海关卡口智能化监控系统设计方案.docx

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海关卡口智能化监控系统设计方案

海关卡口智能化监控系统设计方案

第一章概述1.1.1系统设计依据

依据《国务院关于〈中华人民共和国海关对出口加工区监管的暂行办法〉的批复》（国函[2000]38号）、《中华人民共和国海关对出口加工区监管暂行办法》、《海关总署关于印发出口加工区隔离设施及有关海关监管设施标准的通知》（署税[2000]311号）、《海关总署关于印发关于对出口加工区卡口设置专用通智能道的要求的通知》（署税[2000]680号）等文件，我公司对电子卡口系统进行了项目总体规划和设计。

依照有关法律、法规和实施细则，对进、出中心的货物及中心内相关场所实行严格监管。

为提高海关及地方政府管理部门的监管和办公效率，最大限度的提高监管效果，提升企业通关效率、改善企业贸易环境，达到对进出中心货物既有效监管，又方便通关的目的，中心需要建设智能卡口系统。

1.1.2系统建设目标

随着中国入世和世界经济一体化进程的加快，现代物流产业的发展已经成为全球产业结构调整的一大趋势，现代物流发展的水平越来越成为体现一个国家和地中心综合竞争力的重要标志。

新的形势下海关总署适时提出了“依法行政，为国把关、服务经济、促进发展”的工作指导方针，并且大量利用高新技术来提高工作质量和工作效率。

智能卡口系统这一高新技术产品，作为海关物流监控的重要手段之一，发挥着在进出口集装箱物流监控的重要作用。

系统进行车辆、集装箱、电子地磅等现

场数据的采集工作，结合舱单信息、H2000通关信息和物流监控系统等环节的信

息，对进出口集装箱现场称重、查验放行。

达到在不影响通关效率、不增加企业负担、不增加海关工作量的前提下，提高了海关的查验率和客观公正性。

同时，大量准确的现场物流数据，也是进行数据分析、风险布控的数据来源。

通过分析，可以有目的地、有针对性地在卡口进行查验、拦截已经布控的集装箱，提高了查验的准确性。

本系统是为海关监管的集装箱货车通道的管理自动化而设计的，主要用于对通过卡口通道的运载集装箱的货车自动进行重量采集、集装箱号码的拍摄和识别、电子车牌等数据采集，并将所有记录的数据和相关图像存入本机，然后，将采集到的数据发给海关物流平台进行比对，系统根据返回的比对结果确认是否放行，从而实现卡口通道的无人监管，保证了数据的客观性和监管的力度。

1.1.3设计原则

1、先进性原则

应用系统的设计思想、系统的编程语言、使用的操作系统、系统的安全手段、系统数据的保密措施必须具有先进性，并符合人性化、智能化。

2、快捷与便捷性相结合原则对管理机关来说，审批手段、审批程序具有方便、快捷的特点，尽量减少审

批程序，增加审批的透明度，提供办公流程的跟踪系统，让企业明知办事过程与进度。

对企业来说，大部分业务的办理采用无纸申报手段，避免不必要的人工处理。

增强政府的服务意识，避免廉正风险，提高办事效率。

3、系统设计的长远性原则系统设计整体性、长远性相结合。

系统的设计必须遵循一体化的设计原则，

达到具有充分扩充性的目的，不能够就目前的情况设计而设计，要按照智能的发展，智能的再扩容发展而设计，留有充分的发展空间。

4、系统设计的增值性原则

不论海关也好，还是其他管理部门也好（包括商检、管委会等），作为一个整体，不分彼此，不分你我。

物流中心的信息规划和信息技术将大大提升中心内物流项目的先进性、可靠性、高效性与可持续发展性。

通过系统的设计、应用，使得智能内的管理机关及相关部门的服务水平升值，通过真正优良的软环境，使得智能的地价升值，使得智能的信誉升值等。

总之，使得智能的企业真正感觉到智能的贸易环境的无比优越性。

1.1.4系统简要说明

智能卡口系统建设在智能的出入境卡口现场。

通过在出入口通道处安装探头，当载有集装箱的货车通过地磅通道时，位置探头向计算机发出信号，启动集装箱号码拍摄系统、电子车牌数据采集系统，地磅数据采集系统，采集集装箱号码图像、电子车牌号码、车牌数据、GP瞰据、集装箱重量等数据。

