物聯網關鍵技術及其在倉庫自動識別管理系統中的運用

何 翼

（銅仁學院 數學與信息科學系，貴州 銅仁 554300）

1 引言

物聯網的本質是物品與物品相連，這種物物相連不是物理意義或空間意義上的相連，而是一種虛擬的相連，即一種信息的共享技術。物品與物品之間相連首先是通過通信技術將由感知技術獲得的物品全面信息傳輸到一個互聯網的節點上，然后利用互聯網技術將各種物品的信息聯系起來實現信息的共享與綜合。物聯網技術經歷了長足的發展，從根本上來講，是物聯網三大關鍵技術的發展推動了物聯網技術的發展。物聯網技術中的互聯網技術已經滲透到了人們生活中的各個方面。通信技術近幾年也突飛猛進，其也是物聯網技術得以長足發展的一個十分重要的方面。最后一個關鍵因素就是感知技術，感知技術更多的是朝縱向以及橫向的方向發展，其主要形式是感知方式的多樣性，包括傳感器的多樣性以及視覺系統的多樣性。縱向發展主要體現為傳感器的感知以及視覺的感知日益朝深入的、智能化的方向發展，這是物聯網技術的基礎。倉儲物流業自身業務特點使得物聯網關鍵技術能夠很好地應用于倉儲物品的管理。本文以貴陽迅捷物流服務有限公司為例，將物聯網的關鍵技術應用于倉庫的自動識別管理系統的設計中。

2 物聯網技術概述

2.1 物聯網關鍵技術

物聯網包括三個層級的關鍵技術：感知層的關鍵技術有傳感器技術、RFID射頻技術，主要是電子標簽技術及圖像技術等；傳輸層的關鍵技術包括互聯網技術、移動無線網技術及有線網技術等；應用層技術主要包括一些基于B/S或者C/S架構應用軟件的開發技術等。本文主要工作是將物聯網三個層次的關鍵技術應用于倉庫自動識別管理系統中，在倉庫自動識別技術中物聯網三個層次關鍵技術都有具體的體現，如在倉儲物資出入庫過程中利用了物聯網感知層技術中的RFID技術，通過電子標簽的方式實現入庫物資信息的采集，在數據傳輸的過程中應用到了傳輸層的關鍵技術，在進行數據處理的過程中用到了物聯網應用層的技術等。綜合看來，物聯網三個層次的關鍵技術目前已經在我國倉儲模塊中有了較為廣泛的應用。

在數字化倉儲管理系統中利用物聯網技術，主要是利用物聯網技術中的射頻識別技術、視頻識別技術、GPS導航技術、電子地磅技術以及車輛感應技術等。此外還利用各種溫濕度傳感器技術實現溫濕度等信息的采集，然后采用網絡技術實現這些采集信息的網絡化。功能集成后的倉儲管理系統不僅可以實現對倉庫的數字化、可視化管理，而且還能夠對倉儲管理過程中遇到的某些特殊情況給予自動化的應對處理。

2.2 RFID技術與VFID技術的對比

VFID視頻識別技術與RFID射頻識別技術，二者都能夠實現對物體某種狀態的識別。其主要差別在于射頻識別技術能識別的事物屬性比較單一但是比較精確，視頻識別的事物屬性比較多，幾乎可以包含事物的各個方面，但是其識別精度比較低，并且識別的難度比較大。二者對比見表1。從表1可以看出，首先對于硬件的設計難度來講，VFID技術所需要的硬件架構較為簡單，硬件設計存在很大的靈活性，即對于同一個問題其本身可以通過不同的硬件、架構來實現，對于被測物體的識別可以通過不同的算法來實現，但是不同的硬件架構方式可能會對識別算法的設計難度造成很大的影響。而對于RFID技術來講，其難度主要集中在硬件架構的設計，一旦硬件架構設計完成，那么整個識別過程也就不存在技術上的難度了，但是相對于VFID技術來講，其硬件架構的設計具有一定的難度。對于VFID系統的開發由于其算法實現難度較大并且過分依賴比較昂貴的PC機或者是攝像設備，并且由于技術難度實現較大，所以軟件開發成本也相對較高，所以在應用中RFID技術應用的比較普遍，但是VFID技術有著傳輸信息量大的優勢。最后RFID技術的可靠性一般要高于VFID技術。

表1 RFID與VFID技術對比

2.3 位置矩陣技術

位置矩陣技術又稱為信息矩陣技術，近年來被廣泛應用在物流管控領域。位置矩陣里面包含著一些特殊的信息，在識別技術中可以用于企業本身貨物狀態的識別與加密，是保護自主品牌非常重要的一種識別技術。具體來講就是在倉庫的過道或者走廊當中安裝上超頻或者高頻的電子標簽，并且讓其形成一定的排列，也就是具有行和列。這些標簽就是位置標簽。計算機通過控制天線以及讀寫器讀寫到標簽上的信息，就可以準確獲取貨物的位置信息。

對于位置矩陣技術來講，位置是指通過該技術可以對貨物的位置進行定位和識別，矩陣指具有矩陣形狀排列的電子標簽，貨物在經過走廊時，貨車上的天線讀寫器就能夠對電子標簽進行讀寫，然后在每個標簽所能夠識別的范圍內就能夠對貨物進行精確的定位，這些矩陣排列就能夠在貨物通道的全過程進行貨物的定位及識別。

