車春立，張 宏，邵 壯，蔣遂平

（北京計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用研究所 物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部，北京 100854）

0 引 言

倉儲(chǔ)管理是企事業(yè)單位的一項(xiàng)重要工作，它需要為管理人員實(shí)時(shí)提供企事業(yè)單位擁有的物資或物品的數(shù)目和位置，需要耗費(fèi)企事業(yè)單位相當(dāng)大一部分人力和物力。因此，提高倉庫管理效率對(duì)于企事業(yè)單位而言非常重要。

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification, RFID）技術(shù)具有快速識(shí)別、遠(yuǎn)距離識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非視線識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于倉儲(chǔ)物流行業(yè)[1]。在物品上安裝標(biāo)識(shí)物品的標(biāo)簽后，可利用手持式射頻識(shí)別讀寫器識(shí)別物品標(biāo)簽，快速、準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)倉庫中擁有的物品數(shù)量[2]。如果將射頻識(shí)別讀寫器安裝在可以移動(dòng)的機(jī)器人上，還可以節(jié)省盤點(diǎn)倉庫物品所需的人力。

利用射頻識(shí)別技術(shù)雖然可以快速、準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)倉庫中擁有的物品數(shù)量，但仍未獲取物品所處貨位的信息。因此，在利用RFID進(jìn)行物品識(shí)別的同時(shí)，還提出了多種基于射頻識(shí)別的定位算法，并開發(fā)了相應(yīng)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。

目前，主流的室內(nèi)定位技術(shù)有藍(lán)牙、UWB、WiFi、ZigBee、超聲波、RFID等[3]，在這些定位技術(shù)中，無源RFID技術(shù)相比其他技術(shù)而言，具有成本低、部署簡(jiǎn)單、安全隱患小等特點(diǎn)，非常適合倉儲(chǔ)管理。

Alarifi A等人設(shè)計(jì)了一套聚合方法。該方法通過構(gòu)建點(diǎn)位完成系統(tǒng)定位，利用漸進(jìn)的迭代算法使數(shù)據(jù)逐漸向真實(shí)情況靠攏，但計(jì)算量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)[4]。

Bok K等人采用LANDMARC的有源RFID標(biāo)簽定位方法[5]，在室內(nèi)部署若干讀寫器作為基站，之后在室內(nèi)固定的點(diǎn)位布置RFID標(biāo)簽作為參考標(biāo)簽。讀寫器在工作時(shí)能夠獲取各待定位標(biāo)簽和參考標(biāo)簽的RSSI值，并以此確定待定位標(biāo)簽的最鄰近參考標(biāo)簽，采用權(quán)重質(zhì)心法計(jì)算待定位標(biāo)簽的位置。由于該方法可以采用無源RFID標(biāo)簽替代有源RFID標(biāo)簽，且優(yōu)化空間大，因此成為近年來RFID定位研究的熱點(diǎn)之一。

高進(jìn)等人對(duì)VIRE算法進(jìn)行了改進(jìn)，該算法借助參考標(biāo)簽的位置及RSSI信息通過線性插值引入虛擬參考標(biāo)簽，通過增加參考標(biāo)簽數(shù)量來提升LANDMARC定位精度[6]。文獻(xiàn)[7]采用BP-VIRE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提升用RSSI估計(jì)距離的精度，進(jìn)而提升定位精度。文獻(xiàn)[8]中的ABC-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助以人工蜂群算法，實(shí)現(xiàn)了定位精度的進(jìn)一步優(yōu)化。文獻(xiàn)[9]提出的Tagoram系統(tǒng)采用差分增強(qiáng)全息圖方法，將RFID定位精度提升至厘米級(jí)。

