烟草物流平库周转区的叉车定位和管理技术

作为烟草流通周转中心的烟草物流园区，尤其是工商共库，一般存储量大、流转量大、占地面积大。除了采用自动化立体仓外，还需要一片面积较大的平库周转区作为补充。周转区域不仅面积大，而且托盘和叉车数量众多。在如此大的一个区域内，如何有效管理上万个托盘，做到烟草产品的品牌、型号、数量和位置信息化、数字化和可视化；如何有效管理上百台叉车，做到叉车高效节能的管理调度、流畅合理的路径规划、实时动态的位置显示和监控，这些都是目前实际运作中面临的难点和痛点。本文结合长株潭烟草物流园项目，针对以上问题，提出了一套切实可行的方案。

一、项目简介

长株潭烟草物流园的平库周转区域为正方形，在123.4m×144m的区域有4982个托盘位，托盘按来货批次存放，物料种类以7×8托或9×8托的方式进行大区集中存放，在区域中运行着50辆叉车进行仓库作业。

二、需求分析

1.通过物联网RF技术、GIS技术、无线网络技术，实现平库叉车作业可视化定位管理，高效、精准管理库内物料。

2.不改变现有库区分布及结构，不对地面产生任何破坏性改变，实现方式为在叉车上安装智能定位系统，实现平库货位的管理。

3.通过可视化仓库图形化展示界面，操作人员可以实时了解当前叉车运行位置状况，及库内物料摆放分布状况。

4.当叉车到达出入库引导位置时，系统会自动进行提示。

5.叉车操作员可通过无线网络，在叉车的手持终端上对出/入库任务进行查询，可通过手动或结合智能引导方式进行物料的出/入库、移库等操作，并通过无线网络实时上传操作结果。

6.可通过系统图形化展示界面远程查看库区叉车作业状况、统计叉车操作人员作业效率。

三、方案设计

根据需求分析，选用UWB无线定位技术，满足烟草物流仓库周转区对作业叉车的实时精确定位管理需求，实现周转区全覆盖的精细定位，实时了解进入周转区的叉车位置信息，并能采集叉车的实时轨迹数据等功能。

1.系统介绍

UWB-PIN系统采用多种无线宽带定位技术，在启用测量宽带窄脉冲信号的到达时间差来计算终端的位置，能获取高位置精度；与基于信号强度的RFID、Wi-Fi定位系统不同，即使在复杂工程环境中，用户仍然能够可重复地获取0.3米定位精度；在启用区域触发定位时，可以以区域为单位，实现到达区域感应定位标签；极大地降低标签的使用功耗，可实现长时间不用充电。

2.系统构架

UWB-PIN系统支持灵活的网络架构，从而实现不同应用环境下定位功能。一个典型的定位网络由四部分构成：定位基站(Anchor)、移动终端(Tag)、数据传输通道(Data Channel)、定位引擎服务器(Location Engine)。其中，定位基站分布于场景区域的几何边缘，并对该区域进行信号覆盖；移动终端附着在定位对象表面；当终端进入基站的信号覆盖范围内，即自动与基站建立联系；基站依据内置规则完成TDOA数据的获取，并通过数据传输通道发送至定位引擎服务器，进而计算出移动终端的实际位置；定位引擎服务器支持大容量标签网络的原始数据获取、位置解算与坐标输出。UWB-PIN系统架构原理图，如图1。UWB-PIN系统定位示意图，如图2。

