DWS设备在行李处理系统中的应用

近年来，电商行业已进入平稳发展阶段，其迅猛发展为诸多行业带来了发展红利，其中快递行业与电商的发展密不可分，互相成就[1]-[3]。然而，传统的人工测量方式难以快速、高效采集包裹数据信息，这与物流电商的发展现状极不匹配。体积、重量、扫码一体化（Dimension、Weight、Scanning，简称“DWS”）设备的出现解决了这一难题，它取代了传统人工，实现了一键采集货物信息，为企业大幅节省了人工成本。同时，DWS设备操作简单好用易上手，员工可快速学会使用，有效提升了企业的灵活性和运营效率，因此DWS设备在物流领域得到了广泛应用。

行李处理系统是民用机场的重要组成部分，是民航运输过程中处理“行李流”的重要物流系统。在行李处理系统中，当旅客托运行李时，系统需要进行行李称重和规格检查，但这与当前快递物流中广泛应用的DWS设备存在极大区别，尤其是在规格检查和扫码方面。传统行李处理系统通过光电技术仅进行托运行李超规检查，而扫码工作通常由值机员使用扫码枪完成，无法及时获取旅客托运行李相关数据。然而，随着互联网的发展，大数据分析技术已经融入了人们生活的方方面面，在民航业也得到了广泛应用，为民航业运行质量、安全效率、服务水平、商业效益等各方面发展创造了有利条件，带来了发展机遇[4]。大数据成为了现有产业升级与新产业诞生的重要推动力量。民航业要想实现长足稳定的发展，就必须与现代的信息技术进行融合，提高现代信息技术的使用率，通过大数据分析技术分析本行业存在的问题以及发展方向，并且对民航业的制度不断改进优化[4][5]。然而，目前国内尚未开展采集行李综合数据及对其进行相关分析的研究。

将物流行业中广泛应用的DWS设备应用于民用机场中的行李处理系统，其采集实施难度相对较小，且采集数据价值高。根据所需采集的数据类型，只需对行李处理系统某一主线的局部改动即可完成大量数据的采集。输送线行李量越大，采集数据的收益也越大。同时，其数据的采集可实现不停航施工，保证机场行李处理系统的正常运行。设备安装成功后，无需人工维护，可进行自动数据采集、本地存储。为了实现行李处理系统的优化、升级、整体性能的提升，需要有力的数据支撑。因此，为获取旅客托运行李相关属性数据、并了解当前旅客托运行李的分布情况及变化趋势，我们对DWS设备及其厂家进行了详细调研，并选取了合适的DWS设备，将其部署在国内某千万级机场行李处理系统，以获取旅客托运行李的相关数据。

DWS设备是一种可以一体化完成货物/快递/包裹自动体积测量、称重、扫码、拍照取证和对接系统等工作的智能设备。该系统采用3D激光测量、动态皮带秤及工业视觉读码技术，能够满足称重、量方、读码的需求，并能及时准确地获得货物的重量、体积、条码数据并实时上传至系统。相比于传统的人工测量操作方式，DWS设备自动化和智能一体化的优点尤为突出，它能有效提高物流仓库的运作效率和测量数据准确性，因此受到广大物流电商企业的青睐，对于提高国际物流货代企业的竞争力有重大意义。当前，市面上的物流DWS主要可以分为动态DWS设备和静态DWS设备两大类。

1.动态DWS设备

动态的DWS设备可以在被测物体运动过程中进行数据采集，和输送线对接，实现全自动数据采集。一般可以用于集成仓库流水线，它在前端连接安检机、伸缩机、滚筒线等，在后端连接分拣设备等，将仓库的作业流程自动化，显著减少人工作业量，进而降低人工成本，并有效提高物流企业的作业效率。目前，市场上各类动态的DWS设备可根据动态运行速度、测量精度以及货物处理效率等要求，实现不同需求的定制。

2.静态DWS设备

静态的DWS设备需要被测物体保持静止不动，方可进行数据采集。一般应用于半自动的作业环境中，需要手动把待测量的货物放到设备的测量区域，然后设备对货物的体积、重量进行测量，并将数据储存到电脑或者上传仓库系统或云端。目前，市场上的各类静态DWS设备可加装移动推车，轻松自由移动设备（可配充电式电池）等实现自由移动。

