒng)層級、組成及系統(tǒng)功能。通過使用豐富的傳感器、大數(shù)據(jù)和人工智能算法，實(shí)現(xiàn)行李安檢工作的智能化、自動(dòng)化，進(jìn)一步豐富和完善檢測手段，提高檢測準(zhǔn)確率和工作效率，有效降低因人員經(jīng)驗(yàn)不足和狀態(tài)不佳等原因造成行李中違禁品漏檢、誤檢帶來的安全隱患，尤其通過人工智能的機(jī)器自我學(xué)習(xí)，全面實(shí)現(xiàn)行李安檢的智慧化。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);人工智能;行李安檢

中圖分類號：TP391.4

1 研究背景

隨著社會(huì)交通技術(shù)的發(fā)展，人員和物品的流動(dòng)性在加強(qiáng)，不法分子往往通過公共交通、貨物流企業(yè)攜帶或運(yùn)輸?shù)毒?、槍、炸藥等易爆品，汽油等易燃品，活?dòng)物等違禁物品，給公共交通安全帶來了巨大的隱患和挑戰(zhàn)。為降低隱患，一般都會(huì)在機(jī)場、火車站、地鐵站、汽車站、大型活動(dòng)現(xiàn)場、郵遞公司、物流行業(yè)等場所設(shè)置安檢設(shè)備，利用X光行李安檢設(shè)備對行李進(jìn)行現(xiàn)場檢查。隨著需要檢測的內(nèi)容和范圍越來越廣，要求也越來越高，需運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等新技術(shù)來完善檢測技術(shù)手段，快速控制風(fēng)險(xiǎn)和消除隱患。

2 現(xiàn)狀及問題分析

目前，行李安檢多采用人工+X光機(jī)安檢設(shè)備安檢方式，X光機(jī)安檢設(shè)備一般由X射線發(fā)射器、圖像系統(tǒng)、輸送機(jī)系統(tǒng)等部分組成，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物、無機(jī)物、混合物、材料等的分辨，并通過圖像處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理彩色/黑白圖像、反像顯示、邊緣增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)、亮暗調(diào)節(jié)、回拉、報(bào)警、檢索等功能，并對不同的材料賦予不同的顏色，便于人員直觀快速識別判斷。但它無法識別液態(tài)物品，液態(tài)物品的檢測主要通過人的觀察和聞氣味的方式檢測。安檢人員一般憑經(jīng)驗(yàn)判斷是否存在違禁品，由于每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)不同、狀態(tài)不同，往往會(huì)出現(xiàn)誤判、漏判、漏檢，從而帶來安全隱患，同時(shí)，由于X光有電離輻射，長期在這種環(huán)境工作的人存在被電離輻射的安全隱患，長時(shí)間聞易燃易爆的液體也會(huì)對安檢人員的身體健康帶來很大影響。

現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，并在部分領(lǐng)域率先得到應(yīng)用，將這些先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到行李安檢系統(tǒng)，提升系統(tǒng)的智能化水平非常必要，也非?？尚小?/p>

3 系統(tǒng)層級、組成及功能

3.1 系統(tǒng)層級

為解決傳統(tǒng)檢測方式存在的弊端，充分利用當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，對智能行李安檢系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)。智能行李安檢系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、平臺層、應(yīng)用層，如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)采集層。由X光安檢設(shè)備、液體測試儀、氣味傳感器、AI攝像頭等傳感器終端設(shè)備組成，這些傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心部件，它讓系統(tǒng)有了觸覺、味覺、嗅覺、聽覺和視覺，主要負(fù)責(zé)行李內(nèi)物品和旅客數(shù)據(jù)的采集，是數(shù)據(jù)的重要來源。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。包括基于5G、Wifi6或者光網(wǎng)專線的網(wǎng)絡(luò)及傳輸設(shè)備，要求網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、傳輸速度快、時(shí)延低。

