基于RFID的三維智能倉庫系統(tǒng)方案設計

游沈潔

摘 要：隨著電臺規(guī)模不斷擴大，優(yōu)化電臺倉庫管理、激活電臺發(fā)展活力、降低電臺經營風險成為研究電臺發(fā)展的重點話題。射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術在目標對象識別、定位方面具有顯著優(yōu)勢，基于RFID技術、倉庫系統(tǒng)的目標需求進行電臺三維智能倉庫系統(tǒng)方案、硬件設計，一定程度上實現了電臺系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)的兼容，提高了電臺系統(tǒng)的自適用性。

關鍵詞：射頻識別;三維;智能倉庫;方案設計

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：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

基于信息技術完善電臺倉庫管理成為目前普遍采用的技術手段，但由于電臺倉庫種類繁多、貨物大小不一，如何精準匹配電臺貨物至對應的位置實現電臺倉庫的精細化管理，如何利用物聯(lián)網技術實現電臺倉儲領域的智能化管理，降低電臺倉庫管理人員的勞動量，提高電臺倉庫管理效率成為探討電臺發(fā)展的重中之重。

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術在目標對象識別、定位方面具有顯著優(yōu)勢，基于RFID技術實現倉庫數據的精準匹配尤其適用于電臺倉庫等復雜環(huán)境[1]。但目前，受目標載量和成本因素的影響，RFID技術仍未應用于電臺室內倉庫，主要原因是室內電臺倉庫三維智能倉庫系統(tǒng)配置較低。基于項目需求，利用RFID技術進行三維電臺智能倉庫系統(tǒng)方案設計，旨在為電臺倉庫管理降本增效提供切實可行的參考路徑。

1 RFID系統(tǒng)概述

RFID系統(tǒng)主要搭載3個模塊[2]，分別為讀寫器、電子標簽和后端計算機。其中，讀寫器通過獲取、儲存、采集進行射頻信號標簽載量、數據和電子標簽數據之間的交互;電子標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。各個模塊之間的數據讀取和一般的通信模式一致，首先基于閱讀器實現電磁波、射頻信號之間的交互、采集和激活，產品信息以電磁波的形式被發(fā)送后，讀寫器接收返回信號，則整個回路信號被采集、交互。RFID具體體系架構如圖1所示。

2 電臺倉庫系統(tǒng)的目標需求

2.1 電臺貨物進入信息輸入

電臺貨物儲存過程中需要對貨物標簽進行采集，通過采集的貨物信息和預先在系統(tǒng)設計的目標信息進行匹配，系統(tǒng)會給出精準的貨物儲存位置。目前，此界面可以搭載PC端實現貨物信息的抓取、選擇，此外還兼容其他終端實現位置的匹配。

2.2 在倉庫放置路線的指引

貨物在入倉之前，系統(tǒng)會預先匹配貨物對應的位置。因此，在倉庫放置目標點之后會在系統(tǒng)的指引下進行線路實時規(guī)劃。當前，智能倉庫管理系統(tǒng)會對線路進行實時規(guī)劃，搭載快速擴展隨機樹（Rapidly-Exploring Random Tree，RRT）算法實現目標數據的優(yōu)化和性能的提升。

2.3 物品狀態(tài)識別

貨物進入倉庫后，需要預留一定的位置來進行貨物狀態(tài)矯正，智能倉庫識別貨物后，需要保證物品位置的準確性，系統(tǒng)會自動對位置進行匹配。智能倉庫系統(tǒng)會自動匹配預先的位置信息，將貨物送至目標點，實現位置的更新與定位，同時在數據庫中進行更新[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)化算法實現目標對象的精準定位。例如，在貨物標簽選取過程中，倉庫之間的位置信息會存在較大誤差，如被其他貨物遮擋、錯放，系統(tǒng)會通過優(yōu)化算法對位置進行差值計算，刪除參考量和預先設置信息量偏差較大的數據源，同時此方式還可以基于動態(tài)環(huán)境變量實現算法的精準定位，提高復雜環(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行預估、計算，分析是否符合用戶的使用慣例;基于穩(wěn)定性系統(tǒng)自動對數據校正處理;在長期使用中，要具備可擴展性，以滿足后續(xù)的需求。

3 智能倉庫系統(tǒng)流程設計

硬件和軟件設計部分主要針對系統(tǒng)各個模塊來進行需求性分析，根據系統(tǒng)匹配的位置信息、索引來進行系統(tǒng)硬件體系的搭建，在進行流程化設計后結合硬件需求來進行硬件布局[4]。軟件上參考優(yōu)化算法進行布局調整，硬件體系上則獨立進行配置。

