基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能倉庫管理系統(tǒng)

楊樂

摘要：為了提高倉庫物品的智能化管理，該文提出一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能倉庫管理系統(tǒng)解決方案，對系統(tǒng)的體系結構、實現(xiàn)的技術原理、硬件組成、軟件架構和系統(tǒng)功能做了介紹。分析了RFID感應物品后的處理邏輯、創(chuàng)造性的將視頻抓拍技術和RFID相結合，實現(xiàn)倉庫物品的智能化管理。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術；RFID技術；視頻監(jiān)控

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）23-5508-05

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)的概念正式提出是在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》文件中，來源于突尼斯的信息社會峰會。

最初在1999年提出：即通過射頻識別（RFID）（RFID+互聯(lián)網(wǎng)）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。

中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)的定義為當下幾乎所有技術與計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術的結合，實現(xiàn)物體與物體之間：環(huán)境以及狀態(tài)信息實時的實時共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。廣義上說，當下涉及到信息技術的應用，都可以納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇[1]。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從邏輯上分為三層：1） 應用層：應用層是構建在物聯(lián)網(wǎng)技術架構之上的應用系統(tǒng)，包括商業(yè)貿(mào)易、物流、農(nóng)業(yè)、軍事等不同的應用系統(tǒng)；2） 網(wǎng)絡層：網(wǎng)絡層是進行信息交換的通信網(wǎng)絡，包括有Internet、WIFI網(wǎng)以及無線通信網(wǎng)絡等網(wǎng)絡；3）感應層：指通過包括條碼、射頻識別、無線傳感器、藍牙等在內(nèi)的自動識別與近場通信技術獲取物品編碼信息的過程；

2 物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的應用為構建智能化倉儲提供了很好的技術基礎，通過物聯(lián)網(wǎng)技術在倉儲中的綜合應用，確保了智能倉儲中關鍵數(shù)據(jù)信息流的傳遞效率和準確性。

2.1 RFID技術

射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。常用的有低頻（125k～134.2K）、高頻（13.56Mhz）、超高頻，微波等技術。

3 倉庫管理現(xiàn)狀

目前許多企事業(yè)單位的庫房管理還停留在人工記賬管理，有一部分企事業(yè)單位采用倉庫管理系統(tǒng)來代替人工記賬，但此類管理系統(tǒng)主要是基于電子記賬，這類系統(tǒng)普遍存在如下問題[2]：

3.1 精準度不高

系統(tǒng)主要依靠名稱來標識所管理的物品，往往發(fā)生領用登記的物品和實際領出的物品只是同一款，但不能精準的記錄具體是哪一個物品，無法做到精細化管理；

3.2 缺乏實時性

系統(tǒng)主要實現(xiàn)電子記賬，其記賬主要依賴人工登記，存在大量事后補錄的情況，不能第一時間準確反映物品出入庫的情況；

3.3 監(jiān)管力度不夠

物品的出入主要是依賴人工登記，即使某些系統(tǒng)使用條碼槍管理，也受人工主動掃描的限制，無法準確實時監(jiān)管庫房物品。

對于某些監(jiān)管力度高的庫房，由于存在以上幾點突出的缺點，導致現(xiàn)有的倉管系統(tǒng)往往力不從心，甚至增加倉管人員的工作量。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能倉庫管理系統(tǒng)架構

針對前面提到的現(xiàn)有倉管系統(tǒng)面臨的困難，結合物聯(lián)網(wǎng)的浪潮，特別是RFID技術與設備的完善，使得我們可以設計一種新型的智能倉庫管理系統(tǒng)來做的倉庫管理具體到物，實現(xiàn)物品的互聯(lián)式管理。

4.1系統(tǒng)的總體結構設計

1） 應用層

該層為智能倉庫管理系統(tǒng)的核心層，這一層主要由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、智能倉管系統(tǒng)應用、網(wǎng)絡中間件和用戶訪問終端組成。負責整個智能倉管系統(tǒng)的邏輯處理，數(shù)據(jù)存儲以及人機交互；

2） 網(wǎng)絡層

該層為智能倉庫管理系統(tǒng)的基礎層，由于系統(tǒng)采用B/S架構，考慮到本系統(tǒng)實際應用場景為異地多倉庫的管理，因此選用互聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，系統(tǒng)使用TCP/IP協(xié)議來進行信息的傳遞。這一層主要是負責為整個系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳遞，使得整個系統(tǒng)能夠跨地域多倉庫的進行管理；

3） 感知層

該層為智能倉庫管理系統(tǒng)的重點層，這一層主要由RFID讀寫器、RFID天線、RFID標簽和攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)的感應器所組成。負責為系統(tǒng)提供倉庫物品或者人員進出等信息，正是由于這一層的存在使得本系統(tǒng)解決了之前存在的管理不夠精細等難題，實現(xiàn)倉庫物品的“物聯(lián)化”管理。