为海关物流平台提供可靠、客观的数据来源。

集装箱号码拍摄系统采用多路摄像系统，整个摄像共由四个摄像机来协同完成。

其中有两个摄像机安装在地磅通道入口处两侧，拍摄两侧的集装箱号码图像，两个摄像机安装在通道正中的前后方上，负责拍摄集装箱前侧和后侧的图象，拍摄图像时不要求停车。

拍摄到的图像传入计算机后，由号码识别系统自动从图像中分离出集装箱号码，再进行字符识别后，识别出号码中的英文字母和数字，并将识别出的字母和数字组成集装箱号码。

车牌号码由一个安放在通道旁边的电子车牌天线和电子车牌读写器采集，整个数据采集过程不要求停车。

当车辆通过卡口集装箱通道时，计算机系统启动电子车牌读写器进行工作，当天线接受到电子车牌的信息时，将电子车牌中的数据读取出来，并上传到计算机系统中。

车重的采集通过动态称重仪来得到。

车辆通过地磅时，车辆的重量由压感电路采集，由压感电路产生的模拟信号被转变成数字信号，通过标准计算机通讯接口上传到计算机中。

识别出的集装箱号码、采集到的集装箱重量和电子车牌号码存入本地数据库，这些数据连同相关的车牌、集装箱图象通过网络提供给海关物流平台的业务逻辑比对系统，进行验放处理。

最后，根据物流平台系统提供的放行信息，控制红绿灯和交通指示牌及挡杆决定指示车辆前进的方向。

1.1.5系统特点

智能卡口系统可以自动地完成对集装箱货车进出卡口的监测和管理工作。

系统实现了监管作业的自动化，无需人员干预，即可自动完成对车辆号牌、集装箱号的识别、车重数据的采集，从而达到节省人力、客观公正、全面监控的目的，并能够最大限度地发挥电子地磅的功能、与电子舱单等其它子系统进行业务协同。

该系统的技术特点总结如下：

箱号识别系统

全天候工作

采用主动光源技术，无论外界光照如何，本系统都能补充一定数量的光照强度，确保图像质量不受外界环境变化的影响。

能够适应白天、晚上任何光线条件，无论是晴天、阴天、雨天、雾天、阳光直射、黑夜、光照不足、车灯干扰等情况，都能采集到稳定、高质量的图像。

适用性

系统适用性强。

本系统能够识别GB/T1836-1997标准的集装箱号码，可以处理任何号码的印刷方式，包括一行、两行、三行、四行、一列、两列等；可以处理各种20英尺箱、40英尺箱、标准箱、冷藏箱、超高箱、超长箱、框架箱等。

