物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其在倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)中的運(yùn)用

何 翼

（銅仁學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)系，貴州 銅仁 554300）

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是物品與物品相連，這種物物相連不是物理意義或空間意義上的相連，而是一種虛擬的相連，即一種信息的共享技術(shù)。物品與物品之間相連首先是通過通信技術(shù)將由感知技術(shù)獲得的物品全面信息傳輸?shù)揭粋€(gè)互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，然后利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種物品的信息聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)信息的共享與綜合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展，從根本上來講，是物聯(lián)網(wǎng)三大關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透到了人們生活中的各個(gè)方面。通信技術(shù)近幾年也突飛猛進(jìn)，其也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得以長(zhǎng)足發(fā)展的一個(gè)十分重要的方面。最后一個(gè)關(guān)鍵因素就是感知技術(shù)，感知技術(shù)更多的是朝縱向以及橫向的方向發(fā)展，其主要形式是感知方式的多樣性，包括傳感器的多樣性以及視覺系統(tǒng)的多樣性?？v向發(fā)展主要體現(xiàn)為傳感器的感知以及視覺的感知日益朝深入的、智能化的方向發(fā)展，這是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)。倉(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)使得物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)能夠很好地應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)物品的管理。本文以貴陽迅捷物流服務(wù)有限公司為例，將物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

2.1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)包括三個(gè)層級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)：感知層的關(guān)鍵技術(shù)有傳感器技術(shù)、RFID射頻技術(shù)，主要是電子標(biāo)簽技術(shù)及圖像技術(shù)等；傳輸層的關(guān)鍵技術(shù)包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)無線網(wǎng)技術(shù)及有線網(wǎng)技術(shù)等；應(yīng)用層技術(shù)主要包括一些基于B/S或者C/S架構(gòu)應(yīng)用軟件的開發(fā)技術(shù)等。本文主要工作是將物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)中，在倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次關(guān)鍵技術(shù)都有具體的體現(xiàn)，如在倉(cāng)儲(chǔ)物資出入庫(kù)過程中利用了物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)中的RFID技術(shù)，通過電子標(biāo)簽的方式實(shí)現(xiàn)入庫(kù)物資信息的采集，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中應(yīng)用到了傳輸層的關(guān)鍵技術(shù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中用到了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的技術(shù)等。綜合看來，物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的關(guān)鍵技術(shù)目前已經(jīng)在我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)模塊中有了較為廣泛的應(yīng)用。

在數(shù)字化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的射頻識(shí)別技術(shù)、視頻識(shí)別技術(shù)、GPS導(dǎo)航技術(shù)、電子地磅技術(shù)以及車輛感應(yīng)技術(shù)等。此外還利用各種溫濕度傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫濕度等信息的采集，然后采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)這些采集信息的網(wǎng)絡(luò)化。功能集成后的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)字化、可視化管理，而且還能夠?qū)}(cāng)儲(chǔ)管理過程中遇到的某些特殊情況給予自動(dòng)化的應(yīng)對(duì)處理。

2.2 RFID技術(shù)與VFID技術(shù)的對(duì)比

VFID視頻識(shí)別技術(shù)與RFID射頻識(shí)別技術(shù)，二者都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體某種狀態(tài)的識(shí)別。其主要差別在于射頻識(shí)別技術(shù)能識(shí)別的事物屬性比較單一但是比較精確，視頻識(shí)別的事物屬性比較多，幾乎可以包含事物的各個(gè)方面，但是其識(shí)別精度比較低，并且識(shí)別的難度比較大。二者對(duì)比見表1。從表1可以看出，首先對(duì)于硬件的設(shè)計(jì)難度來講，VFID技術(shù)所需要的硬件架構(gòu)較為簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)存在很大的靈活性，即對(duì)于同一個(gè)問題其本身可以通過不同的硬件、架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于被測(cè)物體的識(shí)別可以通過不同的算法來實(shí)現(xiàn)，但是不同的硬件架構(gòu)方式可能會(huì)對(duì)識(shí)別算法的設(shè)計(jì)難度造成很大的影響。而對(duì)于RFID技術(shù)來講，其難度主要集中在硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)，一旦硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)完成，那么整個(gè)識(shí)別過程也就不存在技術(shù)上的難度了，但是相對(duì)于VFID技術(shù)來講，其硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的難度。對(duì)于VFID系統(tǒng)的開發(fā)由于其算法實(shí)現(xiàn)難度較大并且過分依賴比較昂貴的PC機(jī)或者是攝像設(shè)備，并且由于技術(shù)難度實(shí)現(xiàn)較大，所以軟件開發(fā)成本也相對(duì)較高，所以在應(yīng)用中RFID技術(shù)應(yīng)用的比較普遍，但是VFID技術(shù)有著傳輸信息量大的優(yōu)勢(shì)。最后RFID技術(shù)的可靠性一般要高于VFID技術(shù)。

