付麗琴，侯佳麗

（北京經(jīng)濟管理職業(yè)學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，北京 100102）

0 引 言

校園工作的運轉(zhuǎn)過程中，常需要進行實物的傳遞，如學(xué)校辦公室往各二級單位發(fā)放蓋章的紙質(zhì)文件，選修課教師收集學(xué)生課后完成的實物作品等。傳統(tǒng)點對點實物傳遞模式不但耗費人力，還可能因傳送不及時而影響工作的進度。目前物流行業(yè)采用的智能快遞柜，利用大數(shù)據(jù)和云平臺技術(shù)提升了末端物流配送能力，因此得到了廣泛使用[1]，但是快遞柜服務(wù)模式并不滿足校園內(nèi)實物傳遞的需求。

目前很多學(xué)校已建成或正在建設(shè)智慧校園平臺，使之成為學(xué)校各部門業(yè)務(wù)管理與服務(wù)的重要支撐，師生在校能充分享受智慧校園帶來的學(xué)習(xí)、生活、資訊等方面的便捷。智慧校園平臺屏蔽了技術(shù)細節(jié)，支持各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、協(xié)議類型和智能硬件的快速接入，降低了校園內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)難度[2-3]。因此，本文基于智慧校園云平臺提供的數(shù)據(jù)與服務(wù)，對智能快遞柜系統(tǒng)進行改進，加強了其智能化程度和個性服務(wù)功能，增加了一對多、多對一和多對多的實物收發(fā)模式，滿足校園內(nèi)多樣化的實物傳遞需求，如文件、書籍、作業(yè)本、作品等，同時也可用作高智能快遞柜。

1 設(shè)計思路

針對校園應(yīng)用的實際需求，結(jié)合智慧校園管理平臺的部分功能，在目前智能快遞柜的技術(shù)基礎(chǔ)之上進行校園智慧物流平臺設(shè)計，提高系統(tǒng)智能化水平，豐富服務(wù)模式，增加個性化定制功能，以達到實物便捷傳遞的目的。

1.1 功能分析與設(shè)計

目前常用的智能快遞柜在功能上存在以下缺陷：

（1）僅支持點對點收發(fā)。出于安全性考慮，快遞柜一個格子只能對應(yīng)一個投遞人和一個取件人，不適應(yīng)學(xué)校多種場景的實物傳遞，限制了學(xué)校辦公和教學(xué)活動方面的使用。例如院辦發(fā)放多份文件到所有各二級部門，或者某位老師取走多位學(xué)生作品的情況。

（2）身份識別模式單一。一般采用輸入取件碼或微信掃描方式識別收貨人身份。在校園環(huán)境，人員相對穩(wěn)定，可采用更方便的身份識別模式。

（3）不能針對不同個體的愛好定制個性化服務(wù)模式。

針對以上問題，對當(dāng)前智能快遞柜升級：利用校園云實現(xiàn)用戶身份認證，解決用戶管理的問題；增加人臉識別功能提高身份認證的便捷性；增加字體放大和自動亮度調(diào)整功能提高人機界面的顯示效果；增加單發(fā)群收模式（如發(fā)文件、發(fā)作業(yè)）、群發(fā)單收模式（如收作業(yè)、收調(diào)查表）、群發(fā)群收模式（如預(yù)定教材）等，支持校園內(nèi)各種模式的實物傳遞；同時，系統(tǒng)還支持個性化服務(wù)定制。

1.2 校園智慧物流平臺系統(tǒng)框架

1.2.1 平臺硬件組成

校園智慧物流平臺利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對實物的暫時存儲、安全保管、實時監(jiān)控和有效管理。硬件主要由儲物柜終端（下位機）和后臺管理信息系統(tǒng)（上位機）組成。

儲物柜終端包括主柜和副柜。主柜實現(xiàn)人機交互和智能化控制功能，由鍵盤（信息輸入裝置）、顯示屏（信息顯示裝置）和主要控制系統(tǒng)組成。攝像頭安裝在柜體頂部，用于實現(xiàn)基于人臉識別的身份認證。副柜利用基于PLC控制的機械手實現(xiàn)實物的全自動化存入和取出，副柜由若干格口組成，每個格口包括箱門、箱體和電控鎖。

后臺管理系統(tǒng)一方面實現(xiàn)面向取件人（部門）和面向存件人（部門）的注冊格口使用情況及使用日志記錄的管理，其中用戶信息（個人或部門）來自校園云數(shù)據(jù)庫；另一方面實現(xiàn)信息的管理和傳遞，如實物被存入后系統(tǒng)向收件人（部門）發(fā)送通知信息，實物被取走后系統(tǒng)向存件人（部門）反饋信息，遇到實物滯留現(xiàn)象自動向用戶發(fā)送提醒信息等。