箱子在车上可以任意摆放，箱门可以在前，也可以在后。

车辆限速15公里/小时。

此外，对运输车辆没有任何要求。

可以一车一箱，也可以一车两箱。

系统能自动识别出车辆装载的集装箱个数，并识别出各自的集装箱号码。

对一车一箱时车辆承载20英尺箱时，箱子可以摆放在车辆任何位置，系统都能正确地拍摄到集装箱号码图像并进行识别。

识别系统可靠，一车双箱时将保证不会丢失集装箱。

多路图像拍摄

每个集装箱都有一个符合GB/T1836-1997（ISO6346）标准的集装箱号码，分别印刷在箱子的前后左右上下6处。

由于集装箱在6个侧面都印刷有本箱的同一号码，因此本系统采用多路图像拍摄，可以保证系统的可靠性和可用性。

即使在集装箱某些侧面污损、字符剥落、字迹不清等情况下，通过四面图像的互补也能保证正确地识别出集装箱的号码。

图像清晰可靠。

采用数码成像技术，前端采集到的是数字图像，可以保证在传输过程中无任何损耗。

图像中集装箱号码字符大小适中，笔划清晰，为字符切分和识别提供了良好的数据源。

集装箱号码识别率

在系统正常运行情况下，由于采用了主动光源技术和数字图像拍摄。

可以保证图像的质量是稳定可靠的。

因此，可以保证在任何条件下，都能达到稳定的识别率。

系统整体识别率超过95%（连续识别10000箱）。

即按照集装箱个数计算，由于识别问题造成的人工干预，100个集装箱中不超过5个。

对系统无法识别的集装箱，可以通过人工干预的方式，对照拍摄到的图片，输入相应集装箱号码。

这样可以达到识别所有的集装箱的目的。

系统识别速度

系统在使用时，如果需要在卡口处实时拦截车辆时，即车辆需要停留在卡口处等待处理结果，则处理每辆车最多需要耗时10秒，即车辆在卡口最多停留10秒就可以离开。

若不需要车辆在卡口处停留，则下一车辆可以马上进入通道。

系统将并行识别处理上一辆车的图片和采集当前车辆的图片。

电子车牌自动识别系统

环境适应性强，可全天候工作

系统可靠、稳定，不受诸如灰尘、油污、振动、冰雪雨雾、篷布等遮挡物的影响，可在潮湿、振动、粉尘等恶劣环境条件下工作，抗电磁干扰能力强，可全天候工作。

系统识别精度

识别精度大于等于99.99%,。

系统读写距离

非接触识读距离可达8m最远超过10m采用广谱跳频工作模式，具备超强的抗干扰能力；外场采集到的射频识别数据通过ITRF91501可直接传送到卡口前端计算机中；牢靠的工业级设计，环境适应性强。

系统电子车牌读写时间

从单个标签上识读8Byte平均时间小于12ms,从单个标签上写入IByte耗时小于25ms

识别卡无源使用,具有不可更改唯一代码,一次性安装、防伪、防拆卸。

128Byte内存可进行读、写、擦除再写操作,还开辟有可永久专用字中心,用户可自定义读写标准,使专有应用系统效率更加快捷；

无源卡设计,无需电池,内存可反复擦写100,000次以上,有效使用寿命达十年,免维护,性价比更高。

可同时读写多个标签（多达50个/秒）,而不受工作中心内标签数量的限制和影响超宽工作频段设计,既符合相关行业规定,又能进入进行灵活的开发应用。

突破以下关键技术

?

车载单元防拆动技术

?

车载终端与车辆唯一对应技术

?

两阶段生命过程卡管系统系统总体性能

整个系统可靠、安全

软件系统采用多级监控,防止意外情况导致的系统死机。

软件系统具有故障诊断、故障自恢复功能。

软件系统还记录了系统运行的日志,定时将日志发送到服务器或保留在本地。

当计算机无法自动恢复故障时,通过分析日志可以进行人工故障检测,实现远程维护或辅助维护人员进行现场维护。

软件系统具有自动升级功能。

能够自动检测服务器上是否存在更新版本的软件,自动下载软件并安装运行。

这样,可以在全关中心实现远程自动维护。

系统硬件设备防水、防潮。

正常工作温度为-20C~60C。

网络数据安全可靠。

采用自定义协议传输数据,在网络或服务器发生故障时,系统能将采集到的集装箱数据保存在本地,等网络恢复后,再传送到服务器端。

如此避免了因为网络或服务器故障而丢失数据。

软件系统根据的海关监管业务特点量身订制

系统可实现与海关物流平台业务系统联网，通过海关运输企业，运输工具及驾驶人员管理系统数据库可自动识别运输企业、车辆、承运人合法身份，既方便企业、又大幅减轻现场关员调阅单证、签字、盖章等各项业务环节的工作负荷。

兼容性强，可以支持不同种类的系统平台和不同的程序语言。

具备完备的加密与安全机制。

2.1系统划分

智能化卡口系统，根据功能性拆分，可以分为以几个子系统：

集装箱箱号自动识别系统（与海关总署采购设备一致）电子车牌自动识别系统（与海关总署采购设备一致）电子闸门档杆系统（与海关总署采购设备一致）电子关封系统（接口预留）

IC卡系统（与海关总署采购设备一致）电子地磅采重系统（与海关总署采购设备一致）

GPS系统（接口预留）

根据智能的功能要求，出口加工区内设置进出境货物卡口，进出境货物卡口建双向四车道，设有集卡车道、专用车道、客车道、在出区旁设行政通道进出1条。

具体部署如下：

进出境货物卡口设进出通道共4条：

用来管理进出物流中心出口加工区的货车，安装集装箱箱号自动识别系统、电子车牌自动识别系统、电子闸门档杆系统、可视对讲系统，电子地磅采重系统、GPS系统（接口预留）、电子关封系统（接口预留）。

