物联网关键技术及其在仓库自动识别管理系统中的运用

何 翼

（铜仁学院 数学与信息科学系，贵州 铜仁 554300）

1 引言

物联网的本质是物品与物品相连，这种物物相连不是物理意义或空间意义上的相连，而是一种虚拟的相连，即一种信息的共享技术。物品与物品之间相连首先是通过通信技术将由感知技术获得的物品全面信息传输到一个互联网的节点上，然后利用互联网技术将各种物品的信息联系起来实现信息的共享与综合。物联网技术经历了长足的发展，从根本上来讲，是物联网三大关键技术的发展推动了物联网技术的发展。物联网技术中的互联网技术已经渗透到了人们生活中的各个方面。通信技术近几年也突飞猛进，其也是物联网技术得以长足发展的一个十分重要的方面。最后一个关键因素就是感知技术，感知技术更多的是朝纵向以及横向的方向发展，其主要形式是感知方式的多样性，包括传感器的多样性以及视觉系统的多样性。纵向发展主要体现为传感器的感知以及视觉的感知日益朝深入的、智能化的方向发展，这是物联网技术的基础。仓储物流业自身业务特点使得物联网关键技术能够很好地应用于仓储物品的管理。本文以贵阳迅捷物流服务有限公司为例，将物联网的关键技术应用于仓库的自动识别管理系统的设计中。

2 物联网技术概述

2.1 物联网关键技术

物联网包括三个层级的关键技术：感知层的关键技术有传感器技术、RFID射频技术，主要是电子标签技术及图像技术等；传输层的关键技术包括互联网技术、移动无线网技术及有线网技术等；应用层技术主要包括一些基于B/S或者C/S架构应用软件的开发技术等。本文主要工作是将物联网三个层次的关键技术应用于仓库自动识别管理系统中，在仓库自动识别技术中物联网三个层次关键技术都有具体的体现，如在仓储物资出入库过程中利用了物联网感知层技术中的RFID技术，通过电子标签的方式实现入库物资信息的采集，在数据传输的过程中应用到了传输层的关键技术，在进行数据处理的过程中用到了物联网应用层的技术等。综合看来，物联网三个层次的关键技术目前已经在我国仓储模块中有了较为广泛的应用。

在数字化仓储管理系统中利用物联网技术，主要是利用物联网技术中的射频识别技术、视频识别技术、GPS导航技术、电子地磅技术以及车辆感应技术等。此外还利用各种温湿度传感器技术实现温湿度等信息的采集，然后采用网络技术实现这些采集信息的网络化。功能集成后的仓储管理系统不仅可以实现对仓库的数字化、可视化管理，而且还能够对仓储管理过程中遇到的某些特殊情况给予自动化的应对处理。

2.2 RFID技术与VFID技术的对比

VFID视频识别技术与RFID射频识别技术，二者都能够实现对物体某种状态的识别。其主要差别在于射频识别技术能识别的事物属性比较单一但是比较精确，视频识别的事物属性比较多，几乎可以包含事物的各个方面，但是其识别精度比较低，并且识别的难度比较大。二者对比见表1。从表1可以看出，首先对于硬件的设计难度来讲，VFID技术所需要的硬件架构较为简单，硬件设计存在很大的灵活性，即对于同一个问题其本身可以通过不同的硬件、架构来实现，对于被测物体的识别可以通过不同的算法来实现，但是不同的硬件架构方式可能会对识别算法的设计难度造成很大的影响。而对于RFID技术来讲，其难度主要集中在硬件架构的设计，一旦硬件架构设计完成，那么整个识别过程也就不存在技术上的难度了，但是相对于VFID技术来讲，其硬件架构的设计具有一定的难度。对于VFID系统的开发由于其算法实现难度较大并且过分依赖比较昂贵的PC机或者是摄像设备，并且由于技术难度实现较大，所以软件开发成本也相对较高，所以在应用中RFID技术应用的比较普遍，但是VFID技术有着传输信息量大的优势。最后RFID技术的可靠性一般要高于VFID技术。

表1 RFID与VFID技术对比

2.3 位置矩阵技术

位置矩阵技术又称为信息矩阵技术，近年来被广泛应用在物流管控领域。位置矩阵里面包含着一些特殊的信息，在识别技术中可以用于企业本身货物状态的识别与加密，是保护自主品牌非常重要的一种识别技术。具体来讲就是在仓库的过道或者走廊当中安装上超频或者高频的电子标签，并且让其形成一定的排列，也就是具有行和列。这些标签就是位置标签。计算机通过控制天线以及读写器读写到标签上的信息，就可以准确获取货物的位置信息。

对于位置矩阵技术来讲，位置是指通过该技术可以对货物的位置进行定位和识别，矩阵指具有矩阵形状排列的电子标签，货物在经过走廊时，货车上的天线读写器就能够对电子标签进行读写，然后在每个标签所能够识别的范围内就能够对货物进行精确的定位，这些矩阵排列就能够在货物通道的全过程进行货物的定位及识别。

