基于称重原理和RFID 技术的智能军械物流系统

毕 琪，王维斌，王璐静，应 超，赵宏旭

（1.北京计算机技术及应用研究所，北京；2.北京航天爱威电子技术有限公司，北京）

物联网的快速发展，带动着智能物流系统的发展，在库存监控、配送管理和安全追溯等方面实现物流智能化，同步实现跨区域、部门和行业的信息交互和一体化管理[1]。智能物流系统是以物品标识系统为基础[2]，通过智能交通系统，运用多种信息技术，以电子商务方式动作的供应链服务体系[3]。大批次/量的军械产品生产制造和运输配给过程在智能物流系统中运行[4]，会极大地提升军品的生产管控和配送效率[5]，同时便于生产运输过程中的调度和监控。但是由于军械产品的保密和隔离要求，似乎和运输调度系统的智能化、网络化形成了天然对抗[6]。本文将提出一种利用射频识别技术和智能货柜的优势，在安全保密的前提下，实现军械产品的智能高效智能的生产运输管控系统。

1 RFID 概述

RFID（射频识别）技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取对象数据。RFID 的应用目的就是对物品进行快速标识，由于RFID 标签价格低廉，可读写性强，重用复用便捷，在物流系统领域具有相当的优势，尤其是区别于条码和二维码的可复写性，即重新定义，有利于对军械类产品的生产运输管控链中进行全过程的管理和管控[7]。

RFID 系统的通信模型可划为应用层、通信层和物理层三层。应用层是指在实际应用场景下的实际数据信息的传输；通信层定义阅读器和标签之间的通信方式和特定的防碰撞协议；物理层定义了频率、传输调制、数据编码和定时等，实现信息的协议化识别。

RFID 标签芯片只有非常有限的计算资源，限制了RFID 的处理能力和安全加密措施，并且RFID 技术本身的开放从技术上很难给它提供保护。

军械产品的保密特点和RFID 的开放特征，形成天然抵触，本文所使用的RFID 将仅用于对产品的某些非保密特征进行标记、存储和读取，同时进行实时的重复定义。

2 称重原理的数据采集系统

基于称重原理的物品识别技术使用的是重力感应技术，物品的重量作为识别的主要信息，将称重传感器安装在售货柜的货盘或货道下，形成简单阵列，通过总线或实时数据采集系统实时访问每一个货盘或货道的重量及重量变化[8]。通过阵列的称重传感器实时判别货物的位置和数量，实现货物的入库、出库和存量信息的智能化判别。

系统的硬件包括标准货盘、称重传感器阵列和数据采集处理系统，系统基于称重原理、成熟的程序算法、硬件设备和称重单元，具备满足长期可靠工作的稳定性要求；单元化、模块化的设计，再配合特制的安装和检测工装使得安装过程简单便捷，实现货柜管理的无人化和智能化。

技术已经通过零售企业在市场上推广应用，具有一定的技术基础，在成本和效率方面得到了较好的提升效果。

该技术在军械产品的生产运输过程中，将产品的重量信息作为主要信息，实现了对军械产品主要运输信息和涉密信息进行剥离，使涉密产品的运输信息非密化，本论文所述的智能化军械物流具有了可实施性。

3 智能军械物流系统

3.1 标准化称重货柜

标准化货柜是智能化军械物流系统的最基本单元，为了匹配和适应称重式货柜数据采集系统和基于RFID 技术的军械产品的重量信息定义，对标准化货柜分为行、列、层三重定义，可以实现在标准化货柜内的任意产品的入库、出库和存量的实时确定，并且对货物存放区域进行清晰的管控。图1 为标准化货柜的基本形式，图2 为标准化货柜的多层堆叠模式。

图1 标准化货柜的行与列

图2 标准化货柜的分层

对于层的定义，可以简单理解为对标准货盘的堆叠。标准化货柜根据货物排放的最简单要求，进行4-6行、2-3 列、2-3 层的定义是比较便于位置范围识别的，同时也有利于工作人员对货物的存取和找寻操作。

由于本系统要使用称重感应识别，所以每一个标准货盘堆带有独立的称重传感器阵列。称重传感器阵列根据货盘的行与列的划分密度设置，一般最简单的阵列为4 组传感器组成的矩形阵列，通过称重传感器的称重总和差判断货物的出入库状态，通过各称重传感器称重值解算出货物的存放与取出区域，同步形成总重与区域重心变化的相互校验。称重传感器阵列如图3 所示。

