杨上来 纪允 金荣 夏涛 吴子良 肖力

杨上来 ¹ 纪 允 ^{1 *} 金 荣 ² 夏 涛 ¹ 吴子良 ¹ 肖 力 ³

摘 要 为实现海关监管无人机应用连接内外数据、扩展控制距离、实施统一管理等目标，本研究提出使用5G专用网络技术打通海关内网和无线网，设计一套满足海关业务需求的低空网联无人机管理平台，该平台架构主要由基础层、服务层、功能层、应用层、展现层所组成。实验效果证明，本研究提出的方法能够有效地提升监管效率、降低人力成本，为加强海关的智能装备建设提供了技术支撑。

关键词 海关；无人机；5G专用网络；低空；网联

Design of a Managing Platform for Low-altitude Network-connected Customs Supervision Unmanned Aerial Vehicle

YANG Shang-Lai ¹ JI Yun ¹ JIN Rong ² XIA Tao ¹ WU Zi-Liang ¹ XIAO Li ³

Abstract To achieve the goals of connecting internal and external data, extending control range, and realizing unified management for the application of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in customs supervision, This paper proposes utilizing 5G private network technology to connect the customs internal network and wireless network. A managing platform for low-altitude networked UAVs is designed to meet the operational needs of customs. The architecture of this platform primarily consists of the infrastructure layer, service layer, functional layer, application layer, and presentation layer. Experimental results show that the platform proposed in this paper can improve supervision efficiency, reduce labor costs, and provide an effective reference for the construction of intelligent equipment in the customs.

Keywords customs; unmanned aerial vehicle; 5G private network; low-altitude; network-connected

基金项目：海关总署科研项目（2024HK220）

第一作者：杨上来（1989—），男，汉族，浙江温州人，本科，初级工程师，主要从事网络安全工作，E-mail: 20869120@qq.com

通信作者：纪允（1988—），男，汉族，安徽池州人，硕士，高级工程师，主要从事数据安全、数据挖掘工作，E-mail: jiyun1988@126.com

1. 杭州海关 杭州 310006

2. 钱江海关 杭州 310006

3. 中国移动通信集团浙江有限公司 杭州 310006

1. Hangzhou Customs District, Hangzhou 310006

2. Qianjiang Customs House, Hangzhou 310006

3. China Mobile Communications Group Zhejiang Co., Ltd., Hangzhou 310006

中国口岸科学技术

作为低空经济^[1]的重要载体，无人机^[2]为智慧监管提供了重要发展机遇，在口岸巡查、守护国门生物安全、商品检验、货物查验等场景中得以广泛应用^[3-6]。目前海关监管无人机应用仍在不断完善中，特别是亟需一个统一的管理平台，以便切实有效防范网络安全风险。

为此，本研究提出了一套打通海关内网和无线网络的无人机管理平台，基于5G专用网络技术^[7]，通过运用网络切片^[8]、边缘计算、多基站协同等技术，保障数据的超低时延、高可靠传输，构建专用、安全、高效的无人机通信网络。同时，在无人机管理平台构建无人机选型、标准化接口设计、业务管理等功能模块，实现异构设备的统一接入、集中调度与协同作业，并通过标准化接口与海关既有业务系统深度集成，以期为构建跨层级、跨设备、跨业务的智能无人机监管新模式奠定坚实基础，对推动海关监管向智能化转型起到积极作用。

1 国内外无人机联网应用研究现状

国外在无人机联网技术领域起步较早且发展态势相对成熟，美国联邦航空局（Federal Aviation Administration，FAA）推出的远程识别系统要求无人机具备实时位置和身份信息广播能力，该系统通过强制要求无人机广播身份和位置信息，建立起全面的空域监管框架。欧盟制定的无人机交通管理系统U-Space，着重强调多无人机协同飞行和动态空域管理技术，通过4个发展阶段逐步实现完全自动化的空域管理，即第一阶段（U1）提供电子注册和地理围栏等基础服务，第二阶段（U2）引入初始UTM服务，第三阶段（U3）实现高级UTM服务，第四阶段（U4）达到全自动化运行。

我国对于无人机联网技术的研究主要聚焦通信协议标准化、多机协同控制、网络安全认证等关键领域。中国民航局发布了一系列无人机管理相关规定来推动建立全国统一的无人机监管服务平台，目前已经建成了覆盖全国的无人机综合监管平台“UOM系统”。一些高新技术公司在5G无人机应用方面投入了大量的研发资源，并通过网络切片技术为无人机分配专用网络资源，且其行业级无人机产品已广泛应用于电力巡检、农业植保、公共安全等领域。

