CN113516435A - 基于物联网的智能仓储管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出基于物联网的智能仓储管理系统及方法。系统包括数据采集子系统、数据预测子系统、多个可移动的物品存储装置、位于目标仓储范围的第一通道和第二通道；第一通道和第二通道均包括射频传感器，数据采集子系统与射频传感器通信，获得第一通道的第一属性信息和第二通道的第二属性信息发送至数据预测子系统；数据预测子系统基于预设调度模型执行数据预测；基于所述数据预测的结果，管理系统对至少一个物品存储装置的位置进行移动。第一属性信息采用数据存储队列存储，第二属性信息采用数据存储堆栈存储。本发明的技术方案充分考虑到队列与堆栈与物联网数据的存储特点，结合仓储物品的入库和出库，实现了智能仓储管理。
Description
技术领域
本发明属于物联网与智能仓储管理技术领域，尤其涉及一种基于物联网的智能仓储管理系统、基于物联网的智能仓储管理方法以及实现所述方法的计算机程序指令介质。
背景技术
随着土地成本及人力成本的上升，「智能仓储」这个词被越来越多的提及，「智能仓储」概念也愈加受到关注。
以物联网为代表的新一代信息技术已经成为重建工业基础性行业竞争优势的主要推动力，基于物联网的智能仓储实现全自动化的物资从入库、借用、检定、维护、维修、归还、停用等直至报废整个生命周期的科学、规范化管理。以此帮助企业便捷快速地完成物资仓物联网升级改造，避免出现由信息系统与实物数据断点导致的帐物不符、信息孤岛、仓库实物丢失等问题，实现高效出入库管理、自动盘点、轻松领用、云端查询，物联感知提醒、实时大屏监控等需求，协助企业提升管理效率和规范性。在智能仓储过程中，RFID是附着在单个商品或包装上的标签，用于将数据传输到中央数据库。所有数据都通过电磁信号发送的。带有RFID的商品可以远距离扫描，以便于存储、查找和管理。
中国授权发明专利CN112801565B提出一种智能仓储的货位分配调度方法，包括获取待出库的第一货物所在的第一货位位置；若第一货位为外排货位则直接向堆垛机发送第一货物出库任务，若第一货位为里排货位则根据第一货位位置中的货架关联字段获取对应的外排第二货位ID，并根据第二货位ID查询其空闲状态；如果第二货位存在第二货物，则选取与第二货位同巷道内同排的各层列中移位权值时间最小的空闲货位作为移库货位；以移库货位为目标位置生成第二货物移库任务，依次向堆垛机发送第二货物移库任务和第一货物出库任务，从而采用双伸货位的货架上里排货物在外排被堵情况下里排先出的目的。
中国授权发明专利CN108491908B则提出一种基于无线射频识别的可视化智能仓储系统及方法，所述可视化智能仓储系统包括：多个电子标签，各电子标签分别设置在仓库内不同的物品上，携带有对应物品的信息；基于RFID手持终端，用于激活无线射频范围内的电子标签，读取对应物品的信息；服务器，与所述基于RFID手持终端进行通信，用于记录仓库内的物品信息。该发明基于无线射频识别的可视化智能仓储系统采用无线射频技术，通过基于RFID手持终端激活无线射频范围内的电子标签，读取对应物品的信息，并将所述物品信息上传至服务器进行识别，从而有效实现对仓库内物品的管理。
然而，发明人发现，现有技术提出的智能仓储管理方案还不够智能，尤其是针对大数量的周期性的出库、入库操作频繁时，现有技术的方案只能针对当前状态进行调度，而无法预测未来时间段；此外，现有技术并未提及在海量的周期性的出库、入库操作频繁的场景下，面对频繁的出库、入库信息如何存储、传输、处理的问题，从而使得智能仓库的预测模型的输入数据利用也不够准确。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于物联网的智能仓储管理系统、方法以及实现所述方法的计算机程序指令介质。
总体而言，本发明的所述智能仓储包括多个物品存储装置，所述物品存储装置在所述智能仓储的目标范围内可移动，总体实现原理如下：
(1)获取进入所述智能仓储的目标范围的进入物品的进入属性信息；
(2)获取离开所述智能仓储的目标范围的离开物品的离开属性信息；
(3)预测预设未来时间段内进入所述智能仓储的目标范围的物品数量和名称，和/或，离开所述智能仓储的目标范围的物品数量和名称；
(4)基于预测结果，调节所述物品存储装置在所述智能仓储的目标范围内的摆放位置。
本发明的具体技术方案是在上述总体原理之下，利用相应的具体的整体上相互配合的关键技术手段来实现。
为实现上述技术原理，本发明可以实现如下三个方面的技术方案：
