基于重量傳感器技術(shù)的無人值守倉

杜永慶，邢普學(xué)，丁巍

（安徽送變電工程有限公司，安徽合肥 230601）

智能電網(wǎng)主要由發(fā)電、變電、配電、輸電、調(diào)度、用電幾部分組成。智能電網(wǎng)在建設(shè)中需要大量物資作為后勤保障，這些大量物資都需要集中存放在電力建設(shè)貨物倉庫中。當(dāng)前各種不同的圖像監(jiān)控、溫度控制系統(tǒng)、火情預(yù)警、照明和消防設(shè)備都逐漸替代了人力，無人值守倉庫的出現(xiàn)節(jié)約了大量的人力。文中依據(jù)重量傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了一套無人值守倉儲(chǔ)系統(tǒng)，其主要技術(shù)依據(jù)有人臉識(shí)別技術(shù)、重力傳感器技術(shù)以及智能AI 技術(shù)。

1 技術(shù)背景

1.1 手動(dòng)稱重的局限

1.1.1 信息閉塞

電力公司在管理部門間的通信情況會(huì)存在信息封閉的現(xiàn)象，除了部分需要人工填寫的登記單、報(bào)表外，無需別的相關(guān)記錄，這使得部門之間的信息無法集中同步傳遞，造成信息不及時(shí)現(xiàn)象，從而影響管理過程中的整體一致[1-2]。

1.1.2 效率不高

在傳統(tǒng)的稱重過程中，車輛在進(jìn)出庫的時(shí)間內(nèi)司機(jī)需要完成簽單工作,而工作人員進(jìn)行登記、錄入車輛信息等步驟后才能進(jìn)行稱重,整個(gè)流程繁雜,需要耗費(fèi)較多的人力物力資源,且效率不高[3]。此外,由于是人工參與，所以數(shù)據(jù)方面都需要手錄，則一方面，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤；另一方面，如果數(shù)據(jù)久遠(yuǎn)，難以查找，準(zhǔn)確性就大大降低[4-7]。

1.2 無人值守倉意義

無人值守系統(tǒng)運(yùn)用智能AI 來完成的自動(dòng)辨識(shí)，在非人工稱重中，過程完全自動(dòng)化，不需人工操控，可以除去人為原因，使工作效率上升，也增強(qiáng)了信息收集的時(shí)效性及準(zhǔn)確性。總體來說，有以下意義：

1.2.1 電力公司管理信息化

將信息收集、處理，通過互聯(lián)網(wǎng)來運(yùn)作，改變以往的手動(dòng)工作流程,可以增加公司各部門間信息管理的一致性和完整性。實(shí)現(xiàn)電力公司信息化管理，也增加了收集、統(tǒng)計(jì)整理數(shù)據(jù)的方便性[8]。

1.2.2 提高效率和信息采集準(zhǔn)確性

實(shí)行智能AI 標(biāo)簽自動(dòng)化以后，非人工稱重可以使工作效率大大增加，減少稱重耗時(shí)，增強(qiáng)了收集車輛信息和稱重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確度[9]。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)最早出現(xiàn)在20 世紀(jì)60 年代，而發(fā)展至今，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速普及也使人臉識(shí)別技術(shù)的功能性變得更加強(qiáng)大。目前，效果非常出色的一些人臉識(shí)別技術(shù)基本都可以通過深度學(xué)習(xí)框架來實(shí)現(xiàn)，這些方法都可以按照預(yù)先的設(shè)定將人臉的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，并且按照尺寸要求進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)位置計(jì)算。而人臉的配準(zhǔn)算法本身可以固定計(jì)算量，且相比于人臉檢測或人臉特征提取，識(shí)別算法的計(jì)算量和耗時(shí)更低。近年來深度學(xué)習(xí)方法也基本涵蓋了人臉特征算法，這些算法可以固定市場，發(fā)揮了生物特征識(shí)別應(yīng)用的趨勢，標(biāo)志著從弱人工智能向強(qiáng)人工智能的轉(zhuǎn)變[9-10]。