然而，当前研究和应用领域主要使用5G公共网络构建低空网联无人机管理平台，但是海关等单位的信息系统均部署在内网，如何在保障安全的前提下打通内网和无线网，构建低空网联无人机管理平台成为一个研究方向。

2 海关监管无人机应用面临的挑战

现有无人机通信方式主要是通过无线网，需要研究一套连接内网和无线网的技术路线，构建多层次安全防护体系。传统的无人机遥控，只能在目视范围内。若使用Wi-Fi和4G网络，在港口集装箱堆场、保税仓库等金属密集环境中信号衰减，覆盖范围、抗干扰性、数据传输等方面均需进一步优化。不同厂商所生产的无人机采用各自独立的通信协议和数据格式，缺乏标准化接口规范，设备互联互通存在技术壁垒，海关在使用过程中应该考虑到这点。另外，需完善应急响应机制，健全运维管理制度，建设统一的设备准入标准、操作规范，保障即使在恶劣天气、网络中断等突发情况下关键监管任务的连续性。

3 整体框架

本研究提出利用5G专用网络技术构建海关监管无人机管理平台，旨在系统解决上述痛点，实现“协同监管、安全可控”的建设目标。

3.1 总体架构

在海关智能装备体系中，无人机能够突破空间限制，提升监管作业效率，是数据治理与协同联动应用的典型。无人机的作用从总署延伸至隶属关，是海关实现“智能监管、精准监管、安全监管”的核心支撑装备，可以改变海关监管模式与提高监管效能。海关监管无人机的管理层级如图1所示。

海关监管无人机管理平台部署在直属海关侧，通过5G专用网络和无人机进行数据传输，实现无人机和相关作业系统的控制指令、设备状态、本体音视频、载荷传感数据等结构化、非结构化数据进行有效的数据融合。同时，直属海关向隶属海关提供无人机使用平台，向海关总署提供智能装备平台对接接口。

3.2 海关监管无人机管理平台架构

海关监管无人机管理平台架构（图2）主要由基础层、服务层、功能层、应用层、展现层所组成。其中基础层包括5G专用网络、数据传输安全、数据接入方式等，服务层包括无人机分类与选型、无人机标准化接口设计、应急管理等，功能层包括业务管理、飞行调度、设备管理等。

4 主要技术功能与规范

4.1 5G专用网络

针对海关监管数据的安全性与实时性要求，5G网络切片技术为海关监管无人机打造虚拟专网，通过资源隔离保障监管数据安全传输。系统采用专用切片结合专用数据网络名称（Data Network Name，DNN）架构，在统一物理网络基础设施上构建逻辑独立的海关专用网络。网络切片采用资源块（Resource Block，RB）预留方案实现无线资源预留，为无人机视频传输、控制指令和监管数据分配不同优先级资源。专网通过GRE隧道与海关内部网络建立加密通道，支持AES-128和SNOW3G-128等多种加密算法，保障空中接口数据安全传输。网络切片配置可根据业务需求灵活调整，高优先级监管任务获得更多带宽资源，日常巡检任务采用标准配置，实现资源的动态优化配置。

4.2 数据传输安全防护体系

海关监管数据涉及国家安全和商业机密，必须构建严密的安全防护体系。平台采用多层安全架构，在物理层面通过空口加密技术保障安全，支持AES-128、SNOW3G-128、ZUC-128等多种国际通用加密算法，用户身份信息经加密转化后通过空口传输以避免身份泄露。在网络层面，系统部署专用防火墙和入侵检测系统，实时监控并阻止异常访问行为，数据传输采用端到端加密方式，无人机采集的视频、图像、飞行轨迹等信息在传输时均经过加密处理。建立设备身份认证机制，只有通过安全认证的无人机才能接入专网，未经授权设备将被拒绝连接。同时，实施数据分级保护策略，根据数据敏感程度采用不同加密强度和传输路径，通过区域访问控制限定设备使用范围，一旦超出授权区域连接将自动断开，启动预警处理流程，确保海关专网的安全可控。

4.3 协议数据接入和音视频信号接入方式

为满足海关不同监管场景的特定需求，平台基于5G专网技术设计了两类数据联网接入方式，主要分为协议数据接入和音视频信号接入两大类，实现灵活部署与高效运行的有机结合。协议数据接入方式采用统一传输架构，无人机运行数据与拍摄的视频照片通过2.6 GHz频段5G基站接入，依托运营商切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）传输专线送达运营商中心5G 用户面功能（User Plane Function，UPF），如图3所示。音视频信号传输接入方式采用数据与视频分离处理策略，专门针对极高实时性要求的监控场景，如图4所示。

