王宏偉，王 華

（1.北京京東乾石科技有限公司，北京 100176；2.北京京東尚科信息技術(shù)有限公司，北京 100098）

0 引 言

2022年初，沃爾瑪要求其供應(yīng)商在2022年9月2日前需在包括家居裝飾、存儲和組織、電子產(chǎn)品、玩具等品類在內(nèi)的所有商品包裝上附加RFID電子標簽[1]。這引起了RFID供應(yīng)鏈的連鎖反應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計，2022年全球超高頻RFID標簽的出貨量，將在2021年230億枚的基礎(chǔ)上提升三成，而2024年的年使用量預(yù)估將達到400億枚[2]。門店/零售的上游物流倉儲環(huán)節(jié)則相應(yīng)地面臨著由傳統(tǒng)的條碼識別系統(tǒng)遷移到或兼容電子標簽識別系統(tǒng)的局面。如何在復(fù)雜的倉儲場景下高效、準確地識別到貼附RFID電子標簽的所有商品，實現(xiàn)識別數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無誤對應(yīng)，對RFID產(chǎn)業(yè)鏈的倉儲管理能力提出新挑戰(zhàn)[3]。

1 倉儲復(fù)雜場景描述

不同于傳統(tǒng)的高貨架存儲庫位，地堆[4]由于其便利的“劃地為倉”、低成本投入、靈活配置及便于人工清點等優(yōu)勢，廣泛適用于家電/家居倉儲、以托盤為單位的生鮮中轉(zhuǎn)倉等。如圖1所示，以家電為代表的大件倉庫及轉(zhuǎn)運倉庫存在較大比例的地堆貨物存放區(qū)。電子標簽貼附于家電類包裝的固定位置（例如正面的右上角），每個面積約為20 m2庫位的存儲容積約為上百臺商品。對于轉(zhuǎn)運中心，由于轉(zhuǎn)運商品繁雜眾多，很難按規(guī)劃的地堆庫位規(guī)則排列，特別是大促期間往往是見縫插針，很難預(yù)留出規(guī)則的盤點線路。

圖1 家電倉儲場景側(cè)視圖（左）及轉(zhuǎn)運場景俯視圖（右）

2 倉儲場景下的標簽識別問題

針對上述場景，地堆式存儲單位庫位內(nèi)的電子標簽密度較高，且中間區(qū)域的標簽易被周圍金屬、液體結(jié)構(gòu)的商品包圍，對從外圍識別儲位上的所有電子標簽造成較大的困難。如圖2所示，當(dāng)某款標簽貼附于單個商品外包裝表面時，標簽天線的增益約為5.17 dB，電磁沿標簽粘貼面往外輻射；而當(dāng)標簽面被同種商品遮擋時，且兩商品間距為0 mm、5 mm、10 mm時，標簽天線的增益分別為-45 dBi、3.69 dBi、4.60 dBi，同時天線的輻射方向有向背面發(fā)展的趨勢。

圖2 兩件商品不同狀態(tài)下對標簽天線的性能影響示意圖

當(dāng)一個儲位有幾百個同類商品且狀態(tài)互不相同時，環(huán)境對標簽天線的性能影響具有不可控性。要想盤點到庫位內(nèi)所有的標簽，就需要標簽在盤點方向上具有較高的靈敏度。為了提升庫位內(nèi)標簽的識別率和速率，除了使電子標簽具備較高靈敏度、抗環(huán)境干擾能力強等特性，以及讀寫器端配置高強度防碰撞算法外，如何創(chuàng)新兼具較高的實用性和便利性的高密度電子標簽的盤點方法，成為高倉容高密度標簽環(huán)境下面臨的技術(shù)難題。

3 技術(shù)解決方案

地面的盤點機器人[5]一定程度上可提升庫位內(nèi)標簽的識讀率和識讀速率的一致性，但盤點機器人的配置較為高端，對庫區(qū)的作業(yè)環(huán)境有一定的要求（如地面平整度、需要加載輔助定位標記等），維護及操作成本較高。目前還主要是依靠人力手持PDA進行盤點[6]，人工盤點的路線及方式因人而異，每人每次的盤點結(jié)果也各有差異，特別是針對密集標簽部署的高倉容場景，盤點的準確率與人工的盤點路線、速率、PDA的掃描范圍及時長等均有較大的關(guān)系?，F(xiàn)階段，可行的技術(shù)解決方案主要存在以下幾種。

3.1 加裝吊頂讀寫設(shè)備，實現(xiàn)大范圍掃描

本方案通過規(guī)劃并部署吊頂電子標簽讀取設(shè)備[7]，匹配電控天線陣列，實現(xiàn)在大范圍的讀取面積內(nèi)掃描地堆庫位頂部和內(nèi)部的所貼電子標簽。為了減少陣列間的電磁干擾，需要PDA在盤點庫位邊緣區(qū)域（尤其是下層標簽）的同時，激活所屬范圍內(nèi)的吊頂讀取設(shè)備，兩類設(shè)備掃描到的數(shù)據(jù)匯聚，從而可有效、全面地盤點到類似大件倉儲的高倉容電子標簽，提升盤點準確率和效率。

