新型3D智慧倉庫管理系統(tǒng)的設(shè)計

李春暉，翁楓，韓衛(wèi)民，馬仲能，馬志剛

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 廣州供電局，廣東 廣州 510000)

0 引言

目前電力企業(yè)所處的內(nèi)外部環(huán)境正在發(fā)生巨大變化：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源的融合推動了第三次工業(yè)革命的到來；云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、語音識別技術(shù)等新技術(shù)漸趨成熟。在新形勢、新環(huán)境下，客戶全方位服務(wù)也將萌發(fā)新的發(fā)展需求。其中，供應(yīng)鏈監(jiān)控管理系統(tǒng)需要及時完善提升，各服務(wù)渠道也需要及時地進行整合優(yōu)化，實現(xiàn)對客戶服務(wù)的支撐[1]。智慧供應(yīng)鏈作為重點突破的方向，需要全面構(gòu)建高效鏈接全球、服務(wù)輻射競爭性和管制性業(yè)務(wù)、技術(shù)先進的供應(yīng)鏈發(fā)展新格局。云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)深度嵌入供應(yīng)鏈管理，提升供應(yīng)鏈的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和自動化水平，形成“可視化、分析預(yù)測、動態(tài)優(yōu)化”的智慧供應(yīng)鏈體系。

1 智慧倉庫問題分析及研究目標

1.1 現(xiàn)狀調(diào)研與問題分析

倉儲作為電力企業(yè)供應(yīng)鏈體系的重要組成部分，在智慧供應(yīng)鏈發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。高效合理的倉儲管理可以加快物品周轉(zhuǎn)，降低存儲成本，保障生產(chǎn)的順利進行。隨著信息化應(yīng)用的迅猛發(fā)展，創(chuàng)新性技術(shù)投入到倉儲業(yè)務(wù)管理中，能夠創(chuàng)造越來越大的價值。

本文通過調(diào)研目前電力企業(yè)倉儲管理現(xiàn)狀，梳理業(yè)務(wù)流程，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)電力倉儲業(yè)務(wù)普遍存在下列管理難點問題：系統(tǒng)獨立，管理困難；物資較多，取用困難；位置偏遠，調(diào)度困難；環(huán)境復(fù)雜，管控困難。

1.2 文獻綜述與研究目標

我國目前的倉儲管理體系大都基于RFID技術(shù)，結(jié)合人工手段進行管理，效率不高[2]。隨著智能化時代的到來，大數(shù)據(jù)技術(shù)、3D技術(shù)越來越多地被研究到倉儲管理中來，通過3D倉庫的可視化管理，讓倉庫管理人員快速定位貨物位置，進行貨物數(shù)據(jù)直觀簡潔的操作[3]。通過深度學(xué)習(xí)、UWB技術(shù)等技術(shù)[4]，可形成精準的3D實物模型及圖像，結(jié)合倉儲布局優(yōu)化算法[5]，可在系統(tǒng)中快速完成貨物的精準擺放。

基于現(xiàn)狀問題分析，結(jié)合相關(guān)技術(shù)研究，本文通過引入3D技術(shù)、UWB技術(shù)，打造一套智能化倉儲業(yè)務(wù)管理的智能化平臺，將目前已有的管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)接入和功能整合，建設(shè)成可視化水平高、業(yè)務(wù)管理統(tǒng)一，并且對于物資、環(huán)境、安防、消防等各方面管理都有著一體化解決方案的集成性高、業(yè)務(wù)性強的3D智慧倉庫管理系統(tǒng)[6]。

2 3D智慧倉儲布局研究總體設(shè)計

本文首先通過對電力倉儲現(xiàn)狀進行調(diào)研分析，梳理出存在的問題，結(jié)合文獻研究方法，提煉出要研究的目標。通過建立3D倉儲布局優(yōu)化算法解決倉儲物資調(diào)控的核心難題，在此基礎(chǔ)上搭建3D倉庫管理系統(tǒng)，形成系統(tǒng)化的3D倉庫物資管理模塊，并進行統(tǒng)一的倉庫管理系統(tǒng)設(shè)計，解決倉庫管理難的問題。

3 3D智慧倉儲布局優(yōu)化算法與技術(shù)

3.1 基于深度學(xué)習(xí)的3D構(gòu)建算法

基于深度學(xué)習(xí)算法，大量學(xué)習(xí)倉庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)及貨物結(jié)構(gòu)獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進而構(gòu)建全量空間的貨物與倉庫匹配模型[5]。流程如圖1、圖2所示。通過倉儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、貨物空間數(shù)據(jù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法進行倉儲的3D空間構(gòu)建，實現(xiàn)倉儲布局最優(yōu)。