（3）平臺層。是本系統(tǒng)的核心和大腦，主要負(fù)責(zé)連接的管理，檢測數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、運(yùn)算、管理和應(yīng)用，包括連接管理平臺、云設(shè)施、設(shè)備管理平臺、大數(shù)據(jù)人工智能算法平臺等。其中，連接管理平臺負(fù)責(zé)連接的管理，主要有連接資費(fèi)、停開、自動(dòng)化規(guī)則、應(yīng)用程 序（API）接口協(xié)議等功能，云設(shè)施主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算;設(shè)備管理平臺主要負(fù)責(zé)設(shè)備注冊、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、安全管理、終端及應(yīng)用平臺的兼容耦合、設(shè)備的遠(yuǎn)程管理等;大數(shù)據(jù)人工智能算法平臺主要包括模型工具、數(shù)據(jù)發(fā)掘、認(rèn)知計(jì)算、知識數(shù)據(jù)庫等模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合和管理、模型開發(fā)、模型注冊、模型調(diào)度、統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本分析、圖像識別等功能，知識數(shù)據(jù)庫模塊包括由傳感器數(shù)據(jù)庫、設(shè)備應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、違禁品數(shù)據(jù)庫等整合成的數(shù)據(jù)集市和由規(guī)則庫、文檔庫、領(lǐng)域知識圖譜、非結(jié)構(gòu)化文本庫等組成的數(shù)據(jù)庫。

（4）應(yīng)用層。負(fù)責(zé)人員的管理，檢測結(jié)果的展示、告警，行李與顧客的匹配等功能，分成檢測告警模塊、設(shè)備管理模塊、人員管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等。其中，檢測告警模塊為主要模塊，負(fù)責(zé)違禁品檢出告警、圖像展示、特殊人員提醒等，設(shè)備管理模塊具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)展示、設(shè)備升級、設(shè)備定位、設(shè)備遠(yuǎn)程診斷等功能;人員管理模塊主要負(fù)責(zé)運(yùn)營人員的分級管理，匹配不同權(quán)限和范圍;數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理、違禁品庫的升級管理等。

3.2 系統(tǒng)組成及功能

智能行李安檢系統(tǒng)由X光檢測設(shè)備、液體檢測設(shè)備、AI攝像頭、氣味傳感器、其他傳感器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、設(shè)備管理和人工智能平臺及安檢應(yīng)用管理平臺組成，如圖2所示，其系統(tǒng)功能如下。

（1）數(shù)據(jù)采集。智能行李安檢系統(tǒng)通過X光檢測設(shè)備采集行李物體的形狀和材質(zhì)等數(shù)據(jù);液體檢測儀使用準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，通過測量待測液體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率，辨別其易燃易爆性，實(shí)時(shí)采集行李中的液體材質(zhì)等數(shù)據(jù);通過AI攝像頭采集人員的圖像，專用人臉識別系統(tǒng)自動(dòng)抓拍人臉并上傳人臉圖像，進(jìn)行身份核查，由系統(tǒng)自動(dòng)將收集到的人員信息與公安機(jī)關(guān)重點(diǎn)人員信息庫進(jìn)行比對， 一旦發(fā)現(xiàn)人員與重點(diǎn)人員匹配，系統(tǒng)立即報(bào)警提示;通過氣味傳感器及時(shí)采集行李中部分物體的數(shù)據(jù);根據(jù)需要再增加其他傳感器采集所需要的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)上傳分析。這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至設(shè)備管理和人工智能平臺，依托機(jī)器視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的圖像識別系統(tǒng)，與現(xiàn)有的違禁品庫數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，利用人工智能和大數(shù)據(jù)的算法分析，及時(shí)分析人員和行李中物體信息，針對可能存在的問題物品行李和人員及時(shí)進(jìn)行告警，讓人員、行李或者貨物無死角展現(xiàn)“相貌”;通過對人工智能和大數(shù)據(jù)進(jìn)行不停地訓(xùn)練，完善算法，完善違禁品庫，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)識別，以達(dá)到預(yù)期效果;通過機(jī)器代替人員及時(shí)準(zhǔn)確地完成行李安檢工作，避免因安檢人員經(jīng)驗(yàn)不足、注意力不集中等原因造成漏檢、誤檢，降低設(shè)備電離輻射影響安檢人員人身健康的風(fēng)險(xiǎn);通過將人員信息與公安人員系統(tǒng)數(shù)據(jù)、車票信息數(shù)據(jù)比對，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題人員及其去向。

