CN103761637A

CN103761637A - 多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法

Info

Publication number: CN103761637A
Application number: CN201410039539.8A
Authority: CN
Inventors: 林兴志; 潘翔
Original assignee: GUANGXI PERCEPTION IOT PRODUCTIVITY PROMOTION CENTER
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: CN103761637B

Abstract

本发明公开了一种多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，包括以下步骤：在仓库管理中心安装物流仓储建模管理系统；通过北斗/GPS卫星定位系统获取仓库中特征点的绝对坐标值（包括经纬度和海拔高度）；将绝对坐标值中的海拔高度转换为其在货柜中的实际层数；将经纬度转换为其在仓库中与平面基准点的距离，从而进一步获取其所在的货柜编号信息以及在货柜上的水平位置信息；利用上述数据建立立体仿真堆叠托盘型框架模型并绘制出三维仿真图像后，构建导航路线；然后输出到立体仓储仿真规划模块中进行物流仓储管理。本发明流程简单、安全可靠、使用成本低，适用于大型物流仓储的管理，能够节约存物、取物的时间成本和人力成本。

Description

多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法

技术领域

本发明属于北斗卫星导航、室内定位、无线组网、建模仿真在物流仓储管理技术领域的应用，涉及一种物流仓储建模管理方法，具体涉及了一种多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法。

背景技术

仓储是现代物流的一个重要组成部分，在物流系统中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效合理的立体仓储可以帮助厂商加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理。

自动化立体仓库（AS/RS）是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，通过以上设备的协调动作进行出入库作业。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。

立体仓库中货物的定位、出库路线规划和选择、入库空位查询和选择等操作的效率决定了仓库的利用率，目前多采用室内定位的技术来完成上述工作。室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。谷歌的方案主要依靠GPS（室内一般也能搜索到2～3颗卫星）、wifi信号、手机基站以及根据一些“盲点”（室内无GPS、wifi或基站信号的地方）的具体位置完成室内的定位，定位精度还不是很好；诺基亚使用带有蓝牙模块的设备，结合室内安装的一种定位发射台，通过这两者之间的通信完成定位；博通公司研制了一种用于室内定位的新芯片（BCM4752），具备三维定位功能，可以通过wifi、蓝牙或NFC等技术来提供室内定位系统支持；IndoorAtlas公司依据每一个具体位置的磁场信息不一样的原理进行导航，实施起来比较麻烦；Qubulus公司根据无线电信号来定位。每一个位置的无线电信号数量、频度、强度等是不同的，Qubulus根据这些差异计算出目标物体的具体位置。

上述室内定位的方案都没有具体针对物流立体式仓储的应用来设计，虽具有普遍性，却没有更精确的适用性，尤其不能提供出库、入库的路线规划和兴趣点查询、空位查询等常用功能。目前的物流仓储室内定位采用的技术有WIFI、ZigBee、RFID等，卫星导航主要采用的是GPS，结合RFID里记录的位置信息在数据库中进行位置的管理，尚缺乏路线的自动规划和空位的最优化选择。因此，建立基于高度叠加与平面空间叠加的立体仓储导航模型，实现仓储仿真规划具有很好的应用意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有应用领域的空白和功能的不够全面，提供一种管理系统结构简单、方法流程简单、安全可靠、使用成本低，适用于大型物流仓储的管理，能够节约存物、取物的时间成本和人力成本的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，包括以下步骤：

步骤一，在仓库管理中心安装物流仓储建模管理系统，该系统包括导航模块、通信模块、存储模块、垂直高度叠加定位模块、平面空间定位模块、立体导航建模模块和立体仓储仿真规划模块；所述的导航模块与垂直高度叠加定位模块、平面空间定位模块相连接；所述的垂直高度叠加定位模块、平面空间定位模块分别与立体导航建模模块相连接；所述的立体导航建模模块与立体仓储仿真规划模块相连接；所述的导航模块、通信模块、立体导航建模模块和立体仓储仿真规划模块分别与存储模块相连接；

步骤二，所述的导航模块通过北斗/GPS卫星定位系统获取仓库中特征点的绝对坐标值，并传输给存储模块进行存储，同时传输给垂直高度叠加定位模块和平面空间定位模块；所述的特征点包括仓库入口处的平面基准点和各个货柜的边缘点；所述的绝对坐标值包括经纬度和海拔高度；

