Railway intelligent financial reimbursement acquiring system
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摘要:
针对铁路员工在报销过程中存在的自动化程度不高、报销流程繁琐、报销周期长等问题，与铁路财务报销管理系统结合，设计铁路智能财务报销收单系统，利用高清扫描、图像识别、标定机械臂运动轨迹控制等技术，实现了报销单据处理、数据接入和信息管理等功能。该系统已在铁路企业应用，能够提高员工报销效率，减轻财务人员工作压力。
Abstract:In response to the problems of low automation level, cumbersome reimbursement process, and long reimbursement cycle in the reimbursement process of railway employees, this paper combined with the railway financial reimbursement management system to design a railway intelligent financial reimbursement acquiring system. It used high-definition scanning, image recognition, calibration of mechanical arm motion trajectory control, etc. to implement functions such as reimbursement document processing, data access, and information management. This system has been applied in railway enterprises, which can improve employee reimbursement efficiency and reduce the work pressure of financial personnel.
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目前，各铁路局集团公司费用报销流程主要由报销申请、领导审核、财务复核、资金支付和凭证存档等环节组成。虽然现在有财务管理系统，但员工采用的是线上填报和线下交单的方式进行报销，待业务审批完成以后，还需要员工自己打印单据并提交纸质单据，在铁路站段或者站点人员少的地方，甚至需要邮寄单据和找人帮忙交单到财务部门[1]。因此，存在报销流程复杂，过渡依赖人工操作，报销过程效率低，流程较长等问题[2]。
近年来，针对铁路企业财务报销管理的研究较多，如高娜等人[1]开展铁路集团公司财务管理的信息化研究；张鹏飞等人[3]研究并分析了铁路基层站段财务管理工作的定位；王龙等人[4]研发了铁路企业报销管理系统；张骥等人[5]提出铁路企业智能财务报销体系优化研究。
上述关于铁路财务管理的研究重点在于软件系统的优化，没有硬件设备作系统支撑。因此，本文研发铁路智能财务报销收单系统，将人工智能与铁路财务报销业务相结合，解决目前存在的问题，提高财务人员的工作效率，节约铁路企业人力和财力成本，并且便于数据统计、分析和验证。
1 系统设计
1.1 系统架构
铁路智能财务报销收单系统由收单机及相应接口组成，其系统架构如图1所示。
1.1.1 业务应用层
业务应用层主要实现信息的交互展示。提供基础信息管理、员工交单信息、员工退单信息、管理员取单信息、人员信息、硬件模块状态分析、单据统计分析和系统管理等应用的展示和交互。
1.1.2 数据管理层
数据管理层主要是对铁路智能财务报销系统中的数据进行收集、存储、管理和维护，确保数据的准确性、完整性和安全性，为数据分析层等其他层提供可靠的数据基础。
1.1.3 数据分析层
数据分析层主要是对收集到的数据信息进行分析处理。
1.1.4 数据层
铁路智能财务报销收单系统通过智能分析服务获取单据图像，自动识别、旋转图像。硬件设备录入单据信息和取走单据信息的接口数据等均保存在数据层。
1.1.5 外部感知层
铁路智能财务报销收单系统将配套设备接入安全生产网，与配套硬件设备通过网络或硬件接口相连接，实现互联互通、数据交互。单据可通过智能收单设备将信息录入铁路智能财务报销收单系统并将单据保存在配套硬件设备中。