在本发明的第一个方面，提出一种基于物联网的智能仓储管理系统。所述管理系统包括位于目标仓储范围的第一通道和第二通道，
所述管理系统还包括数据采集子系统、数据预测子系统和多个可移动的物品存储装置；
所述第一通道包括多个第一射频传感器；
所述数据采集子系统与所述第一射频传感器通信，用于采集经过所述第一通道的第一目标物品的第一属性信息；
所述第二通道包括多个第二射频传感器；
所述数据采集子系统与所述第二射频传感器通信，用于获取经过所述第二通道的第二目标物品的第二属性信息；
所述数据预测子系统获取第一属性信息和第二属性信息，基于预设调度模型执行数据预测；
基于所述数据预测的结果，所述管理系统对至少一个物品存储装置的位置进行移动。
作为关键技术手段之一，所述数据采集子系统与所述第一射频传感器存在数据通信时，建立第一预定大小的第一数据存储队列，并将所述第一属性信息按照采集时序，存入第一数据存储队列；
作为关键技术手段之一，所述数据采集子系统与所述第二射频传感器存在数据通信时，建立第二预定大小的第二数据存储堆栈，并将所述第二属性信息按照获取时序，存入第二数据存储堆栈。
所述数据预测子系统从所述第一数据存储队列和所述第二数据存储堆栈中获取第一属性信息和第二属性信息，基于预设调度模型执行数据预测；所述数据预测的结果包括在预设未来时间段内经过所述第一通道的物品的数量和名称，和/或，经过所述第二通道的物品的数量和名称。
在本发明的第二个方面，提供一种基于物联网的智能仓储管理方法，所述方法可以基于第一个方面所述的管理系统实现。
所述方法用于实现前述原理，其步骤总体上包括：
S1：获取进入所述智能仓储的目标范围的进入物品的进入属性信息；
S2：将所述进入属性信息存贮至数据存储堆栈；
S3：获取离开所述智能仓储的目标范围的离开物品的离开属性信息；
S4：将所述离开属性信息存贮至数据存储队列；
S5：从所述数据存储堆栈获取进入属性信息，并从所述数据存储队列获取离开属性信息；
S6：基于所述获取的进入属性信息和开属性信息，基于预设调度模型执行数据预测；
S7：基于预测结果，调节所述物品存储装置在所述智能仓储的目标范围内的摆放位置。
上述步骤可以采用计算机程序自动化的并行实现，具体来说，上述步骤S1-S2和步骤S3-S4可以并行实现。
第二个方面的所述方法可以通过包含处理器和存储器的终端设备，尤其是图像处理终端设备，包括移动终端、桌面终端、服务器以及服务器集群等，通过程序指令自动化的执行，因此，在本发明的第三个方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令；通过包含处理器和存储器的图像终端处理设备，执行所述程序指令，用于实现所述方法的全部或者部分步骤。所述处理器和存储器通过总线连接，构成终端设备的内部通信。
本发明的技术方案充分考虑到队列与堆栈与物联网数据的存储特点，结合仓储物品的入库和出库，实现了智能仓储管理。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的一种基于物联网的智能仓储管理系统的结构示意图
图2是图1所述基于物联网的智能仓储管理系统涉及的数据采集子系统与第一通道的数据通信与存储的结构示意图
图3是图1所述基于物联网的智能仓储管理系统涉及的数据采集子系统与第二通道的数据通信与存储的结构示意图
图4是本发明一个实施例的一种基于物联网的智能仓储管理方法的主体流程图
图5是图4所述的方法的进一步优选实施例的主体流程图
图6是实现图5或图4所述方法流程的计算机可读存储介质与终端设备的示意图
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
参照图1，是本发明一个实施例的一种基于物联网的智能仓储管理系统的结构示意图。
在图1中，所述管理系统包括位于目标仓储范围的第一通道和第二通道。经所述第二通道可接近所述目标仓储范围，经所述第一通道远离所述目标仓储范围。
举例来说，所述第一通道可以是智能仓库的出口，第二通道可以是智能仓库的入口。物品经过入口进入智能仓库(入库)，经过出口离开智能仓库。
优选的，在本发明的实施例中，所述出口和入口在地理位置上相互分离，这是为了区分入库和出库操作，避免数据冲突。
具体的，在图1中，所述管理系统还包括数据采集子系统、数据预测子系统和多个可移动的物品存储装置。
所述物品存储装置用于存储目标物品，物品存储装置可以是自带移动轮的库架结构，移动轮接收外界调度指令后，可以在所述目标仓储范围自适应巡航移动到调度指令指定的调度位置。