貨物入庫流程主要包括位置信息匹配、數據交互、數據校對;當貨物被存放至目標位置后，貨物按照系統(tǒng)指引位置對貨物進行預檢和分揀，并將貨物信息實時傳輸至數據庫，經數據庫匹配后和貨物實際位置進行插值計算，分析貨物是否在預先位置。

貨物出庫流程和貨物入庫基本類似，首先需要對貨物進行數據采集、目標識別，貨物數據匹配后對貨物進行精準定位，經路引引導后保證貨物能夠正確識別，正確定位，正確取貨。此外將貨物的出庫信息、位置信息傳輸至數據庫，數據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據庫中。算法的改進能夠有效提升智能倉庫的運行效率，降低處理時間。

4 基于定位結果的路徑引導算法設計

基于路徑優(yōu)化算法進行定位結果路徑算法設計時，目標點和起始點數據的離散性會造成多路徑分支，干擾性較強，通過建立2個拓展路徑刪除無效的分支路徑，實現路徑平面化隨機拓展。

4.1 搜索優(yōu)化

目前，搜索過程優(yōu)化主要基于混合搜索，結合概率和直接取值期望點來對目標數據點進行引導，一般在有遮擋的數據云下可直接選取數據點，在無遮擋的情況下選取隨機數據點，這樣可降低選取路徑所耗費的時間[5]。

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

4.2 算法仿真與分析

對電臺貨物存放倉庫進行仿真分析，結果如圖2、圖3所示。

從圖2的仿真結果來看，優(yōu)化算法在拓展方向可對目標路徑進行尋優(yōu)處理，大部分展向均是按照目標方向進行拓展，實線路徑為起點，虛線路徑為重點區(qū)域。

通過對路徑進行后處理優(yōu)化，虛線表示算法給出實際路徑，實線表示最終執(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為在路徑引導下仿真前后量化數據對比，從中可以顯著看出，優(yōu)化后各項參數均顯著提升，算法優(yōu)化效果顯著。

5 智能倉庫整體框架設計

本文基于LANDMARC定位算法和雙向RRT算法來實現智能倉庫系統(tǒng)的優(yōu)化，從框架協(xié)議上看，系統(tǒng)主要包括4個部分：硬件設備層、數據采集及處理層、網關協(xié)議層、顯示應用層，具體如圖4所示。硬件設備層采集數據，通過協(xié)議傳輸將采集的數據傳輸至網絡層，網絡層則將數據信息加載至各個應用層面，應用層根據數據源信息來進行操作界面的應用。

本系統(tǒng)應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環(huán)境的改變進行環(huán)境插值變量的統(tǒng)計，達到倉庫物品的導航定位、優(yōu)化，該優(yōu)化算法能夠有效提升倉庫中導航路線生成速度，并減少智能小車的行駛時間。

智能倉庫管理系統(tǒng)屬于工業(yè)廠房范圍，結合項目需求分析、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;實現了電臺倉庫的裝載、消防和儲存的特性，小倉庫自主配置性的目標，因此基于大小倉庫的不同需求促進了倉庫儲存利用性和效率的提升。

6 結語

RFID技術在目標對象識別、定位方面具有顯著優(yōu)勢，在電臺倉庫管理系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，尤其是在電臺室內復雜環(huán)境和多倉庫協(xié)同管理下，RFID技術對倉儲物流、智慧交通、智能家居等物聯(lián)網系統(tǒng)的實現具有重大而深遠的意義。它彌補傳統(tǒng)電臺倉庫管理系統(tǒng)的不足，基于RFID技術進行三維智能倉庫系統(tǒng)方案設計并結合系統(tǒng)要求給出了硬件布局，在系統(tǒng)設計過程中，整合了出入庫子系統(tǒng)、貨包定位和貨物引導子系統(tǒng)、顯示子系統(tǒng)，使其成為一個更加智能的人性化倉儲管理系統(tǒng)，一定程度上實現了系統(tǒng)軟硬件的兼容，提高了系統(tǒng)的自適應性，為倉庫管理人員提供更加便捷的服務。

參考文獻：

[1]任艷斐.基于RFID技術智能倉庫系統(tǒng)的實現方案探討[J].計算機光盤軟件與應用，2013（5）：60-61.

[2]席旻.基于RFID技術的智能倉儲管理系統(tǒng)設計方案[J].中國電子商務，2013（11）：86.

[3]原秀晶，馬淑華.基于RFID的立體倉庫信息管理系統(tǒng)的設計[C]//中國儀器儀表學會第十二屆青年學術會議論文集.北京：中國儀器儀表協(xié)會，2010：198-200.

[4]楊逸潛.基于RFID的立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)設計[D].沈陽：東北大學，2016：12.

[5]靳哲，孫欣，宋玲，等.基于RFID的第三方物流智能倉儲系統(tǒng)解決方案研究[J].南開大學學報（自然科學版），2013（3）：97-101.