5 系統(tǒng)的硬件組成及軟件設計

5.1系統(tǒng)硬件的組成

1） RFID讀寫器

讀寫器選用國內(nèi)領先的RFID制造商遠望谷的XC-RF806型讀寫器，該讀寫器支持TCP/IP協(xié)議鏈接，符合本系統(tǒng)架構設定，同時這款型號的讀寫器能夠支持RFID標簽的讀和寫，無需另外再購置專門的RFID發(fā)卡器來負責寫標簽，方便的同時能夠節(jié)約整個系統(tǒng)的總體成本。另外806讀寫器支持最高每秒170次的RFID電子標簽讀取，讀取距離最遠可達10米（遠望谷公司XC-RF806型讀寫器說明文檔），能夠支撐系統(tǒng)對于倉庫物品實時性的管理[3]。

2） RFID感應天線

感應天線選用XC-AF26-FCP+BUS超高頻天線，該天線能夠和806讀寫器配合使用，負責將接收到的電磁波轉(zhuǎn)換為電流信號，或者將電流信號轉(zhuǎn)換成電磁波的設備。通過同軸電纜直接與讀寫器相連，具有良好的方向性，高效讀取或?qū)懭隦FID標簽數(shù)據(jù)[4]。

3） RFID電子標簽

RFID電子標簽按照標簽類型可以分為紙質(zhì)標簽、車輛標簽、動物標簽和金屬標簽等，考慮到本系統(tǒng)所負責管理的物品多是金屬質(zhì)地，以此選用抗金屬標簽，并根據(jù)倉庫物品的不同大小定制的相應體積的金屬標簽。RFID電子標簽能夠支持240位EPC編碼，64位TID編碼以及512位用戶數(shù)據(jù)區(qū)。能夠存儲物品編號，幫助系統(tǒng)識別物品。

4） 網(wǎng)絡攝像機

網(wǎng)絡攝像機選用?？低暪镜腄S-2CD2810F網(wǎng)絡攝像機，該攝像機支持TCP/IP協(xié)議連接，支持電子快門功能，能夠適應不同的監(jiān)控環(huán)境，同時能夠高效的響應系統(tǒng)抓拍要求。

5.2系統(tǒng)軟件的設計

系統(tǒng)軟件采用結構化的程序設計方法。軟件使用JAVA技術來實現(xiàn)，基于MySql進行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，并利用Socket通信與RFID讀寫器和網(wǎng)絡攝像頭來進行通訊，接收發(fā)送物品的ID序列號。

系統(tǒng)根據(jù)實際使用場景要求實現(xiàn)B/S架構，即一個系統(tǒng)軟件服務器加一個數(shù)據(jù)庫服務器，并通過互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)與多個倉庫的感知層進行連接，每一個倉庫配置一套RFID感應設備和一個網(wǎng)絡攝像機。倉管系統(tǒng)通過IP地址來控制具體某一個RFID讀寫器或者網(wǎng)絡攝像機進行物品的識別或者出入人員圖像的抓拍。

6 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要用于物品錄入、流程表單、RFID標簽管理、物品監(jiān)控、網(wǎng)絡攝像機管理、報表管理等功能。

6.1物品錄入模塊

該模塊為物品初始化模塊，負責物品名稱、物品生產(chǎn)廠家、物品規(guī)格型號、價格等物品詳細信息的錄入。在錄入詳細信息完畢后，系統(tǒng)會將物品存入數(shù)據(jù)庫，并同時生產(chǎn)該物品的唯一編碼。系統(tǒng)通過該編碼對物品進行管理。

6.2流程表單模塊

該模塊根據(jù)系統(tǒng)實際使用要求初始化好具體的物品管理表單，如物品的領用表單和歸還表單。并通過工作流引擎的支持來實現(xiàn)表單審批功能。通過該模塊來實現(xiàn)物品管理的電子化審核，無需物品使用人員額外的走簽字流程，加快物品流轉(zhuǎn)和使用效率。

6.3 RFID標簽管理模塊

RFID標簽原本是可以存儲512位的數(shù)據(jù)信息，但考慮到系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)訪問，出于安全的考慮，RFID標簽只存儲對應物品的唯一32位編碼。該模塊主要負責控制指定倉庫的讀寫器對具體RFID天線進行數(shù)據(jù)初始化工作。

6.4 物品監(jiān)控管理模塊

該模塊主要使用RFID讀寫器的高速讀取功能，來感應物品的出入庫情況。通過在每個倉庫的門口放置RFID感應天線，來感應物品上面的RFID標簽，并通過系統(tǒng)的邏輯判斷，來記錄物品的出入庫情況，整個過程無需人員再去系統(tǒng)中填寫額外的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)物品的實時監(jiān)控管理，當物品被未經(jīng)允許被拿出倉庫，監(jiān)控模塊會觸發(fā)報警裝置進行聲光報警。

