基于Android平台的物流仓储叉车调度系统的设计

传统仓储作业中，叉车完全由人工调派，管理人员无法获得叉车位置信息，调度效率低。为此，本文设计了一款基于Android平台的物流仓储叉车调度系统，由Android手机移动终端、服务器调度端、无线路由器三部分组成。该系统采用了基于Wi-Fi信号指纹的室内定位方法实现对叉车的实时定位。测试结果表明，该系统可以对实时显示叉车终端位置，并实现双向语音对讲，极大提高了调度效率。

【关键词】物流仓储 调度 定位 语音通信

1 引言

近年来， 我国仓储信息管理系统建设取得了快速发展，各种信息技术被应用到物流仓储中，极大提高了仓储作业效率。例如王建维等设计了一种基于RFID的仓库管理系统，解决了传统仓库管理中存在的数据信息采集不够准确、自动化程度不高的问题。传统仓储作业在仓储货物分拣等过程中，通常仓库内部叉车的调度管理完全由人工实施，因其调度管理效率的低下，已经不能满足当今大型仓库管理快速、准确的要求。除调度和采集仓储信息外， 管理人员无法实时掌握叉车作业情况，导致叉车利用不充分。这些因素成为制约企业发展的障碍。为了解决目前这种依靠人工调派而导致调度叉车效率低下，调派使用不够统筹合理，调遣速度不够快捷的被动局面，吴方成等设计了基于 GPS的港口叉车智能管理系统，但是GPS不适合室内环境。

本文设计了一套针对室内物流仓储的叉车调度系统。系统需要按照仓库的面积布置相应数量的无线接入点（Access Point，AP），在仓库内的每辆叉车上安装智能终端，对智能终端进行实时定位。叉车在移动过程中，电脑端可以显示当前叉车的位置。工作人员可以根据现场叉车位置的情况，通过系统中的语音模块与叉车工作人员进行对话，完成相应的调度工作。该系统可以提高物流中心对叉车的管理效率，提高工人工作效率，增加企业收益。

2 系统总体设计

本系统采用客户端和服务器端的模式。客服端主要功能是采集Wi-Fi信号强度的数据并发送到服务器端、录音、发送、接收和播放音频消息；服务器端的功能是存储发送过来的Wi-Fi信号强度的数据、处理数据、进行实时定位显示、录音、发送、接收和播放音频消息。具体架构流程如图1。

系统开发环境在装有win7操作系统的电脑上进行，安装Eclipse和MyEclipse，并配置好JDK和Tomcat。數据库采用由瑞典MySQL AB 公司开发的MySQL数据库管理系统。数据库管理工具是Navicat，它的设计符合数据库管理员、开发人员及中小企业的需要。实验场地环境如图2所示。

3 系统实现

3.1 室内定位算法

室内定位通过指纹定位的方式实现定位，其基本原理是利用Wi-Fi信号在不同位置的差异性，将空间上特定位置的Wi-Fi信号特征作为该位置的指纹，建立位置-指纹关系数据库，从而通过指纹比较的方式估计用户位置。

指纹定位方法包含两个阶段：训练阶段和定位服务阶段。

训练阶段，在所要定位的区域内，设立若干个参考点。一个参考点能建立一个相对应的Wi-Fi信号指纹， Wi-Fi信号指纹是该参考点采集到来自不同AP发射过来的Wi-Fi信号的大小的集合。

3.2 客户端设计

客户端包含训练模块，登录模块，语音收发播放模块，定位服务模块。每个模块设计成一个Fragment，使用Android Fragment便于对每个模块进行独立控制。具体客户端的设计如图3。

训练模块将采集到的参考点位置指纹和位置的编号采用HTTP的Post方法发送给服务器端。该模块扫描周围AP时，频率设定为4次/秒，主要用到的方法是ScanWi-Fi，能检测出周围所有AP的物理地址、名称和信号强度。扫描完毕后，对原始数据进行过滤，留下来的数据再处理，得到参考点指纹。训练结束后，对数据库中的参考点指纹分区域划分，用MATLAB处理得到区域指纹，把区域指纹存在数据库中。

登录模块主要是方便管理人员知道哪位工作人员在使用叉车。当工作人员使用定位服务时需要输入个人ID，再按一下登录按钮，该模块会将该员工ID传输给服务器界面，其中个人ID输入设定只允许输入阿拉伯数字。当工作人员不使用叉车时，按一下退出按钮，整个客户端结束工作。

语音录制收发播放模块，整个流程如图1所示。该模块主要是方便工作人员和管理人员进行远距离沟通，当工作人员需要联系管理人员时，只需按一下客户端上的录音按钮，然后讲上一段话，再点击发送即可。录音用到audiorecord类，设置采样率为22.05kHz，脉冲编码调制每个采样点为16位，以wave的格式保存所录制的音频。语音录制完毕，客户端将语音马上发送给服务器端，发送用到UDPClient类，考虑到手机端性能和UDP数据包允许的最大数据长度，将语音数据包分成若干份并以每50毫秒发送30K数据的速度发送。当管理人员需要联系工作人员时会发送过来一段语音，客户端会接受这段语音并播放。这时需要客户端一直等待接收服务端发送过来的语音，接收语音用到UDPServer类，接收到的数据同样以wave的格式保存，并以接收到语音的时间戳命名该音频的名称。对接收到的语音，客户端会调用playVoice类进行解码播放。