4.4 无人机分类与选型

海关无人机设备的选型需依据主要任务需求与关键性能指标进行系统性分类。根据《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》规定，无人机可分为微型、轻型、小型、中型、大型5个类别，各个类型在重量、性能、应用场景等方面存在显著差异。通过对海关业务的详细分析，结合实际情况，本研究制定了以“微、轻、小、中”4种类型为主的海关无人机选型参考标准，为海关无人机分类与选型提供规范。

4.5 无人机标准化接口设计

为确保不同厂商无人机设备能够无缝接入海关智能装备平台，平台制定了统一的标准化接口规范。该接口架构采用分层设计理念，底层通过HTTP/HTTPS协议建立安全通信通道，中间层部署WebRTC实时音视频传输模块，顶层集成MQTT消息队列服务实现设备状态实时同步。平台核心接口包括设备注册认证API、飞行状态汇报接口、指令下发接口和多媒体数据传输接口，每个接口均定义了标准的JSON数据格式和错误处理机制。视频数据接口支持H.264/H.265编码标准，最大支持4K分辨率实时传输，控制指令接口采用RESTful架构设计，涵盖起飞降落、航线规划、云台控制等核心功能模块。

4.6 应急管理

为进一步保障海关无人机管理平台规范、高效运行，本研究构建了管理制度与应急机制，具体如下：

（1）实施严格的准入管理。制定统一的设备接入技术标准与安全规范，建立设备认证和白名单制度，确保只有符合要求的无人机才能接入专网；同时设立飞手资质认证体系，对操作人员实施资格审查与技能备案，从源头保障作业安全。

（2）规范飞行全过程管理。建立任务审批与空域报备制度，明确各类飞行任务的申请流程、审批权限及空域使用要求；推行电子化飞行计划管理，实现任务在线申报、自动备案与动态监管，确保飞行活动合法合规、可溯可查。

（3）建立运行维护制度。明确设备日常巡检、定期保养与故障处理流程，落实台账记录与健康状态评估机制；明确多级运维责任，细化管理岗位职责与联动处置程序，保障无人机系统持续稳定运行。

（4）健全应急响应机制。针对信号中断、设备故障、气象突变等突发情况制定专项应急预案；建立快速响应流程与应急指挥链路，配套开展定期演练与效能评估，提升系统应对突发事件的处置能力。

4.7 系统应用功能

系统应用功能由业务管理、飞行调度、设备管理这三大模块构成，各模块之间通过标准化API接口开展数据交互和功能协同。业务管理模块整合无人机巡查管理、巡查记录、智能分析、任务规划与调度等功能支持任务自动化调度及业务回溯；飞行调度模块提供数字化空域感知、智能路径规划、多机协同管理等核心能力，以此确保飞行安全和作业效率；设备管理模块采用物模型统一描述设备能力，支持多厂商设备接入、远程运维管理和OTA升级。

4.8 工作机制

为保障无人机的高效使用，本研究设计了一套工作机制。对无人机进行目录管理，科技部门定期更新相关目录，确保无人机的安全性。业务主管部门根据业务需求、工作计划提出本部门的无人机申报重点，做好业务指导工作。无人机使用部门提出无人机使用需求，编制项目文本，设置绩效目标。科技部门收集相关无人机需求后，进行相关统筹，提出关区需求后报财务审核后，业务主管部门会同科技部门开展采购工作，无人机到货后，及时拨付使用部门。科技部门还需做好无人机日常使用维护，及时排除故障。

5 相关验证效果

5.1 港口实地测试环境构建与验证方案

为全面验证海关无人机联网管理方案的实际效果，在杭州关区建立了完整的测试环境，测试环境覆盖散货堆场、船舶锚地等典型海关业务场景。测试场所总面积超过10 km²，部署了12个5G基站，构建了高密度广覆盖的通信网络。测试设备配置了6架不同型号的无人机：2架M300RTK，2架DU4RTK工业级无人机，2套机场2无人值守作业平台，并建立了完整的测试数据采集系统，能够实时监测网络性能与设备状态及业务质量等关键指标。

5.2 多业务场景下的联网性能测试分析

本研究挑选散货堆场监管、船舶保税燃油加注监管场景开展对比验证。散货堆场监管场景中，无人机搭载辐射探测器对大宗散货各区块进行随机采样检测，相比传统人工巡查作业效率显著提升，监管盲区得到有效消除。船舶保税燃油加注监管场景中，无人机配备云台相机与定向扬声器，通过5G专网实现稳定的实时视频回传与远程喊话，视频传输时延控制在400 ms以内，网络延时和丢包率均显著优化，通信质量大幅改善，验证结果见表1。

