基于數(shù)據(jù)分析WMS物聯(lián)網(wǎng)藍牙室內(nèi)定位研究

商玉林

摘要：為了更好地完成倉儲管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入，保證倉儲貨物位置信息準確性，本文提出基于數(shù)據(jù)分析的藍牙室內(nèi)定位技術(shù)，將定位技術(shù)集成應用于PDA設備，快速定位錄入位置信息，大大提高倉儲效率。首先通過手機模擬獲取不同距離范圍多個藍牙信標隨時間序列變化的RSSI信號數(shù)據(jù)，由信號距離轉(zhuǎn)換公式得出RSSI信號對應的計算距離；再采用高斯擬合閾值剔除方法剔除異常值，使用測距誤差修正法得出修正一次變量和常數(shù)變量參數(shù)，修正計算距離，通過數(shù)據(jù)分析保證計算距離精確性；最后由加權(quán)質(zhì)心定位算法求得定位坐標。本文采用藍牙室內(nèi)定位，成本低廉易于布置，應用價值高，推進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于倉儲管理系統(tǒng)，為后續(xù)倉儲數(shù)據(jù)智能戰(zhàn)略奠定一定基礎。

Abstract： In order to better complete the data entry of the warehouse management system and ensure the accuracy of the location information of the warehouse goods， this paper proposes a Bluetooth indoor positioning technology based on data analysis， integrates the positioning technology into the PDA equipment to quickly locate the location information and greatly improve the storage efficiency. Firstly， the RSSI signal data of multiple Bluetooth beacons changing with time series in different distance ranges is obtained by mobile phone simulation. The calculation distance corresponding to the RSSI signal is obtained by the signal distance conversion formula. Then the Gaussian fitting threshold culling method is used to eliminate the outliers. The error correction method is used to obtain the correction of the primary variable and the constant variable parameter， correct the calculation distance and ensure the accuracy of the calculation distance through data analysis. Finally， the weighted centroid localization algorithm is used to obtain the localization coordinate. This paper adopts Bluetooth indoor positioning， which has low cost， easy layout and high application value， promotes the application of Internet of Things technology to the warehouse management system， and lays a foundation for the subsequent warehousing data intelligence strategy.

關(guān)鍵詞：倉儲管理系統(tǒng)；藍牙室內(nèi)定位；測距誤差修正；數(shù)據(jù)分析；加權(quán)質(zhì)心定位

Key words： warehouse management system；Bluetooth indoor positioning；ranging error correction；data analysis；weighted centroid localization

中圖分類號：TN919.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0246-04

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)契合的AI時代驅(qū)動下，物聯(lián)網(wǎng)自動化技術(shù)要求越來越高，在整個供應鏈中起承上啟下作用[1]，協(xié)調(diào)生產(chǎn)和消費的重要協(xié)調(diào)機制倉儲管理系統(tǒng)有了更高的要求。現(xiàn)階段通過手工給倉儲貨物編號，PDA錄入貨物編號獲取位置等數(shù)據(jù)信息，效率相對傳統(tǒng)貨物信息存儲有所提高，但已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)交織時代的需求。物流技術(shù)的興起，存取貨物要求高效且保證貨物信息質(zhì)量，手工編號存入效率低、自動化程度不高，并且需要不定周期盤庫作業(yè)，以此保證貨物信息數(shù)據(jù)與質(zhì)量安全要求。GPS定位技術(shù)針對倉儲貨物位置定位誤差較大，且倉儲大多室內(nèi)進行作業(yè)，方便集成應用于手機定位的GPS技術(shù)不能滿足該場景要求。目前有學者和相關(guān)文獻做了RFID射頻識別、超聲波定位等室內(nèi)定位技術(shù)研究，定位精度較高，但是其部署難度系數(shù)較大，成本較高，不易于施展與普及，為了提高倉儲管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入效率，保證倉儲貨物位置信息以及質(zhì)量安全等數(shù)據(jù)信息的準確性，同時技術(shù)能集成應用于終端設備易于普及，倉儲管理系統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)研究有著極大的意義。

1 關(guān)鍵技術(shù)

基于數(shù)據(jù)分析的藍牙室內(nèi)定位技術(shù)，結(jié)合RFID室內(nèi)定位技術(shù)[2]、測距與非測距的定位算法，以及射頻識別動態(tài)定位方法[3]與較高精度RFID室內(nèi)定位算法，在RSSI修正的近三角形加權(quán)質(zhì)心定位算法[4]的基礎上，利用加權(quán)質(zhì)心定位算法，結(jié)合高斯擬合均值計算，優(yōu)化算法，使得定位精度較優(yōu)。交互數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計[5]，將數(shù)據(jù)分析結(jié)合藍牙室內(nèi)定位技術(shù)應用于倉儲管理系統(tǒng)，定位精度與方法得到進一步優(yōu)化，同時為供應鏈帶來一些增值服務，隱藏著極大發(fā)展契機。

物聯(lián)網(wǎng)藍牙室內(nèi)定位技術(shù)應用于倉儲管理系統(tǒng)，集成于PDA設備，實時錄入定位，大大提高數(shù)據(jù)錄入效率，貨物位置準確性也有所提高。該定位技術(shù)相對于其他如RFID射頻識別、超聲波定位等技術(shù)相比，成本低廉，易于布置，便于施展，應用價值高。可更好的推進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于倉儲管理系統(tǒng)，為風控等數(shù)據(jù)智能戰(zhàn)略奠定一定基礎。