专用车道设进出通道共2条：

用来管理出口加工区内监管的专有车辆，安装电子车牌自动识别系统、电子闸门档杆系统、GPS系统（接口预留）、可视对讲系统、IC卡管理系统、电子关封系统（接口预留）

2.2整体设计

2.3业务要求

2.3.1进出智能的集装箱，按直通或转关运输方式办理有关手续。

所有从集装箱车道进出物流区的运输车辆（包括空车）应事先向物流区主管海关登记、备案,进出区时向海关填报核放单，经海关确认后凭核放单进出物流区。

企业向通关部门办理货物入区申报手续后（空车不必办理），由通关部门出

具核放单，企业或承运人凭核放单到闸口办理进区放行手续：

入区车辆进入闸口候车区；

绿色信号灯亮时，车辆进入通道；

显示屏显示“请直行”或“请到查验场地”，打开电子闸门，放行车辆；

车辆进入电子地磅，由电子地磅系统对车辆重量进行逻辑检测；

对须查验的车辆进入查验场接受海关查验，查验完毕后由海关人员对车辆、车架、货柜进行登记、放行，计算机自动对相关电子底帐进行数据核注。

不须查验的车辆，闸口自动对车辆、车架、货柜进行登记、放行，计算机自动对相关电子底帐进行数据核注。

放行后，对一车一单或一车多单的，计算机自动向进境口岸发送货物入电子回执；对一单多车的，在最后一批货物入区后，计算机自动向进境口岸发送货物入区电子回执。

企业向通关部门办妥货物出区申报手续后（空车不必办理），车辆进入电子

地磅，由电子地磅系统对车辆重量进行逻辑检测；

查验部门对不须查验的货柜施封，对须查验的货柜查验完毕后对允许的货柜施圭寸（空车不必施圭寸），填写圭寸志号，出具核放单，企业凭核放单到闸口办理出区放行手续；

出区车辆进入闸口候车区；

绿色信号灯亮时，车辆进入通道；

企业递交核放单，单证识别系统自动识别核放单，并读取有关数据进行逻辑检测；

显示屏显示“请直行”或“请到查验场地”；

对须查验的车辆进入查验场接受海关查验，查验完毕后由海关人员对车辆、车架、货柜进行核销、放行，计算机自动对相关电子底帐进行数据核注。

不须查验的车辆，闸口放行后自动对车辆、车架、货柜进行核销、放行，计算机自动对相关电子底帐进行数据核注。

放行后，对一车一单或一车多单的，计算机自动向出境口岸发送货物出区备案清单；对一单多车的，在最后一批货物出区后，计算机自动向出境口岸发送货物出区备案清单。

散货管理车道的业务流程与集装箱车道相同，进出智能的散货车道的运输工具，必须是在海关备案后的箱式货柜车

2.4详细设计

整个界面由以下几个功能中心组成:

识别结果：

显示包括当前正在识别的车辆、当前车辆的上一辆车的集装

箱号码、车牌号，以及车重。

系统消息：

显示当前来自地磅的重量、当前探头的状态、当前图象识别

信息、设备的连接状态，以及系统中其他消息的打印。

照片：

显示当前车辆已经和正在处理的集装箱图片，上一辆车拍摄到的所有图片，屏幕上同时可以显示其中两幅图，通过功能键来滚动翻看其他图象。

系统状态图：

可以实时显示当前车辆通过时每一时刻所处的状态，包括相机的动作、探头的状态和车辆的位置，以及最后比对结果后车辆放行情况。

集装箱号码自动识别分为图像拍摄、识别两大部分。

其中拍摄部分采用多路摄像系统，整个拍摄共由四个数码摄相机来协同完成。

其中两个摄相机安装在集装箱卡口入口处两侧，用于拍摄集装箱两侧的号码图像，另外两个摄相机安装在卡口通道正上方的立杆上，负责拍摄集装箱前侧和后侧的图像，拍摄图像时不要求停车。

