新型3D智慧仓库管理系统的设计

李春晖，翁枫，韩卫民，马仲能，马志刚

(广东电网有限责任公司 广州供电局，广东 广州 510000)

0 引言

目前电力企业所处的内外部环境正在发生巨大变化：互联网技术和可再生能源的融合推动了第三次工业革命的到来；云计算、物联网、大数据、移动互联网、语音识别技术等新技术渐趋成熟。在新形势、新环境下，客户全方位服务也将萌发新的发展需求。其中，供应链监控管理系统需要及时完善提升，各服务渠道也需要及时地进行整合优化，实现对客户服务的支撑[1]。智慧供应链作为重点突破的方向，需要全面构建高效链接全球、服务辐射竞争性和管制性业务、技术先进的供应链发展新格局。云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新技术深度嵌入供应链管理，提升供应链的智能化、网络化和自动化水平，形成“可视化、分析预测、动态优化”的智慧供应链体系。

1 智慧仓库问题分析及研究目标

1.1 现状调研与问题分析

仓储作为电力企业供应链体系的重要组成部分，在智慧供应链发展中起着至关重要的作用。高效合理的仓储管理可以加快物品周转，降低存储成本，保障生产的顺利进行。随着信息化应用的迅猛发展，创新性技术投入到仓储业务管理中，能够创造越来越大的价值。

本文通过调研目前电力企业仓储管理现状，梳理业务流程，发现目前国内电力仓储业务普遍存在下列管理难点问题：系统独立，管理困难；物资较多，取用困难；位置偏远，调度困难；环境复杂，管控困难。

1.2 文献综述与研究目标

我国目前的仓储管理体系大都基于RFID技术，结合人工手段进行管理，效率不高[2]。随着智能化时代的到来，大数据技术、3D技术越来越多地被研究到仓储管理中来，通过3D仓库的可视化管理，让仓库管理人员快速定位货物位置，进行货物数据直观简洁的操作[3]。通过深度学习、UWB技术等技术[4]，可形成精准的3D实物模型及图像，结合仓储布局优化算法[5]，可在系统中快速完成货物的精准摆放。

基于现状问题分析，结合相关技术研究，本文通过引入3D技术、UWB技术，打造一套智能化仓储业务管理的智能化平台，将目前已有的管理系统进行数据接入和功能整合，建设成可视化水平高、业务管理统一，并且对于物资、环境、安防、消防等各方面管理都有着一体化解决方案的集成性高、业务性强的3D智慧仓库管理系统[6]。

2 3D智慧仓储布局研究总体设计

本文首先通过对电力仓储现状进行调研分析，梳理出存在的问题，结合文献研究方法，提炼出要研究的目标。通过建立3D仓储布局优化算法解决仓储物资调控的核心难题，在此基础上搭建3D仓库管理系统，形成系统化的3D仓库物资管理模块，并进行统一的仓库管理系统设计，解决仓库管理难的问题。

3 3D智慧仓储布局优化算法与技术

3.1 基于深度学习的3D构建算法

基于深度学习算法，大量学习仓库内部结构及货物结构获取基础数据，进而构建全量空间的货物与仓库匹配模型[5]。流程如图1、图2所示。通过仓储结构数据、货物空间数据，结合深度学习算法进行仓储的3D空间构建，实现仓储布局最优。

图1 3D构建算法流程

图2 3D模型算法流程

使得3D模型构建更加精准。

3.2 依赖UWB技术的3D图像构建

1)图像识别与处理

3D智慧仓库库存状态依赖于智能摄像头对货物的图像识别，针对图像边缘识别过程中点采样困难的问题，通过对图像预处理，依赖货物边缘语义分割算法，进而转换为3D模型渲染，有效提升3D构建算法的精准性[4]。

2)基于UWB技术的3D图像构建

为了快速、精准地获取仓库货物的三维模型，将预处理后的图像传输至3D构建网络中得到其三维模型。基于UWB技术对网络信道做了改进，提升了3D图像传输的精准和速度，并降低了网络的参数量，使消耗更低[4]。

电力仓储环境下的网络信号以簇为单位依次到达接收端，簇内的网络信息在图像传播之间的通信时间符合泊松分布。信道模型表达式为

(1)

式中：αk,l为衰减系数；Tl为第l簇传播时间；τk,l为相对于Tl第l簇的第k簇传播时间。

3.3 智慧仓储布局优化算法

定义智慧仓储货物摆放最优目标任务函数为Eij，由于任务不能同时执行，所以不同任务之间需要进行排序优化[6]。为保证任务的紧急性及准时性，本模型的目标函数为：

(2)

(3)

4 3D智慧仓库管理系统设计

4.1 系统建设需求分析

结合智慧供应链的要求，3D智慧仓库主要实现两方面功能，一是电力仓库全景3D虚拟仿真[3]，无需到现场即可观察仓库现场情况，并根据管理需求，进行远程管控与调度；二是整合仓储现有的物资系统、条形码系统、巡检及助力机器人系统、安防系统、消防系统、视频监控等，实现全方位实时监控。

4.2 系统建设内容

a) 3D仓库物资管理设计

1)3D场景库容整体展示

通过3D构建算法建模后，对于出入库数据进行直观展示，更新仓库中实际货位的货物及数量，达到远程监控及查看库存的目的，通过导入物资系统的库存信息，进行数据自动生成。

2)3D场景物资位置查询以及导航功能

依托UWB技术，精准赋予物资位置信息，当需要查找货物时，输入相应物资信息查询，并且通过位置信息进行精准位置导航，方便货物快速查找和领用。

3)库存优化管理功能

通过仓库提供的物资存放规则，结合目前库存状态，利用仓储布局优化算法，为库存管理提供合理的货物存放方案，提高库存利用率，对整体库存配置进行优化管理，实现货物堆放智能推荐方案。

b)仓库统一管理系统设计

1)动态环境监控管理

通过接入温湿度传感器、水浸传感器、多种气体检测传感器，获取实时环境数据在平台上呈现，相关数据指标超过设定的阈值就会发出对应的告警。

2)安防管理

采集仓库内现有的安防设备数据，包括监控摄像头、视频抓拍等功能，对仓库整体安全状态进行管理，可以通过点击3D场景内的摄像头模型进行录像调取，查看现场状况。

3)消防管理

平台接入消防管理子系统，能够实时监测消防系统的预警、状态信息。在3D虚拟仓库内模拟出最优措施方案，例如最佳救援路线、行车路线、人员疏散路线等。

4)智能照明管理

通过对接仓库照明系统，实现远程开关照明灯光，3D场景可查看仓库内照明情况，照明灯故障也可进行远程巡检，方便安排维修人员检修。

5 结语

综上所述，本文通过引入3D构建算法、仓储布局优化算法、UWB技术，实现3D智慧仓储布局优化方法，通过打造一套智能化仓储业务管理的智能化平台，将目前已有的管理系统进行数据接入和功能整合，建设成可视化水平高、业务管理统一，并且对于物资、环境、安防、消防等各方面管理都有着一体化解决方案的集成性高、业务性强的3D智慧仓库管理系统，有效实现电力企业仓库管理降本增效。