CN115271592B - 基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能仓储技术领域，尤其为一种基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统及其方法，包括环境监控模块：用于通过各类传感器设备对仓库环境进行实时监控并记录，对于异常状态进行警示；作业设备监控模块：用于对仓库内各类作业设备进行实时监控并记录操作情况，对于异常状态进行警示；作业管理模块：用于管理仓库中的产品。本发明基于大数据应用技术，集成了原本可独立运行的管理信息系统、仓库设备控制系统和仓储运行监控系统，实现智能仓储一体化，有效降低了仓储过程中的费用，提升了整个物流系统的效益和安全性；利用标签阅读器和标签之间的距离，快速感知并测算产品位置信息且随时可对仓库内产品进行盘点核对，节省人力、物力。

Description

基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统及其方法

技术领域

本发明涉及智能仓储技术领域，尤其是基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统及其方法。

背景技术

仓储作为现代物流的重要环节，不仅要实现储存货物的功能，还要承担与企业供应链上下游良好衔接的任务。因此，保障仓储安全，提高仓储作业效率和服务品质，是不断提升仓储管理水平和技术水平的根本动力。我国的仓库总量很大，但是管理水平和技术水平参差不齐，绝大部分仓库的资源利用率低，信息化、自动化程度不高，安全性差，先进的仓储管理模式应用很少。发展智能仓储是提高仓储作业能力和服务质量、降低仓储风险的有效方法。

发明内容

本发明的目的是通过提出基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

提供基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，包括：

环境监控模块：用于通过各类传感器设备对仓库环境进行实时监控并记录，对于异常状态进行警示；

作业设备监控模块：用于对仓库内各类作业设备进行实时监控并记录操作情况，对于异常状态进行警示；

作业管理模块：用于管理仓库中的产品。

作为本发明的一种优选技术方案：所述作业管理模块包括：

收货检验模块：用于对收货产品进行检验；

入库模块：用于产品的入库管理，产品放置完成后数据库自动更新；

订单处理模块：用于根据客户的订单要求生成发货单；

出库模块：用于根据发货单生成出库单，根据出库优先级对产品进行查询、定位，根据定位信息发出控制指令，拣货小车根据指令进行自动拣货，产品出库后，系统自动更新产品库存信息；

盘点模块：用于通过RFID的数据感知测算方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，并对产品状态进行相应提示。

作为本发明的一种优选技术方案：所述出库模块中，通过RFID技术采用感知测算方法对出库产品进行定位，由RFID标签阅读器读取产品上标签信息，基于标签信息对产品位置进行大数据感知测算，对产品进行定位。

作为本发明的一种优选技术方案：所述感知测算方法应用标签阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定二维空间中产品目标与标签阅读器间距离；基于二维空间距离感知测算结果，构建三维空间中标签与阅读器间的距离方程组，利用梯度下降法迭代求解方程组，实现产品标签三维坐标位置数据定位；所述感知测算方法中RFID技术流程如下：

S_m＝R_m+IX_m

S_n＝R_n+IX_n

式中，I表示标签天线感应电流，S_m和S_n表示标签天线阻抗和标签负载阻抗。

作为本发明的一种优选技术方案：标签阅读器至产品标签构成的前向链路和产品标签至标签阅读器构成的反向链路构成RFID技术通信链路。

作为本发明的一种优选技术方案：所述前向链路中，H_r(δ，ε)、Y_r-t和l分别表示RFID技术前向链路内阅读器增益、发射功率和阅读器天线与标签天线间距，兼顾仓库内产品位置大数据感知中的多径效应，

式中，γ、σ和M_t分别表示阅读器工作波长、极化失配系数和多径损耗；

标签反射系数为：

式中，

标签芯片接收功率为：

式中，H_r(δ，ε)和τ分别表示标签芯片增益和功率传输系数，其中：

得：

用Y_tic-sem表示标签芯片灵敏度，若Y_tic-r≥Y_tic-sem，则标签被激活，相反则未被激活。

作为本发明的一种优选技术方案：所述反向链路中，标签天线反向散射功率如下：

标签利用负载阻抗修正确保标签天线反向散射功率的电磁波，由此实现信息调制；

上式分别为表示阅读器天线和阅读器接收功率。

作为本发明的一种优选技术方案：二维距离感知中，利用阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定产品目标与标签阅读器间距离，具体过程如下：忽略标签接收至发射载波信号过程所需时间，Δt和c分别表示阅读器发射载波信号至接收反射信号过程所需的时间和射频信号在空气中的传播速度，由此得到速度距离表达式：