定位服务模块将客户端的IP地址和待定位位置的待测指纹封装成XML格式，发送给服务器端，其中发送数据和扫描AP的频率为每秒一次。服务器端则将待测指纹和数据库中的区域指纹进行匹配计算，并显示在服务器端的界面上。

3.3 服务器端设计

服务器端分成web端、数据库和java显示界面端三大模块。

Web端功能是将客户端发送过来参考点编号和指纹数据解析并存储在数据库中。在存储数据前，Web端中Servlet会查询数据库中位置编号是否已经存在，若存在则会自动覆盖原有该位置编号的参考点指纹。另外一个功能则是完成客户端发来定位的post请求，通过发送过来的待测指纹与数据库中的区域指纹进行对比，利用确定法计算出待测指纹在哪个区域，最后将计算得到的区域编号和客户端的IP地址封装成XML格式发送给java显示界面端。

数据库采用版本号为5.6.24的MySQL数据库进行开发。用Navicat工具建立mydata和finggerrssi两张表格，分别存储参考点指纹和区域指纹相关的信息。其中mydata表格的信息包含参考点位置编号和参考点指纹，finggerrssi表格的信息包含区域位置编号和区域指纹。

java显示界面端模块分为位置显示、语音收发播放、登录消息和语音消息提示显示这三个子模块，总体布局采用绝对布局。

位置显示子模块主要功能是显示客户端在工作区域的位置。该模块通过解析web端发送过来的XML信息，判断消息来自哪个客户端，显示相对应客户端的位置。

语音录制收发播放子模块，功能和客户端类似，其中接收语音部分和客户端原理一样。录音用到实现Runnable的Capture类，采样率为44.1kHZ，声道采用单声道。发送语音部分用到UDPClient类，将语音信息广播给客户端。该模块接收语音后，播放语音部分会立即解码播放，用到playSounds类，该类和客户端那个解码播放类不同。

登录消息和语音消息提示显示子模块主要是方便管理人员了解工作人员登录和语音发送情况。其功能是显示客户端发来的登录消息，消息格式是员工+员工ID+开始作业。还有是当客户端发来一段语音时，该模块会以员工+员工ID+作业中+该员工发来一段语音的格式显示信息。

4 系统测试

测试的实验环境是在本校4号教学楼4401实验室。在实验室布置6个固定AP，AP型号是TL-WR886N，设置其信道为6。参考点采用网格布局的方式，每隔0.5米设置一个参考点，总共选取了24個参考点，并将24个参考点划分成4个区域。用华为m2-801w以每秒4次在实验室采集参考点指纹数据，每个参考点采集400次。建立完Wi-Fi指纹数据库后，对两部Android版本为5.1.1的华为m2-801w进行定位，可以在电脑端观察两个客户端显示位置，如图4所示。测试语音通信性能，华为m2-801w和电脑端在定位同时能进行语音地相互传送，电脑端的语音可以传送到两个手机端，两个手机端都能直接把语音播放出来；手机端发送的语音，电脑端也能收到并播放出来。

5 结束语

本文设计了一个基于Android平台的物流仓储叉车调度系统，结合了室内定位技术和语音通信技术，具有实时定位和语音对讲的功能，还具有安装方便、操作简单、系统布署快捷等特点。此外系统采用已经普及的Wi-Fi设备和Android设备，成本比较低，同时Android设备所使用的系统具有开源等特点。今后，可以结合其他传感器技术来进一步提高终端精度，同时还可以增加视频对讲功能来进一步提高系统可用性。

（通信作者：方朝曦）

参考文献

[1]王建维，谢勇，吴计生.基于RFID的数字化仓库管理系统的设计与实现[J].物流技术，2009，28（04）：130-132.

[2]王成林，花龙雪.某楼层库叉车调度问题研究[J].物流技术：装备版，2014（08）：90-95.

[3]吴方成.基于GPS的港口叉车智能管理系统的设计与实现[D].苏州：苏州大学， 2013.

[4]杨峥，吴陈沭，刘云浩.位置计算：无线网络定位与可定位性[M].北京：清华大学出版社，2014，118-119.

[5]周生亮.基于接收信号强度的室内定位技术研究[D].武汉：华中科技，2015.

[6]He S，Chan S H G.Wi-Fi fingerprint-based indoor positioning：Recent advances and comparisons[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials， 2016，18（01）：466-490.

作者简介

庞泽平（1991-），男，硕士研究生在读，主要研究方向为物流信息技术。

方朝曦（1982-），男，博士学历。现为浙江万里学院电子与计算机学院教授。主要研究方向为无线通信。

李国胜（1976-），男，硕士学位。现为浙江万里学院电子与计算机学院讲师。主要研究方向为移动互联网应用。

作者单位

浙江万里学院电子与计算机学院 浙江省宁波市 315100