倉庫物品定位方法研究

車春立，張 宏，邵 壯，蔣遂平

（北京計算機技術及應用研究所 物聯網事業部，北京 100854）

0 引 言

倉儲管理是企事業單位的一項重要工作，它需要為管理人員實時提供企事業單位擁有的物資或物品的數目和位置，需要耗費企事業單位相當大一部分人力和物力。因此，提高倉庫管理效率對于企事業單位而言非常重要。

射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）技術具有快速識別、遠距離識別、多目標識別和非視線識別等優點，被廣泛應用于倉儲物流行業[1]。在物品上安裝標識物品的標簽后，可利用手持式射頻識別讀寫器識別物品標簽，快速、準確地統計倉庫中擁有的物品數量[2]。如果將射頻識別讀寫器安裝在可以移動的機器人上，還可以節省盤點倉庫物品所需的人力。

利用射頻識別技術雖然可以快速、準確地統計倉庫中擁有的物品數量，但仍未獲取物品所處貨位的信息。因此，在利用RFID進行物品識別的同時，還提出了多種基于射頻識別的定位算法，并開發了相應的實時定位系統。

目前，主流的室內定位技術有藍牙、UWB、WiFi、ZigBee、超聲波、RFID等[3]，在這些定位技術中，無源RFID技術相比其他技術而言，具有成本低、部署簡單、安全隱患小等特點，非常適合倉儲管理。

Alarifi A等人設計了一套聚合方法。該方法通過構建點位完成系統定位，利用漸進的迭代算法使數據逐漸向真實情況靠攏，但計算量大，計算時間長[4]。

Bok K等人采用LANDMARC的有源RFID標簽定位方法[5]，在室內部署若干讀寫器作為基站，之后在室內固定的點位布置RFID標簽作為參考標簽。讀寫器在工作時能夠獲取各待定位標簽和參考標簽的RSSI值，并以此確定待定位標簽的最鄰近參考標簽，采用權重質心法計算待定位標簽的位置。由于該方法可以采用無源RFID標簽替代有源RFID標簽，且優化空間大，因此成為近年來RFID定位研究的熱點之一。

高進等人對VIRE算法進行了改進，該算法借助參考標簽的位置及RSSI信息通過線性插值引入虛擬參考標簽，通過增加參考標簽數量來提升LANDMARC定位精度[6]。文獻[7]采用BP-VIRE神經網絡提升用RSSI估計距離的精度，進而提升定位精度。文獻[8]中的ABC-BP神經網絡將BP神經網絡輔助以人工蜂群算法，實現了定位精度的進一步優化。文獻[9]提出的Tagoram系統采用差分增強全息圖方法，將RFID定位精度提升至厘米級。

上述RFID定位方法通過多種方式對參考標簽和待定位標簽的反射特性進行分析，確定RFID標簽的絕對位置，但由于RFID標簽反射信號易受遮擋和反射的影響，在貨架林立的倉庫環境中定位精度并不理想。此外，在倉儲管理實踐中，通常并不需要知道物品（標簽）在貨架中的絕對位置，只需要知道相對位置即可。因此，本文提出了一種移動式讀寫器定位附著有無源RFID標簽貨物的方法。在該方法中，移動式讀寫器按照設定路線依次經過各貨架正前方，在各貨架正前方采集貨架標簽和物品標簽的標簽數據及反射信號的RSSI，并經運算處理得到各物品在貨架的貨位，實現倉儲定位。本文提出的方法相比上述RFID定位方案具有部署靈活簡單、適用性強等特點，且定位精度能夠滿足實際倉儲管理的要求。

1 方法描述

1.1 系統組成

本文設計了一種利用射頻識別定位倉儲貨架物品的系統，系統包括貨架、貨架標簽、物品標簽、移動式讀寫器等，系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成

系統各部分的作用如下。

（1）貨架用于擺放物品。

（2）貨架標簽安裝在貨架貨位的邊框上，用于標識邊框鄰接的2個貨位；貨架標簽可以采用符合ISO/IEC 18000-6C/63或其他標準的不帶電池的無源超高頻射頻識別標簽，標簽電子物品編碼（EPC）存儲區的容量不小于96位；在圖1中，貨架標簽的編號為1～12。

（3）物品標簽安裝在物品上，用于標識物品；物品標簽可以采用符合ISO/IEC 18000-6C/63或其他標準的不帶電池的無源超高頻射頻識別標簽，標簽的電子物品編碼（EPC）存儲區的容量不小于96位；在圖1中，物品標簽的編號為13～ 16。