1.2 系统核心流程
1.2.1 员工交单流程
员工选择提交报销单，需要登录铁路财务报销管理系统，填写报销单并关联出差申请，提交完成立刻生成单据封面，员工按照财务要求粘贴发票，将单据整理完毕后登录收单机进行交单，如图2所示。该系统支持多种登录方式，例如，账号登录、刷卡登录及人脸识别登录，员工可根据本单位要求选择不同的登录方式，账号验证通过后，将单据整理好放在投递口进行扫描，通过屏幕查看影像，选择确认交单。
1.2.2 员工取单流程
员工交单成功后，开始各个审批环节，无论是业务审批还是财务审批，审批环节单据存在问题需要驳回，单据被驳回后，员工通过铁路财务报销管理系统收到6位取件码。根据图3所示，员工可凭借取件码到收单机取回问题单据，可以凭借取件码选择取本人单据或者他人单据，选定要取的单据后，从退件口取走单据。
1.2.3 管理员取单流程
员工交单完成后，待业务审批、财务初审和财务复审完成，单据通过智能输送模块送入符合要求的核算主体名称的归档箱。归档箱内设置传感器，当单据厚度高度超过传感器时，说明归档箱达到临界值，可通过铁路财务报销管理系统发送短信，提醒管理员取归档箱的单据。为了保护单据隐私和数据安全，铁路智能财务报销收单系统设置归档箱权限，管理员只能看见自己负责的归档箱，管理员收到通知后，根据图4所示，登录管理员账号，选定归档箱取走单据，管理员也可以根据需求选择是否打印取件清单。
2 系统功能
铁路智能财务报销收单系统的功能架构如图5所示。
2.1 报销单据处理
交单单据类别可以分为差旅费报销单、通信费报销单、交通费报销单和其他费用报销单。报销单据处理功能主要包括自助交单、自助扫描、影像上传、自助退单和自动归档。
（1）自助交单：员工将待交单据放在收单机入口，通过一键点击操作后，在收单过程中通过特定硬件模块，自动将每张单据按顺序送入收单机中。
（2）自助扫描：待单据送入收单机后，通过高清扫描模块完成扫描任务，利用基于OpenCV（ Open Source Computer Vision Library）的光学识别（OCR，Optical Character Recognition）技术实现图像的识别和旋转。
（3）影像上传：将数据展示在操作界面，方便员工查看确认，同时将单据的影像传输至该系统的服务器和铁路财务报销管理系统，方便影像数据的管理。
（4）自助退单：单据完成影像上传后，在出现员工确认单据时，或在业务审批和财务审批出现问题时，可在铁路智能报销收单系统完成自动退单。
（5）自助归档：单据审批完成后，通过对机械臂运动轨迹技术的研究，铁路智能报销收单系统通过机械臂运转自动完成归档任务，自动检测归档箱是否存满，超过满箱阈值时会报警，通知财务人员收单，并自动打印取件清单，方便财务人员留档查看，归档箱方便单据打包和后续的流转。
2.2 数据接入
数据接入功能主要包括数据查询、数据存储、数据分析和业务请求。
（1）数据查询：实现单据、设备和人员等数据的查询。
（2）数据存储：实现对各类数据的永久存储，方便财务人员对单据的无纸化管理，同时在应对审计工作时，审计人员可以通过访问存储的数据，快速准确地获取需要的单据信息，方便对财务数据的审查和核实。
（3）数据分析：通过大数据分析，对不同维度和角度，例如核算主体不同、单据类别、员工类别、财务审批等，完成数据的分析，方便数据统计和业务调整等。
（4）业务请求：通过接口协议和数据加密，实现对数据接口的规范化管理和数据安全管理。
2.3 信息管理
信息管理主要分为设备信息管理、人员信息管理、单据信息管理和归档箱管理等4个功能。
（1）设备信息管理：在铁路智能报销收单系统中保存设备的IP、MAC地址、物理位置及终端状态。
（2）人员信息管理：将人员分为普通员工、管理员和运营维护人员，根据不同的角色设置不同的使用权限。
（3）单据信息管理：实现对已签收、已归档、待归档、管理员取出和员工取出单据的管理，对于每一份单据都保留提交人账号、单据张数、提交时间、影像记录等。
（4）归档箱管理：实现对不同编号的归档箱进行核算主体配置，可以根据灵活多变的特点适应不同场景，如1 个归档箱配置1个核算主体、1个归档箱配置N个核算主体，以及N个核算主体配置1个归档箱；也可根据应用需要，随时修改归档箱对应的核算主体。
3 关键技术
3.1 基于OpenCV的OCR识别技术
