智慧貨物安檢系統(tǒng)在機場物流的應(yīng)用

牟松 丁獻禮 陸寧 張健 張浩倫

（廣東機場白云信息科技有限公司 廣東省廣州市 510470）

廣州白云國際機場貨站目前分為國內(nèi)貨站和國際一號貨站。國內(nèi)一號貨站有30條貨檢通道及2條人員安檢通道，國際一號貨站有15條貨檢通道，2條人員安檢通道，1條大型安檢機通道。廣東省機場集團物流有限公司（機場物流）對白云國際機場貨運區(qū)安檢系統(tǒng)進行升級改造，充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源，建設(shè)滿足安檢部門實際業(yè)務(wù)需要，符合民航局合規(guī)性檢查的綜合管理信息系統(tǒng)。

由廣東機場白云信息科技有限公司（白云信科）承建的智慧貨檢項目在高質(zhì)量滿足民航空防安全要求的前提下，通過貨檢無紙化、優(yōu)化集中判圖和多機場安檢信息互通，分別集成了貨物安檢無紙化操作平臺、CA+區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)共享平臺和樞紐集成智能貨檢平臺，有效推動貨檢信息的互聯(lián)互通，促進貨檢流程的優(yōu)化與創(chuàng)新。

1 貨檢判圖模式的探索研究

貨檢判圖模式如表1所示。

1.1 通道判圖，滾軸式出圖，獨立使用X光機判圖端，配合視頻采集服務(wù)、安檢端、開包端

在項目實施過程中，機場物流要求對現(xiàn)有的貨物安檢通道進行合規(guī)性升級。在新系統(tǒng)正式投產(chǎn)運行之前的過渡期內(nèi)，首先要試運行達標，其次需要對安檢員進行系統(tǒng)化的操作使用培訓(xùn)，還有對業(yè)務(wù)流程的必要調(diào)整，這些事項的完成都需要做到不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)的運行。

通過分析當(dāng)前的貨檢業(yè)務(wù)流程，結(jié)合業(yè)主方和局方的具體要求，設(shè)計并實現(xiàn)了零改造多擴展的方案。安檢員仍然使用X光機判圖端獨立操作，這部分和以前保持一致。新開發(fā)了視頻采集服務(wù)、安檢端和開包端，通過外掛的方式采集貨物信息，從而將貨檢流程接入到新系統(tǒng)中。這個外延方案不需要改動當(dāng)前使用的系統(tǒng)，只需要獨立開發(fā)少量的新功能，兼容新舊系統(tǒng)，滿足各方訴求。

1.2 集中判圖，滾軸式出圖，遠程操縱X光機（停止、前進、后退），集中判圖室、判圖端、開包端、反查端、通道屏顯

智慧貨檢系統(tǒng)的核心功能是實現(xiàn)民航局標準要求的集中判圖模式，并且符合航空貨物運輸安全檢查流程和信息應(yīng)用規(guī)范。首先要建設(shè)集中判圖室，安檢員通過遠程的方式在判圖端完成安全檢查，同時要有開包員使用開包端在現(xiàn)場配合。為了符合局方要求的反查功能，反查員即安檢管理員通過反查端執(zhí)行必要的管理、監(jiān)控和督導(dǎo)，可以進行音視頻的現(xiàn)場查看和回放。為了支持對安檢通道的遠程操作，比如停止、前進和回退，對X光機進行了必要的輔助升級。

通道屏顯是安裝在安檢通道門口上方的大屏，硬件設(shè)備使用了智能電視，客戶端軟件通過WebSocket和主系統(tǒng)建立長連接，可以實時顯示貨物當(dāng)前狀態(tài)，便于多崗位角色的協(xié)同，比如已掃碼、派發(fā)中、待判圖、已放行、開包檢查。

