基于物联网技术的智能仓库管理系统

杨乐

摘要：为了提高仓库物品的智能化管理，该文提出一个基于物联网技术的智能仓库管理系统解决方案，对系统的体系结构、实现的技术原理、硬件组成、软件架构和系统功能做了介绍。分析了RFID感应物品后的处理逻辑、创造性的将视频抓拍技术和RFID相结合，实现仓库物品的智能化管理。

关键词：物联网技术；RFID技术；视频监控

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）23-5508-05

1 物联网概述

物联网的概念正式提出是在《ITU互联网报告2005：物联网》文件中，来源于突尼斯的信息社会峰会。

最初在1999年提出：即通过射频识别（RFID）（RFID+互联网）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。

中国物联网校企联盟将物联网的定义为当下几乎所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间：环境以及状态信息实时的实时共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。广义上说，当下涉及到信息技术的应用，都可以纳入物联网的范畴[1]。

物联网系统从逻辑上分为三层：1） 应用层：应用层是构建在物联网技术架构之上的应用系统，包括商业贸易、物流、农业、军事等不同的应用系统；2） 网络层：网络层是进行信息交换的通信网络，包括有Internet、WIFI网以及无线通信网络等网络；3）感应层：指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙等在内的自动识别与近场通信技术获取物品编码信息的过程；

2 物联网关键技术

物联网关键技术的应用为构建智能化仓储提供了很好的技术基础，通过物联网技术在仓储中的综合应用，确保了智能仓储中关键数据信息流的传递效率和准确性。

2.1 RFID技术

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k～134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。

3 仓库管理现状

目前许多企事业单位的库房管理还停留在人工记账管理，有一部分企事业单位采用仓库管理系统来代替人工记账，但此类管理系统主要是基于电子记账，这类系统普遍存在如下问题[2]：

3.1 精准度不高

系统主要依靠名称来标识所管理的物品，往往发生领用登记的物品和实际领出的物品只是同一款，但不能精准的记录具体是哪一个物品，无法做到精细化管理；

3.2 缺乏实时性

系统主要实现电子记账，其记账主要依赖人工登记，存在大量事后补录的情况，不能第一时间准确反映物品出入库的情况；

3.3 监管力度不够

物品的出入主要是依赖人工登记，即使某些系统使用条码枪管理，也受人工主动扫描的限制，无法准确实时监管库房物品。

对于某些监管力度高的库房，由于存在以上几点突出的缺点，导致现有的仓管系统往往力不从心，甚至增加仓管人员的工作量。

4 基于物联网技术的智能仓库管理系统架构

针对前面提到的现有仓管系统面临的困难，结合物联网的浪潮，特别是RFID技术与设备的完善，使得我们可以设计一种新型的智能仓库管理系统来做的仓库管理具体到物，实现物品的互联式管理。

4.1系统的总体结构设计

1） 应用层

该层为智能仓库管理系统的核心层，这一层主要由系统数据库、智能仓管系统应用、网络中间件和用户访问终端组成。负责整个智能仓管系统的逻辑处理，数据存储以及人机交互；

2） 网络层

该层为智能仓库管理系统的基础层，由于系统采用B/S架构，考虑到本系统实际应用场景为异地多仓库的管理，因此选用互联网作为数据传输通道，系统使用TCP/IP协议来进行信息的传递。这一层主要是负责为整个系统进行数据传递，使得整个系统能够跨地域多仓库的进行管理；

3） 感知层

该层为智能仓库管理系统的重点层，这一层主要由RFID读写器、RFID天线、RFID标签和摄像头等物联网的感应器所组成。负责为系统提供仓库物品或者人员进出等信息，正是由于这一层的存在使得本系统解决了之前存在的管理不够精细等难题，实现仓库物品的“物联化”管理。

5 系统的硬件组成及软件设计

5.1系统硬件的组成

1） RFID读写器

读写器选用国内领先的RFID制造商远望谷的XC-RF806型读写器，该读写器支持TCP/IP协议链接，符合本系统架构设定，同时这款型号的读写器能够支持RFID标签的读和写，无需另外再购置专门的RFID发卡器来负责写标签，方便的同时能够节约整个系统的总体成本。另外806读写器支持最高每秒170次的RFID电子标签读取，读取距离最远可达10米（远望谷公司XC-RF806型读写器说明文档），能够支撑系统对于仓库物品实时性的管理[3]。

2） RFID感应天线

感应天线选用XC-AF26-FCP+BUS超高频天线，该天线能够和806读写器配合使用，负责将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波的设备。通过同轴电缆直接与读写器相连，具有良好的方向性，高效读取或写入RFID标签数据[4]。

3） RFID电子标签

RFID电子标签按照标签类型可以分为纸质标签、车辆标签、动物标签和金属标签等，考虑到本系统所负责管理的物品多是金属质地，以此选用抗金属标签，并根据仓库物品的不同大小定制的相应体积的金属标签。RFID电子标签能够支持240位EPC编码，64位TID编码以及512位用户数据区。能够存储物品编号，帮助系统识别物品。

4） 网络摄像机

网络摄像机选用海康威视公司的DS-2CD2810F网络摄像机，该摄像机支持TCP/IP协议连接，支持电子快门功能，能够适应不同的监控环境，同时能够高效的响应系统抓拍要求。

5.2系统软件的设计

系统软件采用结构化的程序设计方法。软件使用JAVA技术来实现，基于MySql进行数据库开发，并利用Socket通信与RFID读写器和网络摄像头来进行通讯，接收发送物品的ID序列号。