步骤三，所述的垂直高度叠加定位模块将特征点的绝对坐标值中的海拔高度转换为其在货柜中的实际层数；

步骤四，所述的平面空间定位模块将特征点的绝对坐标值中的经纬度转换为其在仓库中与平面基准点的距离，从而进一步获取特征点所在的货柜编号信息以及在货柜上的水平位置信息；

步骤五，所述的立体导航建模模块将步骤三和步骤四中所获得特征点的信息数据在仓库立体仿真空间中进行标注，建立立体仿真堆叠托盘型框架模型并绘制出三维仿真图像后，开始构建导航路线；然后输出给存储模块进行保存，同时还输出到立体仓储仿真规划模块中进行物流仓储管理。

在本发明的仓储建模管理系统中，所述的导航模块具备北斗、GPS导航功能，具备GPRS、ZigBee和WIFI无线传输功能。所述的通信模块具备北斗短报文、GPRS、ZigBee和WIFI无线通信功能。

作为本发明的进一步说明，在步骤三中，将海拔高度转换为其在货柜中的实际层数的具体过程为：

首先确定一个最低点作为参照点，并根据货柜的具体层高设置阀值；

然后计算出特征点的海拔高度与最低点海拔高度的差值，再与阀值相除所得的值即为特征点所处的具体层数；

最后采用每一层的层数、层高阀值与最低点海拔数据进行反演，得到每一层所处的海拔高度范围，形成垂直高度叠加定位模型；新获取的特征点的海拔数据代入垂直高度叠加定位模型中，直接转换为层数数据。

上述最低点的选择通过对所有货柜的定位数据进行比较获得。

作为本发明的进一步说明，在步骤四中，将经纬度转换为其在仓库中与平面基准点的距离的具体过程为：

（1）选定平面基准点和目标点，并通过北斗/GPS卫星定位系统获取平面基准点和目标点的经纬度，计算目标点与基准点的经度之差和纬度之差，并将两个差值的平方和进行开方，得到目标点到基准点的距离；所述的目标点为在仓库中选定的点（此处的目标点主要是为了方便描述平面空间定位模块的工作过程）；

（2）对每一个货柜都进行边缘点定位，使用（1）中的方法计算出边缘点与基准点的距离，一个货柜的所有边缘点距离组成了该货柜的平面定位范围；若目标点落在某货柜的范围之内，则可判定该目标点所处的货柜编号；根据一个水平面上托盘的大小尺寸以及平面基准点的位置，得到目标点在货柜上的水平位置信息。

上述的水平位置信息为托盘编号信息。

在本发明中，仓库中各个货柜按照一定排列顺序进行编号，即我们可以预先获知每个货柜到仓库入口处的基准点的距离，因此通过计算目标点与平面基准点的距离，即可获知目标点所在的货柜编号信息。

作为本发明的进一步说明，在步骤五中，构建导航路线主要有两种方式，其一是使用系统软件自行建立，根据仓库立体仿真空间中标注的各个货柜的位置，将货柜与货柜间的空间标注为路线；其二是通过定位导航仪的记忆性建立，由工作人员手持定位导航仪沿着仓库内的每条路线走一遍，安装在各个位置的无线节点将实时对定位导航仪进行定位并将定位结果发送给物流仓储建模管理系统，物流仓储建模管理系统随即在仓库立体仿真模型里标出当前位置，各点连线即可绘制出路线。

作为本发明的进一步说明，所述的立体仓储仿真规划模块包括查询分析子模块和导航规划子模块；所述的查询分析子模块对兴趣点货物和空缺位的进行查询分析，并针对空缺位提供最优化位置推荐，进而通过导航规划子模块对选定的目标位置进行导航规划，选择最优的路线。查询分析子模块在进行兴趣点货物查询分析和空缺位查询分析时，均是采用ZigBee无线组网技术进行货物的实时监控。导航规划子模块采用图的最小生成树算法获得各兴趣点（或空缺位）到仓库基准点的最短路径，根据最短路径进行导航。

上述的查询分析子模块对空缺位的进行查询分析的具体过程为：

首先，在货柜上的每个托盘均部署一枚RFID标签，且在仓库内每隔一定距离部署一个RFID读写器ZigBee节点，每个仓库组成一个ZigBee无线网络；同时，在每个货物入库时，都会贴上一枚RFID标签作为识别，货物上的RFID标签与托盘上的RFID标签相互绑定；

然后，当需要进行查询空缺位时，RFID读写器ZigBee节点读取其覆盖范围内的RFID标签并进行简单分析，若发现有托盘的RFID标签没有绑定其他标签，说明该托盘是空的，通过ZigBee网络或WIFI信号将空位信息上传至查询分析子模块，并在立体仿真堆叠托盘型框架模型中进行标定，从而获取直观的空缺位信息。

