基于Android平臺(tái)的物流倉(cāng)儲(chǔ)叉車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)中，叉車完全由人工調(diào)派，管理人員無(wú)法獲得叉車位置信息，調(diào)度效率低。為此，本文設(shè)計(jì)了一款基于Android平臺(tái)的物流倉(cāng)儲(chǔ)叉車調(diào)度系統(tǒng)，由Android手機(jī)移動(dòng)終端、服務(wù)器調(diào)度端、無(wú)線路由器三部分組成。該系統(tǒng)采用了基于Wi-Fi信號(hào)指紋的室內(nèi)定位方法實(shí)現(xiàn)對(duì)叉車的實(shí)時(shí)定位。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以對(duì)實(shí)時(shí)顯示叉車終端位置，并實(shí)現(xiàn)雙向語(yǔ)音對(duì)講，極大提高了調(diào)度效率。

【關(guān)鍵詞】物流倉(cāng)儲(chǔ) 調(diào)度 定位 語(yǔ)音通信

1 引言

近年來(lái)， 我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)信息管理系統(tǒng)建設(shè)取得了快速發(fā)展，各種信息技術(shù)被應(yīng)用到物流倉(cāng)儲(chǔ)中，極大提高了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率。例如王建維等設(shè)計(jì)了一種基于RFID的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)管理中存在的數(shù)據(jù)信息采集不夠準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度不高的問(wèn)題。傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)在倉(cāng)儲(chǔ)貨物分揀等過(guò)程中，通常倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部叉車的調(diào)度管理完全由人工實(shí)施，因其調(diào)度管理效率的低下，已經(jīng)不能滿足當(dāng)今大型倉(cāng)庫(kù)管理快速、準(zhǔn)確的要求。除調(diào)度和采集倉(cāng)儲(chǔ)信息外， 管理人員無(wú)法實(shí)時(shí)掌握叉車作業(yè)情況，導(dǎo)致叉車?yán)貌怀浞帧＿@些因素成為制約企業(yè)發(fā)展的障礙。為了解決目前這種依靠人工調(diào)派而導(dǎo)致調(diào)度叉車效率低下，調(diào)派使用不夠統(tǒng)籌合理，調(diào)遣速度不夠快捷的被動(dòng)局面，吳方成等設(shè)計(jì)了基于 GPS的港口叉車智能管理系統(tǒng)，但是GPS不適合室內(nèi)環(huán)境。

本文設(shè)計(jì)了一套針對(duì)室內(nèi)物流倉(cāng)儲(chǔ)的叉車調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)需要按照倉(cāng)庫(kù)的面積布置相應(yīng)數(shù)量的無(wú)線接入點(diǎn)（Access Point，AP），在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的每輛叉車上安裝智能終端，對(duì)智能終端進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。叉車在移動(dòng)過(guò)程中，電腦端可以顯示當(dāng)前叉車的位置。工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)叉車位置的情況，通過(guò)系統(tǒng)中的語(yǔ)音模塊與叉車工作人員進(jìn)行對(duì)話，完成相應(yīng)的調(diào)度工作。該系統(tǒng)可以提高物流中心對(duì)叉車的管理效率，提高工人工作效率，增加企業(yè)收益。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用客戶端和服務(wù)器端的模式。客服端主要功能是采集Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)并發(fā)送到服務(wù)器端、錄音、發(fā)送、接收和播放音頻消息；服務(wù)器端的功能是存儲(chǔ)發(fā)送過(guò)來(lái)的Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、進(jìn)行實(shí)時(shí)定位顯示、錄音、發(fā)送、接收和播放音頻消息。具體架構(gòu)流程如圖1。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境在裝有win7操作系統(tǒng)的電腦上進(jìn)行，安裝Eclipse和MyEclipse，并配置好JDK和Tomcat。數(shù)據(jù)庫(kù)采用由瑞典MySQL AB 公司開發(fā)的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具是Navicat，它的設(shè)計(jì)符合數(shù)據(jù)庫(kù)管理員、開發(fā)人員及中小企業(yè)的需要。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境如圖2所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 室內(nèi)定位算法

室內(nèi)定位通過(guò)指紋定位的方式實(shí)現(xiàn)定位，其基本原理是利用Wi-Fi信號(hào)在不同位置的差異性，將空間上特定位置的Wi-Fi信號(hào)特征作為該位置的指紋，建立位置-指紋關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，從而通過(guò)指紋比較的方式估計(jì)用戶位置。

指紋定位方法包含兩個(gè)階段：訓(xùn)練階段和定位服務(wù)階段。

訓(xùn)練階段，在所要定位的區(qū)域內(nèi)，設(shè)立若干個(gè)參考點(diǎn)。一個(gè)參考點(diǎn)能建立一個(gè)相對(duì)應(yīng)的Wi-Fi信號(hào)指紋， Wi-Fi信號(hào)指紋是該參考點(diǎn)采集到來(lái)自不同AP發(fā)射過(guò)來(lái)的Wi-Fi信號(hào)的大小的集合。

