伴随着现代物流市场、物流客户对于快速准确物流服务效率的需求以及计算机网络技术、无线技术等的发展,很多物流应用系统中对于流通中的货物标的物的位置地址信息寻址定位的需求不断增长。从物流业务的运行和定位来看,主要分为室内定位和室外定位两种类型,目前室外定位系统中发展和应用最为普遍的是GPS全球定位系统,但由于物流仓储设施内部货架位置布局复杂且有多种非视距的噪声干扰,使得传统定位技术并不适应于大型综合化立体仓库的定位环境。

蓝牙技术、红外线技术、超声波技术以及射频识别技术是目前仓库室内定位中应用比较多的技术,蓝牙定位由于其受到噪声干扰的影响较大,使得其稳定性较差,红外线技术容易受到其他光源的影响,超声波技术的应用需要较大的基础设施投入,因而成本较大。射频识别技术采用无线射频方式进行非视距非接触式的互动通信,以识货物并获取信息,与上述三种技术相比其具有高精度、高抗干扰性、快捷识别且能同时识别多个标的物等优点,因此其在现代物流大型仓储仓库定位管理中倍受青睐和重视。

现代大型综合化立体仓库由于其服务的货物种类和数量繁多且管理需求多样,货物的出入库频率和流通周转速度每天都在迅速增长,这就对其货物管理和准确快捷地进行存取提出了新的要求和挑战,使得传统的多种定位技术诸如条形码技术和其他手段已经不能有效地满足仓储自动化、快捷化、效能化的发展要求,比较突出的问题是对于大型仓储仓库内的货架货物放置区的位置和信息寻址寻源缺乏有效的手段和技术方案。

AGV无人搬运车是目前大型立体化综合仓库系统中应用的最为普遍的一种自动化物流设备,在AGV无人搬运车使用中一个经常出现的问题是,当其获得搬运和存取放置在某点货物的指令并且在计算出其所要行走的路线路径的情况下,由于缺乏必要的定位手段和技术使得AGV无法准确地判断其是否已经达到了目的地,这种情况在较多AGV同时工作和运行时表现得最为无序和混乱,从而给仓储自动化系统的运行带来较多问题和困扰。这种问题的示意图描述如图1所示。

本文提出了一种基于射频识别技术的定位方法解决了AGV寻址和定位的问题,在对确定路径和路线上的关键位置点进行准确绝对位置的标识,该方案所采取的方法是对AGV通往货物目的地的路径进行关键节点解析和划分,找到若干重要转向点,当AGV运行到此处时即发出转向的命令,并用绝对距离标尺参数约束其运行距离和作业行为,这样AGV就能够行驶到指定位置进行货物的存取和放置,同时在多辆AGV同时运行和作业的环境中,可以利用计算机系统做好优化和统筹,使其单位时间内的工作效率达到最大化。

无源标签定位和有源标签定位是射频识别技术定位的两种基本方法和模式,无源标签定位的基本方法是通过货物电子标签的是否检测得到为标准,有源标签定位的基本途径是检测货物电子标签的信号强度。本部分承接上一部分研究如何利用射频识别技术帮助AGV车进行有效定位和货物寻址,其对于货物储存仓库的定位准确度和布局要求相对不高,选取无源标签技术基本上就能满足AGV车的定位和货源寻址。

射频识别技术无源标签定位的基本原理和方法步骤是,首先将射频识别的货物电子标签布置成一个符合笛卡尔坐标系结构的网格状形式,将标签所代表的货物标识信息和其所处的二维坐标信息加以录入进来;其次将标签信息读写器固定在AGV上,以使得其在规定路径运动中能够陆续读取不同位置标签的信息和指令,从而通过分析计算找到货物所在的位置,从而实现货物的准确定位。定位原理如图2所示。

在研究利用射频识别技术无源标签定位中有以下几个前提和假设条件:标签读写器的波瓣角为β,它是读写器信号天线在水平面上辐射所形成的扇形弧度;读写器的最大有效识别距离为d,路径上标签的距离为m,即相邻两个标签之间的物理距离;t为标签读写器对标签的检测状态,当期值为true时表示读写器已经有效地探测到标签的位置,并有效地读取了其坐标位置信息,否则其值为false。

对于无源标签标的物位置的探测和定位,必须要有一个相对参考点对其相对位置进行辅助性判断,这个参考点就是根据既定定位规则生成的,根据射频识别无源标签和仓库存储的室内环境特点以及AGV车的路径路线相对简单,可以考虑使得这个参考点的设置选取尽可能地满足线性规划的要求,以对相关计算过程进行简化。

