智慧海关综合监管关键技术研究与应用

樊春友

摘要：随着海关业务量持续大幅增长和国产化替代工作的推进，对通关监管效率和质量提出较大考验，相应的，对监管、风险预警能力和追踪能力提出了更高的要求。目前，智慧海关综合监管系统的一体化集成体系已经开始构建，通过实践验证，对于促进海关一体化运营和监管具有重要积极作用。就智慧海关综合监管系统集成关键技术进行探究，重点就微服务、模块化、海关场景综合再现、GIS视频融合等方面的关键技术及信息集成安全进行探究，分析智慧海关系统构建的关键技术应用和实现，为当前我国智慧海关建设工作提供一些思路和参考。

关键词：智慧海关；系统集成；微服务；视频融合；模块化

一、前言

自2017年全国实行通关一体化后，海关业务量持续大幅增长，对监管、风险预警能力和追踪能力提出了更高的要求。本文以海关监管工作实际需求为指导，率先以全要素时空信息感知为基础，以建立海关领域智能地理信息系统为目标，优化整合现有信息化资源基础，按照“虚实交互、动静结合和态势管控”思路，开展视频GIS融合、人工智能、海关场景综合再现、灵活可扩展的系统架构以及信息集成安全等关键技术攻关，研制智慧海关综合监管系统，形成产业化应用。

二、系统构建目标

此次研究的智慧海关综合监管系统构建，通过地理信息系统实现现场环境、设备设施、查验数据、通关查验流程、智能算法和指挥监管作业深度有机融合，构建覆盖整个海关监管区域，包括前置作业拦截、行李中转托运、货物通关查验、卫生检验等多个业务领域的新一代海关综合监管信息系统[1]。按照“基础设施层、数据层、服务层和应用层”进行逻辑分层，应用微服务架构和模块化设计，构建统一的技术架构。

针对技术架构的构建特点、视频融合数量级、监管业务的复杂程度、与GIS平台同步联动等问题，重点放在突破多元数据融合与轻量化的GIS三维模型重建、视频图像与GIS三维模型融合等方面，运用视频GIS融合协同监管指挥技术，将智能化技术应用到整个海关监管作业之中，高效配置人、財、物等资源，提升海关监管服务效能，优化内部风险控制，降低行政运作成本，提升海关智慧管理水平，为海关口岸的业务场景应用提供坚实的底层技术支撑[2]。

三、微服务框架构建

在进行智慧海关集成系统的开发设计中，需要研究什么样的平台架构和集成模式才能更好地达到微服务架构要求[3]。为亟须解决当前面临的选型问题，通过比选发现当前活跃度较高的技术包括Spring Cloud微服务框架、前后端分离技术、Spring生态、VUE生态和中间件等，以及采用通用的技术接口规范，能够有效地解决系统集成过程的诸多问题。设计集成框架的基本思路是通过Adapter设计模式应用，为将要集成的每一个三方系统构建集成服务。相应集成服务能够对外包装全部以及三方系统的同步异步交互，对内遵守微服务系统规范，不仅符合技术规范标准，同时业务上模块化设计也规避了强耦合，因此能够充当一个服务组件部署在目前的微服务环境中[4]。这一集成服务针对每个三方系统独立开发，各个集成服务都属于微服务的Component，都能够实现独立部署。在设计微服务架构中，需要防止一个集成服务面向多个三方系统，避免其成为单块集成平台。具体设计框架如图1所示。

四、监管系统关键技术研究

随着地理信息、人工智能、新一代通信等新技术不断发展与运用，智慧海关已成为海关监管的重要发展趋势。下面就智慧海关综合监管系统的几个关键技术进行深入探讨。

（一）全场景综合再现技术

地理信息系统作为基础设施建设智能化中底层支撑，融合全场景海关口岸综合再现技术，运用GIS三维模型重建将海关口岸通关场景中的各个元素（如建筑物、设备等）建立三维模型，通过数字地球平台的构建技术，结合激光点云和倾斜摄影进行数据采集建模，对海量高程数据和影像数据融合叠加，实时读取数据库已有影像、视频、高精度精细模型，构建地形三维模型，并进行可视化呈现。

