一种针对高密度人流集聚区快递查找与签收系统

摘要

本发明公开了一种针对高密度人流集聚区快递查找与签收系统，包括定位模块、工控机、RFID标签射频采集器、ORC文字识别装置、用于识别取件人的人脸识别系统、闸机系统；所述的定位模块采用zigbee通信技术，包括参考节点，快递标签，网关；所述的参考节点作为快递定位的参考点，快递标签入库时贴在快递上，获取标签节点与不同参考节点间的信号强度获取定位所需信息；网关将定位所需信息统一上传云端服务器；本发明在可以缩短取件人找快递的时间以及排队签收快递的时间。无需工作人员设置货架以及快递上架扫码的操作，无需管理人员监督取件过程这可以大大减少快递站运营成本。

说明书

技术领域

本发明属于智能领域，具体涉及一种针对高密度人流集聚区的快递查找与签收系统。

背景技术

随着社会的不断进步，寄取快递成为了人们生活中密不可分的一部分。互联网的发展使得人们只需要动动手指就能在网上购买心仪的商品。但当双十一到来的时候，快递量剧增，这无疑会给快递驿站工作人员以及取件人在查找快递时带来巨大的麻烦。

对于高校、小区等人流密集区域的最后一公里配送中，由于快递数量众多，采用人工投递显然不能满足需求，一般采用先由驿站统一代收，工作人员将快递放在货架上向收件人发送货架信息，收货人根据收到的短信再向驿站取件的方式。但是这种方式需要完成人工找件、核对快递收件人信息是否匹配、签字、撕取快递底联等一系列操作，而该区域收货人取件时间往往较为集中，很容易造成驿站取件人员堆积。在当前疫情期间，人员聚集是必须解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种针对高密度人流集聚区快递查找与签收系统。

一种针对高密度人流集聚区快递查找与签收系统，包括定位模块、工控机、RFID标签射频采集器、ORC文字识别装置、用于识别取件人的人脸识别系统、闸机系统；

所述的定位模块采用zigbee通信技术，包括参考节点，快递标签，网关；所述的参考节点作为快递定位的参考点，快递标签入库时贴在快递上，获取标签节点与不同参考节点间的信号强度获取定位所需信息；网关将定位所需信息统一上传云端服务器；

所述的定位模块采用振动能采集器供电；所述的振动采集器包括倍压整流电路、超级电容C1、充电电路、锂电池、第一开关SWA1、第二开关SWA2、第三开关SWA3、第四开关SWA4和DC-DC电路；所述的倍压整流电路的一端接超级电容C1的一端，第一开关SWA1的漏极、第三开关SWA3的漏极，倍压整流电路的另一端、超级电容C1的另一端接地，第一开关SWA1的源极接充电电路的一个输入端，充电电路的另一个输入端接地，充电电路的一个输出端接锂电池正极、第二开关SWA2的漏极，充电电路另一个输出端、锂电池负极、DC-DC电路的另一个输入端接地，第二开关SWA2的源极接第四开关SWA4的漏极，第四开关SWA4的源极与第三开关SWA3的源极、DC-DC电路的另一个输入端连接；第一开关SWA1、第二开关SWA2、第三开关SWA3、第四开关SWA4的栅极接cc2530单片机。

所述的工控机用于处理RFID标签射频采集器、ORC文字识别装置、用于识别取件人的人脸识别系统的信息数据，确定好RFID标签射频采集器采集的信息、ORC文字识别装置识别的信息和用于识别取件人的人脸识别系统的信息数据后，控制闸机系统的开关；

所述的用于识别取件人的人脸识别系统，识别过程为：

使用相机拍摄签收区域的图像，得到大尺度的深度图像和RGB图像，通过以下步骤提取大尺度图像中的人脸区域；

s1.1、将拍摄得到的深度图像下采样M倍后输入VASP网络中进行深度图像的特征提取，其中VASP网络的结构为将现有VGG网络特征提取部分的层数降低一半，然后将卷积层替换为ASPP卷积组；在VASP网络结构后面连接一个全连接层，进行目标粗分类，得到人脸的大致区域；

s1.2、将步骤1.1提取得到的深度图像特征输入SegNet的解码网络部分，对深度图像特征进行上采样，对输出的结果进行像素级别的分类，将输出结果分成前景、中景以及背景，保留前景与中景部分的深度图像特征；

s1.3、将步骤1.2得到的前景与中景部分的深度图像特征与拍摄得到的RGB图像相与，得到无背景的RGB图像，然后无背景的RGB图像输入VGG网络中，进行RGB图像的特征提取；

s1.4、将步骤1.1中目标粗分类的结果映射到步骤1.3提取的RGB图像特征中，得到候选区域；

s1.5、将步骤1.4得到的候选区域输入PSROI网络中，得到人脸区域；

步骤二、人脸身份识别

根据步骤一定位得到的人脸区域图像中的深度信息，进行目标取件人判断、活体检测以及人脸身份识别，具体包括以下步骤：

s2.1、根据步骤一定位得到存在多个人脸的区域，对每个区域获取到对应的深度图中的深度距离信息，对每个人脸区域的距离信息进行滤波获取平均距离，比较不同人脸区域的距离信息，将距离最近的人脸区域作为目标取件人的人脸区域，判断出目标取件人位置；

s2.2、统计步骤2.1中得到的目标取件人的人脸区域的深度信息，输入训练好的支持向量机算法中，进行活体检测；若目标取件人为活体，进入人脸身份识别，若目标取件人非活体，则发出警报；

s2.3、使用基于特征脸的PCA降维人脸识别算法获取步骤2.2中被判断为活体的目标收件人的人脸特征，与数据库中收集的人脸信息进行比对，识别目标取件人身份。本发明具有以下有益的效果。