上述RFID定位方法通過多種方式對(duì)參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽的反射特性進(jìn)行分析，確定RFID標(biāo)簽的絕對(duì)位置，但由于RFID標(biāo)簽反射信號(hào)易受遮擋和反射的影響，在貨架林立的倉庫環(huán)境中定位精度并不理想。此外，在倉儲(chǔ)管理實(shí)踐中，通常并不需要知道物品（標(biāo)簽）在貨架中的絕對(duì)位置，只需要知道相對(duì)位置即可。因此，本文提出了一種移動(dòng)式讀寫器定位附著有無源RFID標(biāo)簽貨物的方法。在該方法中，移動(dòng)式讀寫器按照設(shè)定路線依次經(jīng)過各貨架正前方，在各貨架正前方采集貨架標(biāo)簽和物品標(biāo)簽的標(biāo)簽數(shù)據(jù)及反射信號(hào)的RSSI，并經(jīng)運(yùn)算處理得到各物品在貨架的貨位，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)定位。本文提出的方法相比上述RFID定位方案具有部署靈活簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，且定位精度能夠滿足實(shí)際倉儲(chǔ)管理的要求。

1 方法描述

1.1 系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)了一種利用射頻識(shí)別定位倉儲(chǔ)貨架物品的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括貨架、貨架標(biāo)簽、物品標(biāo)簽、移動(dòng)式讀寫器等，系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)各部分的作用如下。

（1）貨架用于擺放物品。

（2）貨架標(biāo)簽安裝在貨架貨位的邊框上，用于標(biāo)識(shí)邊框鄰接的2個(gè)貨位；貨架標(biāo)簽可以采用符合ISO/IEC 18000-6C/63或其他標(biāo)準(zhǔn)的不帶電池的無源超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，標(biāo)簽電子物品編碼（EPC）存儲(chǔ)區(qū)的容量不小于96位；在圖1中，貨架標(biāo)簽的編號(hào)為1～12。

（3）物品標(biāo)簽安裝在物品上，用于標(biāo)識(shí)物品；物品標(biāo)簽可以采用符合ISO/IEC 18000-6C/63或其他標(biāo)準(zhǔn)的不帶電池的無源超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，標(biāo)簽的電子物品編碼（EPC）存儲(chǔ)區(qū)的容量不小于96位；在圖1中，物品標(biāo)簽的編號(hào)為13～ 16。

（4）移動(dòng)式讀寫器用于識(shí)別貨架標(biāo)簽和物品標(biāo)簽，讀寫器可以采用符合ISO/IEC 18000-6C/63或其他標(biāo)準(zhǔn)的超高頻射頻識(shí)別讀寫器，將讀寫器安裝在推車上或安裝在可以移動(dòng)的機(jī)器人上。

1.2 系統(tǒng)工作流程

定位倉儲(chǔ)貨架物品的步驟：

（1）貨架標(biāo)簽安裝：在貨架貨位邊框上安裝貨架標(biāo)簽，貨架標(biāo)簽中存儲(chǔ)貨架標(biāo)簽所在邊框的相鄰2個(gè)貨位的編號(hào)；貨位編號(hào)可以存儲(chǔ)在標(biāo)簽的電子物品編碼（EPC）存儲(chǔ)區(qū)中，一個(gè)貨位編號(hào)占48位，包括貨架編號(hào)、貨位行號(hào)、貨位列號(hào)等信息。

（2）物品標(biāo)簽安裝：在物品上安裝標(biāo)識(shí)物品的標(biāo)簽；物品標(biāo)簽中存儲(chǔ)的內(nèi)容根據(jù)應(yīng)用的需要確定，為快速識(shí)別，物品編碼可以存儲(chǔ)在標(biāo)簽的電子物品編碼（EPC）存儲(chǔ)區(qū)中。

（3）物品定位：移動(dòng)式讀寫器識(shí)別貨架標(biāo)簽和物品標(biāo)簽時(shí)，按照預(yù)先根據(jù)環(huán)境配置好的導(dǎo)航信息，移動(dòng)式讀寫器移動(dòng)到正對(duì)各貨架處識(shí)讀相應(yīng)的物品標(biāo)簽和貨架標(biāo)簽，根據(jù)貨架標(biāo)簽返回的貨位數(shù)據(jù)、返回的信號(hào)強(qiáng)度及物品標(biāo)簽返回的信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算物品標(biāo)簽所在貨位。移動(dòng)式讀寫器在某個(gè)位置識(shí)別物品標(biāo)簽和貨架標(biāo)簽時(shí)，除記錄物品標(biāo)簽和貨架標(biāo)簽返回的電子物品編碼（EPC）信息外，還記錄物品標(biāo)簽和貨架標(biāo)簽返回的信號(hào)強(qiáng)度RSSI。由于RSSI通常為負(fù)值，為計(jì)算方便，對(duì)RSSI進(jìn)行修正后再參與計(jì)算。修正后的RSSI越大，表示信號(hào)強(qiáng)度越大。

