海關貨運監管智能化篩查和檢查輔助機器人的應用

摘要：貨物檢查業務是海關監管工作的重要組成部分。近年來，隨著中國國際化程度的不斷提高，國際進出口貿易規模日益增大，海關貨物檢查工作不斷進行改革以適應新形勢和新要求。當前，由于海關轄區范圍大、外勤作業點多且分散，傳統貨運現場檢查模式存在距離遠、時間長、成本高、有安全風險等問題，在一定程度上影響了檢查效率。結合海關貨物檢查工作實際情況，本文提出了一種新的智能化安全篩查和檢查輔助機器人方案，對檢測技術、結構設計、機器人系統等核心技術進行了闡釋，并對其在某海關實際應用中的結果進行了分析，研究并探索一種海關貨物檢查工作的新視角和新方法。

關鍵詞：貨運；監管；人工智能；機器人

一、應用背景

海關總署署長俞建華強調，要圍繞更好統籌當前和長遠，全面落實中央重大決策部署，持續深化改革創新，打造智慧海關，建設中國特色社會主義現代化海關，為推進中國式現代化貢獻海關力量。海關貨運監管智能化安全篩查和檢查輔助機器人，是落實智慧海關要求的實際舉措與一線應用，值得研究與推廣。

如何在保障工作人員安全的同時，切實有效提高現場檢查作業效率和質量成為海關工作中所面臨的一個重要問題。智能機器人是近年來的一種新興技術手段，運用智能機器人技術輔助海關人員進行貨物檢查，不僅能有效提高檢查效率，還能最大程度上降低海關人員的安全風險，滿足海關檢查工作中安全高效的要求。結合以上問題，本文對智能機器人在海關貨物檢查工作中的應用進行了探索，以智能化篩查和輔助檢查為最終目標進行研究。

二、智能機器人總體設計方案

本文所研究的智能檢查輔助機器人系統主要由智能檢查機器人本體和配套機器人運行支撐系統兩大部分組成。通過在協作機器人車身四周布置多個攝像頭監控現場作業情況，提供及時預警信息；通過在協作機器人車身安裝多種檢測儀器滿足各種復雜情況的檢測；通過在車身布置快換治具來實現不同檢測要求時的儀器切換。機器人根據布控指令到集裝箱、γ放射率探測工位或者拉曼光譜檢測位置進行相應工作。

配套機器人運行支撐系統是檢查輔助機器人運行的智能化運行平臺，負責管理整個系統的運行狀態，接入各類場地傳感器與流轉數據，推動整個檢查流程，對場地內多機器人實現合理調度，為檢查過程中的圖像進行智能算法分析，提供遠程檢查及遠程檢查管理。機器人運行支撐系統主要包含以下子系統：管理監控子系統、智能識別系統、場地集裝箱運行邏輯系統和機器人調度系統等。

三、核心技術應用

（一）檢測技術

在海關相關檢測過程中，要保證檢測過程的安全有效，首先需要對貨物的類型和性質進行檢測，本研究主要采用γ劑量率探測器、拉曼光譜儀、化學毒劑探測器三種技術對貨物分析檢測。

γ劑量率探測器是一種檢測輻射量是否超標，并可以保護工作人員安全的檢測儀器。γ劑量率探測器由接口電路、電源電路、高壓電源模塊、G-M計數管、信號調理電路及中央處理單元等模塊組成，γ射線經G-M計數管探測器轉換成電脈沖信號，脈沖計數率與輻射強度成正比。電脈沖信號經過脈沖成型電路整型后送入微處理器控制電路進行脈沖計數、非線性補償和劑量率的轉換。γ探頭會根據輻射劑量率的強弱自動切換計數管及相應的工作電路，再通過RS485通訊接口將測量數據傳送給機器人，經機器人回傳給控制端，實現實時監測環境輻射。

不同物質具有不同的拉曼光譜，拉曼光譜儀通過其拉曼出峰位置的不同對該物質定性，完成物性分析。

化學毒劑探測器由化學監測報警單元、主控單元、減振架、附件裝等組成。化學監測報警單元可以實現對周圍環境實時監測并對異常情況報警提示，對有害氣體進行實時有效的監測。化學監測報警系統內置化學進樣器、監測報警模塊，監測過程由化學進樣器對周圍環境實時采樣并分析測試，對超出設定閾值的數據報警提示。該系統首次采用模塊化、整機集成設計實現，同時提供與機器人的實時通信接口以及外部調試用的接口。

（二）機器人結構設計

上述檢測是一項相對專業和復雜的流程，對于機器人的準確度、速度和穩定性都有很高的要求。因此，機器人的結構設計至關重要，良好的結構設計能夠大大提高運行的流暢度。

本文的智能機器人結構主要由10個部分組成，整體結構如圖1所示。

機器人底盤采用伺服電機驅動差速底盤，能夠實現直行、后退、轉彎、原地旋轉等功能。根據調度系統指令自主移動、自主規劃路徑。四周設置防撞保護傳感器以及避障傳感器，實現自主避障，保證機器人行走安全。車身用于承載機器人主機系統以及電氣系統硬件，同時用于容納部分儀器設備。機器人快換盤分為機器人側和工具側，機器人側安裝在機器人前端手臂上，工具側安裝在執行工具上，工具快換裝置能快捷地實現機器人側與執行工具之間電、氣體和液體相通，便于切換不同檢測儀器。車載終端集成音箱、麥克風，實現遠程語音通話；集成攝像頭可實現人臉識別功能。360°全景監控系統采用1080P高清輸入輸出；行人偵測系統能夠實現真正的360°全景鳥瞰。充電樁具備220V/10A±10%市電/UPS電源接口切換，滿足機器人的充電需求。