上述贴在货物上的RFID标签写有货物基本信息以及存放的托盘编号信息。

兴趣点货物查询分析：兴趣点货物即准备进行查询的货物，通过货物信息数据库可以搜索到所有兴趣点货物的存放位置（仓库号、货柜号、托盘号），将位置信息输入立体仿真堆叠托盘型框架模型，经过模型的仿真处理，能够在仓库立体仿真三维模型中显示出所有兴趣点所在的位置。

本发明中导航规划子模块将所有的兴趣点（或空缺位）和所在仓库的路线（从导航路线模型中提取）组成一幅无向图，采用图的最短路径构建算法（最小生成树）如PRIM算法推算出从仓库基准点（入口处）到各个目标点的最短路径。对兴趣点的选择无特殊要求，根据查询的具体需要选定兴趣点货物，针对生成的从基准点到该货物位置的最短路径进行导航，能够快速找到该货物。对空缺位的最优化推荐则采用最短路径的最小值算法，即在所有空缺位到基准点的最短路径中选择距离最短的一条路径，其指向的位置即为推荐的空缺位，通过无线导航可快速找到该位置进行货物存放。

在本发明中，物流仓储建模管理系统的各模块之间的关系和数据走向如下：导航模块通过北斗卫星或GPS定位出仓库内某一点的位置信息（经度、纬度、海拔高度），存入存储模块中；同时海拔高度数据传入垂直高度叠加定位模块，通过垂直高度叠加定位能够得到该点在货架上的层数；经纬度数据传入平面空间定位模块，通过平面定位能够得到该点在哪个货架上，以及该点在货架上的水平位置；定位出来的垂直、水平位置传入立体导航建模模块；立体导航建模模块首先结合立体仓库中使用的托盘型号、大小尺寸等构建托盘型框架模型，根据托盘型框架模型和大量定位点位置信息，逐步进行路线构建；立体导航模型建立好以后存入存储模块，同时传入立体仓储仿真规划模块，用于兴趣点的查询和空位查询，并实现最优化目标点的定位和路线规划。存储模块中的数据可以通过通信模块上传到控制系统，控制系统也可以向通信模块发送指令。

本发明中，导航模块具有两个功能。一是采用北斗卫星或GPS对目标货物进行定位，获取其绝对坐标值（经度、纬度、海拔高度），既可作为后续建模的基础数据，也可作为查找货物时的基础数据。二是对人员或机器的导航功能，在仓库里的各个货架上按照一定规律部署无线网络节点，采用的无线网络包括GPRS、ZigBee和WIFI，将根据各无线网络信号的强弱程度自动进行切换，始终保持最佳的导航效果。当货物存放位置或最优空位的规划路线生成后，一般会由专门的仓库工作人员或自动存取车（设备等）按照规划路线去到相应的目标位置执行相应的操作（取货、放货、查货等）。部署在各处的无线节点将实时监控人（或设备）到达的位置，若偏离了规划线路，则通过无线消息及时进行提示，促使人（或设备）调整行进路线，避免了在仓库中迷路或绕远路的情况发生，使路线规划的效果达到最优。

本发明中存储模块所存的内容包括基础定位数据、货物信息、立体导航模型、货柜空缺位置信息等。其中立体导航模型数据分为托盘型框架模型数据和仓储路线模型数据。

本发明的优点：

1.采用北斗与GPS进行导航和定位，实现全天候监控定位。

2.使用GPRS、ZigBee和WIFI等无线网络进行室内导航，引导人员或自动化设备按照规划路线到达目标位置，节省实际操作时的路线查找时间。

3.垂直高度叠加定位和平面空间定位的结合，能快速准确定位目标货物在仓库中所处的位置，直观高效。

4.对兴趣点和空缺位的查询和最优化选择，以及最优路线规划，能够快速查到指定货物（或空缺位）并能最快到达所选位置，节约大量时间。

5.流程简单、使用方便、安全可靠，适用于多种物流仓储管理，提高仓库吞吐货物的效率。

附图说明

图1是本发明中物流仓储建模管理系统的结构框图。

图2是本发明中立体仓储仿真规划模块的结构流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

步骤一，如图1所示，在仓库管理中心安装物流仓储建模管理系统，该系统包括导航模块、通信模块、存储模块、垂直高度叠加定位模块、平面空间定位模块、立体导航建模模块和立体仓储仿真规划模块；所述的导航模块与垂直高度叠加定位模块、平面空间定位模块相连接；所述的垂直高度叠加定位模块、平面空间定位模块分别与立体导航建模模块相连接；所述的立体导航建模模块与立体仓储仿真规划模块相连接；所述的导航模块、通信模块、立体导航建模模块和立体仓储仿真规划模块分别与存储模块相连接；