3.DWS设备的用处

目前，物流企业对仓库的所有包裹都需要测量体积、称重、扫码、拍照、数据对接，传统的人工需要耗时、耗力，还易出错。而DWS设备可以将测量体积、称重、扫码、拍照、数据对接这五个步骤变为一个步骤，一步解决国际货代企业包裹体积重量、实际重量检测问题，从而大幅提供效率，节省处理包裹的时间，并有效地提高的作业效率、降低人工成本。随着物流行业精细化管理和运营水平的提高，DWS设备的应用率逐年快速增长。对于不同的物流应用场景，数据的获取具有多重意义和价值。目前常见的应用场景包括：

（1）计费依据：基于DWS设备提供的体积、重量等数据，实时提供包裹运费；

（2）配载优化：基于DWS设备提供的数据，将货运中占绝大部分的散货进行配载优化、优化后续运输成本；

（3）拣货审核和包装优化：体积数据是拣货审核的重要依据，也可用于包装优化，节省大量包装和后续运输成本；

（4）仓库管理：在物流、仓储乃至一般工业行业中，进出货物的体积数据是基础管理数据之一；

（5）分拣优化：在许多自动分拣系统中（包括窄带式、摆式、交叉带式等），包裹体积信息可以帮助系统进行分拣和优化分拣，提高分拣效率和准确率。

1.系统组成

行李处理系统是保障机场正常运行的关键系统，在运行过程中，托运行李需要实时输送。为保证对现有机场运行不造成影响，本系统选用动态DWS设备进行定制化设计，实现实时数据采集。

系统由智能相机、线激光立体相机、工控机等设备组成。选用1200万像素彩色工业相机进行拍照，帧数20fps，每秒拍摄20张照片。通过5面安装的方式进行全方位拍摄，清晰拍摄行李包裹细节。通过3D立体相机采集行李尺寸，实现动态测量行李尺寸，测量精度可达5mm。所有采集数据，相机所拍摄的图像、行李尺寸、称重数据均存储到本地工控机上，通过系统程序实现尺寸数据和称重数据的绑定。工控机选用高稳定性、高扩展性设备，便于后期的扩容。现场图像及尺寸采集设备，通过输送机上的光电开关进行控制。

2.系统构成

（1）体积采集传感器

采用新一代智能型线激光立体相机，内置宽动态图像处理算法和高精度测量算法。在复杂的场景下可实时输出高精度体积测量结果，处理过程不占用PC资源。结合高功率激光模块和独特的图像处理技术，实现应用中资源零占用、包裹零漏判、测量高精度、流转高效率的终极目标。该产品已广泛应用于物流、仓储中的动态体积测量场景。体积采集传感器示意图如图1所示。

图1 体积采集传感器示意图

体积传感器不仅采用宽动态算法，高反射/高吸收材质保证测量更精准；效率最优化，最高可支持被测物体运行速度3m/s；而且采用亚像素技术，保证被测物体测量精度达5mm；高功率激光模块，使得动态测量范围更宽；同时采用了窄带滤光片，系统抗干扰能力更强；精准的曝光同步，使得性能更稳定；此外，系统支持体积（长宽高、积分体积）、点云、顶面坐标输出。

（2）图像采集传感器

采用高端型面阵相机，通过千兆以太网接口，实时传输非压缩图像，全分辨率下的最高帧率可达 9.6 fps。相机支持 LSC 校正功能，图像校正算法优异。图像采集传感器如图2所示。

图2 图像采集传感器示意图

图像采集传感器不仅支持自动或手动调节增益和曝光时间，而且支持手动调节LUT和Gamma校正；采用千兆以太网接口，无中继的情况下，最大传输距离可到100m；系统安装方便灵活，相机四面均有安装孔，可根据需求自行选择；另外，系统兼容 GigE Vision V2.0 协议及 GenlCam 标准，无缝接入第三方软件平台。

此外，为图像采集器配置定制化镜头，其镜头针对机器视觉光源和芯片进行优化设计，分辨率高，成像质量优，透过率高，稳定性好。定制化镜头采用固定焦距，手动光圈，外形紧凑，可满足机器视觉行业应用，是工业相机的理想选择。图像采集传感器配置的定制化镜头分辨率高，画面清晰度均匀性高，超低畸变，周边光亮比高，最大靶面1.1″；其可以支持超短工作距，在不同物距下均能保持出色光学特性。

