游沈潔

摘 要：隨著電臺(tái)規(guī)模不斷擴(kuò)大，優(yōu)化電臺(tái)倉庫管理、激活電臺(tái)發(fā)展活力、降低電臺(tái)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)成為研究電臺(tái)發(fā)展的重點(diǎn)話題。射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)在目標(biāo)對象識(shí)別、定位方面具有顯著優(yōu)勢，基于RFID技術(shù)、倉庫系統(tǒng)的目標(biāo)需求進(jìn)行電臺(tái)三維智能倉庫系統(tǒng)方案、硬件設(shè)計(jì)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了電臺(tái)系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)的兼容，提高了電臺(tái)系統(tǒng)的自適用性。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別;三維;智能倉庫;方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）23-0030-03

Abstract： With the expansion of radio station scale， optimizing radio station warehouse management， activating radio station development vitality and reducing radio station operation risk have become the key topics of radio station development. RFID technology has significant advantages in target object recognition and location. Based on the target requirements of RFID technology and warehouse system， this paper designs the scheme and hardware of radio three-dimensional intelligent warehouse system， realizes the compatibility of software and hardware system of radio system to a certain extent， and improves the self applicability of radio system.

Keywords： radio frequency identification;three dimensional;intelligent warehouse;conceptual design

基于信息技術(shù)完善電臺(tái)倉庫管理成為目前普遍采用的技術(shù)手段，但由于電臺(tái)倉庫種類繁多、貨物大小不一，如何精準(zhǔn)匹配電臺(tái)貨物至對應(yīng)的位置實(shí)現(xiàn)電臺(tái)倉庫的精細(xì)化管理，如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電臺(tái)倉儲(chǔ)領(lǐng)域的智能化管理，降低電臺(tái)倉庫管理人員的勞動(dòng)量，提高電臺(tái)倉庫管理效率成為探討電臺(tái)發(fā)展的重中之重。

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)在目標(biāo)對象識(shí)別、定位方面具有顯著優(yōu)勢，基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉庫數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)匹配尤其適用于電臺(tái)倉庫等復(fù)雜環(huán)境[1]。但目前，受目標(biāo)載量和成本因素的影響，RFID技術(shù)仍未應(yīng)用于電臺(tái)室內(nèi)倉庫，主要原因是室內(nèi)電臺(tái)倉庫三維智能倉庫系統(tǒng)配置較低?；陧?xiàng)目需求，利用RFID技術(shù)進(jìn)行三維電臺(tái)智能倉庫系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，旨在為電臺(tái)倉庫管理降本增效提供切實(shí)可行的參考路徑。

1 RFID系統(tǒng)概述

RFID系統(tǒng)主要搭載3個(gè)模塊[2]，分別為讀寫器、電子標(biāo)簽和后端計(jì)算機(jī)。其中，讀寫器通過獲取、儲(chǔ)存、采集進(jìn)行射頻信號(hào)標(biāo)簽載量、數(shù)據(jù)和電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)之間的交互;電子標(biāo)簽包括集成電路和外部天線，集成電路涉及邏輯電路、控制電路以及其他輔助電路模塊。各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)讀取和一般的通信模式一致，首先基于閱讀器實(shí)現(xiàn)電磁波、射頻信號(hào)之間的交互、采集和激活，產(chǎn)品信息以電磁波的形式被發(fā)送后，讀寫器接收返回信號(hào)，則整個(gè)回路信號(hào)被采集、交互。RFID具體體系架構(gòu)如圖1所示。

2 電臺(tái)倉庫系統(tǒng)的目標(biāo)需求

2.1 電臺(tái)貨物進(jìn)入信息輸入

電臺(tái)貨物儲(chǔ)存過程中需要對貨物標(biāo)簽進(jìn)行采集，通過采集的貨物信息和預(yù)先在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)信息進(jìn)行匹配，系統(tǒng)會(huì)給出精準(zhǔn)的貨物儲(chǔ)存位置。目前，此界面可以搭載PC端實(shí)現(xiàn)貨物信息的抓取、選擇，此外還兼容其他終端實(shí)現(xiàn)位置的匹配。