入库和出库的目标物品均配置有RFID标签。
无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。
其原理为阅读器(视为射频传感器的一种)与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的。RFID的应用非常广泛，典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。
本发明的实施例即将RFID用于物料管理，具体实现为RFID电子标签。
在图1中，所述第一通道包括多个第一射频传感器；所述第二通道包括多个第二射频传感器；这里的射频传感器可以接收RFID标签的射频信号，从而获取相关信息。
具体而言，所述数据采集子系统与所述第一射频传感器通信，用于采集经过所述第一通道的第一目标物品的第一属性信息；
所述数据采集子系统与所述第二射频传感器通信，用于获取经过所述第二通道的第二目标物品的第二属性信息；
所述第一属性信息包括所述第一目标物品的数量、名称、存储位置以及移动时间；所述第二属性信息包括所述第二目标物品的数量、名称、移动时间。
在本发明的各个实施例中，所述第一属性信息来自于第一通道，即出库通道，因此，第一属性信息又可以称为离开物品的离开属性信息；所述第二属性信息来自第二通道，即入库通道，因此，第二属性信息又可以称之为进入物品的进入属性信息。
相对应的，进入属性信息包括所述进入物品的数量、名称以及移动时间；离开属性信息包括所述离开物品的数量、名称、存储位置以及移动时间，但是，在本发明中，进入属性信息不包括存储位置，因为本发明中进入物品的存储位置是动态调度的，在未正式入库之前，无法得知其存储位置，需要根据预测调度结果来确定。
综上可以看出，所述第二目标物品经所述第二通道接近所述目标仓储范围；所述第一目标物品经所述第一通道远离所述目标仓储范围；所述第一目标物品和所述第二目标物品均配置RFID标签。
接下来参见图2-图3，具体的介绍了本发明的数据采集子系统获取进入属性信息、离开属性信息以及相应的特定存储方式。
在图2中，所述数据采集子系统与所述第一射频传感器通信，用于采集经过所述第一通道的第一目标物品的第一属性信息，并将所述第一属性信息按照采集时序，存入第一数据存储队列。
具体来说，所述数据采集子系统与所述第一射频传感器存在数据通信时，建立第一预定大小的第一数据存储队列；
而后，将第一射频传感器采集的第一属性信息存贮至所述第一数据存储队列；
当所述第一数据存储队列队满时，将所述第一数据存储队列存储的所有第一属性信息发送至所述数据预测子系统；
然后，清空所述第一数据存储队列。
在图3中，所述数据采集子系统与所述第二射频传感器通信，用于获取经过所述第二通道的第二目标物品的第二属性信息，并将所述第二属性信息按照获取时序，存入第二数据存储堆栈；
具体的，所述数据采集子系统与所述第二射频传感器存在数据通信时，建立第二预定大小的第二数据存储堆栈；
而后，将第二射频传感器采集的第二属性信息存贮至所述第一数据存储队列；
当所述第二数据存储堆栈满栈时，将所述第二数据存储堆栈存储的所有第二属性信息发送至所述数据预测子系统。
这里，需要着重强调本发明针对第一通道信息采用队列而针对第二通道信息采用堆栈存储的改进动机，这种改进动机是本发明首次提出，是本发明的重要改进之一。
堆栈(stack)是一种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。
具体来说，堆栈是一个特定的存储区或寄存器，它的一端是固定的，另一端是浮动的。堆这个存储区存入的数据，是一种特殊的数据结构。所有的数据存入或取出，只能在浮动的一端(称栈顶)进行，严格按照“先进后出”的原则存取，位于其中间的元素，必须在其栈上部(后进栈者)诸元素逐个移出后才能取出。在内存储器(随机存储器)中开辟一个区域作为堆栈，叫软件堆栈；用寄存器构成的堆栈，叫硬件堆栈。
队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端(front)进行删除操作，而在表的后端(rear)进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。
队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出(FIFO—first in firstout)线性表。
可见，堆栈与队列的数据获取方式基本上是相反的。
