第534期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《为何邮件越来越快》

讲座题目:透视新科技——为何邮件越来越快

主 持 人:胜 春

做客嘉宾:许绍云,中国科学院微电子研究所副研究员。

刘 宇,中国科学院微电子研究所高级工程师。

讲座时间:2024年2月12日~2月18日

(备注:讲座视频可循环播放)

透视新科技——为何邮件越来越快

讲座内容:

各位好,欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目!我是主持人胜春。在以往的双十一购物节之后,我们经常会听到这样一个词叫快递爆仓。什么意思呢?意味着您心爱的宝贝货物可能要延迟收货的时间了,最近我们却很少听到这个词,这是为什么呢?这背后科技起到了什么样的作用呢?我们通过短片去了解一下。据统计,2020年全国快递业务总量达到了833.6亿件,这个数量约等于2010年全国快递量的35.6倍,然而出现快递堆积而引起的爆仓现象却越来越少。那么,究竟是什么新技术使邮件的速度越来越快呢?我们今天请来的两位年轻的科学家,这位是来自中科院微电子研究所的副研究员许绍云,另外一位是高级工程师刘宇。物流在当今这个网购时代,大家再熟悉不过了,两位给我们解释一下,物流是什么概念?

我们说物流,它是物品从这个供应方到咱们接收方的一个实体的流转的过程,但是这其中会涉及到多种的活动,像包括仓库的存储,装卸和搬运以及运输配送能够最终达到我们用户的需求。其实对咱们普通老百姓来讲,物流就是两个字快递。狭义的物流,事实上指的就是快递,从寄件到收件的一个中间的全过程。所以我们经常会看到我们物流信息的时候,说您的快递已经到达某某某集散中心,过去我们的集散中心都以为是市场或者这个火车站、汽车站。这货物集散中心,那个地方就是考验我们技术分拣技术的时候是吧。对,是的。我们每个人现在一年这个拥有的包裹量,大概是能超过40个,而且未来这个数据还会不断地增长。如果解决这些问题,我们是需要高效的物流系统来处理这些,所以说智能化物流是一个非常有必要的一个趋势。两位能给我们详细地解释一下,智能化物流又是什么概念?其实物流智能化就是用我们的智能化的装备和我们的智能化的系统,来代替人工完成这个快递,从收寄到分拣的这些环节。说到这个话题,我们看看记者拍摄的相关的短片。

物流的运行流程分为收件、分拣、运输、投递等几个环节。邮件从厂家到客户手中,要经历多次转运,在每一次转运过程中,分拣准不准确直接影响着快递的速度。什么样的智能化系统,可以让邮件分得准确无误,并能快速送到客户手中呢?我们研发的这个智能物流关键装备,是集成了我们微电子所前期已经积累了很多年的一些核心技术,自主研发技术,比如我们的高速图像处理。比如我们高可靠无线通信技术,以及自主驱动技术。我们通过前期的这些技术积累,将这些进行有效的转移转化,然后形成了我们这个物流装备。这个智能化分拣系统,到底是什么样的,两位可以给我们解释一下吗?其实这个过程我可以就是从动作分解的话,简单把它分成两个动作,一个是看,一个是分。看主要是我是识别,快递包裹它上面的地址信息。那么分,我就是根据地址信息将这个包裹放到对应的箱格当中。其实在实际的运行过程当中,我们可能遇到的问题千奇百怪,如果凭人工的预案来去实现这些过程的话,可能会出现各种各样的问题。所以我们要编制一套智能化的运行控制程序,用设备来替代我们人工,去智能化地解决这些问题。

我们分别来说一说这个智能化到底解决了哪些问题呢?我先说一物流的过程,我大致可以分为几个环节,包括收件、运输、分拣和派送。举个例子,我要从北京往外地发一个快递,我的目的地大概写一个江苏省无锡市某一个地方,然后快递员会收取我的快递,运送到北京的集散中心。在这里我的快递将进行第一次的分拣,这个分拣的过程就是说把寄往全国各地的快递,按照一定的区域,分到不同的格口当中,然后分批次进行运输。那么接下来我的快递,首先会被送到南京的中转中心,然后在这里快递经过第二次分拣,然后再进(行)一次运输。最后我的快递会到达无锡的中转中心,在无锡的中转中心进行第三次分拣,在这一次分拣过程中,我的快递会被匹配到相应的街道,最后在街道的快递小哥会将我的快递送到。我们的家门口。家门口,对。所以从许老师的举例中我们也能看到,其实中转是其中的关键和瓶颈,如果某一处分拣中心爆仓了,这个物流就没有办法再顺利地进行下去了,所以我们主要要解决的就是分拣的问题,使我们的分拣过程更加智能化。