6.5網(wǎng)絡攝像機管理模塊

該模塊負責控制每一個倉庫的網(wǎng)絡攝像機，進行倉庫實景的圖像拍攝，并將圖片返回到系統(tǒng)軟件服務器響應路徑進行存儲。通過該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)出入庫表單實時場景的記錄，便于加強物品監(jiān)管。

6.6報表管理模塊

該模塊主要是提供物品出入庫情況，物品庫存情況的統(tǒng)計和查詢，提供智能模糊查詢，多圖標類型展現(xiàn)，以及EXCEL報表等功能。

7 系統(tǒng)RFID關鍵技術的設計實現(xiàn)

7.1 RFID感知區(qū)域設計

根據(jù)RFID天線信號發(fā)射為半球面散射的原理，為了能夠讓RFID感知區(qū)域覆蓋整個倉門系統(tǒng)采用了三天線感應的設計，即在倉門的上、左、右三個方向都加裝了RFID天線，使得感應信號能夠完美的覆蓋這個倉門區(qū)域。當RFID天線感應到貼在物品上的RFID標簽，會信號轉(zhuǎn)化到RFID讀寫器。

7.2邏輯處理模塊設計

說明：首先是RFID的去重判斷模塊，由于RFID的讀取次數(shù)非常的高，一秒鐘能讀取上百次的標簽，而實際使用過程中，物品經(jīng)過感應區(qū)需要花費一定時間，在這個時間范圍內(nèi)，物品上的RFID會被多次感應到，而實際來看物品只是一次出入倉庫門，因此系統(tǒng)增加一個RFID讀取標簽的去重模塊，與上次感應間隔小于10秒的設備只能算是一次出入庫。

由于RFID讀寫器只能負責感應物品，沒有辦法做出方向性判斷來斷定物品是出庫還是入庫，同時基于物品監(jiān)管的要求，系統(tǒng)增加了一個物品關聯(lián)申請表單的邏輯判斷模塊，該模塊會要求在物品在領用和歸還前先由申請人填寫申請表，審核通過后才能進入倉庫拿取或者歸還申請的物品，系統(tǒng)通過關聯(lián)申請表單模塊判斷該物品之前有沒有填寫相關申請，如果沒有填寫申請，會被認為是非法出入庫操作，系統(tǒng)會激活報警模塊進行聲光報警。

7.3 RFID寫標簽模塊

倉庫管理的物品都需要貼上RFID電子標簽，并進行系統(tǒng)寫入與物品相對應的ID編號才能被系統(tǒng)正確識別出來。因此需要一個RFID寫標簽模塊對物品的RFID電子標簽進行初始化，由于系統(tǒng)選用的806讀寫器能夠發(fā)送寫卡指令，基于成本考慮，本系統(tǒng)沒有再單獨選用專門的發(fā)卡器，而是通過控制806讀寫器將對應物品的ID發(fā)射到RFID電子標簽中做保存。其寫標簽流程如圖4。

7.4 網(wǎng)絡攝像機管理模塊

為了進一步加強監(jiān)管，系統(tǒng)在每一個倉庫加裝一個網(wǎng)絡攝像機對準倉庫門口進行拍攝，當RFID裝置感應到物品時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)網(wǎng)絡攝像機進行抓拍并將抓拍的圖片信息返回到系統(tǒng)服務器上進行存儲，同時將抓拍的圖片與對應的申請單進行關聯(lián)，是的本系統(tǒng)的申請單能夠查詢到器材出入庫時對應的影像記錄，杜絕之前的冒領等不規(guī)范的操作。另外當物品未經(jīng)許可領出時，系統(tǒng)也會控制網(wǎng)絡攝像機記錄下當時的影像，便于后續(xù)的追查工作，加大了倉庫的保障力度。

8 結束語

本文所述系統(tǒng)已在一家大型企業(yè)運行，并將其下十間倉庫納入監(jiān)管，目前系統(tǒng)運行平穩(wěn)，通過引入RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術，解決了一直困擾該企業(yè)物品在庫狀態(tài)不準確，物品被擅自領出等管理問題。真正做到對進入倉庫的每一件物品進行監(jiān)管。同時通過RFID感應器和網(wǎng)絡攝像頭的聯(lián)動控制，做到每一筆申請單都有實時影像，是的管理更加客觀，公正和安全。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)倉庫管理系統(tǒng)向全新的智能倉庫管理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變不可避免，該文希望對智能倉庫管理系統(tǒng)的推廣起到一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 百度百科.物聯(lián)網(wǎng)[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/1136308.htm.

[2] Unified Barcode &RFID Warehouse Management System.http：//www.unifiedbarcode.com/warehouse-management-system.html.2004.

[3] 遠望谷公司 XC-RF806型讀寫器說明.pdf.

[4] 遠望谷公司XC-AF26型天線說明.pdf.