2.4 組合標簽技術

倉庫中的貨物上或是托盤上、過道中，都可以根據不同用途來安裝不同的電子標簽。讀寫器通過讀取不同電子標簽的數據來實現數據采集以及貨物定位。采用多種標簽的目的一是為了達到綜合信息的采集，二是為了降低倉儲識別系統的成本。具體來講，如上述在利用位置矩陣技術對貨物的位置進行識別的過程中，天線讀寫器還可以對貨物上的標簽信息進行讀寫，這樣就能夠讀取到有關貨物的相關信息。通過這種組合標簽技術的運用就可以實現對于貨物綜合信息的識別，這種組合在一定程度上也減少了成本、提高了識別效率。

3 倉庫自動識別管理系統的組成框架

本文根據貴陽迅捷物流服務有限公司的業務流程以及倉儲業務特點，建立了符合該公司特點的倉庫自動識別管理系統。該管理系統主要包含以下幾個重要的部分：卡口管理分系統、倉庫管理系統、卡管理系統、視頻監控管理、移動RFID通信系統等。

（1）卡口分系統。該卡口系統和其他倉庫的卡口管理系統類似，是為了防止倉庫出現走私以及舞弊的現象。在該系統的卡口中安裝了電子地磅來對進出車輛的載重進行稱重，稱重完畢之后還要和該輛車實際的出貨重量進行對比，看其是否存在貨物減少的情況，進而避免了走私情況的出現。

（2）倉庫管理系統。在該系統中并沒有單獨設置一個管理中心來對倉儲的貨物進行管理，而是設定了一定數量的管理監控來對倉庫進行監控管理，主要的監控設備有計算機監視器、交換機、卡管理工作站以及天線和視頻服務器等。這些設施都被集中到倉庫自動識別管理系統的管理中心，通過對該系統的操控可以實現對整個園區的監控以及指令的下發。倉庫管理系統的組成如圖1所示。

圖1 倉庫管理系統主要組成部分

（3）卡管理工作站。在卡管理工作站中，標簽管理的工作站、相應的讀寫器以及天線將標簽進行數字化的處理，在這個過程中還可以實現對數字化標簽的管理工作。主要包含標簽的生成工作、數字化標簽中信息的錄入工作、數字化標簽的修改工作、數字化標簽的更新以及淘汰等工作，該卡管理工作站的管理設備一般安裝在倉庫管理系統的工作室中。

（4）視頻監控系統。該部分是倉儲自動化識別的關鍵與核心。該部分主要由前端的攝像機、光纖或電纜、光端機、監控器和視頻服務器等關鍵的部分組成。在配置上述設備的型號以及數量時要根據實際的情況進行決策，如倉庫的實際大小和實際所需設備的數量等。要在倉儲當中配置一定數量的攝像頭來對倉儲中的貨物進行實時監控，還包括來往車輛的實時圖像信息，這些信息通過光纖傳輸到管理中心的計算機中，然后在計算機的屏幕上顯示出來，進而實現對于整個倉庫各種情況的監控。

（5）移動RFID通信系統。移動RFID分系統主要由高頻及超高頻的讀寫器、天線、智能化的控制器、自動化的條形碼掃描裝置短程的通信模塊及各種類型的標簽或者條碼組成。一般將超高頻以及高頻的讀寫器、天線還有條形碼掃描器安裝在日常倉儲中經常使用的叉車上。超高頻的讀寫天線的數量一般為兩個，將其中一個安裝在車的前面，天線的方向要朝向倉庫中的走廊，以對走廊上的位置矩陣信息以及托盤上的信息進行讀取，另一個天線將其安裝在叉車可升降天線桿上，用來讀取貨架上的位置矩陣信息以及貨箱上的信息。計算機就是通過天線上讀取的位置矩陣信息以及托盤上的信息數據來確定貨物位置。利用手持讀寫設備能夠將上述信息通過短程的移動RFID系統實現信息的傳遞。

4 物聯網關鍵技術在倉儲自動識別管理系統中的應用

通過上述論述可知，倉庫自動識別管理系統的組成包括卡口系統、倉庫管理系統、卡管理工作站、視頻監控系統及移動RFID通信系統等。這些系統的每一部分均有物聯網關鍵技術的應用，其中VFID以及RFID技術在倉庫自動識別管理系統中的應用主要體現在以下方面。

對于RFID技術來講，該技術通過數字化的標簽使得卡口系統能夠自動識別車輛的信息，通過自動稱重傳感器對車輛的載重信息進行感知，最后將上述信息進行綜合來對過往車輛進行檢查。

VFID技術除了實現最為基本的監控功能之外，體現最為明顯的就是將圖像處理以及模式識別等應用于倉庫自動識別管理系統。該技術主要應用在倉儲環境監測中，圖像處理技術可以自動識別倉儲過程中一些人為的入侵，以及一些可能導致倉儲貨物發生火災或變質的環境參數的變化。此外該技術還可以實現對出入倉儲區車輛信息的自動識別，然后對車輛是否超載進行定性的識別等，對于出入廠區的工作人員可以進行抽樣自動識別其身份。這些自動識別技術的運用使得倉儲區域更加安全，最大限度地保護了倉儲物資。

[1]梁世翔,嚴新平.物流園區協同信息平臺的數據挖掘模型研究[J].武漢理工大學學報(信息與管理工程版),2007,(6).

[2]蘇杰.基于RFID技術在青島國際航空物流園區管理信息系統升級改造的設計研究[D].青島:中國海洋大學,2009.