CN103761638B - 基于多重空间位置信息叠加定位的物流仓储管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，包括导航模块、通信模块、存储模块和嵌入式系统；导航模块与通信模块、存储模块相连接；通信模块、嵌入式系统分别与存储模块相连接；导航模块采用装载有GPS导航芯片、GPRS SIM卡并且以北斗卫星导航芯片为核心的北斗/GPS定位模块；存储模块设有货物信息库和模型库，模型库中存储有垂直高度叠加定位模型、平面空间定位模型和立体导航模型；嵌入式系统采用兼容手机操作系统的微处理器，且设有垂直高度叠加定位单元、平面空间定位单元、货物查找定位单元、导航单元和空缺位识别推荐单元。该装置结构简单、使用方便，适用于多种物流仓储管理，提高仓库吞吐货物的效率。

Description

基于多重空间位置信息叠加定位的物流仓储管理装置

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，涉及物流仓储管理设备，具体涉及了一种基于多重空间位置信息叠加定位的物流仓储管理装置。

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。如中国专利申请号为2012100445665公开的一种采用zigbee技术的仓储物流智能定位信息系统，包括：在整个仓库区域根据仓库大小现场环境配置远距离收发模块组建无线数据骨干网络；每个仓库内部采用双频定位收发模块，实时采集仓库内部库存信息，配合仓库信息管理软件系统，进行货物定位仓位分配管理，并可通过定位收发模块对托盘上配置信息卡进行发射功率、休眠间隔、卡号信息、声光提示等工作模式进行设置修改；托盘智能信息卡定时向系统发送信息；叉车载读卡器：进库、出库、移库对货物、仓位进行比对验证。再如中国专利申请号2012102982049公开的一种物流过程中的自动化仓储和流转控制方法，其方法如下：物流方接收货物，在货物包装上粘贴识别货物的电子标签，并将发货方和收货方的信息录入管理系统；录入信息的货物送入装有电子检测门的仓库，堆放在预先做好编排的电子货架上，向收货方和发货方自动发送收货短信；货物在搬出仓库转送到物流车，通过电子检测门识别货物，向收货方手机号码自动发送物流起运提示信息；货物转运中通过导航定位信息系统进行实时跟踪；到达目的地通过仓库电子检测门，自动生成货物入库信息，并向收货方自动发出取货信息；收货方取货时，通过电脑或手持终端查看货物的堆放位置，再从电子货架上取货出库，通过仓库出口处的电子检测门识别货物；提货完毕，系统向发货方和收货方的手机自动发送交货完毕信息。因此，市场上还是急需一种不仅结构简单，而且适用各种物流仓储、通用性广，能够充分利用北斗、无线组网技术进行室内导航，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的物流仓储管理设备。

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，提供一种结构简单、使用方便、安全可靠、充分利用北斗、无线组网技术进行室内导航，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的基于多重空间位置信息叠加定位的物流仓储管理装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，包括导航模块、通信模块、存储模块和嵌入式系统；所述的导航模块与通信模块、存储模块相连接；所述的通信模块、嵌入式系统分别与存储模块相连接；

所述的导航模块采用装载有GPS导航芯片、GPRS SIM卡并且以北斗卫星导航芯片为核心的北斗/GPS定位模块；

所述的存储模块设有货物信息库和模型库，所述的模型库中存储有垂直高度叠加定位模型、平面空间定位模型和立体导航模型；

所述的嵌入式系统采用兼容手机操作系统的微处理器，且设有垂直高度叠加定位单元、平面空间定位单元、货物查找定位单元、导航单元和空缺位识别推荐单元；

所述的导航模块通过北斗导航卫星系统或GPS系统定位出仓库内某一点的位置信息，传输给存储模块中，同时经由通信模块发送给管理中心的控制系统；所述的存储模块将位置信息和模型库中的三个模型传输给嵌入式系统进行数据分析；所述嵌入式系统中的垂直高度叠加定位单元将位置信息中的海拔高度代入到垂直高度叠加定位模型中，获取该点在货架上的层数；所述的嵌入式系统中的平面空间定位单元将位置信息中的经纬度代入到平面空间定位模型中，获取该点在货架上的水平位置信息；所述的嵌入式系统中的导航单元将上述的该点在货架上的层数和水平位置信息代入到立体导航模型中，得出该点在仓库中的三维坐标，立体导航模型通过仿真将该点在仓库三维模型中进行标定，并生成最小路径方案，进行仓储管理路线导航。