以某轉(zhuǎn)運倉庫為例，倉儲存儲區(qū)域為55 m×40 m，24×10個庫位。吊裝讀寫設(shè)備高度為12 m；天線H面波瓣角度不大于45°，主波瓣在移相器的控制下掃描角度不小于90°，每個讀取設(shè)備的可控操作范圍約為25 m，則可部署4～5個讀寫器天線實現(xiàn)該倉庫存儲區(qū)域的全庫范圍覆蓋，如圖3所示。此方案可有效降低吊頂設(shè)備的部署密度，減少施工工程量。

圖3 加裝吊頂設(shè)備及效果示意圖

3.2 采用收發(fā)分離架構(gòu)，提升上行鏈路靈敏度

行業(yè)內(nèi)較為前沿的技術(shù)是采用讀寫設(shè)備發(fā)射鏈路和接收鏈路分置的架構(gòu)[8]，可一定程度上減少讀寫器本身及相互間的干擾問題，提升標簽的識別效率；與傳統(tǒng)讀寫器的部署方式相比，分布式架構(gòu)一定程度上可降低接收設(shè)備的部署，理論上發(fā)射設(shè)備的成本投入會有所降低。由于標簽芯片的靈敏度目前尚未大幅度地突破，使得固有的發(fā)射鏈路性能沒有本質(zhì)上的提升，故如圖4所示的組網(wǎng)式架構(gòu)仍然需要部署大量的發(fā)射鏈路設(shè)備，此方案可通過變頻[9]等方式延長發(fā)射鏈路的通信距離，實現(xiàn)大范圍掃描和少數(shù)量的設(shè)備部署。

圖4 收發(fā)分離架構(gòu)安裝示意圖

3.3 改裝出入識別通道，精準把控出入庫存

基于當(dāng)前的技術(shù)難度，設(shè)計一種僅把控出入口的盤點方案[10]，如圖5所示。以第一次采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過出入庫的實時數(shù)據(jù)，實時更新后臺數(shù)據(jù)庫，以此推算出整個庫存；同時根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)，亦可實現(xiàn)分析熱銷產(chǎn)品等其他增值服務(wù)。識別通道內(nèi)整托商品的密度有限，遠低于存儲區(qū)域的電子標簽密度，對于識別通道的技術(shù)要求相對倉儲區(qū)域較低，且易于實現(xiàn)通道復(fù)制，可有力推動業(yè)務(wù)擴展。

圖5 出入通道方案示意圖

3.4 半無源電子標簽，物理提升識別效能

針對傳統(tǒng)無源RFID存在的通信距離較短和依賴專用讀寫設(shè)備的痛點，產(chǎn)學(xué)研各界專家提出了“無源物聯(lián)網(wǎng)”[11]這一概念。針對通信距離有限的痛點，“半無源電子標簽”通過采集周圍環(huán)境能量激活電子標簽，拉長標簽的作用距離及提升反向通信能力[12]。針對倉儲環(huán)境，可通過采集室內(nèi)光能轉(zhuǎn)化為電能的方式，補充電子標簽遠距離作業(yè)所需的能量。該方案可匹配當(dāng)前的PDA盤點庫存方式，但需要標簽芯片在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上升級，匹配外接能量使能模塊，同時也需要控制整枚標簽的尺寸及成本投入，以有利于半無源技術(shù)的推廣。

4 結(jié) 語

隨著全球智能供應(yīng)鏈的升級，RFID化是電商倉儲物流的必然趨勢。復(fù)雜場景下的RFID電子標簽識別率一直是業(yè)務(wù)部門追求的目標，也是RFID應(yīng)用價值的核心體現(xiàn)。場景的復(fù)雜化和不可控因素制約著電子標簽識別率的準確性和一致性。除了在盤點方向上提升標簽靈敏度外，需要創(chuàng)新盤點方式以提升標簽識別率。結(jié)合物流倉儲行業(yè)特點，高性價比也是方案實施的關(guān)鍵點，當(dāng)前加裝吊裝讀寫設(shè)備、分解收發(fā)鏈路、管控出入口是比較可行的技術(shù)手段。其中，基于UHF頻段的大范圍掃描天線陣列，由于其頻率特性制約，整個天線陣列外觀尺寸小型化，對于天線的安裝和部署有一定的工程難度，且隨著掃描范圍的延展，其外觀尺寸及重量將近一步擴大，設(shè)計過程中需要優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)與掃描范圍的平衡點；收發(fā)鏈路的分離可以提升接收支路的靈敏度，增大標簽的作用范圍，然而當(dāng)前受限于標簽芯片的靈敏度尚未有大幅度改善，發(fā)射支路的部署密度暫未顯著降低；出入庫把控方案在技術(shù)上更易實現(xiàn)，實則未對靜態(tài)存儲商品進行實時盤點。實際運營時，需要根據(jù)現(xiàn)場條件選用不同的解決方案。除了盤點方案外，從周邊環(huán)境汲取能量的半無源電子標簽是物流科技的重要組成部分，也是無源物聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)容。在無電池輔助的前提下既可發(fā)揮有源標簽的高靈敏度優(yōu)勢，也可兼容當(dāng)前PDA盤點的主模式，有效解決電子標簽復(fù)雜場景下的識別問題，同時符合“碳中和”“碳達峰”的物流供應(yīng)鏈總體需求。