无接触快递服务系统

◆重庆育才中学校 沈思源 吴尚骋

新冠肺炎疫情发生后，为减少人员接触带来的感染风险，快件大多投递到站、柜，然后由收件人自取。目前，菜鸟驿站、便利店、快递超市等采用的这种无接触方式虽然缓解了快件配送的压力，但对存储空间、人员、取件时间等都有一定的要求。

为了方便人们快速、安全取快件，我们进行了探索，尝试设计无接触快递服务系统。

一、方案设计

该系统由三个部分组成：第一部分是无接触式快递站，包含左侧的人脸识别自取通道，右侧的语音识别代取通道和中间的分区设计的货架位置；第二部分是MQTT 物联网后端信息记录和超时提醒；第三部分是软件部分，用户可通过手机App扫码自助出库。

三者之间信息互通，用户只需要通过人脸识别、语音识别和手机扫码即可完成取件，整个过程无需接触其他人和物。系统总体设计方案如图1 所示。

图1 系统总体设计方案

二、结构设计

1.无接触式快递站

先在纸上画出外壳的草图，左侧为人脸识别入口，右侧为语音识别入口。再将LaserCAD 软件中建好的平面图纸导入激光切割机，实现外壳的快速切割成型。然后利用热熔胶对外壳进胶接。需站在显示器正前方，摄像头会自动识别人脸。如果此人有待取的快件，显示器显示快件所在位置并开门；如果此人没有待取的快件，则无任何操作。正面右侧为代取入口（语音识别入口）。

图2 封装外壳

（1）左侧人脸识别入口。利用摄像头进行人脸识别，确认身份信息，并在下方显示器上显示快递位置。

（2）语音识别入口。利用语音识别模块识别取件码，并用语音合成进行信息反馈，显示器上方红外避障传感器用于检查是否有人，以防止系统判断错误。

确认取件码后，显示器显示快件位置，并在右侧语音合成模块进行语音提示。用户可根据语音提示和显示器显示的信息快速找到快件。

2.快递站入口

该无接触式快递站的正面左侧为自取入口（人脸识别入口），只

三、系统软件设计

1.主界面设计及代码

App 主界面最上方为“扫一扫”按钮，其下是“QR 码扫不起按钮”。点击“QR码扫不起按钮”后，隐藏的输入框和确认按键则会显示。最下方的是代取按钮，点击后进入代取界面。

图3 App 出库流程图

2.加载摄像头界面及代码

点击“扫一扫”后，系统调用手机的摄像头，加载时会显示相应的界面。如果摄像头未打开，可点击“返回”按钮或系统返回键返回主界面。

3.个人信息不符及代码

当扫描到的快件与个人信息不符时，显示相应的界面。点击“返回”按钮或系统返回键返回主界面。

4.成功出库界面及代码

扫描快件上的二维码，或通过输入快件取件码成功出库后，显示相应的界面。点击“返回”按钮或系统返回键返回主界面。

5.输入取件码信息确认界面及代码

在“QR 码扫不起按钮”输入框中输入取件码后，系统将快件信息显示在界面上。用户确认无误后点击“确认出库”，快件出库成功，且App 页面跳转到出库成功界面。

6.取件码错误界面及代码

如在“QR码扫不起按钮”输入框中输入错误的取件码，显示相应的界面。点击“返回”按钮或系统返回键返回主界面。

7.代人取件界面及代码

在主界面点击“代人取件”后进入此界面，用户须填写快件主人的电话号码、代取人的电话号码、取件码来确认身份。三项均填写正确后点击“确认”。快件出库成功后，App会跳转到成功出库界面。

图4 成品展示图

四、作品功能

本作品主要有人脸识别取件、语音识别取件、物联网超时提醒、手机App 自助出库等功能。

1.人脸识别（自取）

如果是本人取件，则可通过人脸识别通道进入快递站。摄像头检测到人脸并确认身份信息后，则会在一旁显示器上显示待取快件的位置。例如快件在A 货架的第一层，显示器上则会显示A1，这时快递站的门打开，取件者可根据屏幕上显示的信息快速取走快件。

图5 人脸识别自取通道功能展示图

2.语音识别（代取）

图6 语音识别代取通道功能展示图

如果要代替他人取件，则可通过语音识别功能进入快递站。来到柜前说出取件码，系统检测到有该取件码，显示器显示待取快件的位置，门开启后即可取件。取件码与用户的手机号码绑定，即使有多个快件，也只需要出示一个取件码取件。

3.物联网智能超时提醒

快件在快递站存放的时间超过设置时间阈值后，物联网后台会给该快件的主人发送信息。快递站管理员也可以通过管理指令再次发送提醒信息。

4.利用手机App 进行出库操作

找到快件后，可在手机App 上将快件标记为“出库”状态，此时就可以将快件带离快递站。如果没有进行手机App 确认操作，则系统在门打开时开始计时，超过设置时间阈值后，快件自动标记为“出库”。成功取件的同时，发送短信提醒快件主人。

（1）自取。扫描快件上的二维码，确认无误后进行出库操作。如二维码污损，则可输入取件码确认快件信息，进行出库操作。

（2）代人取件。输入快件主人的电话号码、代取人的电话号码、取件码进行出库操作。

图7 代人取件手机App 界面

五、作品创新点

1.该作品在疫情防控期间能有效减少人员接触。

2.该作品通过物联网实时记录快件存取信息，通过人脸识别和语音识别双通道进入快递站，进而提高取件效率，避免因缺少工作人员而造成的快件堆积问题。

3.用户可在手机App上完成取件，方便快捷。

4.相较于其他自助式快递站，本系统成本更低，取件效率更高，更方便整理快递站。

（1）其他自助快递箱通常会在每个小区设置一个，而本系统可直接由店铺类快递站改装而成，能有效降低成本。

（2）有些自助式快递箱会收取快件超时占用费，而该系统可以套用店铺类快递站的管理模式，即免收超时占用费。

（3）自助式快递箱货柜数量有限，且对快件的包装大小有一定的要求。（指导老师：郑霜 冯孟坭）

作者心声

这个作品的制作与完善用时超过半年，我们在这半年的时光里，多次想要放弃：比如，遇到一个又一个不知道如何解决的程序问题时；又比如，在将程序导入硬件后毫无反应时；……每每这个时候，我们会泡杯咖啡坐在窗边思考，最终还是解决了所有问题。这半年的时光对我们来说是痛苦、劳累的，但也是一次最棒的体验。

专家点评

基于人脸识别和手机App 控制的无接触快递服务系统，是一件富有“想象力”的创新实践作品。从现在全国青少年科技创新创新大赛作品的要求来看，可将其归为A 类作品，即专业技术性很强，一般需要专业机构或专业技术人员指导才能完成。

这个作品的完成，体现了两位同学较强的创新意识，和对信息与人工智能等技术的应用能力。在高中阶段，学习能力与技术能力较强的同学是可以尝试有一定难度的创新项目的。

但有几个方面的问题要提出来与大家一起探讨：其一，两位同学须把各自所做的工作、主要贡献说清道明。其二，一般专业技术较强的项目成熟期较长，一时半会，大多数评审专家与受众都只能是看热闹，应用前景也停留在“自说自话”的理想状态，……难免让人产生博人眼球的疑虑。其三，对于解决问题的方式，我们能否从“技术含量”的桎梏中解放出来，避免发生类似“农民工用风扇吹空饮料包装盒”的故事。