CN103258262A - 一种rfid技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，围绕仓库自动出入库系统设计中两个主要环节：移动终端和服务器，将移动终端和服务器之间的配合工作分为：1)目标货架及移动终端的定位；2)从移动终端所在位置到达目标货架所在位置最佳路径的指引；3)RFID读写器读写的数据与服务器中数据库信息同步。本发明采用RFID定位技术和无线定位通信技术的方法，有效地解决出入库中目标货架及目标电子标签的定位问题；通过无线定位信息与RFID读写器读写的信息进行核对确认，保证了准确性。

Description

一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统

一、技术领域

本发明属于RFID技术和无线定位领域，具体涉及一种有效的一种RFID定位技术和无线定位通信技术相结合的仓库货物管理方法与系统 

二、背景技术

随着自动化仓库建设的需求越来越大，物品自动识别和定位显得尤为重要，传统定位只是单方面的使用无线定位技术或者RFID技术。RFID系统可以由至少一个阅读器和一个标签组成。阅读器和标签之间通过无线方式进行通信，阅读器可以向电子标签发出射频询问信号，电子标签接受该询问信号，并回复相关信息给阅读器。无线定位系统依据无线信号传播的特性，基本上有多种计算距离与位置的方法，包括收讯角度法、收讯时间差法及信号强度法。在实际的仓库操作中，出入库操作是最常发生的。同时这两个操作伴随的是取货和放货操作，因此通过结合RFID技术和无线定位技术，使得取货放货高效准确，进而使得仓库管理方面更上一层楼。 

本发明针对仓库出入库管理，公开了一些出入库关键设计，特别是针对移动终端的定位和电子标签的定位两部分。同时我们也对取货操作和放货操作这两个作为库房出入库操作中最重要的环节，进行了系统设计，保证了操作的正确性，达到了高效、准确、低碳环保的效果，同时避免了以往建设自动出入货轨道的投入太大的问题。 

三、发明内容

由于传统仓库货物定位中存在的相邻货位的RFID读写器过于密集而产生的电磁干扰的影响，使得仓库货物管理中出入库方面货物的定位和精确操作中受到影响。本发明提出了一种有效的基于RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物出入库管理方法，重点解决了出入库中目标货架的定位问题，使得我们能够快速准确的找到目标货架进行相关操作；通过无线定位信息与RFID读写器读写的信息进行核对确认，保证了操作的正确性，达到了高效、准确、低碳环保的效果，同时避免了以往建设自动出入货轨道的投入太大的问题。 

本发明的技术方案是，围绕仓库自动出入库系统设计中两个主要环节——移动终端和服务器，将移动终端和服务器之间的配合问题分为三个方面： 

1.目标货架及移动终端的定位问题； 

2.从移动终端所在位置到达目标货架所在位置最佳路径的指引问题； 

3.RFID读写器读写的数据与服务器中数据库信息同步问题。 

本发明公开了一种有效的一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，可以高效准确的确定入库时目标货架的位置和出库时目标货架及货物的位置。 

图1给出了本发明的系统功能结构图。系统由移动终端和服务器两部分组成。其中，移动终端包括RFID读写器模块、导引模块、信息处理单元，无线通信单元四部分；服务器包括服务器单元、信息处理单元、无线通信单元三部分。所述移动终端和服务器端中的无线通信单元，由定位模块和通信模块组成；所述服务器端中的服务器单元，由数据库模块、导引 模块和注册模块组成。具体来说： 

定位模块的功能具体分为两部分，一是确定当前移动终端所处的位置。具体过程是服务器下达指令给移动终端，移动终端的定位模块向周围发送信号同时将发出信号时间上传给服务器，各个AP接收来自移动终端的信号，并把各自的接收信号时间上传给服务器，服务器通过定位模块计算出移动终端的位置坐标，并传送给移动终端。二是出入库时对目标货位进行定位。具体过程是服务器端通过查找自身数据库中的货物货位信息，确定目标货位的坐标位置，然后利用服务器端的定位模块找到其在仓库中的地理位置，并将坐标信息传送给移动终端的定位模块，移动终端在导引模块的指引下，利用RFID读写器二次验证货架信息是否正确，以及货物所处的货位信息是否正确。 

RFID读写器模块的功能是支持RFID标签的读写，货物信息被绑定在托盘的RFID标签上，仓库管理职员不用人工记录，当进行读写操作时，信息能够被同步的发送给服务器管理系统，以及实现RFID的定位功能。 

信息处理模块的功能包括：一、货位信息处理；二、RFID所读写数据的接收与处理；三、对位置信息的处理；四、接收数据库发送过来的数据或者在相应指令的指示下将处理的数据传送给数据库。 