过去我们所有在网购的人都会有类似的经历,说这个东西到底给我寄到哪去了?寄丢了,找不到了,这可能是人工分拣时代比较常见的事情。在智能化物流时代,这个差错率、丢包率,降到了什么程度?这个丢包率在以前人工分拣的时候,相对还是比较高的。以前根据不完全统计,应该是百分比的话,大概能够有到能控制到1%,这种出错率是很高的。分拣一旦出错以后,我们之后再去纠正这个问题就会比较复杂。比如说我们本来要寄往黑龙江的一个快递,却上了向广东发货的物流运输车,之后再去纠正这个问题的话,不单繁琐,而且还要多花好几倍的运输时间。在前些年比较频繁的一种现象叫做快递爆仓,今年或者是去年咱们收到快递的时间,相比往年是这个有所缩短。明显缩短了。明显缩短,那这其中就是说,就是由于咱们现在,物流智能化起到的一些作用。新的智能化物流到底解决了,我们过去以往不能解决的哪些问题呢?说到这个话题,我们看看记者拍摄的相关的短片。

2016年第一代智能分拣系统,逐渐替代人工分拣进入物流领域。这一代分拣系统,采用自动化识别系统扫描快递单号,然后通过流水线进行分拣。由于技术不够成熟,分拣识别错误率高,造成快递包裹大量堆积。最终不得不采用人工辅助进行分拣,这样就大大降低了分拣速度。爆仓现象频繁发生,一是监控设备精度不够,计算机无法采集准确的条码信息。二是快递上的条形码模糊污损,增加了机器识别的难度。三是计算机算力不够,无法快速处理大量的条形码信息。那么全新的智能分拣系统,是如何逐步提高快递识别的成功率?解决爆仓现象的呢?说到这儿,这个条码识别,它到底有多难,才能够做到那么高效和精准?首先我们要知道,我们物流分拣,我们的智能化设备主要是靠快递单上面的条码,来识别这个包裹的信息的。条码,专业的来讲就是多个宽窄不等的,黑色符号和白色符号,按照一定的编码规则,然后排列起来,它是用来表示一组信息的,一个图形标识符。在我们寄件的时候,我们会填写一些相关的地址信息,当我们填写完毕之后,这个地址信息会被上传到网上。然后我们的快递单号呢,就与填写的这些信息内容是相对应的。

也就是说我们只要一扫码,我们就可以从网上把这些相应的地址信息,传输到我们扫码的移动终端里面去。这样的话,即便快递上面没有字,我们仅凭扫描这个条形码,也可以获得到获得一些信息。对,获得到有关这个快递的寄件信息、地址信息。首先在快递通过我们的扫码设备的瞬间,我们的设备会拍摄六张,接近1亿像素这么大的照片。为什么是6张?因为包裹的包装箱往往都有六个面。都要拍到。我们要保证每一个面都得拍到,因为快递单有可能贴在这六个面之中的任何一个面上。我们普通人对像素的概念,都是我们现在智能手机拍照片多少像素,1亿像素是什么概念?通常我们看到的8K电视,其实就是一行有8000个像素点,这样一个概念。就是比8K电视的精度还要高。对,要比8K电视的精度还要高,而且我们平时用手机去打开这么大的图片,可能都要花上好几秒的时间才能打开。但是我们的智能扫描设备,需要在50毫秒左右的时间来完成扫码。50毫秒是什么概念?

也就是一秒钟可以扫描20个条形码。一说到这个扫码在你们看来,可能技术问题已经解决了,觉得非常快捷。但是对我们普通人来讲,最常见的扫码就是去超市购物,我们经常看到这个扫码员即使很熟练地操作,也有重复扫码,我说怎么扫不上,因为货物不是那么规则的,比如软塌塌的,这个扭曲了,可能就会影响扫码,所以你们怎么能够做到智能扫码,又快捷又高效?首先我们的设备在获得,这个高像素的照片之后,我们要用我们的人工智能的技术,来从一个这么大的一张照片里边,找到一个占比很小的条形码的位置。然后我们再把这个条形码做一个分割和放大,这个时候我们主要的目标就变成了条形码。然后刚才胜春老师有提到,条形码可能会出现各种各样的变形和扭曲。包括褶皱和污损,所以我们还要对这个条形码这一部分的图像,来做一些畸变的校正和一些图像方面的增强,甚至包括于一些污损条码的信息恢复。到这儿我们才得到了一个清晰的完整的一个条形码,然后我们再通过我们的解码系统把它给识别出来,获得这个快递的单号,我们完成这一系列繁琐的步骤,可能也只需要50到60毫秒左右的时间,这些其实就是我们识别系统所要解决的一个难点。