针对第一通道，第一通道是出库通道，即离开通道，采用堆栈，因为堆栈需要“后进先出”，离开属性信息需要采用后进先出(即先进后出)的方式存取，即先出库的属性信息的重要度，低于后出库的属性信息的重要度，因为越往后出库，其时间约接近于当前，更利于当前以及未来时间段的预测。
针对第二通道，第二通道式入库通道，即进入通道，采用队列，因为队列需要“先进先出”，进入属性信息需要先进先出的方式存取，即先入库的先处理，这正符合基本的入库原则。
显然，该技术方案充分考虑到队列与堆栈与物联网数据的存储特点，结合仓储物品的入库和出库，使得数据存储时序更利于后续利用。
基于此，所述数据预测子系统从所述第一数据存储队列和所述第二数据存储堆栈中获取第一属性信息和第二属性信息，基于预设调度模型执行数据预测。
更具体，当所述第一数据存储队列队满时，将所述第一数据存储队列存储的所有第一属性信息发送至所述数据预测子系统；当所述第二数据存储堆栈满栈时，将所述第二数据存储堆栈存储的所有第二属性信息发送至所述数据预测子系统。
采用满栈或者队满的判断方式，则可以进一步利用系统已有的处理能力，避免数据过载。
这里的预设调度模型可以是现有技术已知的各种最优调度模型，包括神经网络模型、深度学习模型、最优化目标规划法、支持向量机、遗传算法的多目标优化算法等，本发明对此不做展开，采用各种模型，得到的预测结果均可以包括在预设未来时间段内经过所述第一通道的物品的数量和名称，和/或，经过所述第二通道的物品的数量和名称。
然后，基于上述预测结果，所述管理系统对至少一个物品存储装置的位置进行移动。
这里移动，可以是基于预设未来时间段内经过所述第一通道的物品的数量和名称，将预定数量的可用于存储所述数量的物品的第一物品存储装置靠近所述第一通道，还可以是，基于预设未来时间段内经过所述第二通道的物品的数量和名称，将预定数量的已经存储所述数量的物品的第二物品存储装置靠近所述第二通道。
基于图1-3的描述，图4的实施例提供一种基于物联网的智能仓储管理方法。图4所述方法分为7个步骤，S701和S707，各个步骤具体实现如下：
S701：获取进入所述智能仓储的目标范围的进入物品的进入属性信息，所述进入属性信息包括所述进入物品的数量、名称以及移动时间；
S702：将所述进入属性信息存贮至数据存储堆栈；
S703：获取离开所述智能仓储的目标范围的离开物品的离开属性信息，所述离开属性信息包括所述离开物品的数量、名称、存储位置以及移动时间；
S704：将所述离开属性信息存贮至数据存储队列；
S705：从所述数据存储堆栈获取进入属性信息，并从所述数据存储队列获取离开属性信息；
S706：基于所述获取的进入属性信息和开属性信息，预测预设未来时间段内进入所述智能仓储的目标范围的物品数量和名称，和/或，离开所述智能仓储的目标范围的物品数量和名称；
S707：基于步骤S706的预测结果，调节所述物品存储装置在所述智能仓储的目标范围内的摆放位置。
需要指出的是，上述方法的部分步骤可以通过计算机程序指令并行化实现，即步骤S701-S702和步骤S703-S704可以并行的实现后，共同进入步骤S705，如图4中虚线箭头所指示的。
步骤S705则可以针对每个并行分支单独进行处理，因此，在图4的基础上，可以进一步参见图5，图5示出了步骤S701-S702和步骤S703-S704可以并行的实现后，共同进入步骤S705，所述步骤S705进一步包括：
(1)判断所述数据存储队列是否队满，若是，则获取所述数据存储队列的全部离开属性信息，并清空所述数据存储队列；若否，则返回步骤S703；
(2)判断所述数据存储堆栈是否满栈，若是，则获取所述数据存储堆栈的全部进入属性信息，并清空所述数据存储堆栈；若否，则返回步骤S701。
图5和图4所述方法可以通过包含处理器和存储器的终端设备，尤其是图像处理终端设备，包括移动终端、桌面终端、服务器以及服务器集群等，通过程序指令自动化的执行。
因此，参见图6，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令；通过包含处理器和存储器的图像终端处理设备，执行所述程序指令，用于实现所述方法的全部或者部分步骤。所述处理器和存储器通过总线连接，构成终端设备的内部通信。
本发明的技术方案中，第一属性信息采用数据存储队列存储，第二属性信息采用数据存储堆栈存储。充分考虑到队列与堆栈与物联网数据的存储特点，结合仓储物品的入库和出库，实现了智能仓储管理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于物联网的智能仓储管理系统，所述管理系统包括位于目标仓储范围的第一通道和第二通道，