在智能化建设中，如何适配相关软硬件基础设施，推动海关监管作业的立体可视化成为项目难点。首先，解决二维和三维一体化问题，传统的二维平面场景虽然具有抽象性，但不具有空间特征，无法进行沉浸式的体验。三维场景具有立体空间效果，能够较直观地展示各对象的平面关系和立体关系，能够准确再现地理空间场景，结合现场作业流程，沉浸式体验执法。其次，立体的三维监控视频通常仅在三维场景中对各个摄像头位置进行标记，假如需要调用具体的摄像头，则需要人工介入。人工介入不够直观，没有完全发挥出三维场景的直观性作用。

针对全场景再现当前面临的现状，通过加载遥感测绘等手段获取的海量地理空间数据，攻克海关口岸全空间信息集成与应用技术，研发二、三维一体的空间信息平台，在二、三维一体化平台上进行海量数据加载，同时，将视频与三维进行融合。基于激光点云和无人机倾斜摄影等手段实现海关监管区域全景再现。基于位置实现海关物联网设备、查验设备和视频指挥调度设备等有机融合。在获得精细三维模型的基础上，采集海关设备进行地理位置标注，并按类别分组。每个设备都被编制一个对应的ID编号作为集成系统中的唯一识别码，便于系统之间的数据对接精准调用。对于立体场景展示的多摄像机进行全景视频资源画面校准和拼接，同时将多视频资源与三维地理信息场景实时融合，对重点监控区域进行划线布控和视频结构化行为分析，为监管中心提供智能化预警和研判，如图2所示。

（二）视频GIS融合技术

视频GIS融合主要基于三维局部和全球地理信息技术，加载实时和历史的多路视频流融合地理环境地物（倾斜摄影、三维模型等）进行可视化显示。利用RTP协议传输视频数据，设备与平台之间通过GB28181协议对接，通过视频色彩矫正、多边形视频投影、模型表面视频投影灯算法，实现视频融合三维地理信息的视频服务。

基于多维度、多参量标定实现真实环境中视频画面与数字地球虚拟环境的无缝集成。针对GIS视频与球机联动在三维场景中控制摄像头转动，可以在三维场景中点击鼠标实现自己需要转动的位置，方便用户快速定位到场景，带给用户更切合真实场景感。实现此功能需要GIS结合Onvif协议设置多角度标定，以达到动态姿势的调整。在三维场景中，对枪机摄像头进行位置标识，调整对应的姿态，开启投射功能，对于相邻投射视域的摄像头进行无缝拼接与融合。在三维模型视频融合增强的模式下，系统能够将在场景内的摄像机与对应的视频进行匹配，通过对参数进行配置，实现对重点区域全方位、多角度画面的捕捉以及现场全景、实时、多角度监控。

针对视频数据低延迟要求，除了需要满足千兆以上带宽传输要求，还受限于传输层协议。传统的TCP是面向连接的协议，数据传输前需要握手建立连接。UDP是无连接的，虽然没有TCP可靠，以及无法保证实时业务的服务质量，但是传输时延低于TCP。RTP 是建立在 UDP 之上的，继承了 UDP 的低延迟特性。与 UDP 不同，RTP为多媒体数据提供端到端的网络传输服务，具有时序、时间戳、负载类型和拥塞控制等功能。基于RTP协议优越的特性，利用RTCP实时控制协议管理传输质量实现低时延音视频数据的传输。前端应用与平台之间通过权限校验后，发送需要播放对应视频的信令指令到平台，平台根据信令指示开始对应摄像头端到端推流，一旦获取信令结束标识或一定时间内丢失信令，立即停止推流，从而实现业务网固定带宽下海量接入，同时又根据业务展示的需要而及时推流。