2.4 组合标签技术

仓库中的货物上或是托盘上、过道中，都可以根据不同用途来安装不同的电子标签。读写器通过读取不同电子标签的数据来实现数据采集以及货物定位。采用多种标签的目的一是为了达到综合信息的采集，二是为了降低仓储识别系统的成本。具体来讲，如上述在利用位置矩阵技术对货物的位置进行识别的过程中，天线读写器还可以对货物上的标签信息进行读写，这样就能够读取到有关货物的相关信息。通过这种组合标签技术的运用就可以实现对于货物综合信息的识别，这种组合在一定程度上也减少了成本、提高了识别效率。

3 仓库自动识别管理系统的组成框架

本文根据贵阳迅捷物流服务有限公司的业务流程以及仓储业务特点，建立了符合该公司特点的仓库自动识别管理系统。该管理系统主要包含以下几个重要的部分：卡口管理分系统、仓库管理系统、卡管理系统、视频监控管理、移动RFID通信系统等。

（1）卡口分系统。该卡口系统和其他仓库的卡口管理系统类似，是为了防止仓库出现走私以及舞弊的现象。在该系统的卡口中安装了电子地磅来对进出车辆的载重进行称重，称重完毕之后还要和该辆车实际的出货重量进行对比，看其是否存在货物减少的情况，进而避免了走私情况的出现。

（2）仓库管理系统。在该系统中并没有单独设置一个管理中心来对仓储的货物进行管理，而是设定了一定数量的管理监控来对仓库进行监控管理，主要的监控设备有计算机监视器、交换机、卡管理工作站以及天线和视频服务器等。这些设施都被集中到仓库自动识别管理系统的管理中心，通过对该系统的操控可以实现对整个园区的监控以及指令的下发。仓库管理系统的组成如图1所示。

图1 仓库管理系统主要组成部分

（3）卡管理工作站。在卡管理工作站中，标签管理的工作站、相应的读写器以及天线将标签进行数字化的处理，在这个过程中还可以实现对数字化标签的管理工作。主要包含标签的生成工作、数字化标签中信息的录入工作、数字化标签的修改工作、数字化标签的更新以及淘汰等工作，该卡管理工作站的管理设备一般安装在仓库管理系统的工作室中。

（4）视频监控系统。该部分是仓储自动化识别的关键与核心。该部分主要由前端的摄像机、光纤或电缆、光端机、监控器和视频服务器等关键的部分组成。在配置上述设备的型号以及数量时要根据实际的情况进行决策，如仓库的实际大小和实际所需设备的数量等。要在仓储当中配置一定数量的摄像头来对仓储中的货物进行实时监控，还包括来往车辆的实时图像信息，这些信息通过光纤传输到管理中心的计算机中，然后在计算机的屏幕上显示出来，进而实现对于整个仓库各种情况的监控。

（5）移动RFID通信系统。移动RFID分系统主要由高频及超高频的读写器、天线、智能化的控制器、自动化的条形码扫描装置短程的通信模块及各种类型的标签或者条码组成。一般将超高频以及高频的读写器、天线还有条形码扫描器安装在日常仓储中经常使用的叉车上。超高频的读写天线的数量一般为两个，将其中一个安装在车的前面，天线的方向要朝向仓库中的走廊，以对走廊上的位置矩阵信息以及托盘上的信息进行读取，另一个天线将其安装在叉车可升降天线杆上，用来读取货架上的位置矩阵信息以及货箱上的信息。计算机就是通过天线上读取的位置矩阵信息以及托盘上的信息数据来确定货物位置。利用手持读写设备能够将上述信息通过短程的移动RFID系统实现信息的传递。

4 物联网关键技术在仓储自动识别管理系统中的应用

通过上述论述可知，仓库自动识别管理系统的组成包括卡口系统、仓库管理系统、卡管理工作站、视频监控系统及移动RFID通信系统等。这些系统的每一部分均有物联网关键技术的应用，其中VFID以及RFID技术在仓库自动识别管理系统中的应用主要体现在以下方面。

对于RFID技术来讲，该技术通过数字化的标签使得卡口系统能够自动识别车辆的信息，通过自动称重传感器对车辆的载重信息进行感知，最后将上述信息进行综合来对过往车辆进行检查。

VFID技术除了实现最为基本的监控功能之外，体现最为明显的就是将图像处理以及模式识别等应用于仓库自动识别管理系统。该技术主要应用在仓储环境监测中，图像处理技术可以自动识别仓储过程中一些人为的入侵，以及一些可能导致仓储货物发生火灾或变质的环境参数的变化。此外该技术还可以实现对出入仓储区车辆信息的自动识别，然后对车辆是否超载进行定性的识别等，对于出入厂区的工作人员可以进行抽样自动识别其身份。这些自动识别技术的运用使得仓储区域更加安全，最大限度地保护了仓储物资。

[1]梁世翔,严新平.物流园区协同信息平台的数据挖掘模型研究[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2007,(6).

[2]苏杰.基于RFID技术在青岛国际航空物流园区管理信息系统升级改造的设计研究[D].青岛:中国海洋大学,2009.