步骤三，所述的垂直高度叠加定位模块将特征点的绝对坐标值中的海拔高度转换为其在货柜中的实际层数；具体转换过程为：

首先确定一个最低点作为参照点，所述最低点的选择通过对所有货柜的定位数据进行比较获得，并根据货柜的具体层高设置阀值；

最后采用每一层的层数、层高阀值与最低点海拔数据进行反演，得到每一层所处的海拔高度范围，形成垂直高度叠加定位模型；新获取的特征点的海拔数据代入垂直高度叠加定位模型中，直接转换为层数数据；

步骤四，所述的平面空间定位模块将特征点的绝对坐标值中的经纬度转换为其在仓库中与平面基准点的距离，从而进一步获取其所在的货柜编号信息以及在货柜上的托盘编号信息；具体转换过程为：

（1）选定平面基准点和目标点，并通过北斗/GPS卫星定位系统获取平面基准点和目标点的经纬度，计算目标点与基准点的经度之差和纬度之差，并将两个差值的平方和进行开方，得到目标点到基准点的距离；所述的目标点为在仓库中选定的点；

（2）对每一个货柜都进行边缘点定位，使用（1）中的方法计算出边缘点与基准点的距离，一个货柜的所有边缘点距离组成了该货柜的平面定位范围；若目标点落在某货柜的范围之内，则可判定该目标点所处的货柜编号；根据一个水平面上托盘的大小尺寸以及平面基准点的位置，得到目标点在货柜上的托盘编号信息；

在步骤五中，构建导航路线主要有两种方式，其一是使用系统软件自行建立，根据仓库立体仿真空间中标注的各个货柜的位置，将货柜与货柜间的空间标注为路线；其二是通过定位导航仪的记忆性建立，由工作人员手持定位导航仪沿着仓库内的每条路线走一遍，安装在各个位置的无线节点将实时对定位导航仪进行定位并将定位结果发送给物流仓储建模管理系统，物流仓储建模管理系统随即在仓库立体仿真模型里标出当前位置，各点连线即可绘制出路线。

所述的立体仓储仿真规划模块包括查询分析子模块和导航规划子模块；所述的查询分析子模块对兴趣点货物和空缺位的进行查询分析，并针对空缺位提供最优化位置推荐，进而通过导航规划子模块对选定的目标位置进行导航规划，选择最优的路线。

所述的查询分析子模块对空缺位的进行查询分析的具体过程为：

所述贴在货物上的RFID标签写有货物基本信息以及存放的托盘编号信息。

Claims

1. 一种多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，在步骤三中，将海拔高度转换为其在货柜中的实际层数的具体过程为：

3. 根据权利要求2所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，所述最低点的选择通过对所有货柜的定位数据进行比较获得。

4. 根据权利要求1所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，在步骤四中，将经纬度转换为其在仓库中与平面基准点的距离的具体过程为：

5. 根据权利要求1或4所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，所述的水平位置信息为托盘编号信息。

6. 根据权利要求1所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，在步骤五中，构建导航路线主要有两种方式，其一是使用系统软件自行建立，根据仓库立体仿真空间中标注的各个货柜的位置，将货柜与货柜间的空间标注为路线；其二是通过定位导航仪的记忆性建立，由工作人员手持定位导航仪沿着仓库内的每条路线走一遍，安装在各个位置的无线节点将实时对定位导航仪进行定位并将定位结果发送给物流仓储建模管理系统，物流仓储建模管理系统随即在仓库立体仿真模型里标出当前位置，各点连线即可绘制出路线。

7. 根据权利要求1所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，所述的立体仓储仿真规划模块包括查询分析子模块和导航规划子模块；所述的查询分析子模块对兴趣点货物和空缺位的进行查询分析，并针对空缺位提供最优化位置推荐，进而通过导航规划子模块对选定的目标位置进行导航规划，选择最优的路线。

8. 根据权利要求7所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，所述的查询分析子模块对空缺位的进行查询分析的具体过程为：

9. 根据权利要求8所述的多重空间位置信息叠加定位与导航的仓储建模管理方法，其特征在于，所述贴在货物上的RFID标签写有货物基本信息以及存放的托盘编号信息。