针对Web下支持多路同时播放需求，可以基于js worker多线程技术进行解码。在不影响主线程交互体验的前提下，优先使用硬件解码播放。目前，chrome浏览器已经支持H264以及H265硬件解码播放，可以在不需要通过Wasm的CPU软解码方案情况下，尽量降低CPU使用率，通过Web Worker创建子线程并进行管理，并将解析YUV数据经过WebGL转化为RGB，最后通过Canvas进行绘制，充分利用GPU进行解码播放，可以实现32路同时播放。

（三）协同巡检预警技术

海关现场条件复杂，对体温异常、核辐射超标、布控人员、携带违禁品等事件进行智能识别和异常告警。首先，对于异常告警需要及时提示并自动跟踪定位，如果时效太差则达不到可视化监管的作用。如何改善人脸识别数据和技术，从而提高人脸识别和数据传输的效率，成为协同巡检面临的首要问题。其次，基于普通摄像头的活体判断技术，实现高精准度的活体识别，解决跨摄像头的人员跟踪，实现更强的轨迹追踪。最后，由于三维模型由海量模型数据组成，对于具体场景的定位、巡检以及轨迹再现，需要从海量数据中精准规划计算以解决快速展示的时效问题。

在三维场景中按照海关监管的需求，自定义规划和根据预警信息自动生成巡检路径，开启漫游功能，需要考虑道路沿线局部场景下摄像头投射的最佳融合视角，利用已建立高精度地理信息投影的基础，提取位置信息和不同摄像头的参数，计算覆盖区域，预加载沿线上的摄像头，调整姿态以使摄像头融合的视域效果最佳，从而达到基于视频空间覆盖范围分析实现巡检路线关联视频的自动提取、顺序编排与动态生成。

对于通关人员的监管主要通过人脸识别，人脸算法的具体实现方法可能因应用场景和数据集的不同而有所差异。在实际应用中，使用深度学习算法以及基于特征的模型，并进行适当调参和优化。通过增加高性能GPU，采用多核处理器，提升并行计算能力，提高系统处理能力和识别速度，优化算法和优化数据预处理。

对三维模型数据一体化集成接口优化，改变原有数据提取和点位坐标对应方式，三维模型本地配置点位，改成业务系统中记录对应的坐标数据，系统启动时把对应关系的数据从数据库中预加载到缓存中，提升数据匹配速度和坐标定位的速度。模型采用通用接口进行数据处理与展示，减少通信握手和数据交互次数。

由于模型瓦片的数据量较大，影响性能主要体现在硬件配置、数据加载、网络带宽、引擎渲染能力、算法等方面。通过模型压缩、减少多边形数量、减少贴图大小等措施来优化3D模型的大小和复杂度，以减少设备的处理负担。鉴于Cesium加载模型支持使用数据流技术，即按需加载和卸载数据，以最小化数据传输量和加载时间。采用LOD（层次细节模型）技术，根据相机位置和高度调整3D Tiles的细节级别，帮助减少渲染时间和内存使用，从而对大量精细三维对象进行加速渲染。使用空间索引技术将3D Tiles数据划分为较小的块，并为每个块创建一个索引，以便快速访问和可视化。另外，基于 GPU 的渲染技术、硬件加速、多级缓存、可见性剔除和预处理等方式可以提高渲染性能和用户体验。

通过对以上关键技术的探究，在智慧海关综合监管系统中提出了以下技术创新点：

第一，集成了激光点云、无人机倾斜摄影、位置服务、视觉分析等技术，研发了二、三维一体化空间信息平台，解決了海关监管区域全景再现、海关物联网设备、查验设备和视频指挥调度设备等融合难题，实现了多视频的统一管理、优化处理与异常监测。

第二，融合了矫正变换、视频掩码、视域剔除等技术，研发了多维度、多参量标定、视频空间覆盖范围分析方法和视频GIS协同监管指挥等关键技术，实现了海量实时视频的优化处理、真实环境中视频画面与虚拟环境的集成和巡检路线关联视频的自动提取、顺序编排与动态生成。