圖1 校園智慧物流平臺的硬件組成

1.2.2 客戶端軟件

首先在校園服務(wù)系統(tǒng)中添加校園智慧物流平臺模塊，全校師生及在校園服務(wù)系統(tǒng)中注冊的人員均可以通過智能手機上的校園服務(wù)系統(tǒng)平臺APP查詢物流動態(tài)信息，享受便捷實時的物流服務(wù)。在智慧物流平臺應(yīng)用軟件的支撐下，利用校園服務(wù)系統(tǒng)平臺可實現(xiàn)存取實物、適時查詢等快捷服務(wù)，使實物傳遞服務(wù)有機融合在智慧校園體系中，大大提升智慧校園物流服務(wù)的水平。

1.3 平臺服務(wù)流程

系統(tǒng)基于校園云平臺實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的共享，提升整個校園內(nèi)物流服務(wù)的水平[4-5]，再利用智能化技術(shù)，提升用戶的體驗感。用戶通過人臉識別登錄系統(tǒng)，完成本人的存取件任務(wù)；或者輸入短信通知取件碼代替別人取件。本人存取件流程如圖2所示。用戶登錄后，首先根據(jù)界面提示選擇存件或取件操作。存件過程在終端上的界面主要由輸入收件人（部門）信息、選擇格口規(guī)格、結(jié)束3個模塊組成。存件操作完成后，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信方式將數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)保存在后臺管理系統(tǒng)，同時向取件人發(fā)送取件通知。

圖2 本人存取件流程

取件過程的終端界面主要由顯示待取實物清單、選擇是否馬上取件、提示用戶取件、取件結(jié)束4個界面組成。取件完成后，系統(tǒng)更新物流狀態(tài)信息及格口狀態(tài)信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)

相較于常見的智能物流柜，校園智慧物流平臺利用人臉識別來進行用戶身份認證，并提供了多種模式的服務(wù)：單發(fā)單收模式（一般情形）、單發(fā)群收模式（如發(fā)文件、發(fā)作業(yè)）、群發(fā)單收模式（如收作業(yè)、收調(diào)查表）和群發(fā)群收模式（如預(yù)定教材）。平臺使用便捷，有效解決了校園內(nèi)各類實物的傳遞問題，同時平臺還向用戶提供定制式服務(wù)。

2.1 人臉識別的實現(xiàn)

本文基于HI3518E平臺設(shè)計在線人臉識別系統(tǒng)，人臉識別的流程如圖3所示。其中，視頻采集卡選擇思特威電子科技有限公司的SC2235，該芯片功耗低性能高，采集圖像格式為raw，分辨率為1 936×1 096，傳輸速率60 FPS。采集到圖像后，首先基于拓展Haar特征和Adaboost算法實現(xiàn)人臉檢測[6]，若檢測不到人臉，則連續(xù)采集；若檢測到人臉，則提取LBP特征[7]，并基于PCA方法優(yōu)化特征分量[8]；利用最鄰近分類器將特征分量與人臉庫中數(shù)據(jù)進行比對[9]，根據(jù)相似度來給出識別結(jié)果；最后提取該用戶的物流信息并顯示。

圖3 人臉識別流程

2.2 群發(fā)模式和群收模式的實現(xiàn)

快遞柜的收發(fā)件模式是單發(fā)單收的，一個格子只能對應(yīng)一個投遞人和一個取件人。為了提高格口利用率，平臺支持群發(fā)模式和群收模式。

群發(fā)單收模式是指對同一收件人，不同存件人可存放多個實物于同一格口（例如收各部門文件）。群發(fā)單收模式適用于多個存件人（部門）向同一個收件人發(fā)放物品。模式的實現(xiàn)一方面依賴于系統(tǒng)的記憶功能，系統(tǒng)自動發(fā)現(xiàn)收件人是否已占用了某個格口；另一方面依賴于傳感器，在每個格口上端裝一個超聲測距傳感器，自動感知到格口內(nèi)實物上表面距離傳感器的距離，以此判斷是否還可以增放新的實物。當(dāng)發(fā)現(xiàn)收件人已占用了一個格口且格口還有剩余空間時，則自動打開該格口，允許其他存件人將物品放置到同一個口，平臺同時記錄給信息并向收件人發(fā)送信息。