表1：貨檢判圖模式

1.3 集中判圖，單圖，遠程操縱X光機（停止、前進、后退），條碼打印機，手持掃碼槍

X光機的出圖方式可以分為兩類。一是滾軸式，也就是連續(xù)視頻的方式，缺點是多個貨物會出現(xiàn)在同一個畫面中，不能有效抓取一個最優(yōu)的畫面以突出顯示當(dāng)前貨物。二是彈出式出圖，避免了多個貨物出現(xiàn)在一個畫面中的問題，一幅一幅的圖片對應(yīng)單個通過的貨物，便于有效準確識別。

現(xiàn)有物流系統(tǒng)使用的條碼是符合原有規(guī)范要求的11位碼，新標準要求一貨一碼，并且將條碼位數(shù)擴展到16位，新增加了5位流水號，用于準確區(qū)分一票貨中的每件貨物。智慧貨檢系統(tǒng)開發(fā)了兼容性完善的條碼打印工具，配備色帶寬度110mm的熱敏標簽打印機。采集工作站支持接入手持掃碼槍，便于快速準確的掃描輸入條碼信息。

1.4 集中判圖，單圖，ATR自動掃碼+PLC自動分揀總成，一貨一碼，自動分揀回流

為了支持自動掃碼和分揀回流，智慧貨檢系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了ATR自動掃碼和PLC自動分揀總成，一貨一碼，自動分揀回流。ATR自動掃碼通過高分辨率照相機實現(xiàn)，檢測到貨物通過時觸發(fā)掃碼動作，作為系統(tǒng)輸入觸發(fā)后續(xù)流程。PLC自動分揀總成包含光電信號傳感器、傳送帶、分揀滾球臺、回流線和AB門，通過執(zhí)行PLC指令自動完成開包和放行的分揀流程。

在實際應(yīng)用中，遇到了ATR掃碼和分揀動作匹配錯誤的問題，比如貨物間隔太小、品字型擺放。針對這些場景的容錯方案，設(shè)計了貨物數(shù)量自動檢測和PLC熱重啟機制，詳見下節(jié)對容錯方案的論述。

1.5 集中判圖（高配版），單圖，ATR自動掃碼（入口和出口，共2套）+ PLC自動分揀總成

貨碼不匹配的根本原因是系統(tǒng)對貨物過檢過程的感知程度受限。貨物放到傳送帶上開始掃碼，這時系統(tǒng)感知到了。如果在分揀前出現(xiàn)了錯誤，漏掉或者多了，那么順序就被打亂了。如何增加系統(tǒng)對貨物的感知力度呢？將分揀點前的光電信號設(shè)備，替換安裝為第二套ATR自動掃碼系統(tǒng)，從而避免了對進出順序的過度依賴。

入口和出口兩套ATR自動掃碼設(shè)備，分別感知并匹配貨碼。進來的是ABC，出去的是AB或者ABCD，通過再次識別的條碼信息，正確匹配出來并且執(zhí)行相應(yīng)指令。

2 工程化應(yīng)用中的容錯方案

智慧貨檢系統(tǒng)實現(xiàn)了多種判圖模式，支持不同的業(yè)務(wù)場景需求。經(jīng)過3個月的試運行，發(fā)現(xiàn)了實際使用中的多個挑戰(zhàn)。項目團隊從工程化應(yīng)用的角度考慮，持續(xù)完善了多個容錯方案，滿足實際業(yè)務(wù)要求。

2.1 默認回流機制，超時未派、超時未判

統(tǒng)一調(diào)度服務(wù)（UDS，Unified Dispatch Service）負責(zé)智慧貨檢系統(tǒng)的判圖任務(wù)派發(fā)，多通道多判圖員，在指定的時間內(nèi)，根據(jù)指定規(guī)則將待判圖的貨物信息分配給合適的判圖員，比如考慮貨物類別、特貨普貨、判圖員資質(zhì)、要客航班、安全等級要求等因素。如果沒有合適的判圖員，或者貨多人少，還有可能是由于貨物過于復(fù)雜，判圖員在系統(tǒng)要求的15秒內(nèi)給不出明確的結(jié)論，此時將觸發(fā)默認回流機制，作為貨檢安全保障的兜底判斷邏輯。