图3 称重传感器阵列

3.2 物资综合处理系统

物资综合处理系统主要由综合处理机、标签读写器和加密信息卡组成。

综合处理机的核心功能是对称重传感器阵列进行解算，基本功能是读取产品物资基础RFID 信息，形成物资信息清单，通过称重传感器阵列解算后形成物资在库清单，结合产品物资的运输时间和地点的过程信息，形成生产制造、配给运输的全链物资信息清单，如图4 所示。

图4 物资综合处理系统

物资在标准化货柜中是以物资重量为核心识别信息的，物资名称根据军代保密的要求按照指定的密码本进行伪名替代，物资的存取均以物资入库时的重量信息作为主识别码，物资的伪名作为次识别码，同时设置物资的第二、第三、第N 等有限多个识别码对相似物资进行区分。物资信息存储于伪码RFID 标签中，伪码RFID 标签根据标签读取的便利性通过粘贴、挂绑等方式依附于物资上。

结合处理机对物资的伪码RFID 标签进行物资信息读取，读取后综合物资的存取时间、存放位置、运输信息形成物资的信息表，按照军械产品生产运输的保密要求，综合处理机通过加密读卡器将信息输出于加密信息卡中，通过加密信息卡进行标准货柜内物资的信息上报。

3.3 物资的入库流程

物资的入库流程是本文所述的智能军械物流系统的最重要流程，涉及到物资或产品在进入智能物流系统的核心信息赋予，确定物资的重量和伪名信息以及其他识别码，将物资的标签信息填写完整，制成伪码RFID 标签与物资捆绑，使物资具有了全网唯一的信息。

重量的识别是物资入库的核心信息，牵涉到物资的入库、出库和库间转移，所以每一次的入库必须对物资的重量进行复验，并将复验后的重量信息重新写入物资的识别RFID 标签中。在运输入过程中不断地对物资重量的核验，使得物资在运输的任意环节中均具有可信的重量信息，也是对标准化称重货柜能够稳定运行的保证。

物资入库流程见图5。

图5 物资入库流程

对于相似类的物资或产品，尤其是在生产线中流动的产品，由于批量产品的重量信息重复，使得物资出现伪码RFID 标签内容完全一致的情况，此类问题是符合实际情况的，并且是允许的。但是对于异种物资出现重量信息的重合，需要对物资进行差异化配重后再入库，该配重物将与物资在物流链中一起流通，直至信息重合在某个不断的库间转移中消失。

3.4 物流网络

军械物资的运输管控非常严格，要形成监控与调度的物流网络，在物资和产品进入物流链后需要进行全链的透明化管理和管控，同时根据物资调拨的时效要求进行即时的监控和调度。

每一个标准化货柜就是军械物资进行物流网络的网络节点，在该节点中，对物资进行伪码化的入库，并形成物流链中的数据包，每个数据包在每一次信息发生变化时，重新整理和打包形成新的数据包。

每个数据包中的信息仅包含军械产品和物资的伪名和重量信息，在基于RFID 标签的开放环境中，并不会造成敏感信息的泄漏。通过加密信息卡进行数据摆渡，进行军线网络的物流管理系统，系统进行实时的信息更新后，便可以实现军线网络的军械物流管理和管控。基于军线网络的物流管理系统如图6 所示。

图6 物流网络示意

4 结论

基于称重数据采集技术和RFID 标签技术，将其优势部分进行整合，形成标准化的军械物流货柜和基于军线网络的军械流程系统，能够提升军械产品的生产运输效率，同时实现军械产品的全物流链的管控。但出于严格保密的原因，军械产品的运输信息必须与外界网络进行物理隔离，在物流链的各个节点中均需要通过信息包摆渡的方式进行信息上传和下载，会造成一定的信息延迟和人员工作压力，但是从技术层面上可以判断该技术相较原始的方式已经得到质的提升。

本文所述的军械物流系统具有以下实质性特点：

(1) 将军械产品的信息通过伪名+重量的形式进入物流链中，隔离了敏感信息。

(2) 对RFID 的伪名标签的使用，使军械产品在物流链中具有信息可读可写，便于有运输损耗类物资的入链管理。

(3) 智能化标准称重传感器阵列货柜对军械产品的分批运输、分类运输和混合运输均具有良好的兼容性。

(4) 货柜式的运输可以隔离开放式的RFID 标签在运输过程中被盗读，进一步降低伪码称重标签信息的泄漏风险。