當(dāng)物品標(biāo)簽p位于貨架貨位q時(shí)，RSSIsq和RSSIp都較大，因此Vpq較大；當(dāng)物品標(biāo)簽p不位于貨架貨位q時(shí)，RSSIsq和RSSIp都較小，因此Vpq較小。

對(duì)于貨架貨位q，如果有N個(gè)物品，且Vpiq是Vp1q, Vp2q, ...,VpNq中的最大值（1≤i≤N），則判定物品標(biāo)簽pi在貨架貨位q。

2 實(shí) 驗(yàn)

為驗(yàn)證系統(tǒng)中貨架物品標(biāo)簽定位的方法，利用圖1環(huán)境進(jìn)行了試驗(yàn)，在貨架的框架上安裝了12個(gè)標(biāo)簽作為貨架標(biāo)簽，用于對(duì)4個(gè)貨位進(jìn)行投票表決。在4個(gè)貨位上分別放置1個(gè)標(biāo)簽，作為物品標(biāo)簽。標(biāo)簽芯片采用Impinj的Monza-5，其符合ISO/IEC 18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，EPC區(qū)為96 B，TID區(qū)為64 B。讀寫器采用Impinj R 2000。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，移動(dòng)式讀寫器根據(jù)預(yù)設(shè)的導(dǎo)航信息運(yùn)動(dòng)到各貨位的位置，盤點(diǎn)標(biāo)簽，獲得各標(biāo)簽的EPC區(qū)數(shù)據(jù)和RSSI。表1所列為移動(dòng)式讀寫器在各貨位多次盤點(diǎn)時(shí)，其中3次得到的標(biāo)簽RSSI數(shù)據(jù)，其中“-”表示未接收到標(biāo)簽的RSSI，相應(yīng)物品標(biāo)簽屬于某個(gè)貨位的可能性Vpq見表2所列。由于實(shí)驗(yàn)中的讀寫器靈敏度為-80 dBm，因此基準(zhǔn)值B選取為80 dBm。

表1 讀寫器天線在不同貨位盤點(diǎn)標(biāo)簽時(shí)得到的部分RSSI值

表2 物品標(biāo)簽屬于某個(gè)貨位的可能性Vpq

從表2可以看出，讀寫器天線位于16號(hào)標(biāo)簽所在貨位時(shí)，16號(hào)標(biāo)簽的Vpq均為最大，可以判斷貼有16號(hào)標(biāo)簽的物品位于左上貨位；讀寫器天線位于13號(hào)、14號(hào)和15號(hào)標(biāo)簽所在貨位時(shí)，相應(yīng)的13號(hào)、14號(hào)和15號(hào)標(biāo)簽的Vpq均為最大，可以判斷貼有13號(hào)、14號(hào)、和15號(hào)標(biāo)簽的物品分別位于右上、右下、左下貨位。

在各貨位各進(jìn)行100次實(shí)驗(yàn)，得到標(biāo)簽RSSI值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3所列。從表3可以看出，在指定貨位物品的Vpq明顯大于不在指定貨位物品的Vpq，說明本文方法具有較高的容錯(cuò)率，實(shí)驗(yàn)中，物品貨位定位的準(zhǔn)確率為100%。由此證明，本文方法有效。

表3 物品標(biāo)簽屬于某個(gè)貨位的可能性Vpq的統(tǒng)計(jì)

3 結(jié) 語

本文提出了一種基于射頻識(shí)別的倉庫物品定位方法，在獲取倉庫中物品數(shù)量的同時(shí)，還能快速、準(zhǔn)確地獲取物品所在貨架貨位這一關(guān)鍵位置信息，減少了物品查找的時(shí)間，提高了倉庫管理效率，在智能倉庫的建設(shè)中能充分發(fā)揮射頻識(shí)別技術(shù)的重要作用。