图1：UWB-PIN系统架构原理图

图2：UWB-PIN系统定位示意图

3.系统功能

（1）叉车管理

对于定位系统中使用的叉车进行管理，即对配备定位标签的叉车进行管理，绑定对应的定位标签及相关信息。

（2）叉车及托盘位展示

在电子地图上的三维动态显示，展示叉车及托盘的位置信息。

（3）叉车及物资查找定位

输入叉车编号，便可快速定位要查找的对象所在地点。

（4）叉车调度

根据WMS/WCS发送过来的操作指令，调度叉车资源，按照规划路线执行指令操作。

（5）叉车实时监控

电子地图实时显示物流/仓储企业所有叉车的位置信息，监控人员可动态掌握各类前端点位数量和实时分布情况。

（6）路径规划

根据当前的任务、巷道中运行的叉车位置和路线的状况，规划叉车行进的路线，以避免叉车运行冲突。

（7）未按规定路线报警

指定某个终端在某段时间的行走轨迹，一旦发现该终端偏离指定的行走轨迹达一定的时间，发出报警信息。

（8）叉车滞留报警

当叉车在工作区域内，静止不动超过设定时间后，系统发出报警信息。

（9）进入禁区报警

限制区域，当未经允许的定位终端进入时将发出报警，在出入某些关口时，可设定好通过条件，当不符合要求的定位终端出入关口时将发出报警信息。

（10）作业区域异常告警

在一定时间段，叉车所在区域获取不到终端信息达到一定时间，发出报警信息。

（11）活动轨迹回放

系统全天候记录叉车经过的地点和时间，可对叉车运动路线进行跟踪回放，掌握其详细活动路线和时间。

（12）自动叉车点名

可定时自动进行叉车清点，具体呈现叉车数。

（13）出入口限制告警

可以规定叉车进入和离开的出入口控制。如果叉车不符合要求，发出告警。

（14）软件部分

通过可视化仓库图形化展示界面，操作人员可以实时了解当前叉车运行位置状况及库内物料摆放分布状况。

可通过手动或结合智能引导方式进行物料的出/入库、移库等操作，并通过无线网络实时上传操作结果。

可通过系统图形化展示界面远程查看库区叉车作业状况、统计叉车操作人员作业效率。

快速实现叉车的录入业务功能。

叉车进入周转区后，实时跟踪，对叉车实时定位监控。

出入口限制功能。

不同叉车出入区域权限控制。

能对叉车轨迹进行设置，这样对一些重要保密区域能有效保护，有区域告警功能。

支持所有叉车所在区域实时统计。

支持同一地图所有叉车实时移动轨迹查看。

可以对叉车轨迹查询回放。

（15）手持终端App功能

当叉车到达出入库引导位置时，App会自动进行提示。

叉车操作员可通过无线网络，在叉车的手持终端App上对出/入库任务进行查询。

4.系统实施方式

UWB-PIN系统为了实现快速部署，采用有线基站和交换机相结合的方式。基站采用POE网络供电，基站与交换机采用星型连接方式，充分利用智能化专网原有网络布线。这种方式极大减少布线，又节省网络交换机，使整个系统架构大大简化、降低了施工难度、对原有装修、装饰破坏较小。

（1）定位基站的硬件部分

表1：定位基站各项指标和参数

表2：无线定位终端各项指标和参数

表3：平台软件各项指标和参数

定位基站便于安装，采用室内壁挂的安装方式。

定位基站安装后，维护人员可以通过指示灯状态判别定位基站的状态。

定位基站根据需求可以采用POE供电和单独电源供电。

（2）终端硬件部分

终端设备安装方便。

终端具备自动休眠，及运动唤醒功能。

终端运行稳定可靠。

5.基站布置图（如图3）

（1）基站壁挂安装在立柱上，安装高度约3米（可根据现场环境调整安装方式和高度）。

（2）根据图纸暂定配置51个室内基站，定位精度 0.3米以内（根据实际环境可调整基站数量）。

6.产品规格

定位系统主要包括有：

（1）定位基站

支持大容量、高精度TDOA定位。定位基站各项指标和参数，如表1。

（2）定位终端

无线定位终端，各项指标和参数，如表2。

（3）平台软件

其中配置工具、监控软件根据各种应用领域定制。各项指标和参数，如表3。

（4）定位引擎软件

提供实时定位结果（包括标签实时X，Y坐标，标签实时电量，定位时间戳）/提供定位数据推送接口/提供引擎配置接口/提供硬件远程控制接口（硬件配置、重启、工作状态）。

四、结论

结合本项目的实施，提出了一套切实可行的方案，能高效管理烟草物流园平库周转区的上万个托盘，做到烟的品牌、型号、数量和位置等的信息化、数字化和可视化；能高效管理上百台叉车，做到叉车高效节能的管理调度、流畅合理的路径规划、实时动态的位置显示和监控。