欽州港大欖坪港區(qū)智能云卡口系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

□ 楊有貴

近年來，北部灣港欽州港區(qū)業(yè)務(wù)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(guān)需求。為了提高卡口的通關(guān)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(wù)、遠(yuǎn)程維護(hù)應(yīng)用就顯得尤為重要。筆者根據(jù)欽州港大欖坪港區(qū)海關(guān)監(jiān)管場所實(shí)際情況和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，利用ESB海關(guān)卡口總線服務(wù)結(jié)合最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(shè)備，支持多業(yè)務(wù)后臺(tái)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，打破空間分散帶來的管理與服務(wù)制約，促進(jìn)海關(guān)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(jìn)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(jìn)出閘流程

司機(jī)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(guān)物流平臺(tái)。司機(jī)通過車輛預(yù)約APP 對車輛進(jìn)出港進(jìn)行預(yù)約，預(yù)約成功后在散雜貨生產(chǎn)系統(tǒng)生成預(yù)約信息并同步發(fā)送預(yù)約信息到海關(guān)物流平臺(tái)，車輛預(yù)約APP成功后生成二維碼。

散雜貨碼頭車輛智能進(jìn)出閘流程如圖1 所示。

圖1 散雜貨碼頭車輛智能進(jìn)出閘流程圖

（1）車輛到達(dá)進(jìn)閘閘道時(shí)，觸發(fā)圖像車牌識(shí)別系統(tǒng)（ORC）和電子車牌識(shí)別系統(tǒng)（RFID 或ETC）采集車牌信息（判斷車號(hào)信息一致），同時(shí)觸發(fā)卡口地磅系統(tǒng)采集重量信息?？谙到y(tǒng)將采集信息1（車牌信息和重量信息）發(fā)送至海關(guān)物流平臺(tái)，海關(guān)物流平臺(tái)將采集信息1 與預(yù)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(guān)物流平臺(tái)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(yù)約信息進(jìn)行比對，比對成功后放行指令2 返回給卡口系統(tǒng)?？谙到y(tǒng)接到海關(guān)和碼頭兩個(gè)放行指令后發(fā)送抬桿指令給閘機(jī)。

（3）車輛到達(dá)碼頭貨場無人地磅后，車輛上地磅后觸發(fā)圖像車牌識(shí)別系統(tǒng)（ORC）和電子車牌識(shí)別系統(tǒng)（RFID 或ETC）采集車牌信息（判斷車號(hào)信息一致），同時(shí)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(jìn)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(dá)貨場后，理貨員通過智能理貨APP掃描司機(jī)的車輛預(yù)約APP生成的預(yù)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(shè)計(jì)

1. 架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jìn)行分層架構(gòu)設(shè)計(jì)。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(shè)備層，涉及多種類型和功能的設(shè)備，主要是設(shè)備的選擇和定制化開發(fā)，需要保證相當(dāng)?shù)目煽啃裕怨I(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來衡量。在可靠性保證的情況下，追求高效、靈活和可維護(hù)性等其他性能要求。該層設(shè)備大多有標(biāo)準(zhǔn)支持。

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

第三層：設(shè)備服務(wù)層，通過網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備以后，設(shè)備服務(wù)層將統(tǒng)一各種設(shè)備服務(wù)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(shè)備安裝位置，可以自由將低層的設(shè)備服務(wù)進(jìn)行時(shí)序調(diào)度配置，并通過時(shí)序引擎實(shí)時(shí)調(diào)度相應(yīng)的設(shè)備服務(wù)，從而使設(shè)備間有序工作。采集后的信息保存下來，并轉(zhuǎn)發(fā)給海關(guān)物流平臺(tái)，同時(shí)提供給遠(yuǎn)程監(jiān)控端，海關(guān)關(guān)員操作遠(yuǎn)程監(jiān)控端可以修改設(shè)備采集錯(cuò)誤的信息或異常放行處理，該部分的聯(lián)動(dòng)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(guān)物流平臺(tái)，要么來自海關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控端的異常放行處理。所有聯(lián)動(dòng)的信息都實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄，便于以后查詢、分析。

2. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

卡口通道內(nèi)配有一定數(shù)量的室外網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)負(fù)責(zé)與設(shè)備云服務(wù)器通過設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，通道網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)再連接到機(jī)房的中心交換機(jī)中。通道網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入相應(yīng)的通道設(shè)備，如車牌相機(jī)、串口服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通道內(nèi)的串口通信設(shè)備全部通過接入到串口服務(wù)器中，通過網(wǎng)絡(luò)與通道設(shè)備進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三、卡口技術(shù)要點(diǎn)

1. 自動(dòng)觸發(fā)機(jī)制

采用一體化自動(dòng)觸發(fā)機(jī)制，獲取車輛到達(dá)、車輛離開、欄桿上到位、欄桿下到位等信號(hào)，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(shí)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(shè)備啟動(dòng)時(shí)序。

2. 糾錯(cuò)機(jī)制

（1）優(yōu)化算法。運(yùn)用校驗(yàn)碼，確保結(jié)果提交準(zhǔn)確；模糊修正，易識(shí)別錯(cuò)誤匹配修正；生僻擴(kuò)展，不常見的車牌號(hào)擴(kuò)展源。

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

（3）自主學(xué)習(xí)。制定策略，提前制定異常處理機(jī)制，包括存儲(chǔ)和預(yù)警等；智能優(yōu)化，根據(jù)執(zhí)行結(jié)果和優(yōu)化策略進(jìn)一步優(yōu)化識(shí)別算法。