系统根据实际使用场景要求实现B/S架构，即一个系统软件服务器加一个数据库服务器，并通过互联网来实现与多个仓库的感知层进行连接，每一个仓库配置一套RFID感应设备和一个网络摄像机。仓管系统通过IP地址来控制具体某一个RFID读写器或者网络摄像机进行物品的识别或者出入人员图像的抓拍。

6 系统功能

系统功能主要用于物品录入、流程表单、RFID标签管理、物品监控、网络摄像机管理、报表管理等功能。

6.1物品录入模块

该模块为物品初始化模块，负责物品名称、物品生产厂家、物品规格型号、价格等物品详细信息的录入。在录入详细信息完毕后，系统会将物品存入数据库，并同时生产该物品的唯一编码。系统通过该编码对物品进行管理。

6.2流程表单模块

该模块根据系统实际使用要求初始化好具体的物品管理表单，如物品的领用表单和归还表单。并通过工作流引擎的支持来实现表单审批功能。通过该模块来实现物品管理的电子化审核，无需物品使用人员额外的走签字流程，加快物品流转和使用效率。

6.3 RFID标签管理模块

RFID标签原本是可以存储512位的数据信息，但考虑到系统是基于互联网访问，出于安全的考虑，RFID标签只存储对应物品的唯一32位编码。该模块主要负责控制指定仓库的读写器对具体RFID天线进行数据初始化工作。

6.4 物品监控管理模块

该模块主要使用RFID读写器的高速读取功能，来感应物品的出入库情况。通过在每个仓库的门口放置RFID感应天线，来感应物品上面的RFID标签，并通过系统的逻辑判断，来记录物品的出入库情况，整个过程无需人员再去系统中填写额外的信息，能够实现物品的实时监控管理，当物品被未经允许被拿出仓库，监控模块会触发报警装置进行声光报警。

6.5网络摄像机管理模块

该模块负责控制每一个仓库的网络摄像机，进行仓库实景的图像拍摄，并将图片返回到系统软件服务器响应路径进行存储。通过该模块能够实现出入库表单实时场景的记录，便于加强物品监管。

6.6报表管理模块

该模块主要是提供物品出入库情况，物品库存情况的统计和查询，提供智能模糊查询，多图标类型展现，以及EXCEL报表等功能。

7 系统RFID关键技术的设计实现

7.1 RFID感知区域设计

根据RFID天线信号发射为半球面散射的原理，为了能够让RFID感知区域覆盖整个仓门系统采用了三天线感应的设计，即在仓门的上、左、右三个方向都加装了RFID天线，使得感应信号能够完美的覆盖这个仓门区域。当RFID天线感应到贴在物品上的RFID标签，会信号转化到RFID读写器。

7.2逻辑处理模块设计

说明：首先是RFID的去重判断模块，由于RFID的读取次数非常的高，一秒钟能读取上百次的标签，而实际使用过程中，物品经过感应区需要花费一定时间，在这个时间范围内，物品上的RFID会被多次感应到，而实际来看物品只是一次出入仓库门，因此系统增加一个RFID读取标签的去重模块，与上次感应间隔小于10秒的设备只能算是一次出入库。

由于RFID读写器只能负责感应物品，没有办法做出方向性判断来断定物品是出库还是入库，同时基于物品监管的要求，系统增加了一个物品关联申请表单的逻辑判断模块，该模块会要求在物品在领用和归还前先由申请人填写申请表，审核通过后才能进入仓库拿取或者归还申请的物品，系统通过关联申请表单模块判断该物品之前有没有填写相关申请，如果没有填写申请，会被认为是非法出入库操作，系统会激活报警模块进行声光报警。

7.3 RFID写标签模块

仓库管理的物品都需要贴上RFID电子标签，并进行系统写入与物品相对应的ID编号才能被系统正确识别出来。因此需要一个RFID写标签模块对物品的RFID电子标签进行初始化，由于系统选用的806读写器能够发送写卡指令，基于成本考虑，本系统没有再单独选用专门的发卡器，而是通过控制806读写器将对应物品的ID发射到RFID电子标签中做保存。其写标签流程如图4。

7.4 网络摄像机管理模块

为了进一步加强监管，系统在每一个仓库加装一个网络摄像机对准仓库门口进行拍摄，当RFID装置感应到物品时，系统会自动触发网络摄像机进行抓拍并将抓拍的图片信息返回到系统服务器上进行存储，同时将抓拍的图片与对应的申请单进行关联，是的本系统的申请单能够查询到器材出入库时对应的影像记录，杜绝之前的冒领等不规范的操作。另外当物品未经许可领出时，系统也会控制网络摄像机记录下当时的影像，便于后续的追查工作，加大了仓库的保障力度。

8 结束语

本文所述系统已在一家大型企业运行，并将其下十间仓库纳入监管，目前系统运行平稳，通过引入RFID等物联网技术，解决了一直困扰该企业物品在库状态不准确，物品被擅自领出等管理问题。真正做到对进入仓库的每一件物品进行监管。同时通过RFID感应器和网络摄像头的联动控制，做到每一笔申请单都有实时影像，是的管理更加客观，公正和安全。随着物联网技术的不断发展，传统仓库管理系统向全新的智能仓库管理系统的转变不可避免，该文希望对智能仓库管理系统的推广起到一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 百度百科.物联网[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/1136308.htm.

[2] Unified Barcode &RFID Warehouse Management System.http：//www.unifiedbarcode.com/warehouse-management-system.html.2004.

[3] 远望谷公司 XC-RF806型读写器说明.pdf.

[4] 远望谷公司XC-AF26型天线说明.pdf.