人臉識(shí)別的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在人的特征比較固定，無論是人還是其他個(gè)體在進(jìn)行識(shí)別的過程中都具有不同的生物特征。以人臉比對(duì)過程來看，人臉比對(duì)算法的輸入過程本身就是提取人臉特征的過程，將臉部之間的相似度進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證過程基于人臉比對(duì)的基礎(chǔ)策略來實(shí)現(xiàn)。相比于熟悉的指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別過程，人臉識(shí)別的主要優(yōu)勢在于自然性明顯，可以直接通過生物特征來區(qū)別個(gè)體。

人臉識(shí)別技術(shù)的另一項(xiàng)優(yōu)勢在于并不會(huì)引起人們“作弊”，原因在于識(shí)別方式本身是利用可見光獲取圖像信息的，虹膜識(shí)別和指紋都有紅外線采集過程，這些方法進(jìn)行“作弊”的可能性更高。具體來看，人臉識(shí)別通過序列算法輸入信息，將相似度和閾值的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行排序后再得出結(jié)果。

2.2 數(shù)據(jù)庫建立

遵循某電力公司實(shí)際狀況和前文提到的模型設(shè)計(jì)可以看出，某電力公司在數(shù)據(jù)庫中仍要使用數(shù)據(jù)字典、流程圖和E-R 圖數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來定義。

2.2.1 數(shù)據(jù)字典卡片邏輯定義

在目前的數(shù)據(jù)字典當(dāng)中，可以借助數(shù)據(jù)庫相關(guān)的卡片方案來描述系統(tǒng)中涉及到的數(shù)據(jù)信息。如果數(shù)據(jù)復(fù)雜程度較高，那么可以將多個(gè)卡片進(jìn)行組合分析，從而將其進(jìn)行更加準(zhǔn)確的定義和描述。這里涉及到的卡片類型包括數(shù)量卡片、清單卡片、單位名稱卡片、權(quán)限卡片等，不同的卡片對(duì)應(yīng)著不同的元素特征。其主要目的是，根據(jù)倉庫內(nèi)貨物質(zhì)量的不同來對(duì)倉庫產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)分。圖1 為一部分卡片的設(shè)計(jì)圖示。

圖1 數(shù)據(jù)字典卡片

2.2.2 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)庫中卡片邏輯的定義，開展數(shù)據(jù)庫最初的基本作業(yè)。根據(jù)已經(jīng)完成的E-R 圖來判斷智能AI 系統(tǒng)中需要注意的單元管理，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)圖[11-16]如圖2、3 所示。

圖2 入庫E-R圖

編輯好全部的數(shù)據(jù)類型以后，利用編程軟件，完成數(shù)據(jù)化模型到數(shù)據(jù)庫管理識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。若轉(zhuǎn)化中觸及到計(jì)算機(jī)語言的設(shè)計(jì)，可回顧上文，在某電力公司RIFD 的內(nèi)部系統(tǒng)，已制定的數(shù)據(jù)典籍和E-R 模型數(shù)據(jù)需要計(jì)算機(jī)語言攝入，才可以達(dá)到程序的功能運(yùn)作。

圖3 需求單位E-R圖

所以在E-R 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖當(dāng)中，放在第一位的是完成需求單位表的邏輯翻譯，對(duì)5 個(gè)母單元開展設(shè)計(jì)，如圖4 所示。

圖4 出庫E-R圖

3 流程分析

3.1 入庫流程

入庫和出庫是電力公司日常的主要流程任務(wù)，經(jīng)過日常業(yè)務(wù)的流程判斷，確切找出作業(yè)和糧庫業(yè)務(wù)系統(tǒng)的相交點(diǎn)；與此同時(shí)，還可以將作業(yè)系統(tǒng)中需要完成的功能進(jìn)行提取。