导引模块的功能是实现从移动终端所在位置到目标货架所在位置的最佳路径的确定，并开启LED指示灯进行路径导引。 

数据库模块的功能包括存储仓库货位信息和对应货位的货物信息，并对这些数据信息进行管理，同时为定位模块和导引模块做出的决策提供数据支持。 

注册模块的功能是支持仓库的货位更新，当仓库有新的货位时，需通过注册模块加入服务器系统，并更新数据库。 

本发明的有益效果是：通过解决自动化仓库系统中的出入库问题，设计了一套有效的基于RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法，并在此基础上提出了多种实际实施方法和装置，设计简单有效，很好地改善了目前仓库货物出入库耗时、耗力的现状，为后续的自动化仓库系统及操作的实现提供了良好的基础。 

四、附图说明

图1系统功能结构图 

图2移动终端的定位实施用例的系统功能结构图 

图3电子标签定位实施用例的系统功能结构图 

图4取货流程图 

图5放货流程图 

五、具体实施方式

实施用例一：本发明的技术方案，从关键技术角度，主要包括移动终端的定位和电子标签的定位两部分。 

(1)移动终端的定位 

终端定位原理如图2所示：服务器下达指令给移动终端，移动终端的定位模块向周围发送信号同时将发出信号时间上传给服务器，各个AP接收来自移动终端的信号，并把各自的 接收信号时间上传给服务器，服务器通过定位模块计算出移动终端的位置坐标。 

本例中，通过在仓库的四周布置四个AP接入点，移动终端是叉车，采用基于到达时间检测的WiFi定位方法，即通过测量发送和接收信号之间的时延和时延差来进行定位。 

本实施用例的基本思想是基于到达时间检测方法则是通过测量发送和接收信号之间的时延和时延差来进行定位。主要有球面定位和双曲面定位，这里采用的是球面定位。设球面定位系统使用N(N＞＝4)个AP接收端，同时记录估测信号从原点到这些固定接收端的传播时延，距离是传播时延和信号传播速度的乘积： 

$\sqrt{{(x-x_i)}^2+{(y-y_i)}^2+{(z-z_i)}^2}=\mathrm{c\Δ}{t}_i,i=1,\·\·\·,N---\left(5.1\right)$

这个公式中，(x，y，z)、(x_i，y_i，z_i)分别表示需要定位的源位置和第i个基站(AP)接收端位置的坐标，c是信号传播速度即是光速，t_i为第i个接收端所测得的到达时间差。 

Δt_i＝t_i-t₀ (5.2) 

上式中，t_i表示第i个基站接收端接收到的需要定位的源位置的辐射信号的参考时间。 

很明显，方程(5.1)为以(x，y，z)为球心，cΔt_i为半径的圆球。对三维空间而言，根据定位的基本物理和几何条件可知，如果要定位一个三维坐标，至少需要4个参考点，建立4个方程来联合求解，因此必须满足N＞＝4。利用时间差，经过一系列代换，可以减小参考点和需定位坐标之间由于不同步带来的误差，时间差分的时间到达算法(TDOA)，以上就是定位基本原理。可以用下式来描述定位的基本原理。 

$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2+{(z-z_1)}^2}\\ \sqrt{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2+{(z-z_2)}^2}\\ \sqrt{{(x-x_N)}^2+{(y-y_N)}^2+{(z-z_N)}^2}\end{array}\right\}=\left.\begin{array}{c}\mathrm{c\Δ}{t}_1\\ \mathrm{c\Δ}{t}_2\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{c\Δ}{t}_N\end{array}\right\}---\left(5.3\right)$

以上理论基础上，定位问题中求待测点坐标的问题就转换成解四元二次方程组的问题。 

具体实现步骤如下： 

1.服务器下达指令给移动终端，移动终端的定位模块向周围发送信号，并记录发送信号的时间t₀，并把t₀值上传给服务器； 

2.移动终端通过天线发送无线信号，各个AP接收来自移动终端的信号，并记录其接收需要定位的移动终端的辐射信号的参考时间t_i，并把t_i值上传给服务器； 

3.服务器定位模块根据步骤(1)、(2)中t₀、t_i，以及公式(5.2)、(5.3)，计算出移动终端所在的三维坐标(x，y，z)，定位过程完成。 

(2)目标货位的电子标签定位 

电子标签定位原理如图3所示：出入库时对电子标签的定位，服务器端通过查找自身数 据库中的货架和货位信息，确定目标货架的坐标位置，然后利用服务器端的定位模块找到其在仓库中的地理位置，并将坐标信息传送给移动终端的定位模块。移动终端通过定位标识找到目标货架，然后利用移动终端前端的RFID阅读器读取RFID电子标签，以完成整个目标货位的定位。 

具体实施过程如下： 

1.在需要定位的仓库中安装无线局域网接入点，保证每个点能通讯； 

2.每排货架上安装定位标签； 

3.每个货位安装一个RFID标识； 

4.当移动终端在定位标识的指引下，到达目标货架后，进行目标货位的定位。具体是通过移动终端前端的RFID阅读器进行读取RFID标签，并且将读取货位的标签信息与已知目标货位信息进行核对，通过二次确认方式达到目标货位的精确定位； 