單發(fā)群收模式是指同一存件人使用一個格口給多個收件人發(fā)送實物的情形。系統(tǒng)通知到每一個收件人，收件人各自從格口取出屬于自己的物品，當(dāng)某收件人取走實物時，系統(tǒng)更新物流狀態(tài)并重發(fā)通知給其他收件人。該模式非常適用于派送體積很小的文件，或向一個班的學(xué)生集體發(fā)放作業(yè)等情形。

群發(fā)群收模式是群發(fā)模式和群收模式的組合。

2.3 字體自動放大的實現(xiàn)

平臺采用點陣顯示屏作為信息顯示的裝置，字符以數(shù)字圖像方式存儲，因此點陣字的縮放處理可以采用數(shù)字圖像縮放的方法。漢字的放大顯示可看作是過采樣，分兩步來完成。首先圖像在長寬方向按比例放大，即在原圖像上插入新的行和列；然后對這些新的像素位置賦予灰度值。常用的算法有近鄰域插值、線性插值和非線性插值等，本文采用實時性最好的近鄰域插值（Nearest）法，即在新產(chǎn)生的行或列上的像素位置，其灰度值被賦予原圖像上與待插值點空間距離最小的像素的灰度值。

例如將一個漢字從32×32放大為64×64，可采用如下步驟：首先依次復(fù)制每一列，使得漢字在水平方向上放大為原來的2倍，變?yōu)?2×64；然后復(fù)制新點陣的每一行使得漢字在垂直方向放大為原來的2倍，即得到64×64的漢字。

2.4 自動亮度調(diào)整的實現(xiàn)

顯示屏的亮度由掃描周期內(nèi)顯示屏中各個LED像素點的點亮?xí)r間決定，點亮?xí)r間越長顯示屏的亮度越高。因此，可以通過驅(qū)動顯示屏的PWM信號的占空比來實現(xiàn)屏的亮度調(diào)整[10]。

自動亮度調(diào)整功能由光敏模塊實現(xiàn)，該模塊主要包含光敏電阻、調(diào)理電路和ARM芯片。光敏電阻的阻值隨著環(huán)境光強度的變化而發(fā)生改變，調(diào)理電路將這種光強的改變轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，輸出到ARM芯片的A/D端口，然后ARM芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并根據(jù)該數(shù)字信號的大小來計算PWM 的占空比，最后將PWM信號輸出到顯示屏驅(qū)動器，從而達到根據(jù)環(huán)境亮度，自動調(diào)整顯示亮度的目的。

亮度自動調(diào)節(jié)的流程如圖4所示。系統(tǒng)每隔10 s讀取1次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；然后基于預(yù)先設(shè)置好的查找表，確定調(diào)光等級；再根據(jù)調(diào)光等級換算PWM占空比。

圖4 亮度調(diào)整軟件流程

2.5 功能拓展

2.5.1 將平臺拓展為高智能快遞柜

校園智慧物流平臺的用戶身份信息來源于校園信息管理系統(tǒng)，可根據(jù)用戶身份來自動設(shè)置用戶的使用權(quán)限。如果拓展用戶管理功能，允許校外用戶（快遞員）注冊，并設(shè)置針對該用戶的合理的工作模式（如單發(fā)單收模式），并定時更新平臺用戶（如快遞員更換），則校園智能物流平臺可同時作為高智能快遞柜來使用。

2.5.2 定制個性化功能

隨著數(shù)字化時代的到來，個性化服務(wù)和用戶體驗已成為衡量系統(tǒng)人性化服務(wù)的重要指標。

（1）個性化服務(wù)模版定制模式。用戶刷臉進入系統(tǒng)界面，選擇“服務(wù)定制”按鈕，按照個人喜好需求，在所列選項中進行勾選，然后保存，即可實現(xiàn)定制服務(wù)。例如可設(shè)置為：每次使用校園智能物流平臺時系統(tǒng)使用選定的字號進行文字提示，或者自動開啟背景音樂、顯示公共信息等。

（2）個性化服務(wù)歷史定制模式。個性化服務(wù)歷史定制模式需要針對用戶使用校園智能物流平臺的習(xí)慣進行分析，如習(xí)慣選擇的字號、開啟的附加功能等，通過不斷觀察用戶個性化需求情況，并進行自動化記錄與保存，為后期服務(wù)風(fēng)格提供依據(jù)。

3 結(jié) 語

在“5G+物聯(lián)網(wǎng)+人工智能”的時代，智慧工作、智慧生活正在逐步實現(xiàn)，并且用戶體驗感處于動態(tài)提高中。本文設(shè)計的校園智慧物流平臺，有效提升了校園實物傳遞系統(tǒng)的信息化水平，降低了經(jīng)濟和時間成本，提高了工作效率，提高了師生的滿意度和體驗感。