浅谈5G云端机器人在海关工作中的研究与分析

顾梦婕，季佳华，吴 猷，李楠鑫，李 月

（中国电子口岸数据中心上海分中心，上海 200120）

在当前错综复杂的国际贸易新形势下，海关营商环境的建设关系到进出口管理水平的提高与国际贸易经济的发展。海关业务不断多元化与深化，通关业务量保持着较高的增长率，这种现状不仅拉长了海关监管工作链长度，而且对海关综合工作水平提出了更高的要求。由于受到多种因素的影响，导致在当前的海关进出口监管工作中存在着监管效率不高、人力资源成本高、人工查验货物危险性大、人工查验精准性欠佳等问题[1]。

通过在机器人上设置激光雷达、深度相机、超声雷达以及防跌落传感器等电子识别元件，可以在海关监管工作中完成对进出口货物的智能化、精准化、高效化识别与查验；通过5G通信技术与云计算技术，可以实现机器人的远程控制与智能化数据挖掘技术的融合，能够很好地满足当前形势下海关监管工作的高要求。

1 5G云端机器人在海关工作中的应用技术基础

1.1 基于5G网络的云端一体化平台协同运行

5G通信技术有着高带宽、低时延、高安全性、强穿透能力、大覆盖范围以及广连接等特性，与机器人系统深度结合，可以有效解决机器人目前所面临的高清视频回传、远程遥控、网络安全、本体计算能力和协同机制等多个技术问题，还可以大幅降低建设成本。基于5G网络高带宽、低时延的特性与5G网络的边缘计算技术，利用5G网络的分布式网关，研究开发边缘计算平台对机器人的运行监控、数据采集与清洗、多机协同策略分配、实时运动控制等功能。云平台、边缘计算与机器人端组成云端一体化平台，通过三者的协同运行，从而实现机器人管控、调度平台与复杂多机环境下的机器人协同作业。

1.2 低速无人驾驶技术与导航技术的深度融合

打造适合低速运行的低成本机器人低速无人驾驶技术，采用3D激光同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）算法导航、3D深度相机避障为主导，以视觉导航、惯性导航、实时动态（Real-Time Kinematic，RTK）载波相位差分技术定位等导航技术方式，辅助实现大场景建图及自主移动监测。目前应用较为广泛的低速无人驾驶技术导航模式主要有视觉导航模式与激光导航模式。视觉导航模式对环境的光线要求比较高，且要求环境光照条件波动较小，需要良好的光环境才能实现精确导航；激光导航模式则可以解决机器人导航对环境光照条件依赖程度高的问题。

1.3 AI机器视觉算法的应用开发

运用先进的计算机视觉技术，实现对机器人巡检过程中采集到的图像质量进行增强处理、对目标进行检测和识别等功能，利用视觉技术可以让视频监控系统更智慧，实现监控功能的自动化，实现人脸识别、人体检测、车牌识别、车辆检测、烟火检测等[2]。

1.4 完善的功能模块单元

第93页图1为5G云端机器人功能模块单元示意图。如图1所示，为了满足海关工作的需要，5G云端机器人中集成了监控模块、通信模块、导航模块、运动模块、主控模块、感知模块、对讲模块以及辅助模块等多种功能模块单元。不同的功能模块单元可以实现不同的功能，多种功能模块单元的结合则赋予了5G云端机器人更加强大的性能。

图1 5G云端机器人功能模块单元示意图

图2为5G云端机器人软件平台结构示意图。如图2所示，为了保证5G云端机器人的正常工作，需要根据海关工作的需求建立机器人软件平台，并在现场进行各项功能的测试。

由图2可知，5G云端机器人软件管理平台主要由后台服务系统、监控管理系统以及移动控制专用系统组成。其中，后台服务系统又包括机器人接入网关、音视频处理模块、环境量数据处理模块、告警数据处理模块、机器人状态模块以及智能处理模块等，主要用于巡逻机器人运行后台服务保障，位于人机交互的底层服务[3]。

图2 5G云端机器人软件平台结构示意图

2 5G云端机器人的组成与核心技术

2.1 5G云端机器人的组成概述

5G云端机器人的开发融合了云计算技术、人工智能技术、5G通信技术以及大数据技术等新一代信息技术，集环境感知、动态决策、行为控制以及预警等功能一体，其组成主要可以分为应用层、平台层、网络层与终端层，其中终端层为末端执行层，网络层则用来实现终端层的远程控制与数据信息的交互。为了实现自主导航、识别与自我保护等功能，机器人上布置了高清导航摄像机、红外热成像摄像机、全景镜头、导航系统、通信模块、电量管理模块、激光雷达以及防跌落传感器等多种电气元件。第94页图3为5G云端机器人传感器布置示意图。

图3 5G云端机器人传感器布置示意图

2.2 5G云端机器人的核心技术

2.2.1 复杂工作场景下定位与自动避障技术

5G云端机器人在海关工作场景中工作时，需要精确识别场地中的货物位置与障碍物，特别是海关查验现场的货物、电动叉车以及其他工作人员的位置信息。实现5G云端机器人的自主定位，即获取其所处的三维空间坐标位置，这是机器人完成自主导航的基础。借助5G通信技术与定位芯片，可以实现动态的位置获取，从而实现机器人的同步定位与工作场景地形构建，在工作过程中还可以通过采集工作场景中的环境信息，修正自身位置信息，并完成工作姿态的调整。

2.2.2 数据挖掘技术

借助5G云端机器人的条码扫描与数据解析功能，可以在海关货物进出口管理中通过数据挖掘技术的应用获取货物的生产与流通全过程的相关信息。通过对货物信息的识别，可以获取相关的风险信息，有助于制定有针对性的风险预防措施。将大数据技术与数据挖掘技术相结合，通过数据的聚类分析、分类分析、特异群组分析、关联分析以及异常分析与演变分析等手段，提升海关在进出口管理方面的风险应对能力。

2.2.3 机器视觉技术

1）封存标志识别。在海关工作中，货物封存标志识别是一项重要工作内容，以前多采用人工现场识别。5G云端机器人上装有视觉识别装置，通过拍照上传至数据库进行对比，即可完成货物封存标志识别工作。货物封存标志识别算法主要由封存文本识别、封存方向识别以及正则化后处理3个方面内容组成，图4为封存标志识别算法流程图。

图4 封存标志识别算法流程图

2）商品识别。在海关工作中，针对商品的识别算法由目标定位分割算法与图像分类算法结合而成，图5为针对商品识别的目标定位分割算法示意图。其中，目标定位分割算法是在Mask RCNN算法的基础上得到的；图像分类算法则是建立在空间注意力机制中一类基础网络上的。为了提高不同商品之间的区分度，引入损失函数算法为

图5 目标定位分割算法示意图

3 结束语

综上所述，借助5G云端机器人在海关监管工作场景中的应用，通过环境感知、动态决策、行为控制、自主行走、自主保护、自主识别以及危险报警等功能，可以帮助海关工作人员完成基础性、重复性、危险性的工作，推动海关监管工作服务升级，提升海关工作安全性，还有助于降低海关监管工作人力成本，推动海关工作模式转型升级。