（4）移動式讀寫器用于識別貨架標簽和物品標簽，讀寫器可以采用符合ISO/IEC 18000-6C/63或其他標準的超高頻射頻識別讀寫器，將讀寫器安裝在推車上或安裝在可以移動的機器人上。

1.2 系統工作流程

定位倉儲貨架物品的步驟：

（1）貨架標簽安裝：在貨架貨位邊框上安裝貨架標簽，貨架標簽中存儲貨架標簽所在邊框的相鄰2個貨位的編號；貨位編號可以存儲在標簽的電子物品編碼（EPC）存儲區中，一個貨位編號占48位，包括貨架編號、貨位行號、貨位列號等信息。

（2）物品標簽安裝：在物品上安裝標識物品的標簽；物品標簽中存儲的內容根據應用的需要確定，為快速識別，物品編碼可以存儲在標簽的電子物品編碼（EPC）存儲區中。

（3）物品定位：移動式讀寫器識別貨架標簽和物品標簽時，按照預先根據環境配置好的導航信息，移動式讀寫器移動到正對各貨架處識讀相應的物品標簽和貨架標簽，根據貨架標簽返回的貨位數據、返回的信號強度及物品標簽返回的信號強度，計算物品標簽所在貨位。移動式讀寫器在某個位置識別物品標簽和貨架標簽時，除記錄物品標簽和貨架標簽返回的電子物品編碼（EPC）信息外，還記錄物品標簽和貨架標簽返回的信號強度RSSI。由于RSSI通常為負值，為計算方便，對RSSI進行修正后再參與計算。修正后的RSSI越大，表示信號強度越大。

當物品標簽p位于貨架貨位q時，RSSIsq和RSSIp都較大，因此Vpq較大；當物品標簽p不位于貨架貨位q時，RSSIsq和RSSIp都較小，因此Vpq較小。

對于貨架貨位q，如果有N個物品，且Vpiq是Vp1q, Vp2q, ...,VpNq中的最大值（1≤i≤N），則判定物品標簽pi在貨架貨位q。

2 實 驗

為驗證系統中貨架物品標簽定位的方法，利用圖1環境進行了試驗，在貨架的框架上安裝了12個標簽作為貨架標簽，用于對4個貨位進行投票表決。在4個貨位上分別放置1個標簽，作為物品標簽。標簽芯片采用Impinj的Monza-5，其符合ISO/IEC 18000-6C標準，EPC區為96 B，TID區為64 B。讀寫器采用Impinj R 2000。

實驗時，移動式讀寫器根據預設的導航信息運動到各貨位的位置，盤點標簽，獲得各標簽的EPC區數據和RSSI。表1所列為移動式讀寫器在各貨位多次盤點時，其中3次得到的標簽RSSI數據，其中“-”表示未接收到標簽的RSSI，相應物品標簽屬于某個貨位的可能性Vpq見表2所列。由于實驗中的讀寫器靈敏度為-80 dBm，因此基準值B選取為80 dBm。

表1 讀寫器天線在不同貨位盤點標簽時得到的部分RSSI值

表2 物品標簽屬于某個貨位的可能性Vpq

從表2可以看出，讀寫器天線位于16號標簽所在貨位時，16號標簽的Vpq均為最大，可以判斷貼有16號標簽的物品位于左上貨位；讀寫器天線位于13號、14號和15號標簽所在貨位時，相應的13號、14號和15號標簽的Vpq均為最大，可以判斷貼有13號、14號、和15號標簽的物品分別位于右上、右下、左下貨位。

在各貨位各進行100次實驗，得到標簽RSSI值的統計結果見表3所列。從表3可以看出，在指定貨位物品的Vpq明顯大于不在指定貨位物品的Vpq，說明本文方法具有較高的容錯率，實驗中，物品貨位定位的準確率為100%。由此證明，本文方法有效。

表3 物品標簽屬于某個貨位的可能性Vpq的統計

3 結 語

本文提出了一種基于射頻識別的倉庫物品定位方法，在獲取倉庫中物品數量的同時，還能快速、準確地獲取物品所在貨架貨位這一關鍵位置信息，減少了物品查找的時間，提高了倉庫管理效率，在智能倉庫的建設中能充分發揮射頻識別技術的重要作用。