其特征在于：
所述管理系统还包括数据采集子系统、数据预测子系统和多个可移动的物品存储装置；
所述第一通道包括多个第一射频传感器；
所述数据采集子系统与所述第一射频传感器通信，用于采集经过所述第一通道的第一目标物品的第一属性信息，并将所述第一属性信息按照采集时序，存入第一数据存储队列；
所述第二通道包括多个第二射频传感器；
所述数据采集子系统与所述第二射频传感器通信，用于获取经过所述第二通道的第二目标物品的第二属性信息，并将所述第二属性信息按照获取时序，存入第二数据存储堆栈；
所述数据预测子系统从所述第一数据存储队列和所述第二数据存储堆栈中获取第一属性信息和第二属性信息，基于预设调度模型执行数据预测；
基于所述数据预测的结果，所述管理系统对至少一个物品存储装置的位置进行移动。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网的智能仓储管理系统，其特征在于：
所述第二目标物品经所述第二通道接近所述目标仓储范围；
所述第一目标物品经所述第一通道远离所述目标仓储范围；
所述第一目标物品和所述第二目标物品均配置RFID标签。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网的智能仓储管理系统，其特征在于：
所述第一属性信息包括所述第一目标物品的数量、名称、存储位置以及移动时间；
所述第二属性信息包括所述第二目标物品的数量、名称、移动时间。
4.如权利要求1或2或3所述的一种基于物联网的智能仓储管理系统，其特征在于：
所述数据采集子系统与所述第一射频传感器存在数据通信时，建立第一预定大小的第一数据存储队列；
当所述第一数据存储队列队满时，将所述第一数据存储队列存储的所有第一属性信息发送至所述数据预测子系统。
5.如权利要求1或2或3所述的一种基于物联网的智能仓储管理系统，其特征在于：
所述数据采集子系统与所述第二射频传感器存在数据通信时，建立第二预定大小的第二数据存储堆栈；
当所述第二数据存储堆栈满栈时，将所述第二数据存储堆栈存储的所有第二属性信息发送至所述数据预测子系统。
6.如权利要求1或2或3所述的一种基于物联网的智能仓储管理系统，其特征在于：
所述数据预测结果包括在预设未来时间段内经过所述第一通道的物品的数量和名称，和/或，经过所述第二通道的物品的数量和名称。
7.一种基于物联网的智能仓储管理方法，所述智能仓储包括多个物品存储装置，所述物品存储装置在所述智能仓储的目标范围内可移动，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S701：获取进入所述智能仓储的目标范围的进入物品的进入属性信息，所述进入属性信息包括所述进入物品的数量、名称以及移动时间；
S702：将所述进入属性信息存贮至数据存储堆栈；
S703：获取离开所述智能仓储的目标范围的离开物品的离开属性信息，所述离开属性信息包括所述离开物品的数量、名称、存储位置以及移动时间；
S704：将所述离开属性信息存贮至数据存储队列；
S705：从所述数据存储堆栈获取进入属性信息，并从所述数据存储队列获取离开属性信息；
S706：基于所述获取的进入属性信息和开属性信息，预测预设未来时间段内进入所述智能仓储的目标范围的物品数量和名称，和/或，离开所述智能仓储的目标范围的物品数量和名称；
S707：基于步骤S706的预测结果，调节所述物品存储装置在所述智能仓储的目标范围内的摆放位置。
8.如权利要求7所述的基于物联网的智能仓储管理方法，其特征在于：
所述步骤S705具体包括：
判断所述数据存储堆栈是否满栈，若是，则获取所述数据存储堆栈的全部进入属性信息，并清空所述数据存储堆栈。
9.如权利要求7所述的基于物联网的智能仓储管理方法，其特征在于：
所述步骤S705具体包括：
判断所述数据存储队列是否队满，若是，则获取所述数据存储队列的全部离开属性信息，并清空所述数据存储队列。
10.一种电子装置，其特征在于，包括处理器、存储器、通信接口，以及一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置由所述处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求7-9任一项所述的方法中的步骤的指令。
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