该系统的总体架构按照通常的软件架构设计的三层模式,即前端应用层、中间业务逻辑层和底层数据库层。应用层面向系统管理人员、仓储物流公司职工和其服务的客户,其主要提供货物库存管理、出库管理和系统监控等业务功能;中间层主要包括了射频识别前置服务、信息服务、跟踪定位引擎、WEB服务以及外部应用设备的拓展接口等;数据库层主要是基于大型关系数据库的仓储业务数据和逻辑关系模型,该系统的拓扑结构和分布式布置主要在信息部机房、生产办公区和仓库三个区位。信息部机房主要放置系统的数据库关系和底层数据,主要有商标库和货物标签识别库、ERP仓库、数据库服务器等,其通过光线通讯设备链接到生产办公区系统,该地区主要放置射频识别前置机、定位系统控制机、货物电子标签关联机等设备,通过交换机、转换器和仓库的系统进行链接。

基于射频识别技术的大型综合化立体仓库定位自动化系统设计,应该遵循实用、安全、先进和可扩展的基本原则,要面向项目实际需求完善相关业务功能并提供人性化的操作界面,通过多种安全技术措施保证仓储定位信息系统的安全准确,采用先进成熟的系统架构确保系统稳定运行,同时整个系统架构采用模块化设计以提供升级和扩展的便利。根据上述原则首先进行系统流程的设计,根据大型综合化立体仓库的特点,该系统的业务流程设计按照以下步骤进行:将货物信息电子定位标签安装在自动化物流设备诸如叉车、AGV、输送带、货物托盘等上,以方便对承载仓储货物的物流设备进行跟踪和地址信息寻源;在仓储货物上粘贴745M赫兹频段的电子标签,有源标签无源标签都可;在仓库内物流自动化设备运行路径和区域内布置数据采集器,当承载贴上电子标签的货物的物流设备经过时,可以采集其相关的位置信息和二维坐标;在相关物流自动化设备上装载传感器,以对设备的装卸货压力进行检测。当货物搭载物流设备进行空间位置转移时,定位系统可以对其运行轨迹和坐标移动进行系统化记录和跟踪。

射频识别技术在大型综合化立体仓库仓储作业中货物的定位跟踪管理中,要综合利用有源标签和无源标签两种技术,它可以帮助立体化仓库内部对于存储货物的精确定位和实时跟踪。射频识别技术在立体化仓库货物跟踪定位系统设计中的基本思想和框架是完成射频识别数据采集网络的部署,通过该定位系统对仓库内自动化物流设备进行跟踪定位,同时对电子标签信息和仓储货物信息进行关联和对照,实现仓库内货物的实时定位跟踪和相关信息的电子化盘点,从而提供更加优化智能的仓库管理解决方案。

在系统的软硬件实现和架构上,采用无源标签和有源标签相结合的模式,在仓储服务营业场所即仓库内进行射频识别阅读器网络采集平台的部署,采用国际先进、技术成熟的TDOA定位算法,通过802.11B网络链接2.3G赫兹的有源射频识别定位系统,从而实现对仓库内仓储货物的精确定位和实时跟踪。系统软件编程模型同时采取面向过程和面向对象的分析设计方法,具体技术解决方案中采取JAVA和PHP以及微软的.NET和WEB服务技术等。

该系统的主要功能模块由标签阅读器控制子模块、出入库管理设备控制子模块、数据采集设备控制子模块、定位设备控制子模块等13个功能性子模块组成。阅读器控制子模块的主要功能是提供射频识别阅读器的控制和货物电子标签信息的接收和解析,出入库管理设备控制子模块的主要功能是对出入库管理设备进行控制指挥协调以及相关信息指令的接收和显示,数据采集设备控制子模块的主要功能是对数据采集相关设备进行控制,对相关信息进行整理加工以及深度模式识别挖掘等,定位设备控制子模块的主要功能是对定位设备进行控制以及提供定位信息的查询统计获取等,库存管理子模块的主要功能是提供库存货物的清算盘点、退换货处理、产品促销打折、倒库转库等基本库存管理行为,外部拓展接口管理子模块的主要功能是为物流企业其他物流设备软件系统或物流技术装备提供集成应用的对接接口,并且可以将系统的数据导入到更加集成化综合化的ERP系统中进行更高层次的数据分析和新业务模式的构建,系统监视子模块的主要功能是为各种定位设备和物流设备提供重要状态参数属性的检查和监视功能。这些基于射频识别技术的自动化仓库定位系统的子模块设计基本上满足了现代化大型立体化综合化仓储物流业务运作的需要和货物定位功能分析,同时也为其他系统和未来可能的设备系统升级准备了良好的架构拓展性。

现代物流产业发展中大型综合化立体仓库的定位技术关系到整个物流作业环节的高效衔接和有效运转,射频识别技术是目前仓库定位自动化技术中应用普遍和综合效能表现最高的技术和解决方案之一。本文基于射频识别技术研究了物流企业的仓库定位自动化问题,射频识别技术仓库定位自动化解决方案,不仅可以实现对大型综合化仓库进行仓储货物出入库的自动化管理,实现对各种各类货物的精确定位和实时跟踪监控,从而给物流企业的仓库管理带来有序化、自动化和透明化,减少人为作业的无效率和较高的差错率,从而提升物流企业的产品服务质量和总体形象以及市场竞争能力。