2.2 在倉庫放置路線的指引

貨物在入倉之前，系統(tǒng)會(huì)預(yù)先匹配貨物對應(yīng)的位置。因此，在倉庫放置目標(biāo)點(diǎn)之后會(huì)在系統(tǒng)的指引下進(jìn)行線路實(shí)時(shí)規(guī)劃。當(dāng)前，智能倉庫管理系統(tǒng)會(huì)對線路進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃，搭載快速擴(kuò)展隨機(jī)樹（Rapidly-Exploring Random Tree，RRT）算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)的優(yōu)化和性能的提升。

2.3 物品狀態(tài)識(shí)別

貨物進(jìn)入倉庫后，需要預(yù)留一定的位置來進(jìn)行貨物狀態(tài)矯正，智能倉庫識(shí)別貨物后，需要保證物品位置的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對位置進(jìn)行匹配。智能倉庫系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)匹配預(yù)先的位置信息，將貨物送至目標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)位置的更新與定位，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行更新[3]。

2.4 取物定位

貨物、抓取、定位是智能匹配系統(tǒng)的核心，基于優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對象的精準(zhǔn)定位。例如，在貨物標(biāo)簽選取過程中，倉庫之間的位置信息會(huì)存在較大誤差，如被其他貨物遮擋、錯(cuò)放，系統(tǒng)會(huì)通過優(yōu)化算法對位置進(jìn)行差值計(jì)算，刪除參考量和預(yù)先設(shè)置信息量偏差較大的數(shù)據(jù)源，同時(shí)此方式還可以基于動(dòng)態(tài)環(huán)境變量實(shí)現(xiàn)算法的精準(zhǔn)定位，提高復(fù)雜環(huán)境下的定位精度。

2.5 系統(tǒng)顯示

系統(tǒng)顯示模塊是根據(jù)倉庫目前的使用狀態(tài)、剩余空間位置、物品信息以及容量進(jìn)行預(yù)估、計(jì)算，分析是否符合用戶的使用慣例;基于穩(wěn)定性系統(tǒng)自動(dòng)對數(shù)據(jù)校正處理;在長期使用中，要具備可擴(kuò)展性，以滿足后續(xù)的需求。

3 智能倉庫系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

硬件和軟件設(shè)計(jì)部分主要針對系統(tǒng)各個(gè)模塊來進(jìn)行需求性分析，根據(jù)系統(tǒng)匹配的位置信息、索引來進(jìn)行系統(tǒng)硬件體系的搭建，在進(jìn)行流程化設(shè)計(jì)后結(jié)合硬件需求來進(jìn)行硬件布局[4]。軟件上參考優(yōu)化算法進(jìn)行布局調(diào)整，硬件體系上則獨(dú)立進(jìn)行配置。

貨物入庫流程主要包括位置信息匹配、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)校對;當(dāng)貨物被存放至目標(biāo)位置后，貨物按照系統(tǒng)指引位置對貨物進(jìn)行預(yù)檢和分揀，并將貨物信息實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)庫，經(jīng)數(shù)據(jù)庫匹配后和貨物實(shí)際位置進(jìn)行插值計(jì)算，分析貨物是否在預(yù)先位置。

貨物出庫流程和貨物入庫基本類似，首先需要對貨物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、目標(biāo)識(shí)別，貨物數(shù)據(jù)匹配后對貨物進(jìn)行精準(zhǔn)定位，經(jīng)路引引導(dǎo)后保證貨物能夠正確識(shí)別，正確定位，正確取貨。此外將貨物的出庫信息、位置信息傳輸至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫剔除原有位置信息，新的位置信息和出庫信息則被傳輸至數(shù)據(jù)庫中。算法的改進(jìn)能夠有效提升智能倉庫的運(yùn)行效率，降低處理時(shí)間。

4 基于定位結(jié)果的路徑引導(dǎo)算法設(shè)計(jì)

基于路徑優(yōu)化算法進(jìn)行定位結(jié)果路徑算法設(shè)計(jì)時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)和起始點(diǎn)數(shù)據(jù)的離散性會(huì)造成多路徑分支，干擾性較強(qiáng)，通過建立2個(gè)拓展路徑刪除無效的分支路徑，實(shí)現(xiàn)路徑平面化隨機(jī)拓展。

4.1 搜索優(yōu)化

目前，搜索過程優(yōu)化主要基于混合搜索，結(jié)合概率和直接取值期望點(diǎn)來對目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行引導(dǎo)，一般在有遮擋的數(shù)據(jù)云下可直接選取數(shù)據(jù)點(diǎn)，在無遮擋的情況下選取隨機(jī)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣可降低選取路徑所耗費(fèi)的時(shí)間[5]。

