无人值守仓储系统设计与开发

黄逍遥 谢涌 劳锦洲 肖祎 蒋宇明

摘 要：无人值守仓储系统通过在仓库门口安装RFID读写系统和视频检测系统，实时统计工器具去向和材料的库存量。提高工器具领用和归还速度，降低损耗率，降低管理成本。提高检修人员出库速度，减少停电时间，提高用电客户满意度。

关键词：无人值守;仓储;系统;损耗率

1 目的和意义

1.1 现状分析

工器具仓库存放了各种电力维修设备和材料，目前出入库主要靠人工登记完成。由于设备数量繁多，领取和归还时间不确定，给仓库管理带来了极大的困难，也导致设备和材料损耗率较高。

1.2 成果的意义

近年随着RFID技术的推广和人脸识别技术的进步，无人值守仓储系统的实现变得可行。RFID和视频检测技术的结合，可以实现仓库7*24小时无人管理。可以有效降低设备和材料的损耗率，降低仓库的综合管理成本。

2 国内外研究水平综述

国内外研究水平的现状和发展趋势。无人值守仓储系统是多种技术综合应用的结果，目前处于应用起步阶段。无人值守超市是类似技术的另外一种应用场景，电商业者在试点探索中。

3 理论和实践依据

3.1 理论依据

人脸识别技术和RFID技术的结合，可以做到实时登记人员进出信息和物品进出信息。

3.2 实践依据

对仓库内的每件物品加装RFID标签，并且在仓库门口按照人脸识别比对系统，当RFID读写系统检测到物品通过RFID天线区域时，触发人脸识别比对系统对天线区域内的人员进行及时识别和记录，提交给后台系统做出入库登记工作。系统构架如图1所示：

3.3 技术关键与难点

（1）RFID误读消除。仓库面积小，门框面积相对较大的情况下，容易导致RFID系统的信号散射和反射，会有较大概率误读仓库内部物品的信息。需要通过调整天线安装方式和方向，以及增加防误读算法来降低误读率。

（2）RFID漏读消除。表面是金属的物体会反射RFID信号，可能导致漏读。另外多个此类物品叠堆后，也会覆盖RFID标签区域，导致漏读。需要通过优化天线功率，标签位置，标签数量等手段降低漏读。

（3）动态人脸识别率。出入门框的人员脸部方位具有随意性，会影响识别率。提高人脸识别速度，扩大前端摄像头视域等手段来提高识别率。

4 研究内容和实施方案

4.1 研究内容

（1）设计窄束RFID天线及读写模块。设计适合在宽门小面积场合使用的RF天线及读写模块，把RFID的辐射区域限制在特定范围内。

（2）设计动态人脸识别比对模块。设计动态人脸识别比对模块，RFID读卡成功信号触发人脸模块识别当前视域内的所有人脸，并与人脸库进行比对，做出比对结果。

（3）开发无人值守仓库管理软件。管理软件集成RFID读写模块和动态人脸识别比对模块，同时实现人员信息管理。

（4）试点应用。选取试点仓库，应用无人值守仓储系统，验证系统的功能和可靠性，各个模块集成完毕后，在试点仓库安装测试，验证设计的功能是否达到，对系统的可靠性和实用性进行验证。

（5）总结研究经验。总结从无人值守仓储系统的研发、样机试制和现场试验的过程和经验，肯定研制过程中的取得成果，编写研制报告。

系统开发界面如下：

4.2 实施方案

（1）方案实施步骤。的实施通过三个步骤来完成，第一步设计制作窄束RFID天线和人脸识别模块。第二步无人值守仓库管理软件。第三步选取试点仓库，安装无人值守仓储系统，验证系统的可靠性以及可用性。

（2）研究方法和技术路线。研制与实施采用理论调研、方案设计、技术可行性分析、硬件电路设计与软件编制、样机试制与软硬件联调、挂网试验的研究方法，采用功能划分，模块化设计，以软件硬件同步进行的设计思路进行实施。

①市场调研与方案设计。针对RFID技术和人脸识别比对技术现状，以及两者结合应用的行业现状，综合我们的实际需求吸收其他人研究的成果中的优点，参阅大量的国内外相关文献，制定低误读和低漏读RFID天线方案和人脸识别比对方案，设计相应的硬件拓扑结构和相应的软件支持。

②技术可行性分析。在充分调研的基础上，组织研发团队进行认真讨论和分析，确定系统的拓扑结构，选择相应的技术方案和协议支持。在此基础上，研发团队在电脑平台上搭建软件仿真环境，实现从硬件拓扑到算法实现的仿真验证。通过仿真，对原设计方案进行一系列的改进和优化，并最终确定拓扑结构中主要器件的参数;根据用户需求分析和总体方案设计要求，确定合适小型仓库类型的RFID天线技术方案，人脸识别比对方案等，为后面的设计和试制工作打下良好的基础。主要用到的理论依据有：嵌入式系统理论、无线通信原理、数据库理论等。在搭建软硬件系统之前，我们还进行了大量的仿真，结果充分验证了现有算法有效性和优越性。

③硬件电路设计与软件编制。方案明确后，设计人员将开始具体的设计工作。为了提高效率，研发团队将分成硬件设计小组、机械工艺小组和软件开发小组，三个小组并行工作，每个小组设小组长，组与组之间有协调人，整个团队又有一个总体的负责人。硬件设计组和机械工艺组在设计充分考虑系统工作环境的特点，重点突出测量的准确性、装置的安全可靠性和出色的抗干扰性能。软件设计根据原定的设计思路和算法进行编写，模块化的编程思想将给各个部分的调试带来很大的方便，在编程的过程中，编程人员同时要充分考虑控制精度问题，最大限度地发挥现有硬件的工作潜力。

④样机试制与软硬件联调。在完成RFID天线，人脸识别比对模块和软件各个功能模块的单独测试后，研发团队将首先试制一套试验样机。在公司内部开发部进行软硬件的联合调试。经过系统的调试，装置的基本功能将得以实现。之后，根据需要，按照最终确定的图纸方案制作6套工器具出入库检测装置样机进行现场试验。

参考文献：

[1]熊平.基于RFID技术的仓库管理系统设计与实现[D].哈尔滨工业大学，2016.

[2]张亮.RFID技术在物资仓库管理系统中的应用研究[D].华北电力大学，2014.

[3]郗雪蕾.基于物聯网的仓库管理系统研究与实现[D].华北理工大学，2018.

[4]阎慧杰.基于RFID的船舶物资管理系统研究与设计[D].大连工业大学，2017.