5.当货物放到货位上后，移动终端上的阅读器可以扫描到定位标签的信号，将信号发送到后台，更新数据库； 

6.货位上的定位标签可以带有LED或蜂鸣器。 

实施方案二从库房的功能管理来看，分为：取货操作和放货操作，这两个操作作为库房出入库操作中最重要的环节，我们对其进行了如下设计。 

(1)取货操作流程： 

取货时，具体流程如图4所示： 

1.服务器通过定位模块找到移动终端的位置坐标，然后找到所需货物的位置坐标(第几货架，第几层，第儿排)； 

2.服务器根据第一步所确定的移动终端的位置坐标和货物位置坐标，通过导引模块确定最佳取货路径，并在指示灯的指引下到达目标货架； 

3.到达目标货架后，移动终端上的RFID阅读器读取货位息，然后移动终端将读取的货位信息和目标货位信息进行匹配，如果匹配跳到5，如果不匹配，则移动终端根据这两个货位信息计算出需要的位移量； 

4.根据所得位移量，移动终端重新移动到目标位置，跳到3执行； 

5.移动终端上的RFID阅读器读取目标货物，然后将货物信息和货位信息发送给服务器，服务器进行判定，如果是所需货物，则发出确认信号，移动终端取走货物后，将信息发给服务器，服务器将此货位信息更新为空；如果不是则终止本次操作，服务器发出指令，移动终端上的RFID阅读器再一次读取货物信息，并将该信息发给服务器，服务器将货物信息更新到该货位。 

(2)放货操作流程： 

放货时，具体流程如图5所示： 

1.移动终端上的RFID阅读器读取所需存放的货物，并将货物信息发给服务器，服务器自动分配货位，并将货位位置坐标发送给移动终端； 

2.服务器通过定位模块进行定位，确定定位移动终端的位置坐标，并通过导引模块确定最佳路径，开启指示灯； 

3.移动终端在指示灯的提示下，找到目标货架，通过移动终端上的RFID阅读器读取货架信息以此确认是否目标货位 

4.如果一致则进行5，如果不一致则计算移动距离，移动叉车，重复3； 

5.移动终端收到服务器的确认信息后，将货物放到目标货位上，并将放货成功信息发送给服务器，服务器端进行货位信息更新，标注此货位已经放上某某货物，放货成功。 

Claims (6)

1.一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，其特征是系统由移动终端和服务器两部分组成；其中，移动终端包括RFID读写器模块、导引模块、信息处理单元，无线通信单元四部分；服务器包括服务器单元、信息处理单元、无线通信单元三部分；

所述移动终端和服务器端中的无线通信单元，由定位模块和通信模块组成；所述服务器端中的服务器单元，由数据库模块、导引模块和注册模块组成。

2.根据权利要求1所述的一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，其特征是：所述定位模块，其功能具体分为两部分，一是确定当前移动终端所处的位置，具体过程是服务器下达指令给移动终端，移动终端的定位模块向周围发送信号同时将发出信号时间上传给服务器，各个AP接收来自移动终端的信号，并把各自的接收信号时间上传给服务器，服务器通过定位模块计算出移动终端的位置坐标，并传送给移动终端；二是出入库时对目标货位进行定位，具体过程是服务器端通过查找自身数据库中的货物货位信息，确定目标货位的坐标位置，然后利用服务器端的定位模块找到其在仓库中的地理位置，并将坐标信息传送给移动终端的定位模块，移动终端在导引模块的指引下，利用RFID读写器二次验证货架信息是否正确，以及货物所处的货位信息是否正确。

3.根据权利要求1所述的一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，其特征是：所述RFID读写器模块，其功能支持RFID标签的读写，货物信息被绑定在托盘的RFID标签上，仓库管理职员不用人工记录，当进行读写操作时，信息能够被同步的发送给服务器管理系统，以及实现RFID的定位功能。

4.根据权利要求1所述的一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，其特征是：所述导引模块，其功能是通过定位模块获得移动终端的位置信息和目标货位的位置信息，然后确定从移动终端的位置到目标货位所在位置的最佳路径，并开启LED指示灯进行路径导引。

5.根据权利要求1所述的一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，其特征是：所述移动终端中的信息处理模块，其功能包括：一、货位信息处理；二、RFID所读写数据的接收与处理；三、对位置信息的处理；四、接收数据库发送过来的数据或者在相应指令的指示下将处理的数据传送给数据库。

6.根据权利要求1所述的一种RFID技术和无线定位技术相结合的仓库货物管理方法与系统，其特征是：移动终端中的数据库模块，其功能包括存储仓库货位信息和对应货位的货物信息，并对这些数据信息进行管理，同时为定位模块和导引模块做出的决策提供数据支持。

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