集装箱号码的识别，是利用智能图像处理技术将字符从复杂的背景中剥离出来，再利用神经网络识别技术对字符进行识别，最终得到集装箱号码。

此外，由于集装箱箱体的各个侧面都标有该箱的箱号，这一特性可以用来提高系统的识别率，除了要单独识别每一个图像中的集装箱号码外，还有将得到的多个识别结果进行相互校验，从而得出正确的集装箱号码。

电子车牌采集子系统电子车牌的采集，主要是依靠无线射频技术的应用。

当车辆通过卡口通道时，由时序控制子系统发来车辆到来的消息。

这时，计算机控制电子车牌读写器开始读取。

读取时，由电子车牌天线发出无线射频信号，该信号由电子车牌接收后，获得能量，从而将车牌中存储的信息读取出来，采集到了车牌号和车辆自重等数据。

地磅称重子系统

汽车的重量由动态称重仪来获得。

为了在本系统中使用，需要计算机与这类设备进行通讯，从设备中获得重量的数据。

本系统考虑到设备的易用性和稳定性，采用RS-232串行通讯口与地磅进行数据通讯。

地磅每秒通过串口实时发送5次

重量数据，计算机每隔一秒采集一次由地磅发送的重量数据，可以保证重量数据的可靠和实时。

海关物流平台系统在智能卡口系统获取了通行车辆的集装箱号、车牌号码和车重之后，需要通过与海关物流平台进行实时比对，及时查验通行车辆承载的货物重量和申报的重量是否一致，以检查其中存在的问题。

同时对于由于污损等原因造成集装箱号无法识别的，可以由人工方式在平台上进行识别，并将人工识别结果进行比对。

这部分是属于平台上的应用系统，与前端系统有密切关系，但在本设计方案中不做详细设计。

前端总控制系统

前端总控制子系统主要控制、产生系统工作的时序动作，指挥、协调各硬件设备进行工作，驱动控制各功能系统相互协调工作。

当接收到车辆到来信号后，前端总控制系统需要控制图象拍摄、图象识别、电子车牌数据采集、电子地磅数据采集以及后台查验比对各系统进行相互协调、相互数据交换。

最后引导车辆按

指示方向前进。

3.1系统模块结构

集装箱号码自动识别子系统由图像拍摄模块、灯光控制模块和图像识别模块

三个主要模块完成，分别负责集装箱多侧面号码图像的拍摄采集、拍摄补光灯灯

光控制和集装箱图象识别校验的任务。

其中图像拍摄模块作为系统中对集装箱图像数据的采集源，通过与总控制系统的配合工作，利用时序逻辑完成对集装箱的前后左右的四个侧面的图像的拍摄，并完成图像数据的压缩存储。

灯光控制模块其主要采用射光灯技术，在环境光亮度达不到拍摄要求时采用泛光灯进行补光。

集装箱图像识别模块即对多幅图像进行识别，生成正确的集装箱号码，为后续的数据比对核查做准备。

集装箱号码自动识别子系统的框架如图所示：

时序控制模块

集装箱号码自动采集识别系统

图：

箱号自动采集识别系统模块结构

3.2图像拍摄模块3.2.1CCD摄像机

集装箱号码拍摄系统的前端采用工业级专用彩色CCD摄像机。

CCD摄像机使

用电子耦合器件作为感光板，在电子快门（闸门）释放瞬间感光板点阵上的电荷积累经过芯片运算还原产生单帧图像。

电子快门连续释放形成图像序列，图像序列经过模拟调制形成视频流。

我公司使用的专用彩色CCD摄像机采用DSP芯片处理技术，利用内部评价电路控制光圈和快门的组合关系实现最佳的曝光控制。

DSP处理增强了图像的锐度

和清晰度，同时强化了中心域背光补偿，图像色彩还原较好、清晰度较高。

DSP控制增加了远程控制的功能，可以利用远程通信协议实现对每个摄像机的运转参数的动态设定，达到更好的拍摄效果。

CCD技术的发展实现了高动态范围的感光器件，结合光圈与快门的评价控制电路，可以在白天强烈的日光下（照度100,000Lux）和夜晚温和的灯光下（照度200Lux）都生成清晰锐丽的图像。