图3 动态秤示意图

（3）重量采集设备及定制化机架

采用动态称重设备可动态称重，实时显示传输线上物品重量，最大称重约60kg，设备运行满足30～60m/min；设备主体框架与称重系统采用分体式结构，可保证计量的精度和设备的稳定性；主体框架主要采用国际标准方钢焊接搭建而成，承重力好。称重模块结构独特，可方便安装在各种槽罐上支撑稳固，防止设备倾覆。设备自带皮带防跑偏技术，可提高皮带的使用寿命，减少使用成本，动态秤示意图如图3所示。同时，机架利用铝型材，采用模块化结构，方便拆装，机架示意图如图4所示。

图4 机架示意图

3.软件功能介绍

针对行李处理系统采集对象，设计了定制化软件，该软件分为功能设置区、图像预览区、检测数据列表区三部分。功能区主要用于工业相机、体积相机基本参数设置及功能选定，包括：相机曝光设置、增益设置、表头校准、功能启停等；图像预览区主要用于工业相机拍照结果展示及回看历史图像；检测数据列表区主要用于展示经过的行李体积、检测日期等，用户也可通过历史记录查询功能，查询指定日期的数据。软件界面如图5所示。

 图5 软件界面示意图

4.机场实施方案

（1）安装位置的选择

针对民用机场中行李处理系统的特殊性，在DWS设备的安装位置选择过程中，遵循了以下原则：

①采集数据的丰度。在系统的可运行区间，设备采集的托运行李数据样本应具有足够的样本量。采集的行李数据类型应具有足够的代表性。出于此原则，排除了行李处理系统中的中转行李处理线、大件、贵宾、开包间等区域。这些区域或采集行李量有限，或采集的行李样本无法代表行李总体。

②系统集成的可靠性。应尽量避免输送线中具有跟踪、分汇流、扫码等特殊功能处，以便最大可能减少对行李输送线本身带来的可靠性隐患。出于此原则，排除了行李处理系统中行李扫码处、分合流点前第一台输送机处、行李跟踪段、托盘分拣机补码线段。

③安装便利性。行李采集系统应安置在便于运输、搬运、安装的位置，待安装位置应具有充裕的安装空间。出于此原则，排除了行李处理系统中钢平台布置紧凑、高度不足的地方，以及DWS设备安装运输困难的地方。

（2）安装方案

考虑到整体系统的可维护性，实现设备的快速拆装，各采集子系统采用模块化设计，均可以独立安装、运行。通过前期现场调研，针对拟安装位置，对现场进行各方面条件确认，包括空间、光线等。在设备及安装工具运抵现场指定位置后，将设备进行了现场实施安装。将输送线上用铝型材搭接支架，并在支架上安置传感器、电控柜及数据处理主机。整套设备就地进行组装，取电方式为就近在FCP柜中维修插座处取电。安装完毕后，对系统进行了摄像机校准、系统联调。调试完毕后，开始托运行李数据自动采集工作。整套设备安装采用不停航施工，整体设备安装、调试均未对行李输送线的正常运输功能产生干扰。

5.现场应用情况

基于以上因素考虑，在保证数据采集的丰度、系统的可靠性、安装便利性等影响下，选择了国内某大型千万级国际机场中，国内标准托运行李值机岛输送线下穿值机层后，标准行李输送线某处作为试点进行试验安装、数据采集，该处位于值机层与行李房地面夹层，空间充裕，便于运输、搬运、安装。现场安装后如图6所示。

图6 现场安装效果图

通过DWS设备的应用，将原行李处理系统中仅有的重量属性数据，扩展至包含重量、外形（长×宽×高）、图像等一对一的属性特性数据。这为形成有关托运行李的数据样本，刻画托运行李的“图谱”，掌握当前旅客托运行李的各类属性特征分布情况及变化趋势提供了坚实的数据基础。基于各类数据的提取、分析，将成为优化旅客出行、优化各类流程以及优化行李处理系统各类产品，为旅客提供更加优质的服务的坚实理论基础及依据。

托运行李作为民用机场中“行李流”的重要处理对象，其属性特征数据对实现行李处理系统的优化、升级、整体性能提升等方面起着至关重要的作用。本文从DWS设备及目前在物流行业中的应用出发，介绍了为行李处理系统制定的定制化DWS设备组成及相关软件功能，同时详细介绍了具体项目实施过程中关于安装位置的选择原则及具体实施安装方案，并成功将此DWS设备布置于国内某千万级机场的行李处理系统中，以获取旅客托运行李的相关数据。为了解当前旅客托运行李的分布情况及变化趋势，以及未来民航行李处理系统设计与优化提供重要依据。