基于數(shù)據(jù)分析WMS物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙室內(nèi)定位研究

商玉林

摘要：為了更好地完成倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入，保證倉儲(chǔ)貨物位置信息準(zhǔn)確性，本文提出基于數(shù)據(jù)分析的藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)，將定位技術(shù)集成應(yīng)用于PDA設(shè)備，快速定位錄入位置信息，大大提高倉儲(chǔ)效率。首先通過手機(jī)模擬獲取不同距離范圍多個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)隨時(shí)間序列變化的RSSI信號(hào)數(shù)據(jù)，由信號(hào)距離轉(zhuǎn)換公式得出RSSI信號(hào)對(duì)應(yīng)的計(jì)算距離；再采用高斯擬合閾值剔除方法剔除異常值，使用測距誤差修正法得出修正一次變量和常數(shù)變量參數(shù)，修正計(jì)算距離，通過數(shù)據(jù)分析保證計(jì)算距離精確性；最后由加權(quán)質(zhì)心定位算法求得定位坐標(biāo)。本文采用藍(lán)牙室內(nèi)定位，成本低廉易于布置，應(yīng)用價(jià)值高，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，為后續(xù)倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)智能戰(zhàn)略奠定一定基礎(chǔ)。

Abstract： In order to better complete the data entry of the warehouse management system and ensure the accuracy of the location information of the warehouse goods， this paper proposes a Bluetooth indoor positioning technology based on data analysis， integrates the positioning technology into the PDA equipment to quickly locate the location information and greatly improve the storage efficiency. Firstly， the RSSI signal data of multiple Bluetooth beacons changing with time series in different distance ranges is obtained by mobile phone simulation. The calculation distance corresponding to the RSSI signal is obtained by the signal distance conversion formula. Then the Gaussian fitting threshold culling method is used to eliminate the outliers. The error correction method is used to obtain the correction of the primary variable and the constant variable parameter， correct the calculation distance and ensure the accuracy of the calculation distance through data analysis. Finally， the weighted centroid localization algorithm is used to obtain the localization coordinate. This paper adopts Bluetooth indoor positioning， which has low cost， easy layout and high application value， promotes the application of Internet of Things technology to the warehouse management system， and lays a foundation for the subsequent warehousing data intelligence strategy.

關(guān)鍵詞：倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)；藍(lán)牙室內(nèi)定位；測距誤差修正；數(shù)據(jù)分析；加權(quán)質(zhì)心定位

Key words： warehouse management system；Bluetooth indoor positioning；ranging error correction；data analysis；weighted centroid localization

中圖分類號(hào)：TN919.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0246-04

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)契合的AI時(shí)代驅(qū)動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)要求越來越高，在整個(gè)供應(yīng)鏈中起承上啟下作用[1]，協(xié)調(diào)生產(chǎn)和消費(fèi)的重要協(xié)調(diào)機(jī)制倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)有了更高的要求。現(xiàn)階段通過手工給倉儲(chǔ)貨物編號(hào)，PDA錄入貨物編號(hào)獲取位置等數(shù)據(jù)信息，效率相對(duì)傳統(tǒng)貨物信息存儲(chǔ)有所提高，但已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)交織時(shí)代的需求。物流技術(shù)的興起，存取貨物要求高效且保證貨物信息質(zhì)量，手工編號(hào)存入效率低、自動(dòng)化程度不高，并且需要不定周期盤庫作業(yè)，以此保證貨物信息數(shù)據(jù)與質(zhì)量安全要求。GPS定位技術(shù)針對(duì)倉儲(chǔ)貨物位置定位誤差較大，且倉儲(chǔ)大多室內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，方便集成應(yīng)用于手機(jī)定位的GPS技術(shù)不能滿足該場景要求。目前有學(xué)者和相關(guān)文獻(xiàn)做了RFID射頻識(shí)別、超聲波定位等室內(nèi)定位技術(shù)研究，定位精度較高，但是其部署難度系數(shù)較大，成本較高，不易于施展與普及，為了提高倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入效率，保證倉儲(chǔ)貨物位置信息以及質(zhì)量安全等數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，同時(shí)技術(shù)能集成應(yīng)用于終端設(shè)備易于普及，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)研究有著極大的意義。