在智能化物流时代,这个差错率、丢包率降到了什么程度?这个丢包率在以前能控制到百分之一以下,现在基本上万分之一以下。百分之一到万分之一是提高了一百倍。对。可以这样理解。说到这个话题,我们看看记者拍摄的相关的短片。为了识别快,科研人员将1200万像素的相机升级为1亿像素,图像分辨率的提高降低了后期图像识别的难度。但像素的提高,也造成了设备处理的数据量,提高了近10倍。为了保证识别速度,科研人员定制了专用的八核图像处理器,这种处理器工作时,可以将1张照片分为8个部分同时处理,保证在二十分之一秒的时间内就能识别快递单。而要看得准,就要准确识别扭曲污损的快递单。为此,科研人员专门设计一套人工智能识别程序,可以通过自主学习掌握快递单特征,自动校正扭曲的图像。而对于污损快递单,也可以通过大数据比对等方式进行辨别判断。

通过这套系统,大大提高了快递识别的速度和准确性,要想提高包裹的快递速度,除了识得快、看得准之外,还得运得快。那么智能物流系统又是如何让包裹运得准而又快的呢?这个智能化分拣系统到底是什么样的?从硬件上来讲,我们有一个传送带。传送带加上传送带上面的小车,这样的一套传动装置就可以朝前后左右四个方向来运行,这样的话,我们的快递包裹在上下传送带的时候,它其实就不需要减速,也不需要停止等待。我们要用智能控制系统来决定,它这个小车上面的这个传送带什么时候来启动加速,把这个货物传送到这个岔路口里面去。然后我们应该以多大的力度,把这个小车上面的快递甩到这个岔路,这个箱格中。过去我们一个熟练的快递分拣员,他一小时能够分拣多少件,准确无误,出错率是多少?那现在智能化又是什么样一个结果?人工分拣的时候,那么它(分拣工作)是,多个人配合来进行分拣一个包裹,它不是说一个人能单独完成的。我这里有人进行包裹的一个识别,进行分拣位置的一个确定,然后在这个分拣位置这里还有另外一个人来进行包裹的拣选,它是多个人进行配合,那么一个包裹我大概需要经过三到四个人的工序。才能够分拣完毕。对。

一般中等规模这种,分拣中转中心的话,以前只是依靠人工分拣的情况,我们大概需要的工人数量应该会达到几百人甚至上千人。这么多?对,那么我们这个采用智能化的这种装备进来之后,我们能够把这个人工的数量降低到一两百人,因为我们好多工序是用机器来替代了。分拣的速度上,这个对比是什么样的?由800人来分拣包裹,那么速度可能是一个小时能达到一两万件,那采用我们的标准的设备,一个小时一般能达到三万件以上。如果设备规模再调高一点,比如说我是两套设备或者是双层设备,那么我的分拣效率,一个小时能够达到接近10万件。2020年我们在双十一期间,快递包裹量就达到了39亿件,这么庞大的一个快递量,如果单凭人工来进行识别、扫描和分拣的话,这个快递当然会非常延迟才能送到您的手中,您双十一购买的快递(货物)可能要等到双十二才会送到您的手上。然后我们的物流快递行业呢,是一个具有众多门类分工的一个行业,就以我们的分拣的这个工作为例,这个工作虽然不算是一个重体力的劳动,但是这个工作对于人的注意力集中程度的要求却非常非常高。一般来讲,一个工人大概两秒钟左右扫描识别一个(条)码。那是不是很快了。对,对,对。

我想这里面有专用那个传送带,传送工具等等,这个设计都是在我们的智能化的设计考虑之内是吧。对。可以给我们举一个跟我们生活相关的例子,给我们解释一下吗?我们可以将它比作我们北京的三环路,其实我们所说的这个传送带,它相当于我们环路本身。那么,传送带上的包裹就相当于我们在环路上运行的汽车,所有的这个待分拣的包裹,将从固定的支路汇集到进入主路当中。我们主路上在不同的位置会设置相应的站点出口,比如说我们一个省区代表一个站点出口。那么我们包裹在运行过程当中,它需要在某一个站点出口,出去的时候,我们到了这个位置,我们的这个分拣系统的这个控制系统就会启动,将包裹甩出,然后进入不同的这个相应的箱格当中。您说到这儿,我就特别能够脑子中有面画感,就是我们在一个城市中心环岛,这个地方是通往这个不同城市的这样一个转盘,然后这面(去)北京,这面(去)上海,这面(去)广东,这面(去)浙江等等,这不同的位置。然后所有的货物像车一样,在那儿转啊转,到这个地方出口它该出车了,去北京的,到这儿去黑龙江的,到这儿去,就不同的出口到不同的方向。说到这个话题,我们看看相关的短片。