協作式機械臂為自由度機械臂，末端配備3個數字輸入端口和3個輸出端口，2個模擬量輸入端口；電箱配備16個數字輸入端口和16個數字輸出端口，2個模擬量輸入端口和2個模擬量輸出端口；輸入輸出端口采用24V 2A直流電源；通訊接口支持Modbus TCP、Profinet（可選配）以及Ethernet/IP（可選配）；機械臂可采用圖形化編程和遠程調用接口進行編程，防護等級達到IP66，具備10個高級安全配置功能可進行協同操作，其主要材質為鋁合金，可在0～50℃環境下工作。

（三）智能檢查輔助機器人系統

1.系統架構

檢查輔助機器人系統主要由接口層、調度層和車載層三個部分組成，每層都有相對應的業務邏輯和用于人機交互的硬件終端。接口層通過呼叫終端進行交互，主要業務為呼叫處理和上層適配。調度層通過監控終端進行交互，主要業務為任務指派、路徑規劃和交通管理。

根據圖2可知，車載層通過車載終端進行交互，主要業務為運動控制、自主導航和任務邏輯。整個系統采用可視化管理及操作，檢查過程清晰明了；具有多種調度模式（智能調度、固定路線、人工干預），可適應不同環境的需求；具備多路徑規劃，自學習任務優化功能，智能化程度較高；支持多終端協同操作（手機、PC客戶端、大屏），人機交互更加方便快捷。

2.機器人調度系統

根據圖3可知，機器人調度系統集任務管理、路徑規劃、數據統計、交通管理、車輛管理五大功能于一體。任務管理功能可對任務進行增刪改查，對任務結構管理，提高任務效率；路徑規劃功能可對機器人的行走路徑進行計算和設計；數據統計功能可對AGV忙碌空閑時間以及任務響應時間進行統計；交通管理功能可處理路徑上各類AGV之間的關系，提供五種交通管制策略；車輛管理功能可實時數據檢測，對AGV進行操作，休息時可對充電邏輯進行控制。

3.系統安全防護

為增加機器人系統的安全性和穩定性，降低貨物檢查過程中發生事故的風險，智能檢查輔助機器人系統在硬件和軟件中都裝載了安全防護。

安全防護硬件包括激光、急停按鈕及安全觸邊。安全激光安裝在 AGV 前后，隨著AGV沿著固定路線行駛時檢測物體。當遇到障礙物時可用于降低速度并停止 AGV。激光分布區域分為三部分：減速區、停止區、抱閘區。保護區域的大小和形狀可以自由設置，最大支持配置16/31種保護區。

軟件的主要的安全防護邏輯包括以下幾個方面：離線/通訊故障保護，此時AGV與調度系統失去聯系，則停止行駛；超差保護，AGV超出行駛通道一定距離后，則停止行駛；失速保護，AGV速度異常，則停止行駛；部件故障保護，AGV檢測到安全傳感器故障，則停止行駛，導航帶缺損/地標丟失保護，AGV導航地圖缺損或導航標志物丟失，則停止行駛。

四、智能檢查輔助機器人現場檢疫采樣應用示例

目前，智能檢查輔助機器人主要用于某海關貨運監管作業場的日常檢查工作，機器人系統經過了一次實驗室DEMO機測試和兩次現場測試。兩次現場測試地點均為某碼頭，分別對集裝箱和冷鏈食品兩種不同類型的貨物進行輔助檢查測試。

整個流程中機器人與工作人員協同作業，機器人完成大部分操作，人工進行輔助：機器人完成集裝箱內環境采樣、貨物外包裝采樣、貨物內包裝采樣、貨物本體采樣、采樣標記以及采樣過程中的拍照留證等工作；工作人員完成相關準備工作、開箱、開貨物包裝、搬運貨物、人機交互界面操作等工作。采樣流程中，機器人完成全部操作，工作人員通過交互界面指揮機器人的操作步驟，機器人自主完成全程的拍照錄證操作。

智能檢查輔助機器人的實際運用大大減少了檢疫采樣環節的人力成本，以某碼頭目前的作業模式，能夠減少5人的人力成本。同時，檢疫過程中的安全性和操作流程的規范性、可靠性也大大提高，降低了人員操作中的不確定性。機器人實現自動采樣、自動拍照、自主消毒、自主充電的功能，較以往的海關工作，智能化水平大幅提高。

五、結論

合理恰當地運用智能機器人技術，不僅能夠提高檢查流程的效率和規范性，還能減少工作人員與貨物的直接接觸，降低潛在的安全風險。檢查輔助機器人在某海關的成功應用，是對全新領域的一次探索，對海關檢查工作新方法進行嘗試。本次應用實現了在海關進出口貨物檢查領域實現智能機器人輔助監管作業、提出采用智能化手段開展國門安全監測、將規范化操作流程通過智能技術實現。實踐證明，智能機器人對于海關檢查工作的幫助是巨大的，在準確性、規范性、安全性方面都有顯著提高，降低了人工成本，進一步提升海關監管檢查工作的智能化和高效化，取得了一定的經濟和社會效益，起到了很好的技術引領和應用示范作用。

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