铁路智能财务报销收单系统的设计，其核心在于利用计算机视觉技术和OCR技术实现对单据图像的预处理、检测和识别。OCR文字识别是指对图像文件进行分析识别处理，获取文字及版面信息的过程[6]。扫描的单据进行图像读取及图像预处理，再用OpenCV内置的图像检测算子进行检测，最后传入Tesseract-OCR进行识别。这种方法不仅速度快，而且抗外部干扰能力也比较好，可以准确识别单据的相关信息，判断图像是否需要翻转。图像处理流程如图6所示。
图像预处理是在图片识别之前对图片进行前期处理，抑制图片中的无关信息，帮助开发者得到想要的重要信息。
（1）对图像进行灰度处理，将彩色图像先进行灰度化操作再进行处理可以提升运行速度并降低内存，灰度处理方法为分量法，最大值法、平均值法和加权平均法[7]。根据本文系统的特点，采用的是加权平均法。
（2）对图像进行去燥，图像中存在噪声，而图像滤波就是在尽量保留图像原有细节特征的前提下，抑制图像中的噪声。常用的滤波方式有均值滤波、高斯滤波等，本文采用的是均值滤波。
（3）进行图像的边缘检测，其目的是检测出图像中的边缘信息，常用的边缘检测算子有 Sobel算子、Laplacian 算子和 Canny 算子，本文采用 Canny 边缘检测算子来检测单据图像中的边缘信息，设置图像的高、低阈值。
文本识别采用Tesseract-OCR识别技术，Tesseract-OCR是OCR开源库，有着极高的精确度和灵活性，它可以通过训练识别出任何字体，也可以识别出数字和字符。
图像二次旋转，由于扫描的单据图像往往不够规整，因此需要通过二次旋转的方法将单据图像转正，如图7所示。
3.2 机械臂运动轨迹控制技术
机械臂是铁路智能报销收单系统的重要组成部分，机械臂主要负责单据的传送，包括交单的单据从收单口送达到暂存格、将完成审批的单据送达对应核算主体的归档箱，以及将退单的单据从暂存格送达到退单口。机械臂主要是由基座、臂和末端执行器组成[8]。机械臂运动轨迹控制，负责使机械臂按照预定的轨迹、速度和加速度进行精确的运动，以完成单据的暂存、单据退单、单据归档等流程。机械臂动力学方程可用于确定力与运动的关系，通常机械臂动力学系统存在严重的非线性和强耦合性[9]。
本文采用了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制法，实现对机械臂各关节转角的精确控制。用该方法对机械臂进行三维空间固定坐标定位实验，结果表明，该方法精准度高，控制时间短。
4 系统应用
目前，铁路智能财务报销收单系统已经在某铁路局集团公司试用。在试用过程中，已收取将近
1000 件单据，该系统运行稳定，管理人员可快速通过查看单据统计概况，如图8所示，提高了财务人员线上审批的效率，减轻了财务人员工作压力，减少了员工报销的繁琐过程，无须配备扫描岗，减少人工成本，得到铁路局集团公司领导和员工的一致好评。5 结束语
铁路智能财务报销收单系统通过信息化和人工智能手段，在财务报销层面提供功能和服务，实现自动收单，影像扫描，自动分类等功能，为员工提供报销便利，为财务人员降低劳动强度，为企业节约成本，此系统有助于打造铁路企业核心竞争力、塑造了铁路品牌形象、巩固加强了铁路客户忠诚度。
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[1] 高 娜. 铁路集团公司财务管理信息化研究[J]. 中国市场,2019(30):101-102. [2] 王瀚昀. 铁路财务智能服务平台研发建设与应用效果研究[J]. 财务管理研究,2024(5):175-180. [3] 张鹏飞. 对铁路基层站段财务管理工作定位的研究与分析[J]. 中小企业管理与科技,2020(8):75-76. [4] 王 龙,春 意,孙 晶,等. 铁路企业报销管理系统的研发与应用[J]. 铁路计算机应用,2020,29(2):25-29. [5] 张 骥,祖 健,穆林娟. 铁路企业智能财务报销体系优化研究[J]. 铁道经济研究,2022(3):52-55. [6] 蓝 飘. OCR识别技术在文档智能化领域运用分析[J]. 信息与电脑,2024(10):67-69. [7] 孙颖异. 基于深度学习的智能财务报销系统方法研究[D]. 南京:南京邮电大学,2020. [8] 崔福霞. 机械臂的轨迹规划与协调控制模型及仿真研究[J]. 自动化与仪器仪表,2017(9):19-21. [9] 王 蕊,陈书立,王东辉. 自适应神经网络的机械臂终端滑模鲁棒控制[J]. 制造技术与机床,2021(2):51-57.
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