（3）系統(tǒng)升級。為應(yīng)對違禁品的種類更新，通過不定期的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)補(bǔ)充、違禁品庫升級，對層出不窮的違禁品進(jìn)行學(xué)習(xí)，經(jīng)過簡略晉級軟件，即可滿足不斷更新的安檢需求;同時(shí)，通過設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程預(yù)檢、故障原因判斷和遠(yuǎn)程升級等功能，確保設(shè)備運(yùn)行效率和效果，為設(shè)備升級換代和優(yōu)化改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）功能拓展?；谖锫?lián)網(wǎng)、人工智能的行李安檢系統(tǒng)不僅應(yīng)用于關(guān)鍵場所的行李安檢，還可以用于物流、快遞等場景的貨物安檢。行李安檢系統(tǒng)可與監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)等對接，比如，與快遞管理系統(tǒng)對接，與民航的行李傳送帶系統(tǒng)和機(jī)場的安全管理系統(tǒng)對接等，不僅可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、動(dòng)作聯(lián)動(dòng)，還可以開發(fā)更多功能，并發(fā)揮更大的作用。

4 系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)重要部件，是一種能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息按照一定規(guī)律變換成電信號或者其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。它讓系統(tǒng)有了觸覺、味覺、嗅覺、聽覺和視覺。利用物聯(lián)網(wǎng)豐富的傳感器實(shí)現(xiàn)物理物體的數(shù)字化，增加數(shù)據(jù)采集的廣度和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)據(jù)的規(guī)模，與其他有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫。

（2）人工智能技術(shù)。依托機(jī)器視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的圖像識別系統(tǒng)讓行李無死角展現(xiàn)“相貌”;用計(jì)算機(jī)模擬人的視覺和學(xué)習(xí)過程，從客觀事物圖像中提取信息進(jìn)行處理，并加以理解;通過人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)，逐步豐富系統(tǒng)積累，不斷提高系統(tǒng)識別圖像的能力，達(dá)到收集管控的效果。

（3）大數(shù)據(jù)技術(shù)。對物聯(lián)網(wǎng)等采集的豐富數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)清洗、貼標(biāo)簽、建模、分析，實(shí)現(xiàn)價(jià)值挖掘，建立數(shù)據(jù)倉庫，為數(shù)據(jù)的重復(fù)利用和價(jià)值可視化打下基礎(chǔ)，也為人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ);運(yùn)用后臺大數(shù)據(jù)自動(dòng)研判分析系統(tǒng)提升警務(wù)管控效能;按照“資源整合集約化、信息研判精細(xì)化、成果應(yīng)用最大化”的原則，運(yùn)用后臺大數(shù)據(jù)自動(dòng)研判分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)行李物流流向跟蹤管理、人口信息及地圖查詢定位和重點(diǎn)人員比對查詢。

（4）離子遷移光譜技術(shù)。通過危爆物品智能檢測系統(tǒng)的物理探測、準(zhǔn)確識別，提升安檢準(zhǔn)確性。在不打開檢測對象外包裝的情況下，對可疑貨物進(jìn)行二次檢測，并自動(dòng)分揀出X射線不能準(zhǔn)確檢測的可疑行李，準(zhǔn)確將隱藏在行李中的炸藥、毒品及違禁的化學(xué)物品等探測出來，進(jìn)行安全處理。

5 結(jié)束語

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)樣本的豐富，安防檢測手段必將越來越完善，功能越來越強(qiáng)大，智能安檢系統(tǒng)將越來越智慧?；谖锫?lián)網(wǎng)、人工智能的行李安檢系統(tǒng)可以更好實(shí)現(xiàn)行李安檢自動(dòng)化、智慧化，讓檢測更精準(zhǔn)、更及時(shí)，為車站等場所行李安檢提供更準(zhǔn)確、高效、快捷的服務(wù)，提升客戶感知，更重要的是能大幅度度降低行李安檢成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，行李安檢系統(tǒng)還可以與人體檢測系統(tǒng)（安全檢測、紅外測溫等）融合，打造一體化、全方位的安檢平臺，一方面實(shí)現(xiàn)安全檢測，另一方面也可用作疫情防控，全面提升安檢智能化水平和社會(huì)治理能力水平，為人民的安全出行保駕護(hù)航。

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收稿日期 2020-09-28

責(zé)任編輯 朱開明