入庫的步驟，第一步：報(bào)崗，再檢查有無合同，若無合同就再次報(bào)崗；第二步：結(jié)束報(bào)崗，登記稱重作業(yè)以及制定計(jì)劃，做完以后，在稱重處等待系統(tǒng)自動(dòng)稱重；第三步：到特定的裝貨地點(diǎn)，并到稱重處重新稱載重物重量，并自動(dòng)登記；第四步：完成兩次稱重后，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄貨物的凈重貨量，這就是入庫的流程。

3.2 出庫流程

出庫的步驟，第一步：報(bào)崗，檢查有無合同，并且進(jìn)行對(duì)應(yīng)的人臉識(shí)別，驗(yàn)證人證的一致性；第二步：無人值守倉自動(dòng)門打開，倉儲(chǔ)人員進(jìn)入無人值守倉，隨后無人值守倉倉門自動(dòng)關(guān)閉；第三步：到特定的裝貨地點(diǎn)存取貨物，并自動(dòng)登記；第四步：存取完成后，進(jìn)行驗(yàn)證，如果存取貨物與合同一致則無人值守倉自動(dòng)門打開，倉儲(chǔ)人員離去；否則，紅燈亮起進(jìn)行警報(bào)，重新進(jìn)行存儲(chǔ)操作。

最終確認(rèn)在存儲(chǔ)倉的自動(dòng)電子屏上完成，在界面的中心有設(shè)備狀態(tài)以及視頻監(jiān)控影像。每當(dāng)存取貨物時(shí)，設(shè)備狀態(tài)的標(biāo)志會(huì)隨著狀態(tài)及時(shí)變化。例如：當(dāng)存取智能電表，數(shù)量有誤時(shí)，指示燈的紅燈會(huì)亮起，對(duì)于倉儲(chǔ)人員進(jìn)行相關(guān)警報(bào)，如果3 次均出現(xiàn)差錯(cuò)，則通知上級(jí)系統(tǒng)，進(jìn)行人工探查。這就方便了在無人看守倉庫的情況下，也可以隨時(shí)抓拍監(jiān)測倉庫情況。具體流程如圖5 所示。

圖5 貨物存取流程圖

3.3 現(xiàn)場操控

倉儲(chǔ)人員去無人值守倉存取物資，首先，要得到相應(yīng)的批準(zhǔn)，然后，在倉門處接收人臉識(shí)別的檢測，如果檢測與許可證一致，則無人值守倉庫門自動(dòng)打開，如圖6 所示。

圖6 無人值守倉門

進(jìn)入倉庫后，倉儲(chǔ)人員按照要求存取貨物，系統(tǒng)根據(jù)貨物減少的質(zhì)量，計(jì)算最終倉儲(chǔ)人員取貨是否正確，如圖7 所示。

圖7 無人值守倉貨物架

倉儲(chǔ)人員取貨之后，去電子屏處確認(rèn)，如果取貨與貨物單一致，則電子門打開，取貨完成；如果貨物單與取貨不一致，則亮燈警報(bào)，對(duì)于倉儲(chǔ)人員進(jìn)行提示。

4 結(jié)論

文中從倉庫流程的弊端著手，引出新的無人值守倉理論概念，根據(jù)新的理論彌補(bǔ)舊流程的不足來設(shè)計(jì)構(gòu)思新的數(shù)據(jù)倉庫，再重新說明出庫步驟，最終完成實(shí)際出庫。文中所設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以有效地將無人值守倉的監(jiān)測速度提高3 s，準(zhǔn)確性達(dá)到98%左右，說明設(shè)計(jì)有效。但文中研究也有成本和時(shí)間方面的局限性，所以，只完成了實(shí)現(xiàn)無人值守時(shí)倉庫監(jiān)控的基本流程，對(duì)于系統(tǒng)如何識(shí)別等質(zhì)量物品，以次充好的問題并沒有進(jìn)行設(shè)計(jì)和討論，等待以后可以繼續(xù)調(diào)研設(shè)計(jì)。