3.2 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端包含訓(xùn)練模塊，登錄模塊，語(yǔ)音收發(fā)播放模塊，定位服務(wù)模塊。每個(gè)模塊設(shè)計(jì)成一個(gè)Fragment，使用Android Fragment便于對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立控制。具體客戶端的設(shè)計(jì)如圖3。

訓(xùn)練模塊將采集到的參考點(diǎn)位置指紋和位置的編號(hào)采用HTTP的Post方法發(fā)送給服務(wù)器端。該模塊掃描周圍AP時(shí)，頻率設(shè)定為4次/秒，主要用到的方法是ScanWi-Fi，能檢測(cè)出周圍所有AP的物理地址、名稱和信號(hào)強(qiáng)度。掃描完畢后，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，留下來(lái)的數(shù)據(jù)再處理，得到參考點(diǎn)指紋。訓(xùn)練結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的參考點(diǎn)指紋分區(qū)域劃分，用MATLAB處理得到區(qū)域指紋，把區(qū)域指紋存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

登錄模塊主要是方便管理人員知道哪位工作人員在使用叉車。當(dāng)工作人員使用定位服務(wù)時(shí)需要輸入個(gè)人ID，再按一下登錄按鈕，該模塊會(huì)將該員工ID傳輸給服務(wù)器界面，其中個(gè)人ID輸入設(shè)定只允許輸入阿拉伯?dāng)?shù)字。當(dāng)工作人員不使用叉車時(shí)，按一下退出按鈕，整個(gè)客戶端結(jié)束工作。

語(yǔ)音錄制收發(fā)播放模塊，整個(gè)流程如圖1所示。該模塊主要是方便工作人員和管理人員進(jìn)行遠(yuǎn)距離溝通，當(dāng)工作人員需要聯(lián)系管理人員時(shí)，只需按一下客戶端上的錄音按鈕，然后講上一段話，再點(diǎn)擊發(fā)送即可。錄音用到audiorecord類，設(shè)置采樣率為22.05kHz，脈沖編碼調(diào)制每個(gè)采樣點(diǎn)為16位，以wave的格式保存所錄制的音頻。語(yǔ)音錄制完畢，客戶端將語(yǔ)音馬上發(fā)送給服務(wù)器端，發(fā)送用到UDPClient類，考慮到手機(jī)端性能和UDP數(shù)據(jù)包允許的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，將語(yǔ)音數(shù)據(jù)包分成若干份并以每50毫秒發(fā)送30K數(shù)據(jù)的速度發(fā)送。當(dāng)管理人員需要聯(lián)系工作人員時(shí)會(huì)發(fā)送過(guò)來(lái)一段語(yǔ)音，客戶端會(huì)接受這段語(yǔ)音并播放。這時(shí)需要客戶端一直等待接收服務(wù)端發(fā)送過(guò)來(lái)的語(yǔ)音，接收語(yǔ)音用到UDPServer類，接收到的數(shù)據(jù)同樣以wave的格式保存，并以接收到語(yǔ)音的時(shí)間戳命名該音頻的名稱。對(duì)接收到的語(yǔ)音，客戶端會(huì)調(diào)用playVoice類進(jìn)行解碼播放。

定位服務(wù)模塊將客戶端的IP地址和待定位位置的待測(cè)指紋封裝成XML格式，發(fā)送給服務(wù)器端，其中發(fā)送數(shù)據(jù)和掃描AP的頻率為每秒一次。服務(wù)器端則將待測(cè)指紋和數(shù)據(jù)庫(kù)中的區(qū)域指紋進(jìn)行匹配計(jì)算，并顯示在服務(wù)器端的界面上。

3.3 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端分成web端、數(shù)據(jù)庫(kù)和java顯示界面端三大模塊。

Web端功能是將客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)參考點(diǎn)編號(hào)和指紋數(shù)據(jù)解析并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)前，Web端中Servlet會(huì)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中位置編號(hào)是否已經(jīng)存在，若存在則會(huì)自動(dòng)覆蓋原有該位置編號(hào)的參考點(diǎn)指紋。另外一個(gè)功能則是完成客戶端發(fā)來(lái)定位的post請(qǐng)求，通過(guò)發(fā)送過(guò)來(lái)的待測(cè)指紋與數(shù)據(jù)庫(kù)中的區(qū)域指紋進(jìn)行對(duì)比，利用確定法計(jì)算出待測(cè)指紋在哪個(gè)區(qū)域，最后將計(jì)算得到的區(qū)域編號(hào)和客戶端的IP地址封裝成XML格式發(fā)送給java顯示界面端。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用版本號(hào)為5.6.24的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)。用Navicat工具建立mydata和finggerrssi兩張表格，分別存儲(chǔ)參考點(diǎn)指紋和區(qū)域指紋相關(guān)的信息。其中mydata表格的信息包含參考點(diǎn)位置編號(hào)和參考點(diǎn)指紋，finggerrssi表格的信息包含區(qū)域位置編號(hào)和區(qū)域指紋。

java顯示界面端模塊分為位置顯示、語(yǔ)音收發(fā)播放、登錄消息和語(yǔ)音消息提示顯示這三個(gè)子模塊，總體布局采用絕對(duì)布局。

位置顯示子模塊主要功能是顯示客戶端在工作區(qū)域的位置。該模塊通過(guò)解析web端發(fā)送過(guò)來(lái)的XML信息，判斷消息來(lái)自哪個(gè)客戶端，顯示相對(duì)應(yīng)客戶端的位置。