快递传输流水线,由两三条主路和数十条支路组成。数十条支路又连接十几个快递入口以及上百个快递出口,由此构成了一条类似立交桥的复杂交通网络。要保证交通网络中的快递可以高速运行而不发生碰撞,就必须引入人工智能,对整个系统的运行进行规划和控制。现在一套智能化流水线的快递处理速度,可以达到一小时十万件,从而彻底解决了快递的区分、拣选、传送等影响物流效率的几个关键问题。那么,智能物流系统的应用情况如何?未来智能物流系统还会如何发展?智能物流,刚才听两位介绍,有这么强大的技术支持在背后,我们就理解它如何那么快,现在我们明显感觉到收快递的时间比以前缩短了很多,那目前智能物流在我国内这个现状是怎样的?是否已经广泛地应用了?现在国内多数大的快递公司,它们都在不断引进智能物流装备,双十一爆仓现象逐渐减少,也是跟这种设备的不断应用有很大关系。现在不光在我们国内已经得到了广泛的应用,而且我们还进入到了东南亚和俄罗斯等地区和国家。

一说到这个智能物流,目前我们现有技术,它这个使用范围有没有新的扩展?其实我们这套设备,现在目前正在尝试向机场行李处理这方面来衍生应用,因为机场行李的这个分拣和我们快递的分拣是有一定的相似性。但是它同时又对这种设备的可靠性要求是比较高的,所以这方面我们前期通过我们技术在这个快递行业的这种推广应用积累的经验,我们相信能够很快在机场这一块推广。说说现在目前我们的技术这个使用范围,已经涉及到哪些新的领域了吗?我们有一个水果分拣的技术,以往的水果分拣,我们只能根据这个水果的大小,把水果分成大、中、小三种级别,其实这就是一个很简单的一个分类。但是使用我们目前的智能识别系统,我们已经可以不光根据大小来分类,我们还可以根据水果的外形,根据水果的重量、色泽,甚至于这个水果表面它有没有疤痕、伤疤,来做一个分类和分级。而且特别的是我们现在还集成了光谱设备,我们可以根据扫描这个水果的外部光谱特征,甚至可以获得这个水果的酸甜度,这个是我们之前都没有办法想象的一种情况。这也可以分拣出来?对。

水果的酸甜度都可以测试出来?对,是的。比如说胜春老师您想买一个5到6厘米直径,酸甜度口感微酸,甜度在80%,我们的色泽偏红,这样的一个水果,以我们目前的技术已经完全能够满足您的这个要求。精度这么高?对,是的。完全可以满足不同个性化的这种需求?是这样的,而且我们的分拣系统可以和我们的物流系统进行一个对接,这样就可以减少中间环节,这样送到您手中的水果可能就更加新鲜。那我们以后拿到这个水果就不会说这个不甜,没有那个甜,那个更甜一点,都是统一的均匀的。对,是这样的。随着我们技术的不断提高,未来我们的快递分拣可以做到多快,包括国际货物有多国文字的这种分拣,都可以做到吗?对于未来,我们随着这个快递量的不断增加,而且我们人们的需求也会不断增加,这样的话我们在技术方面还需要一些,(力度)更大一些的这个研发创新。那么我们这边最主要体现的可能在速度上的要求,会不断会要求更多,那么目前我们这个快递包裹处理的速度,大概是一个小时能达到几万件。那么未来我们可能会通过这个扫描系统的这个速度效率提升,然后以及它的这个分拣线的传输速度的提高,来整体提高我们的这个包裹的分拣量。

那么,在未来能够进一步地更好地满足我们不同的需求。这个物流的分拣,智能分拣系统,我们未来肯定会在它的那个识别率,也就是我们的分拣的准确性上边和我们的识别速度,也就是我们的分拣的处理的速度方面,肯定还会做一些更精良的改进,使我们这个过程更加快速,更加精准,更加简化。包括胜春老师刚才提到,我们的设备已经走出了国门,但是在走出国门之后,我们遇到了一些新的问题,像在我国快递单往往都具有统一的形式。这些快递单上面都有条形码,所以我们不需要认字儿,就扫这个码,我们就能获得到相应的地址信息。但是在走出国门之后,我们发现外国的一些快递单上边它没有统一的条形码,甚至在有些国家,连地址都是手写的,而不是打印的,这就给我们的识别造成了很大的困难。这是分拣标准化的问题?对。如何能高速识别这样的邮件,也是我们今后要攻关的新课题。

今天,非常感谢两位来到我们这个演播室当中,跟我们解释关于物流智能化的这样一个话题。也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目,如果您想了解我们更多的节目内容,可以下载央视频。今天节目就到这儿了,我是胜春,咱们下期节目再见。

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