第三，基于各类海关物联网设备、人脸匹配、定位追踪与监管位置的组合运用、行为轨迹分析模型等，研发了协同巡检预警技术，实现了对体温异常、重点人员、携带违禁品等异常事件进行AI识别和实时告警，对重点目标行经轨迹的实时视频显示和GIS定位显示与潜在风险的预警。

五、信息系统集成安全探析

考虑到海关的大量信息涉及机密，为了保证信息安全，避免重要信息被窃取、盗用，需要强化信息集成安全技术应用。目前，在集成系统设计中，常见的安全防护技术包括：

第一，身份验证技术。当前，集成系统网络信息安全面临多种威胁，黑客是最严重的安全威胁之一。黑客如果想要窃取重要的海关用户信息和文件，就必须利用漏洞攻击来控制用户账户和密码。获得权限后，即可开始相应的操作。因此，验证用户身份是保护用户数据安全的重要保障，必须安全设置用户身份和账户密码，防止黑客窃取。通过身份验证技术，可以提高用户身份验证的准确度，让黑客窃取用户账号和密码变得更加困难。

第二，数据加密技术。对信息、数据和数据文件进行加密，可以有效防止黑客跟踪和窃取重要的用户信息，确保整体数据安全。数据传输层的数据加密，前后端通过HTTPS协议传输，前端传输的数据通过AOP方式拦截校验，共享加密校验方式进行验证，后端返回前端前经过加密或增加校验信息后再传输。不同系统之间通过数据隔离保护后进行交换。本地缓存数据和关系型数据库通过加密后存储，确保数据安全。由于网络的开发性和潜在的安全威胁，系统采用前后端分离架构时，前端和后端数据传输过程中的数据安全性变得尤为重要。

第三，入侵检测与防御技术。计算机漏洞检测与防护系统是保護计算机信息安全的一项重要技术。这一技术应用需要在计算机上安装相关程序，快速检测计算机进程中的异常情况并生成系统警报和提示，使用户能够快速检测和修复问题，避免系统攻击并保护重要数据。7×24小时检测和监控计算机运行状态和系统状态，如果入侵检测系统检测到可疑或恶意流量，系统会阻止请求或终止用户会话，保护系统数据信息安全性。

六、结语

海关肩负着国家安全、国际贸易合作的使命和责任，针对监管现状，通过技术融合和集成应用，深入贯彻落实“三智”重要理念，加速智慧海关系统建设和应用。本文就智慧海关系统集成关键技术全面分析，就智慧海关系统构建的关键技术进行应用探究，为构建智慧海关集成系统，实现海关监管、运营、巡检等工作一体化目标提供参考。文中提及的研究成果已在多个大型项目中部署应用，整体上实现了海关监管区域“空间环境——通关人、物——监管设备”全场景综合再现和一体化管理，为提升海关“三智”能力提供了坚实有力的技术支撑和应用示范，取得了显著的经济、社会效益。

参考文献

[1]AKHMEDOV， DAULET， YERYOMIN， DENIS， ZHAXYGULOVA， DINARA， et al. SIMULATION MODEL OF TRANSPORT TRACEABILITY SYSTEM FOR TRANSIT CUSTOMS GOODS WITHIN THE EEU[J]. Nature reviews neuroscience，2019，20（02）：133-141.

[2]LIU， YANG. Verifying the Smart Contracts of the Port Supply Chain System Based on Probabilistic Model Checking[J]. Systems，2022，10（01）：19.

[3]曹泉，郑夏，周欣.CAS理论视角下的智慧海关监管服务体系运行机制研究[J].海关与经贸研究，2022，43（03）：36-47.

[4]仇红娟.基于物联网技术的海关通关一体化应用研究[J].系统仿真技术，2019，15（03）：198-201.

作者单位：同方威视技术股份有限公司

责任编辑：张津平、尚丹