語(yǔ)音錄制收發(fā)播放子模塊，功能和客戶端類似，其中接收語(yǔ)音部分和客戶端原理一樣。錄音用到實(shí)現(xiàn)Runnable的Capture類，采樣率為44.1kHZ，聲道采用單聲道。發(fā)送語(yǔ)音部分用到UDPClient類，將語(yǔ)音信息廣播給客戶端。該模塊接收語(yǔ)音后，播放語(yǔ)音部分會(huì)立即解碼播放，用到playSounds類，該類和客戶端那個(gè)解碼播放類不同。

登錄消息和語(yǔ)音消息提示顯示子模塊主要是方便管理人員了解工作人員登錄和語(yǔ)音發(fā)送情況。其功能是顯示客戶端發(fā)來(lái)的登錄消息，消息格式是員工+員工ID+開始作業(yè)。還有是當(dāng)客戶端發(fā)來(lái)一段語(yǔ)音時(shí)，該模塊會(huì)以員工+員工ID+作業(yè)中+該員工發(fā)來(lái)一段語(yǔ)音的格式顯示信息。

4 系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是在本校4號(hào)教學(xué)樓4401實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室布置6個(gè)固定AP，AP型號(hào)是TL-WR886N，設(shè)置其信道為6。參考點(diǎn)采用網(wǎng)格布局的方式，每隔0.5米設(shè)置一個(gè)參考點(diǎn)，總共選取了24個(gè)參考點(diǎn)，并將24個(gè)參考點(diǎn)劃分成4個(gè)區(qū)域。用華為m2-801w以每秒4次在實(shí)驗(yàn)室采集參考點(diǎn)指紋數(shù)據(jù)，每個(gè)參考點(diǎn)采集400次。建立完Wi-Fi指紋數(shù)據(jù)庫(kù)后，對(duì)兩部Android版本為5.1.1的華為m2-801w進(jìn)行定位，可以在電腦端觀察兩個(gè)客戶端顯示位置，如圖4所示。測(cè)試語(yǔ)音通信性能，華為m2-801w和電腦端在定位同時(shí)能進(jìn)行語(yǔ)音地相互傳送，電腦端的語(yǔ)音可以傳送到兩個(gè)手機(jī)端，兩個(gè)手機(jī)端都能直接把語(yǔ)音播放出來(lái)；手機(jī)端發(fā)送的語(yǔ)音，電腦端也能收到并播放出來(lái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Android平臺(tái)的物流倉(cāng)儲(chǔ)叉車調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合了室內(nèi)定位技術(shù)和語(yǔ)音通信技術(shù)，具有實(shí)時(shí)定位和語(yǔ)音對(duì)講的功能，還具有安裝方便、操作簡(jiǎn)單、系統(tǒng)布署快捷等特點(diǎn)。此外系統(tǒng)采用已經(jīng)普及的Wi-Fi設(shè)備和Android設(shè)備，成本比較低，同時(shí)Android設(shè)備所使用的系統(tǒng)具有開源等特點(diǎn)。今后，可以結(jié)合其他傳感器技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高終端精度，同時(shí)還可以增加視頻對(duì)講功能來(lái)進(jìn)一步提高系統(tǒng)可用性。

（通信作者：方朝曦）

參考文獻(xiàn)

[1]王建維，謝勇，吳計(jì)生.基于RFID的數(shù)字化倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物流技術(shù)，2009，28（04）：130-132.

[2]王成林，花龍雪.某樓層庫(kù)叉車調(diào)度問(wèn)題研究[J].物流技術(shù)：裝備版，2014（08）：90-95.

[3]吳方成.基于GPS的港口叉車智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘇州：蘇州大學(xué)， 2013.

[4]楊崢，吳陳沭，劉云浩.位置計(jì)算：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位與可定位性[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014，118-119.

[5]周生亮.基于接收信號(hào)強(qiáng)度的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].武漢：華中科技，2015.

[6]He S，Chan S H G.Wi-Fi fingerprint-based indoor positioning：Recent advances and comparisons[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials， 2016，18（01）：466-490.

作者簡(jiǎn)介

龐澤平（1991-），男，碩士研究生在讀，主要研究方向?yàn)槲锪餍畔⒓夹g(shù)。

方朝曦（1982-），男，博士學(xué)歷。現(xiàn)為浙江萬(wàn)里學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)學(xué)院教授。主要研究方向?yàn)闊o(wú)線通信。

李國(guó)勝（1976-），男，碩士學(xué)位。現(xiàn)為浙江萬(wàn)里學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

作者單位

浙江萬(wàn)里學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)學(xué)院 浙江省寧波市 315100