从表1中结果可得，在作业效率方面，散货堆场监管和船舶保税燃油加注监管场景的效率提升均超过85%，体现了无人机空中作业优势及5G专网实时传输能力；在成本控制方面，所有场景成本降低均达到75%以上；在人力配置方面，各场景人力需求减少33%～75%，释放了宝贵人力资源；在安全风险方面，业务场景风险等级都得到有效降低。

6 结语与展望

针对海关监管无人机应用现状，本研究提出了使用5G专用网络技术打通海关内网和无线网、满足海关业务需求的低空网联无人机管理平台。该平台通过海关内网部署，可实现对无人机进行实时控制和数据实时传输。验证结果证明本研究能够提升相关监管作业效率，降低成本、人力需求、风险等级，为构建标准统一、协同高效、安全可控的海关智能装备统筹体系提供技术支撑，助力海关现代化建设。下一步，在智慧海关建设中，笔者建议可继续探索无人机的应用，深化并在更多海关落地，打通无人机与相关业务系统的数据，使得无人机深入融入海关相关监管工作。

参考文献

[1]朱政宇, 温鑫平, 李兴旺, 等. 面向低空经济的通感一体化关键技术[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(12): 1-16.

[2]刘韬, 于雷, 陈琳琳, 等. 北方铁路口岸无人机数字取证有效性测试研究[J]. 中国口岸科学技术, 2023, 5(9): 4-10.

[3]苏一栋, 邹淑敏, 赵辉, 等. 无人机技术与海关智慧监管应用场景初探[J]. 中国口岸科学技术, 2025, 7(6): 10-15.

[4]沈益骏, 刘新, 黄昱洪, 等. 基于无人机的船舶水尺图像识别系统设计[J]. 中国口岸科学技术, 2023, 5(12): 29-35.

[5]万永亮, 张飞宇, 铁列克·波拉夏克, 等. 大型货场无人机多放射源自主定位与测量方法[J]. 中国口岸科学技术, 2022, 4(7): 20-24.

[6]刘鑫, 常亮, 张晓龙, 等. 基于人工智能与无人机技术的船舶水尺智能识读应用与探讨[J].中国口岸科学技术, 2023, 5(9): 11-17.

[7] 韩利祥. 铁路5G专用移动通信网络安全探讨[J]. 铁路通信信号工程技术, 2025, 22(4): 51-57.

[8] 陈鸿杰, 郭昱甫, 吴凡, 等. 面向低空智联网的无人机网络切片资源管理机制研究[J]. 电信科学, 2025, 41(3): 38-51.

[9] Curtis C, Brett M, Julie H, et al. Effects of the Federal Aviation Administration’s Compliance Program on aircraft incidents and accidents[J]. Transportation Research Part A: Policy and Practice, 2022, 163: 304-319.

[10] Bieber P, Dubot T. Drone Intrusions in U-Space: Risk Analysis and Modeling of Cyber-Physical Attacks[J]. 2024 IEEE International Workshop on Technologies for Defense and Security (TechDefense), 2024: 334-339.

[11] 陈钊, 赵飞翔, 张怀清. 无人机辅助的林业物联网系统技术研究综述[J]. 世界林业研究, 2024, 37(2): 22-26.

[12] 陈林, 缪志强, 王祥科, 等. 自主飞行器技术及其在低空经济中的应用综述[J]. 机器人, 2025, 47(3): 470-496.

[13] 孙聪, 曾荟铭, 宋焕东, 等. 基于机器学习的无人机传感器攻击在线检测和恢复方法[J].计算机研究与发展, 2023, 60(10): 2291-2303.

[14] 赵静, 裴子楠, 姜斌, 等. 基于深度强化学习的无人机虚拟管道视觉避障[J]. 自动化学报, 2024, 50(11): 2245-2258.

[15] 邓余婉祺, 王越, 杨超, 等. 无人机语义安全研究综述[J]. 计算机学报, 2025, 48(6): 1495-1515.

[16] 纪允, 孙建明, 夏涛, 等. 基于多层次数据协同应用的海关数据安全机制研究[J]. 中国口岸科学技术, 2024, 6(5): 27-34.

[17] 杨红生, 黄华园. 通用无人机测控系统与关键技术[J]. 电讯技术, 2018, 58(4): 391-396.

图1 海关监管无人机的管理层级

Fig.1 Customs supervision UAV management hierarchy

图2 海关监管无人机管理平台架构

Fig.2 Architecture of the customs supervision UAV management platform

图3 协议数据接入方式

Fig.3 Protocol data access

图4 音视频信号传输接入方式

Fig.4 Audio-visual signal transmission access

表1 多业务场景下无人机应用验证结果

Table 1 UAV application verification results in multi-service scenarios