1 關(guān)鍵技術(shù)

基于數(shù)據(jù)分析的藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)，結(jié)合RFID室內(nèi)定位技術(shù)[2]、測距與非測距的定位算法，以及射頻識(shí)別動(dòng)態(tài)定位方法[3]與較高精度RFID室內(nèi)定位算法，在RSSI修正的近三角形加權(quán)質(zhì)心定位算法[4]的基礎(chǔ)上，利用加權(quán)質(zhì)心定位算法，結(jié)合高斯擬合均值計(jì)算，優(yōu)化算法，使得定位精度較優(yōu)。交互數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[5]，將數(shù)據(jù)分析結(jié)合藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，定位精度與方法得到進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)為供應(yīng)鏈帶來一些增值服務(wù)，隱藏著極大發(fā)展契機(jī)。

物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，集成于PDA設(shè)備，實(shí)時(shí)錄入定位，大大提高數(shù)據(jù)錄入效率，貨物位置準(zhǔn)確性也有所提高。該定位技術(shù)相對(duì)于其他如RFID射頻識(shí)別、超聲波定位等技術(shù)相比，成本低廉，易于布置，便于施展，應(yīng)用價(jià)值高?？筛玫耐七M(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，為風(fēng)控等數(shù)據(jù)智能戰(zhàn)略奠定一定基礎(chǔ)。

2 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)藍(lán)牙室內(nèi)定位

2.1 藍(lán)牙室內(nèi)定位應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)分析

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要包括出入庫、盤庫、分揀配貨等業(yè)務(wù)操作[6]，目前大多倉庫所使用倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)貨物錄入使用PDA掃描RFID標(biāo)簽或其他標(biāo)簽入貨物信息。貨物存放依靠某一計(jì)入方式確定貨物大致所在位置，此方式會(huì)出現(xiàn)像計(jì)入錯(cuò)誤等紕漏，同時(shí)耗費(fèi)人力，需較小周期定期盤庫確認(rèn)貨物信息。

藍(lán)牙定位可植入PDA，利用PDA定位所在位置，快速錄入貨物信息，定位信息準(zhǔn)確度高。另可直接根據(jù)貨物體型快速歸類掃碼錄入，大大提高貨物信息錄入效率與準(zhǔn)確率，位置準(zhǔn)確度高，貨物倉儲(chǔ)可靠性提高，可延長盤庫周期。倉儲(chǔ)貨物遺失風(fēng)險(xiǎn)度降低，倉庫倉儲(chǔ)質(zhì)量提高，倉庫信用以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估正面因子比重也會(huì)有所提高，對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈帶來積極效益。同時(shí)也推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，有利于推進(jìn)智能倉儲(chǔ)發(fā)展，對(duì)后期更深層次推動(dòng)倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)有極大意義。

2.2 藍(lán)牙室內(nèi)定位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為方便數(shù)據(jù)采集以及對(duì)定位方案的準(zhǔn)確性以及可行性進(jìn)行驗(yàn)證，操作手機(jī)獲取數(shù)據(jù)完成室內(nèi)定位實(shí)驗(yàn)。將藍(lán)牙信標(biāo)部署在倉庫周邊的立柱上，記錄信標(biāo)的mac地址和坐標(biāo)。手機(jī)開啟藍(lán)牙功能，即可檢測到附近的信標(biāo)，包括mac地址和RSSI信號(hào)。

定位計(jì)算建立相對(duì)坐標(biāo)系，確定藍(lán)牙信標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)位置。

采集到一段時(shí)間各個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)信號(hào)數(shù)據(jù)如表2。

類似數(shù)據(jù)取得測量距離1米到8米不等，每個(gè)距離范圍不同的時(shí)間，接收到不同藍(lán)牙信標(biāo)的rssi信號(hào)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分布圖如圖1。

由于噪聲、障礙物以及測量等不確定因素的影響，rssi信號(hào)值波動(dòng)較大，由于rssi對(duì)藍(lán)牙定位距離直接影響，其數(shù)據(jù)值波動(dòng)較大，對(duì)定位影響很大，需要對(duì)數(shù)據(jù)異常值剔除等進(jìn)一步處理，再進(jìn)行定位計(jì)算。