2 倉儲管理系統(tǒng)藍牙室內(nèi)定位

2.1 藍牙室內(nèi)定位應用于倉儲管理系統(tǒng)分析

倉儲管理系統(tǒng)主要包括出入庫、盤庫、分揀配貨等業(yè)務操作[6]，目前大多倉庫所使用倉儲管理系統(tǒng)貨物錄入使用PDA掃描RFID標簽或其他標簽入貨物信息。貨物存放依靠某一計入方式確定貨物大致所在位置，此方式會出現(xiàn)像計入錯誤等紕漏，同時耗費人力，需較小周期定期盤庫確認貨物信息。

藍牙定位可植入PDA，利用PDA定位所在位置，快速錄入貨物信息，定位信息準確度高。另可直接根據(jù)貨物體型快速歸類掃碼錄入，大大提高貨物信息錄入效率與準確率，位置準確度高，貨物倉儲可靠性提高，可延長盤庫周期。倉儲貨物遺失風險度降低，倉庫倉儲質(zhì)量提高，倉庫信用以及風險評估正面因子比重也會有所提高，對整個供應鏈帶來積極效益。同時也推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于倉儲管理系統(tǒng)，有利于推進智能倉儲發(fā)展，對后期更深層次推動倉儲業(yè)務有極大意義。

2.2 藍牙室內(nèi)定位數(shù)據(jù)準備

為方便數(shù)據(jù)采集以及對定位方案的準確性以及可行性進行驗證，操作手機獲取數(shù)據(jù)完成室內(nèi)定位實驗。將藍牙信標部署在倉庫周邊的立柱上，記錄信標的mac地址和坐標。手機開啟藍牙功能，即可檢測到附近的信標，包括mac地址和RSSI信號。

定位計算建立相對坐標系，確定藍牙信標相對坐標位置。

采集到一段時間各個藍牙信標信號數(shù)據(jù)如表2。

類似數(shù)據(jù)取得測量距離1米到8米不等，每個距離范圍不同的時間，接收到不同藍牙信標的rssi信號數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分布圖如圖1。

由于噪聲、障礙物以及測量等不確定因素的影響，rssi信號值波動較大，由于rssi對藍牙定位距離直接影響，其數(shù)據(jù)值波動較大，對定位影響很大，需要對數(shù)據(jù)異常值剔除等進一步處理，再進行定位計算。

2.3 藍牙室內(nèi)定位模型構(gòu)建

基于RSSI（Received Signal Strength Indication）信號定位距離轉(zhuǎn)換公式：

其中，d為距離，單位是m，rssi為rssi信號強度，值為負數(shù)。A為距離探測設備1m時的rssi值的絕對值，最佳范圍在45-49之間。n為環(huán)境衰減因子，需要測試矯正，最佳范圍在3.25-4.5之間。這里取A值為最佳范圍上下限值的平均值，即：

衰減因子n的確定，取其中一個藍牙新標確定距離一定時間段的一組rssi信號值，距離為D，對一組rssi值進行均值處理，此時在信號距離轉(zhuǎn)換公式中唯一未知變量為衰減因子n。

為保證環(huán)境衰減因子系數(shù)的穩(wěn)定性和準確性，測量取得多個藍牙信標的rssi信號值計算，藍牙信標廠商以及發(fā)射信號功率等參數(shù)統(tǒng)一。計算得多個藍牙信標所對應的衰減因子nk。

對各個藍牙信標所得的衰減因子均值計算得到該室內(nèi)環(huán)境信號距離換算的最終衰減因子n。

判定該衰減因子的可靠性，其值是否在最佳取值范圍內(nèi)，如在則取所求衰減因子值，如不在則取對應的超出合理區(qū)間的上下限值。

計算所得的衰減因子可能存在異常值，采用高斯擬合閾值剔除方法剔除異常值，同理，為保證數(shù)據(jù)可靠性，對藍牙信標所采集到的rssi信號數(shù)據(jù)篩選。接收信號的物體移動具有連續(xù)性，使用卡爾曼濾波方法可進一步提高位置計算精度。確定了衰減因子n，可計算求得計算距離，采用測距誤差修正法對求得的計算距離進一步修正，提高可靠性。

假設所測得的實際距離與計算得到的距離產(chǎn)生的誤差為ω（d）：

其中，α與ξ分別為測距誤差ω（d）的一次誤差系數(shù)和常數(shù)誤差系數(shù)。

3 求解與分析

距離范圍在1到2米之間契合度較高，修正后計算距離的分布情況相對修正前距離差值明顯減小，在部分距離范圍的的差值仍然較大，以此迭代計算，結(jié)果更優(yōu)。計算距離契合度在不同的距離范圍內(nèi)有明顯差異，根據(jù)實際應用情況適當增減藍牙信標，針對不同距離范圍分段計算，提高計算距離精度，再結(jié)合定位計算方法，達到更好的定位效果。

4 結(jié)語

藍牙室內(nèi)定位技術(shù)應用于倉儲管理系統(tǒng)，通過結(jié)果計算與數(shù)據(jù)分析更好驗證其方案可行性，迭代計算保證定位效果，且易于布置設置，成本低廉，實施可行性高，為推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更好的應用于倉儲管理系統(tǒng)起到很好地促進作用。上述實驗結(jié)果圍繞二維截面[8]展開，適用于類似鋼廠類的倉儲管理系統(tǒng)，在第三空間維度要求不高。它存在一定定位誤差，但是實際應用中相對物件考慮可忽略其誤差。該定位方案不斷迭代計算可達到更好的計算結(jié)果，進一步研究應用于三維空間，其利用價值更高，應用于企業(yè)也會提升企業(yè)競爭力，具有一定應用價值。其應用價值可以給物聯(lián)網(wǎng)智能化帶來一定質(zhì)與量的躍升[9]。

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