表1 RFID與VFID技術(shù)對(duì)比

2.3 位置矩陣技術(shù)

位置矩陣技術(shù)又稱為信息矩陣技術(shù)，近年來被廣泛應(yīng)用在物流管控領(lǐng)域。位置矩陣?yán)锩姘恍┨厥獾男畔?，在識(shí)別技術(shù)中可以用于企業(yè)本身貨物狀態(tài)的識(shí)別與加密，是保護(hù)自主品牌非常重要的一種識(shí)別技術(shù)。具體來講就是在倉(cāng)庫(kù)的過道或者走廊當(dāng)中安裝上超頻或者高頻的電子標(biāo)簽，并且讓其形成一定的排列，也就是具有行和列。這些標(biāo)簽就是位置標(biāo)簽。計(jì)算機(jī)通過控制天線以及讀寫器讀寫到標(biāo)簽上的信息，就可以準(zhǔn)確獲取貨物的位置信息。

對(duì)于位置矩陣技術(shù)來講，位置是指通過該技術(shù)可以對(duì)貨物的位置進(jìn)行定位和識(shí)別，矩陣指具有矩陣形狀排列的電子標(biāo)簽，貨物在經(jīng)過走廊時(shí)，貨車上的天線讀寫器就能夠?qū)﹄娮訕?biāo)簽進(jìn)行讀寫，然后在每個(gè)標(biāo)簽所能夠識(shí)別的范圍內(nèi)就能夠?qū)ω浳镞M(jìn)行精確的定位，這些矩陣排列就能夠在貨物通道的全過程進(jìn)行貨物的定位及識(shí)別。

2.4 組合標(biāo)簽技術(shù)

倉(cāng)庫(kù)中的貨物上或是托盤上、過道中，都可以根據(jù)不同用途來安裝不同的電子標(biāo)簽。讀寫器通過讀取不同電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及貨物定位。采用多種標(biāo)簽的目的一是為了達(dá)到綜合信息的采集，二是為了降低倉(cāng)儲(chǔ)識(shí)別系統(tǒng)的成本。具體來講，如上述在利用位置矩陣技術(shù)對(duì)貨物的位置進(jìn)行識(shí)別的過程中，天線讀寫器還可以對(duì)貨物上的標(biāo)簽信息進(jìn)行讀寫，這樣就能夠讀取到有關(guān)貨物的相關(guān)信息。通過這種組合標(biāo)簽技術(shù)的運(yùn)用就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于貨物綜合信息的識(shí)別，這種組合在一定程度上也減少了成本、提高了識(shí)別效率。

3 倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的組成框架

本文根據(jù)貴陽迅捷物流服務(wù)有限公司的業(yè)務(wù)流程以及倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，建立了符合該公司特點(diǎn)的倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)重要的部分：卡口管理分系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、卡管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理、移動(dòng)RFID通信系統(tǒng)等。

（1）卡口分系統(tǒng)。該卡口系統(tǒng)和其他倉(cāng)庫(kù)的卡口管理系統(tǒng)類似，是為了防止倉(cāng)庫(kù)出現(xiàn)走私以及舞弊的現(xiàn)象。在該系統(tǒng)的卡口中安裝了電子地磅來對(duì)進(jìn)出車輛的載重進(jìn)行稱重，稱重完畢之后還要和該輛車實(shí)際的出貨重量進(jìn)行對(duì)比，看其是否存在貨物減少的情況，進(jìn)而避免了走私情況的出現(xiàn)。

（2）倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中并沒有單獨(dú)設(shè)置一個(gè)管理中心來對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)的貨物進(jìn)行管理，而是設(shè)定了一定數(shù)量的管理監(jiān)控來對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)控管理，主要的監(jiān)控設(shè)備有計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、交換機(jī)、卡管理工作站以及天線和視頻服務(wù)器等。這些設(shè)施都被集中到倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的管理中心，通過對(duì)該系統(tǒng)的操控可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)園區(qū)的監(jiān)控以及指令的下發(fā)。倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)主要組成部分