3. 時(shí)序控制機(jī)制

系統(tǒng)提供時(shí)序控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)卡口系統(tǒng)啟動(dòng)流程，同時(shí)提供時(shí)序控制模塊，用來解決各設(shè)備模塊之間的工作時(shí)序控制問題，如圖4 所示。通過xml 文件靈活配置，來控制設(shè)備的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等。

圖4 時(shí)序控制機(jī)制

卡口前端集成系統(tǒng)通過時(shí)序控制臺(tái)完成啟動(dòng)流程：

（1）自動(dòng)檢測系統(tǒng)版本、時(shí)序配置及各種參數(shù)，若服務(wù)器上有更新，則通過遠(yuǎn)程下載模塊自動(dòng)更新本地相關(guān)文件。

（2）完成硬件設(shè)備初始化，根據(jù)配置文件，模塊加載Bundle動(dòng)態(tài)加載需要的所有模塊，設(shè)備控制模塊啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)初始化相關(guān)設(shè)備并準(zhǔn)備就緒。

（3）初始化完成后，定時(shí)向卡口服務(wù)平臺(tái)詢問通道開通狀態(tài)，如果服務(wù)平臺(tái)返回已經(jīng)開通，則自動(dòng)啟動(dòng)采集時(shí)序，否則等待關(guān)員開通通道。

（4）通道開啟后時(shí)序控制模塊控制各設(shè)備準(zhǔn)備就緒，等待車輛進(jìn)通道。

四、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能分為4 個(gè)功能模塊，分別為云卡口總線數(shù)據(jù)服務(wù)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(tái)管理系統(tǒng)。

1. 云卡口總線數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)

云卡口數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)是整個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)交換中心，實(shí)現(xiàn)與智能云卡口數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、海關(guān)物流平臺(tái)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(wù)系統(tǒng)的對接，同時(shí)預(yù)留與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、為以后實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的整合做準(zhǔn)備。云數(shù)據(jù)總線服務(wù)基于TCP、Webservice、MQ 等多種方式進(jìn)行通信，系統(tǒng)跨平臺(tái)運(yùn)行，同時(shí)為各種接入語言（如C、C++、C#，JAVA，JavaScript 等）提供驅(qū)動(dòng)。云數(shù)據(jù)總線服務(wù)提供群集功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時(shí)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(rèn)證、主題管理、數(shù)據(jù)路由管理、數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)、發(fā)送監(jiān)控、消息存儲(chǔ)、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(shù)的云卡口前端管理系統(tǒng)，將所有的數(shù)據(jù)采集和設(shè)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(wù)應(yīng)用提供高可靠、高效能、低成本的技術(shù)支撐，解決傳統(tǒng)卡口建設(shè)、運(yùn)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(shè)備進(jìn)行通信，根據(jù)可配置的業(yè)務(wù)流程，完成通道設(shè)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(wù)發(fā)送到海關(guān)物流平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)放，完成車輛的通關(guān)作業(yè)；同時(shí)將通道設(shè)備以及通道狀態(tài)通過云數(shù)據(jù)總線服務(wù)發(fā)送到海關(guān)物控平臺(tái)，供后端人員進(jìn)行查看和維護(hù)。

云卡口數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通過引入國際接口標(biāo)準(zhǔn)OSGi 框架思想，極大提高了對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多變性的適應(yīng)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(wù)、設(shè)備、智能策略均可通過組件的形式動(dòng)態(tài)熱插拔；大大提高了卡口系統(tǒng)對全國海關(guān)各種不同類型卡口的適應(yīng)性，對今后可能新增的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備保持可擴(kuò)展性。通過引入OSGi 框架思想，實(shí)現(xiàn)卡口系統(tǒng)對硬件設(shè)備的高兼容性，便于后期新增及擴(kuò)容卡口系統(tǒng)。

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

3. 云卡口監(jiān)控管理系統(tǒng)

建設(shè)基于云技術(shù)的云卡口后臺(tái)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)卡口業(yè)務(wù)擴(kuò)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(dòng)Visio 圖標(biāo)方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯配置，按配置的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)通道業(yè)務(wù)驗(yàn)放功能，更加靈活對接海關(guān)總署“金關(guān)二期”智能云卡口系統(tǒng)對所有進(jìn)出綜合保稅區(qū)業(yè)務(wù)的監(jiān)管（包括但不僅限于內(nèi)貿(mào)業(yè)務(wù)管理、區(qū)港聯(lián)動(dòng)、港港聯(lián)動(dòng)、多式聯(lián)運(yùn)、跨隸屬關(guān)區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)等多種業(yè)務(wù)邏輯）。要求業(yè)務(wù)驗(yàn)放邏輯可配置、可擴(kuò)展、可疊加，業(yè)務(wù)與業(yè)務(wù)之前獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。同時(shí)需根據(jù)綜合保稅區(qū)未來業(yè)務(wù)量增大、車流量增大的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘，優(yōu)化驗(yàn)放流程，提高整體通行效率。

4. 云卡口平臺(tái)管理系統(tǒng)

對卡口相關(guān)輔助系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，保證卡口負(fù)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(yīng)用更加便利高效。智能云卡口系統(tǒng)建設(shè)完成后，具有多點(diǎn)部署、相互通信、多點(diǎn)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(shè)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(shí)將卡口的邏輯層、數(shù)據(jù)層、驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行分層次分開部署；可以根據(jù)海關(guān)的實(shí)際情況進(jìn)行部署。

（2）建設(shè)成為向前兼容的實(shí)時(shí)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)查看到通道車輛的狀態(tài)和通道設(shè)備的工作狀態(tài)；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jìn)行深入挖掘和分析，供海關(guān)監(jiān)管人員監(jiān)管使用。

（3）建設(shè)運(yùn)維工具，運(yùn)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(jìn)行查看和診斷，并根據(jù)智能提示快速的做出修復(fù)。

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