圖1 3D構(gòu)建算法流程

圖2 3D模型算法流程

使得3D模型構(gòu)建更加精準。

3.2 依賴UWB技術(shù)的3D圖像構(gòu)建

1)圖像識別與處理

3D智慧倉庫庫存狀態(tài)依賴于智能攝像頭對貨物的圖像識別，針對圖像邊緣識別過程中點采樣困難的問題，通過對圖像預(yù)處理，依賴貨物邊緣語義分割算法，進而轉(zhuǎn)換為3D模型渲染，有效提升3D構(gòu)建算法的精準性[4]。

2)基于UWB技術(shù)的3D圖像構(gòu)建

為了快速、精準地獲取倉庫貨物的三維模型，將預(yù)處理后的圖像傳輸至3D構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中得到其三維模型?；赨WB技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)信道做了改進，提升了3D圖像傳輸?shù)木珳屎退俣?，并降低了網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)量，使消耗更低[4]。

電力倉儲環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信號以簇為單位依次到達接收端，簇內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息在圖像傳播之間的通信時間符合泊松分布。信道模型表達式為

(1)

式中：αk,l為衰減系數(shù)；Tl為第l簇傳播時間；τk,l為相對于Tl第l簇的第k簇傳播時間。

3.3 智慧倉儲布局優(yōu)化算法

定義智慧倉儲貨物擺放最優(yōu)目標任務(wù)函數(shù)為Eij，由于任務(wù)不能同時執(zhí)行，所以不同任務(wù)之間需要進行排序優(yōu)化[6]。為保證任務(wù)的緊急性及準時性，本模型的目標函數(shù)為：

(2)

(3)

4 3D智慧倉庫管理系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)建設(shè)需求分析

結(jié)合智慧供應(yīng)鏈的要求，3D智慧倉庫主要實現(xiàn)兩方面功能，一是電力倉庫全景3D虛擬仿真[3]，無需到現(xiàn)場即可觀察倉庫現(xiàn)場情況，并根據(jù)管理需求，進行遠程管控與調(diào)度；二是整合倉儲現(xiàn)有的物資系統(tǒng)、條形碼系統(tǒng)、巡檢及助力機器人系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等，實現(xiàn)全方位實時監(jiān)控。

4.2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

a) 3D倉庫物資管理設(shè)計

1)3D場景庫容整體展示

通過3D構(gòu)建算法建模后，對于出入庫數(shù)據(jù)進行直觀展示，更新倉庫中實際貨位的貨物及數(shù)量，達到遠程監(jiān)控及查看庫存的目的，通過導(dǎo)入物資系統(tǒng)的庫存信息，進行數(shù)據(jù)自動生成。

2)3D場景物資位置查詢以及導(dǎo)航功能

依托UWB技術(shù)，精準賦予物資位置信息，當需要查找貨物時，輸入相應(yīng)物資信息查詢，并且通過位置信息進行精準位置導(dǎo)航，方便貨物快速查找和領(lǐng)用。

3)庫存優(yōu)化管理功能

通過倉庫提供的物資存放規(guī)則，結(jié)合目前庫存狀態(tài)，利用倉儲布局優(yōu)化算法，為庫存管理提供合理的貨物存放方案，提高庫存利用率，對整體庫存配置進行優(yōu)化管理，實現(xiàn)貨物堆放智能推薦方案。

b)倉庫統(tǒng)一管理系統(tǒng)設(shè)計

1)動態(tài)環(huán)境監(jiān)控管理

通過接入溫濕度傳感器、水浸傳感器、多種氣體檢測傳感器，獲取實時環(huán)境數(shù)據(jù)在平臺上呈現(xiàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)指標超過設(shè)定的閾值就會發(fā)出對應(yīng)的告警。

2)安防管理

采集倉庫內(nèi)現(xiàn)有的安防設(shè)備數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控攝像頭、視頻抓拍等功能，對倉庫整體安全狀態(tài)進行管理，可以通過點擊3D場景內(nèi)的攝像頭模型進行錄像調(diào)取，查看現(xiàn)場狀況。

3)消防管理

平臺接入消防管理子系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測消防系統(tǒng)的預(yù)警、狀態(tài)信息。在3D虛擬倉庫內(nèi)模擬出最優(yōu)措施方案，例如最佳救援路線、行車路線、人員疏散路線等。

4)智能照明管理

通過對接倉庫照明系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程開關(guān)照明燈光，3D場景可查看倉庫內(nèi)照明情況，照明燈故障也可進行遠程巡檢，方便安排維修人員檢修。

5 結(jié)語

綜上所述，本文通過引入3D構(gòu)建算法、倉儲布局優(yōu)化算法、UWB技術(shù)，實現(xiàn)3D智慧倉儲布局優(yōu)化方法，通過打造一套智能化倉儲業(yè)務(wù)管理的智能化平臺，將目前已有的管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)接入和功能整合，建設(shè)成可視化水平高、業(yè)務(wù)管理統(tǒng)一，并且對于物資、環(huán)境、安防、消防等各方面管理都有著一體化解決方案的集成性高、業(yè)務(wù)性強的3D智慧倉庫管理系統(tǒng)，有效實現(xiàn)電力企業(yè)倉庫管理降本增效。