采用zigbee通信技术，基于RSSI信号强度测距定位算法定位快递的摆放位置。通过手机app、微信小程序等应用，将快递位置信息实时显示。每个快递上的zigbee标签都已与快递单号等信息绑定。取件人只要根据手机上显示的待取件位置信息便可以导航到快递所在位置完成找件。进而替代了快递站工作人员设置货架，将快递所在货架信息通过扫码告知取件人，取件人根据货架信息找快递的过程。

采用人工智能实现人脸识别获取取件人的身份信息，同时扫描快递单上的信息，进行后台身份验证。进而替代快递站服务人员人工确认取件人身份和包裹信息匹配的过程。通过开发web应用，将快递去向信息同步上传到后台数据库，实现后台数据管理和监督，确保快递签收的安全性。

在取件高峰期，这套系统可以缩短取件人找快递的时间以及排队签收快递的时间。无需工作人员设置货架以及快递上架扫码的操作，无需管理人员监督取件过程这可以大大减少快递站运营成本。

附图说明

图1为定位模块的节点分布图，其中黑色实心圆表示参考节点，黑色空心圆表示快递(带标签)，黑色实心三角形表示网关；

图2为查找快递流程图；

图3为签收快递时软件流程图；

图4为振动能采集器硬件流程图；

图5为定位模块电源管理电路。

具体实施方式

如图1所示：在快递站内摆放zigbee参考节点作为定位的基准点，设置网关与云端服务器通信。

如图2所示：快递在进入快递站后都会被贴上zigbee标签，同时扫码获取快递单号信息并与zigbee标签完成绑定。每个zigbee标签都有唯一序列号，将快递单号和序列号绑定后用网络上传到后台数据库。入库后Zigbee标签就会和参考节点相互通信，通过网关将每组节点通信的信号强度发送到云端服务器。云服务器调用API按照信号强度排序找到信号强度最强的三组参考节点，调用RSSI测距定位算法实现快递的室内定位。云服务器将快递的位置信息以及快递单号绑定下发至开发好的手机app、微信小程序等应用供取件人找快递时使用。取件人找到快递后在签收时取下标签放在指定回收点。快递站出口设置了报警装置，若忘记取标签则经过匝机时会报警。

如图3所示：签收快递时，工控机通过摄像头获取待取件人的人脸图像，通过网络将图像信息上传到云端服务器。由云端服务器上运行程序脚本，调用百度云API，将图像信息上传到百度云端服务器后获取图像处理的结果。对结果信息进行处理之后，通过网络将识别结果转发到MCU中。MCU中处理识别结果，将信息更新到组态屏上进行显示，以及通过IO口控制执行机构动作。

本项目的硬件平台包括：(1)基于cc2530单片机实现zigbee通信与定位功能。(2)基于计算机及其摄像头获取人脸的图像以及快递单号的信息。(3)工控机控制部分执行计算机识别信息的所需的操作，包括界面显示，报警提示等待。

其中软件部分包含：

(1)zigbee通信软件部分，由参考节点以及zigbee标签实现通信并获取标签节点与不同参考节点间的信号强度，通过网关上传信号强度信息给服务器端。(2)服务器软件部分，由服务器通过调用RSSI定位算法处理网关上传的信号强度，得到标签节点对应的快递位置信息，将位置信息下发至开手机app、微信小程序等应用软件。以及由服务器通过调用百度云API，将下位机的上传的人脸图像进行识别，将结果反馈给下位机。(3)下位机软件部分，其中计算机软件通过摄像头采集人脸图像，并将人脸图像通过网络上传到服务器。(4)单片机软件部分，通过串口获取计算机操作的指令，实现界面显示的更新和相关的执行机构的动作。

如图4所示，振动能采集器利用电磁感应原理将快递移动时产生的振动能转化为交流电，该交流电先经过倍压整流电路处理转化为直流电再经电源管理电路最终输出为单片机外围电路提供稳定的工作电压。

如图5所示，所述的振动采集器包括倍压整流电路、超级电容C1、充电电路、锂电池、第一开关SWA1、第二开关SWA2、第三开关SWA3、第四开关SWA4和DC-DC电路；所述的倍压整流电路的一端接超级电容C1的一端，第一开关SWA1的漏极、第三开关SWA3的漏极，倍压整流电路的另一端、超级电容C1的另一端接地，第一开关SWA1的源极接充电电路的一个输入端，充电电路的另一个输入端接地，充电电路的一个输出端接锂电池正极、第二开关SWA2的漏极，充电电路另一个输出端、锂电池负极、DC-DC电路的另一个输入端接地，第二开关SWA2的源极接第四开关SWA4的漏极，第四开关SWA4的源极与第三开关SWA3的源极、DC-DC电路的另一个输入端连接；第一开关SWA1、第二开关SWA2、第三开关SWA3、第四开关SWA4的栅极接cc2530单片机。

超级电容C1作为一级储能元件，锂电池BAT作为二级储能元件充当备用能源。充电电路用来给锂电池充电，DC-DC电路用来将不同的能源整合输出稳定的3.3直流电压。其工作原理为：倍压整流后的输出先给超级电容C1充电，当超级电容两端电压大于4.2v时SW1导通给锂电池充电，当锂电池BAT两端电压小于3.7v时SW2断开防止锂电池过放。锂电池只有当超级电容两端电压小于1.6v时导通SW4开始放电。SW3的作用是防止超级电容两端电压刚达到DC-DC电路的最小输入电压就开始放电，防止系统复位。比较器由经DC-DC稳压后的输出供电。阈值电压可根据电阻进行自由设置。