2.3 藍(lán)牙室內(nèi)定位模型構(gòu)建

基于RSSI（Received Signal Strength Indication）信號(hào)定位距離轉(zhuǎn)換公式：

其中，d為距離，單位是m，rssi為rssi信號(hào)強(qiáng)度，值為負(fù)數(shù)。A為距離探測設(shè)備1m時(shí)的rssi值的絕對(duì)值，最佳范圍在45-49之間。n為環(huán)境衰減因子，需要測試矯正，最佳范圍在3.25-4.5之間。這里取A值為最佳范圍上下限值的平均值，即：

衰減因子n的確定，取其中一個(gè)藍(lán)牙新標(biāo)確定距離一定時(shí)間段的一組rssi信號(hào)值，距離為D，對(duì)一組rssi值進(jìn)行均值處理，此時(shí)在信號(hào)距離轉(zhuǎn)換公式中唯一未知變量為衰減因子n。

為保證環(huán)境衰減因子系數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，測量取得多個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)的rssi信號(hào)值計(jì)算，藍(lán)牙信標(biāo)廠商以及發(fā)射信號(hào)功率等參數(shù)統(tǒng)一。計(jì)算得多個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)所對(duì)應(yīng)的衰減因子nk。

對(duì)各個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)所得的衰減因子均值計(jì)算得到該室內(nèi)環(huán)境信號(hào)距離換算的最終衰減因子n。

判定該衰減因子的可靠性，其值是否在最佳取值范圍內(nèi)，如在則取所求衰減因子值，如不在則取對(duì)應(yīng)的超出合理區(qū)間的上下限值。

計(jì)算所得的衰減因子可能存在異常值，采用高斯擬合閾值剔除方法剔除異常值，同理，為保證數(shù)據(jù)可靠性，對(duì)藍(lán)牙信標(biāo)所采集到的rssi信號(hào)數(shù)據(jù)篩選。接收信號(hào)的物體移動(dòng)具有連續(xù)性，使用卡爾曼濾波方法可進(jìn)一步提高位置計(jì)算精度。確定了衰減因子n，可計(jì)算求得計(jì)算距離，采用測距誤差修正法對(duì)求得的計(jì)算距離進(jìn)一步修正，提高可靠性。

假設(shè)所測得的實(shí)際距離與計(jì)算得到的距離產(chǎn)生的誤差為ω（d）：

其中，α與ξ分別為測距誤差ω（d）的一次誤差系數(shù)和常數(shù)誤差系數(shù)。

3 求解與分析

距離范圍在1到2米之間契合度較高，修正后計(jì)算距離的分布情況相對(duì)修正前距離差值明顯減小，在部分距離范圍的的差值仍然較大，以此迭代計(jì)算，結(jié)果更優(yōu)。計(jì)算距離契合度在不同的距離范圍內(nèi)有明顯差異，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況適當(dāng)增減藍(lán)牙信標(biāo)，針對(duì)不同距離范圍分段計(jì)算，提高計(jì)算距離精度，再結(jié)合定位計(jì)算方法，達(dá)到更好的定位效果。

4 結(jié)語

藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，通過結(jié)果計(jì)算與數(shù)據(jù)分析更好驗(yàn)證其方案可行性，迭代計(jì)算保證定位效果，且易于布置設(shè)置，成本低廉，實(shí)施可行性高，為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更好的應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)起到很好地促進(jìn)作用。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果圍繞二維截面[8]展開，適用于類似鋼廠類的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，在第三空間維度要求不高。它存在一定定位誤差，但是實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)物件考慮可忽略其誤差。該定位方案不斷迭代計(jì)算可達(dá)到更好的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步研究應(yīng)用于三維空間，其利用價(jià)值更高，應(yīng)用于企業(yè)也會(huì)提升企業(yè)競爭力，具有一定應(yīng)用價(jià)值。其應(yīng)用價(jià)值可以給物聯(lián)網(wǎng)智能化帶來一定質(zhì)與量的躍升[9]。

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