运动模糊是拍摄运动目标时容易出现的现象，是由于在电子闸门释放时间段内目标物体运动而使成像点在感光板上产生了位置移动的结果。

通过调整摄像机的电子快门速度到1/500秒以上，则运动物体的运动对图像的影响的计算公式为：

△S=V*T

由此可知一个以15公里/小时运动的物体在快门速度为1/500秒时的运动影响为（15*1000）/（3600*500）=0.0083米<10毫米，而集装箱号码通常字符的宽度在10毫米以上，则此运动模糊对物体成像影响极小。

3.2.2图像采集

本系统中采用的隔行扫描CCD摄像机输出PAL制式的彩色复合视频信号，每秒生成25帧即50场图像。

该视频信号通过75Q视频同轴电缆输送到图像采集卡，图像采集卡从图像视频流中采集合适的一帧。

本系统中使用的图像采集卡允许同时接入4路彩色视频信号，通过软件切换视频数据源，完成对多个视频通道（集装箱4个侧面的摄像机）的图像采集。

PAL视频信号每秒图像为25帧，即帧间间隔时间为40ms为了同时拍摄集装箱四个侧面的图像，要求在同一时刻采集从4路输入信号中每一通道均采集一幅图像，如果采用帧采集的话，则最后一路输入采集的时延为40+40*3=160ms；由于PAL电视信号使用的是隔行扫描输出的技术，即每一帧图像都是先传送偶数

场图像后传送奇数场图像的，就允许我公司采用场采集技术，这样最后一路输入采集的时延为20+20*3=80ms。

一个以15公里/小时速度移动的物体在80ms

时间内的平行位移为15*1000*0.08/3600=0.33米，即物体在视野内移动的

位移为0.33米。

由于系统中采用的镜头保留了足够大的视野，这样的位移对图像拍摄是不构成影响的。

图像采集卡采集的图像经过了场扩展后分辨率达到了768*576像素，相应的

占用内存空间为768*576*3=1.32MB。

由于图像采集卡具有对图像的色度、亮度、对比度的调节功能，可以通过对图像采集卡的参数设置在照度较低的情况下适当的提高图像的对比度和锐度。

集装箱后门图像示例：

3.2.3图像压缩存储

人眼对彩色图像的视觉特性的最敏感方面在于亮度变化，其次才是对色度和饱和度的感觉。

所以JPEG压缩利用这个原理，先将彩色图像从RGB三色空间变换到YUV彩色空间，在对亮度信号进行压缩的同时，再对色度和饱和度信号进行更高比例的压缩，虽然这样的压缩会带来色度和饱和度信号的一定程度的失真，但是从人眼视觉的特性来考虑，影响是不显著的。

由上节的分析，一幅点阵格式（BMP格式）的图像占用的内存（硬盘）空间为1.32MB,而通过了Jpeg压缩后，通常的图像文件为100~200KB或更小，取决于采用的压缩比率即对色彩分量的压缩程度。

3.3灯光控制模块

本系统中采用了动态范围较大的摄像机，感光成像照度范围在f1.2光圈条件下为1.4Lux~100,000Lux。

理论上说，该摄像机在很低的亮度下可以成像，但这不代表该照度是成像的理想亮度，实践证明在该照度下摄像机成像噪声很大、对比度低且色彩基本丧失。

为了在夜间同样实现与白天相同的成像效果，晚间需要采用泛光灯补光拍摄。

补光用的泛光灯采用了PHILIPS的400W高压气体

放电灯，能量转化率高，灯光色温高，图像色彩还原好。

本系统中的照明灯采用系统自动控制的工作方式。

由于每一天的天气状况和日出日落的时刻是各不相同的，使用时间表的方式控制照明灯存在明显的局限性，而且由于阴雨和建筑物的遮挡等因素，在白天环境光的强度也可能会低于最佳的成像范围。

这就需要利用外部的照度采集器实时监测环境光强度，当发现环境光强度低于预定的开灯阈值时，自动打开电源点亮泛光灯为摄像系统补光，而当环境光高于预定的关灯阈值时，自动切断电源关闭泛光灯。

由于本系统的主控计算机距离各摄像机还是有相当的距离的，为了如实的反映各摄像机在室外条件下的环境光强度，在前端摄像机的位置安装了数字化照度采集器。