本发明进一步说明，所述的立体导航模型包括托盘型框架子模型和导航路线子模型。

本发明进一步说明，所述的导航模块还设有ZigBee模块和WIFI接收器。

本发明进一步说明，所述的通信模块包括用于发送通信短报文的北斗卫星导航通信芯片、用于移动数据无线通信的GPRS通信模块、用于短距离无线通信的ZigBee模块和WIFI通信模块。

本发明进一步说明，所述的通信模块负责将导航模块传输过来的导航数据与存储模块中的数据传输给控制系统，并接收从控制系统传输过来的指令。

本发明进一步说明，所述的存储模块包括用于运行嵌入式子系统并存放少量的实时数据的内置内存卡和用于长期存放大量数据的外置内存卡。

在本发明中，导航模块主要具有两个功能。一是采用北斗卫星或GPS对目标货物或目标点进行定位，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。

在本发明中，存储模块存放的垂直高度叠加定位模型主要是将卫星定位数据中绝对的海拔高度转换为其在货柜中的实际层数。该模型由嵌入式系统中的垂直高度叠加定位单元建立，建立及转换数据过程为：首先要确定一个最低点作为参照，最低点的选择通过对所有货柜的定位数据进行比较获得；然后根据货柜的具体层高设置阀值；求出绝对海拔高度与最低点海拔高度的差值，其与阀值相除即可计算出目标点所处的具体层数。最后采用每一层所在的层数、层高阀值与最低点海拔数据进行反演，可以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。新的卫星定位结果通过该模型可以直接从海拔高度数据转换为层数数据。

在本发明中，存储模块存放的平面空间定位模型主要是将卫星定位数据中绝对的经纬度转换为其在仓库中与平面基准点的距离，从而进一步知道其所在的货柜（以货柜编号表示）以及在货柜上的水平位置（以托盘编号表示）。该模型由嵌入式系统中的平面空间定位单元建立并在其内进行数据转换，过程为：首先选定平面基准点，根据实际情况，可以将仓库入口处设置为基准点；卫星定位出平面基准点的经纬度，通过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；然后对每一个货柜都进行边缘点定位，使用上述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，以及该货柜的基准点位置，可以得到目标点在货柜上的水平位置（托盘编号）。

在本发明中，存储模块存放的立体导航模型用于将探测到的待查货物（即兴趣点）位置信息或空缺位信息在模型中进行标定，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。

托盘型框架子模型依据仓库中已有的各个托盘式货柜的尺寸和具体位置进行建立。由卫星导航获取货柜的各个顶点坐标值，通过垂直高度叠加定位模块计算出该货柜的总层数，通过平面空间定位模块计算出该货柜在仓库中所处的具体位置（以平面基准点为参照）；根据货柜大小和托盘规格计算出每一层的托盘数。由货柜位置、层数、层高和每层的托盘规格、托盘数量建立立体仿真堆叠托盘型框架模型，并在整个仓库立体仿真空间中进行三维模型构建，使管理者能很直观地看到各个货柜的情况。

导航路线子模型主要存放仓库的导航路线。构建导航路线有两个方式，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；其二是通过导航仪的记忆性建立，由工作人员手持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导航仪进行定位并将定位结果发送回导航仪，导航仪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。

在本发明中，嵌入式系统是整个装置的核心部分，负责数据处理和导航定位的实施。首先在货柜上的每个托盘部署RFID标签，每隔一定距离部署一个读写器ZigBee节点，每个仓库组成一个ZigBee无线网络。每个货物上也有一个RFID标签，在放置货物时将货物的RFID标签与对应托盘的RFID标签进行绑定。读写器节点每隔一定时间读取一次其覆盖范围内的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装置，装置将其输入立体导航模型。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导航模型。经过模型的仿真处理，能够得到各目标点的最短路径。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。

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.结构简单、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是本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和最佳实施例对本发明进一步说明，但是本发明的保护范围不局限于以下实施例。

实施例：

一种基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，包括导航模块、通信模块、存储模块和嵌入式系统；所述的导航模块与通信模块、存储模块相连接；所述的通信模块、嵌入式系统分别与存储模块相连接；其特征在于：