2.2 PLC自動分揀系統(tǒng)熱重啟機制

在實現(xiàn)集中判圖模式下的ATR自動掃碼和PLC自動分揀總成的過程中，遇到了貨碼匹配在傳送過程中出現(xiàn)亂序的難題。受到項目成本限制，在不增加第二套ATR設(shè)備的條件下，只能通過數(shù)量檢測來判斷是否發(fā)生錯誤，進而重啟分揀系統(tǒng)，同時通過通道屏顯顯示告警信息，提示貨代停止放貨，清空傳送帶，將當(dāng)前正在通過的貨物回流，最后是命令隊列和該通道對應(yīng)的調(diào)度隊列清零。熱重啟流程完成后，更新通道屏顯信息，提示可以繼續(xù)放貨。

2.3 貨碼匹配保護機制

在五種判圖模式下，只有高配版本安裝兩套ATR自動掃碼設(shè)備，這樣才可以做到不依賴于貨物通過順序來執(zhí)行分揀指令。如果做不到深度感知貨碼匹配的情況，如何實現(xiàn)工程化應(yīng)用的目的呢？在有PLC自動分揀系統(tǒng)的模式中，依賴于熱重啟機制；在沒有PLC的情況下，依賴于貨碼匹配保護機制，這個容錯方案犧牲了一部分的過貨效率。

通過手動掃碼啟動過貨后，設(shè)置一個時間窗口，默認90秒，支持不同通道定制化設(shè)置。在時間保護期內(nèi)，該通道只允許這一個貨物通過，該方案在大型安檢機通道比較實用。如圖1所示。

圖1：智慧貨檢貨碼匹配機制

3 智慧貨檢系統(tǒng)組件式設(shè)計開發(fā)實踐

智慧貨檢系統(tǒng)以信息科技和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為支撐，堵塞空防漏洞，落實空防安全專項整改要求，全面提升空防安全技防水平，杜絕空防安全隱患。項目組以建立信息集成、資源整合、高效實用、標準統(tǒng)一的貨運安檢信息管理系統(tǒng)為目標，設(shè)計和實現(xiàn)均符合貨運安檢質(zhì)量控制體系標準，成功實踐組件式開發(fā)理念。

3.1 智慧貨檢系統(tǒng)（集中判圖）

（1）統(tǒng)一調(diào)度服務(wù)（UDS，Unified Dispatch Service）

（2）判圖端（PC）

（3）開包端（APP）

（4）反查端（Web）

（5）通道屏顯（Web）

3.2 通道判圖

（1）視頻采集服務(wù)（VCS，Video Capture Service）

（2）判圖端（X光機）

（3）安檢端（PC）

（4）開包端（PC）

3.3 采集工作站

（1）ATR自動掃碼

（2）手持掃碼槍

（3）條碼打印機

3.4 PLC自動分揀總成

（1）傳送帶

（2）回流線

（3）AB門

3.5 模擬測試平臺（Mock One）

（1）模擬X光機（Mock X-Ray）

（2）長時間持續(xù)運行測試

（3）壓力測試

4 智慧貨檢關(guān)鍵子系統(tǒng)

智慧貨檢系統(tǒng)采用分布式微服務(wù)架構(gòu)，獨立服務(wù)和子系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)嚴格遵守以下主要原則。

（1）滿足通用功能要求，解耦具體業(yè)務(wù)邏輯；

（2）制定通用接口規(guī)范，支持異步請求調(diào)用，結(jié)果回調(diào)給業(yè)務(wù)請求方；

（3）支持橫向集群擴展，無狀態(tài)運行，對外服務(wù)接口滿足冪等性規(guī)范。

智慧貨檢系統(tǒng)通過自動掃碼、AI人工智能和CA+區(qū)塊鏈等技術(shù)創(chuàng)新手段，實現(xiàn)對白云機場航空貨物的信息收集、識別、確認、存儲和管理，實現(xiàn)白云機場貨運安檢空防安全管理閉環(huán)鏈條，滿足相關(guān)信息安全審計要求。系統(tǒng)標準運行模式包含了以下子系統(tǒng)，共同提供關(guān)鍵的支撐服務(wù)。