（3）卡管理工作站。在卡管理工作站中，標(biāo)簽管理的工作站、相應(yīng)的讀寫器以及天線將標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)字化的處理，在這個(gè)過程中還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化標(biāo)簽的管理工作。主要包含標(biāo)簽的生成工作、數(shù)字化標(biāo)簽中信息的錄入工作、數(shù)字化標(biāo)簽的修改工作、數(shù)字化標(biāo)簽的更新以及淘汰等工作，該卡管理工作站的管理設(shè)備一般安裝在倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的工作室中。

（4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該部分是倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化識(shí)別的關(guān)鍵與核心。該部分主要由前端的攝像機(jī)、光纖或電纜、光端機(jī)、監(jiān)控器和視頻服務(wù)器等關(guān)鍵的部分組成。在配置上述設(shè)備的型號(hào)以及數(shù)量時(shí)要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行決策，如倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際大小和實(shí)際所需設(shè)備的數(shù)量等。要在倉(cāng)儲(chǔ)當(dāng)中配置一定數(shù)量的攝像頭來對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)中的貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還包括來往車輛的實(shí)時(shí)圖像信息，這些信息通過光纖傳輸?shù)焦芾碇行牡挠?jì)算機(jī)中，然后在計(jì)算機(jī)的屏幕上顯示出來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)倉(cāng)庫(kù)各種情況的監(jiān)控。

（5）移動(dòng)RFID通信系統(tǒng)。移動(dòng)RFID分系統(tǒng)主要由高頻及超高頻的讀寫器、天線、智能化的控制器、自動(dòng)化的條形碼掃描裝置短程的通信模塊及各種類型的標(biāo)簽或者條碼組成。一般將超高頻以及高頻的讀寫器、天線還有條形碼掃描器安裝在日常倉(cāng)儲(chǔ)中經(jīng)常使用的叉車上。超高頻的讀寫天線的數(shù)量一般為兩個(gè)，將其中一個(gè)安裝在車的前面，天線的方向要朝向倉(cāng)庫(kù)中的走廊，以對(duì)走廊上的位置矩陣信息以及托盤上的信息進(jìn)行讀取，另一個(gè)天線將其安裝在叉車可升降天線桿上，用來讀取貨架上的位置矩陣信息以及貨箱上的信息。計(jì)算機(jī)就是通過天線上讀取的位置矩陣信息以及托盤上的信息數(shù)據(jù)來確定貨物位置。利用手持讀寫設(shè)備能夠?qū)⑸鲜鲂畔⑼ㄟ^短程的移動(dòng)RFID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。

4 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

通過上述論述可知，倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的組成包括卡口系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、卡管理工作站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及移動(dòng)RFID通信系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的每一部分均有物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，其中VFID以及RFID技術(shù)在倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面。

對(duì)于RFID技術(shù)來講，該技術(shù)通過數(shù)字化的標(biāo)簽使得卡口系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別車輛的信息，通過自動(dòng)稱重傳感器對(duì)車輛的載重信息進(jìn)行感知，最后將上述信息進(jìn)行綜合來對(duì)過往車輛進(jìn)行檢查。

VFID技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)最為基本的監(jiān)控功能之外，體現(xiàn)最為明顯的就是將圖像處理以及模式識(shí)別等應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)。該技術(shù)主要應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，圖像處理技術(shù)可以自動(dòng)識(shí)別倉(cāng)儲(chǔ)過程中一些人為的入侵，以及一些可能導(dǎo)致倉(cāng)儲(chǔ)貨物發(fā)生火災(zāi)或變質(zhì)的環(huán)境參數(shù)的變化。此外該技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)出入倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)車輛信息的自動(dòng)識(shí)別，然后對(duì)車輛是否超載進(jìn)行定性的識(shí)別等，對(duì)于出入廠區(qū)的工作人員可以進(jìn)行抽樣自動(dòng)識(shí)別其身份。這些自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的運(yùn)用使得倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域更加安全，最大限度地保護(hù)了倉(cāng)儲(chǔ)物資。

[1]梁世翔,嚴(yán)新平.物流園區(qū)協(xié)同信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)挖掘模型研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版),2007,(6).

[2]蘇杰.基于RFID技術(shù)在青島國(guó)際航空物流園區(qū)管理信息系統(tǒng)升級(jí)改造的設(shè)計(jì)研究[D].青島:中國(guó)海洋大學(xué),2009.