所述的导航模块采用装载有GPS导航芯片、GPRS SIM卡并且以北斗卫星导航芯片为核心的北斗/GPS定位模块；

所述的存储模块设有货物信息库和模型库，所述的模型库中存储有垂直高度叠加定位模型、平面空间定位模型和立体导航模型；

所述的嵌入式系统采用兼容手机操作系统的微处理器，且设有垂直高度叠加定位单元、平面空间定位单元、货物查找定位单元、导航单元和空缺位识别推荐单元；

所述的导航模块通过北斗导航卫星系统或GPS系统定位出仓库内某一点的位置信息，传输给存储模块中，同时经由通信模块发送给控制系统；所述的存储模块将位置信息和模型库中的三个模型传输给嵌入式系统进行数据分析；所述嵌入式系统中的垂直高度叠加定位单元将位置信息中的海拔高度代入到垂直高度叠加定位模型中，获取该点在货架上的层数；所述的嵌入式系统中的平面空间定位单元将位置信息中的经纬度代入到平面空间定位模型中，获取该点在货架上的水平位置信息；所述的嵌入式系统中的导航单元将上述的该点在货架上的层数和水平位置信息代入到立体导航模型中，得出该点在仓库中的三维坐标，立体导航模型通过仿真将该点在仓库三维模型中进行标定，并生成最小路径方案，进行仓储管理路线导航。

所述的立体导航模型包括托盘型框架子模型和导航路线子模型。

所述的导航模块还设有ZigBee模块和WIFI接收器。

所述的通信模块包括用于发送通信短报文的北斗卫星导航通信芯片、用于移动数据无线通信的GPRS通信模块、用于短距离无线通信的ZigBee模块和WIFI通信模块。

所述的通信模块负责将导航模块传输过来的导航数据与存储模块中的数据传输给控制系统，并接收从控制系统传输过来的指令。

所述的存储模块包括用于运行嵌入式子系统并存放少量的实时数据的内置内存卡和用于长期存放大量数据的外置内存卡。

Claims (6)

1. 一种基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，包括导航模块、通信模块、存储模块和嵌入式系统；所述的导航模块与通信模块、存储模块相连接；所述的通信模块、嵌入式系统分别与存储模块相连接；其特征在于：

所述的导航模块采用装载有GPS导航芯片、GPRS SIM卡并且以北斗卫星导航芯片为核心的北斗/GPS定位模块；

所述的存储模块设有货物信息库和模型库，所述的模型库中存储有垂直高度叠加定位模型、平面空间定位模型和立体导航模型；

所述的嵌入式系统采用兼容手机操作系统的微处理器，且设有垂直高度叠加定位单元、平面空间定位单元、货物查找定位单元、导航单元和空缺位识别推荐单元；

所述的导航模块通过北斗导航卫星系统或GPS系统定位出仓库内某一点的位置信息，传输给存储模块中，同时经由通信模块发送给控制系统；所述的存储模块将位置信息和模型库中的三个模型传输给嵌入式系统进行数据分析；所述嵌入式系统中的垂直高度叠加定位单元将位置信息中的海拔高度代入到垂直高度叠加定位模型中，获取该点在货架上的层数；所述的嵌入式系统中的平面空间定位单元将位置信息中的经纬度代入到平面空间定位模型中，获取该点在货架上的水平位置信息；所述的嵌入式系统中的导航单元将上述的该点在货架上的层数和水平位置信息代入到立体导航模型中，得出该点在仓库中的三维坐标，立体导航模型通过仿真将该点在仓库三维模型中进行标定，并生成最小路径方案，进行仓储管理路线导航。

2. 根据权利要求1所述的基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，其特征在于：所述的立体导航模型包括托盘型框架子模型和导航路线子模型。

3. 根据权利要求1或2所述的基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，其特征在于：所述的导航模块还设有ZigBee模块和WIFI接收器。

4. 根据权利要求1或2所述的基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，其特征在于：所述的通信模块包括用于发送通信短报文的北斗卫星导航通信芯片、用于移动数据无线通信的GPRS通信模块、用于短距离无线通信的ZigBee模块和WIFI通信模块。

5. 根据权利要求4所述的基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，其特征在于：所述的通信模块负责将导航模块传输过来的导航数据与存储模块中的数据传输给控制系统，并接收从控制系统传输过来的指令。

6. 根据权利要求1或2所述的基于多重空间位置叠加定位的物流仓储管理装置，其特征在于：所述的存储模块包括用于运行嵌入式子系统并存放少量的实时数据的内置内存卡和用于长期存放大量数据的外置内存卡。