采用有相圖[G=V，E]表示路徑，頂點(diǎn)序列路徑為：[v1，v2，v3，…，vn]。其中，[v1=qinit]，[vn=qgoal]。與此同時(shí)，[vi，vi+1∈E，1≤i≤h-1]表示邊，E為圖形內(nèi)可用點(diǎn)的集合，[qinit]表示初始位置，[qgoal]表示目標(biāo)位置。

4.2 算法仿真與分析

對電臺(tái)貨物存放倉庫進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖2、圖3所示。

從圖2的仿真結(jié)果來看，優(yōu)化算法在拓展方向可對目標(biāo)路徑進(jìn)行尋優(yōu)處理，大部分展向均是按照目標(biāo)方向進(jìn)行拓展，實(shí)線路徑為起點(diǎn)，虛線路徑為重點(diǎn)區(qū)域。

通過對路徑進(jìn)行后處理優(yōu)化，虛線表示算法給出實(shí)際路徑，實(shí)線表示最終執(zhí)行的路徑軌跡。從圖3可以顯著看出，路徑在執(zhí)行規(guī)劃方面、轉(zhuǎn)彎角度、總位移以及總路程方面均有了顯著提升。

表1為在路徑引導(dǎo)下仿真前后量化數(shù)據(jù)對比，從中可以顯著看出，優(yōu)化后各項(xiàng)參數(shù)均顯著提升，算法優(yōu)化效果顯著。

5 智能倉庫整體框架設(shè)計(jì)

本文基于LANDMARC定位算法和雙向RRT算法來實(shí)現(xiàn)智能倉庫系統(tǒng)的優(yōu)化，從框架協(xié)議上看，系統(tǒng)主要包括4個(gè)部分：硬件設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集及處理層、網(wǎng)關(guān)協(xié)議層、顯示應(yīng)用層，具體如圖4所示。硬件設(shè)備層采集數(shù)據(jù)，通過協(xié)議傳輸將采集的數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層則將數(shù)據(jù)信息加載至各個(gè)應(yīng)用層面，應(yīng)用層根據(jù)數(shù)據(jù)源信息來進(jìn)行操作界面的應(yīng)用。

本系統(tǒng)應(yīng)用的算法主要包括定位算法和尋路算法的優(yōu)化，旨在提升尋路速度和系統(tǒng)性能。優(yōu)化的算法可以適用于環(huán)境衰減變量的改變并根據(jù)環(huán)境的改變進(jìn)行環(huán)境插值變量的統(tǒng)計(jì)，達(dá)到倉庫物品的導(dǎo)航定位、優(yōu)化，該優(yōu)化算法能夠有效提升倉庫中導(dǎo)航路線生成速度，并減少智能小車的行駛時(shí)間。

智能倉庫管理系統(tǒng)屬于工業(yè)廠房范圍，結(jié)合項(xiàng)目需求分析、廠房布局需求旨在提升倉庫管理的規(guī)范性，功能分類高效性;實(shí)現(xiàn)了電臺(tái)倉庫的裝載、消防和儲(chǔ)存的特性，小倉庫自主配置性的目標(biāo)，因此基于大小倉庫的不同需求促進(jìn)了倉庫儲(chǔ)存利用性和效率的提升。

6 結(jié)語

RFID技術(shù)在目標(biāo)對象識(shí)別、定位方面具有顯著優(yōu)勢，在電臺(tái)倉庫管理系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，尤其是在電臺(tái)室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境和多倉庫協(xié)同管理下，RFID技術(shù)對倉儲(chǔ)物流、智慧交通、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有重大而深遠(yuǎn)的意義。它彌補(bǔ)傳統(tǒng)電臺(tái)倉庫管理系統(tǒng)的不足，基于RFID技術(shù)進(jìn)行三維智能倉庫系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)并結(jié)合系統(tǒng)要求給出了硬件布局，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，整合了出入庫子系統(tǒng)、貨包定位和貨物引導(dǎo)子系統(tǒng)、顯示子系統(tǒng)，使其成為一個(gè)更加智能的人性化倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)軟硬件的兼容，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)性，為倉庫管理人員提供更加便捷的服務(wù)。

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