（1）文件存儲服務(wù)；

（2）AI判圖服務(wù)；

（3）CA+區(qū)塊鏈；

（4）時鐘服務(wù)器；

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)；

（6）語音對講系統(tǒng)。

5 AI判圖服務(wù)

AI輔助判圖功能使用Python + PyTorch + Django + Celery技術(shù)開發(fā)，支持異步任務(wù)調(diào)度，根據(jù)GPU算力動態(tài)進行任務(wù)分配，將響應(yīng)和處理完成時間嚴格控制在1秒內(nèi)，充分發(fā)揮硬件加速能力。

在實際業(yè)務(wù)場景中，AI判圖模型需要持續(xù)不斷的更新維護，業(yè)務(wù)人員希望可以參與樣本標注，有效加快模型庫的升級周期。智慧貨檢AI輔助判圖子系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)了人機強化學(xué)習(xí)功能模塊，業(yè)務(wù)人員及時新增或者優(yōu)化貨物圖像樣本，添加到系統(tǒng)后自動完成模型庫的訓(xùn)練更新。

AI判圖服務(wù)將功能和業(yè)務(wù)解耦，在支持異步任務(wù)調(diào)度的基礎(chǔ)上，支持分布式集群部署。

6 CA+區(qū)塊鏈

CA+區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用是智慧貨檢的一個創(chuàng)新亮點，探索嘗試的業(yè)務(wù)場景是貨物安檢信息上鏈，重點設(shè)計開發(fā)的功能模塊涵蓋區(qū)塊鏈主要技術(shù)點。

（1）智能合約；

（2）賬本；

（3）圖片鏈；

（4）CA；

（5）電子簽章。

智慧貨檢區(qū)塊鏈子系統(tǒng)采用聯(lián)盟鏈，部分去中心化，保留適度的可控性，同時具有交易速度快的特點，預(yù)留充足的擴展空間，滿足智慧貨檢樞紐平臺的遠期規(guī)劃要求。區(qū)塊鏈和業(yè)務(wù)場景的結(jié)合應(yīng)用采用了逐步擴展延伸的方式，分步驟落地實施。

（1）技術(shù)層面的設(shè)計開發(fā)和系統(tǒng)搭建；

（2）業(yè)務(wù)場景的結(jié)合應(yīng)用，安檢信息上鏈、查詢、比對、顯示；

（3）CA、UKey、電子章在業(yè)務(wù)場景中的應(yīng)用；

（4）安檢圖片上鏈；

（5）互通互認，擴展延伸。

7 結(jié)語

在智慧貨檢項目實施過程中，項目組對包含集中判圖模式在內(nèi)的多種場景進行了有益嘗試，實現(xiàn)了對現(xiàn)有安檢通道的改造，建設(shè)了集中判圖系統(tǒng)。通過技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)了安檢申報數(shù)據(jù)集成、條碼掃描、貨物核查、集中判圖、自動分揀、貨物X光圖像采集、貨檢過程視頻監(jiān)控、代理人征信管理、信息追溯等為一體，形成了關(guān)聯(lián)貨運安檢業(yè)務(wù)相關(guān)的上游、中游和下游業(yè)務(wù)系統(tǒng)的空防安全管理閉環(huán)鏈。通過完善的容錯方案，規(guī)避了工程化應(yīng)用時遇到的多個難題，有效提高了實際運行中的系統(tǒng)穩(wěn)定性和過貨效率。

智慧貨檢系統(tǒng)符合民航局要求的航空貨物安檢流程和信息應(yīng)用規(guī)范，同時具有如下突出特點：

（1）適配多業(yè)務(wù)場景；

（2）完備的判圖模式；

（3）全流程無紙化；

（4）一貨一碼；

（5）自動分揀；

（6）AI輔助判圖；

（7）CA+區(qū)塊鏈貨運樞紐數(shù)據(jù)比對。