2d＝c·Δt

用ω和f分别表示阅读器载波信号从发射至接收过程中经历的相位和载波频率，引入载波相位法时间频率对比技术，即当相位时间

时，得到：

式中，Δω＝ω₂-ω₁，ω₁和ω₂分别表示载波频率为f₁和f₂下的相位变化值。

作为本发明的一种优选技术方案：确定二维空间内待感知产品标签与标签阅读器间的距离后，选取三边测量法感知待感知产品标签三维坐标位置数据，d_i(i＝1，2，3)表示三个阅读器同标签间的距离，各阅读器坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3)已知，得到：

在此基础上构建方程确定待感知产品标签的位置坐标(x₀，y₀)，得到三维空间内阅读器同待感知产品标签的距离关系：

将产品标签同第j个阅读器间的实际距离d_i和d_l相减，获取误差

若

值较大，则对其实时调整，调整过程为：

式中，Δx₀(j)、Δy₀(j)、Δz₀(j)分别表示产品标签坐标修正值：

式中，α_x表示x轴的调节速率、α_y表示y轴的调节速率、α_z表示z轴的调节速率；μ_l表示第i个标签阅读器的梯度，待感知标签同四个标签阅读器间的均方根误差用下式描述：

迭代上述过程，调整误差值，直至坐标误差满足实际感知精度要求为止。

提供基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统的使用方法，包括如下步骤：

S1.1：用于通过各类传感器设备对仓库环境以及各类作业设备进行实时监控并记录，对于异常状态进行提示；

S1.2：对收货产品进行检验；

S1.3：通过自动化设备制作并粘贴RFID电子标签至产品上固定，计算机自动分配产品库位后，自动化设备将产品分类至不同托盘后传送至相应货架储存，产品放置完成后数据库自动更新；

S1.4：根据客户的订单要求生成发货单；

S1.5：根据发货单生成出库单，根据出库优先级对产品进行查询、定位，核对后拣货小车根据出货单进行自动拣货；

S1.6：通过RFID的数据感知方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，并对产品状态进行相应提示。

本发明提供的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统及其方法，与现有技术相比，其有益效果有：

1、本发明基于大数据应用技术，集成了原本可独立运行的管理信息系统、仓库设备控制系统和仓储运行监控系统，实现智能仓储一体化，有效降低了仓储过程中的费用，提升了整个物流系统的效益和安全性；

2、本发明利用标签阅读器和标签之间的距离，快速感知并测算产品位置信息，其感知效率快，且随时可通过感知测算方法对仓库内产品进行盘点核对，节省人力、物力。

附图说明

图1为本发明优选实施例的系统框图；

图2为本发明优选实施例中方法流程图。

图中各个标记的意义为：

100、环境监控模块；110、作业设备监控模块；120、作业管理模块；

121、收货检验模块；122、入库模块；123、订单处理模块；124、出库模块；125、盘点模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明优选实施例提供了基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，包括：

环境监控模块100：用于通过各类传感器设备对仓库环境进行实时监控并记录，对于异常状态进行警示；

作业设备监控模块110：用于对仓库内各类作业设备进行实时监控并记录操作情况，对于异常状态进行警示；

作业管理模块120：用于管理仓库中的产品。

所述作业管理模块120包括：

收货检验模块121：用于对收货产品进行检验；

入库模块122：用于产品的入库管理，产品放置完成后数据库自动更新；

订单处理模块123：用于根据客户的订单要求生成发货单；

出库模块124：用于根据发货单生成出库单，根据出库优先级对产品进行查询、定位，根据定位信息发出控制指令，拣货小车根据指令进行自动拣货，产品出库后，系统自动更新产品库存信息；

盘点模块125：用于通过RFID的数据感知测算方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，并对产品状态进行相应提示。

所述出库模块124中，通过RFID技术采用感知测算方法对出库产品进行定位，由RFID标签阅读器读取产品上标签信息，基于标签信息对产品位置进行大数据感知测算，对产品进行定位。

所述感知测算方法应用标签阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定二维空间中产品目标与标签阅读器间距离；基于二维空间距离感知测算结果，构建三维空间中标签与阅读器间的距离方程组，利用梯度下降法迭代求解方程组，实现产品标签三维坐标位置数据定位；所述感知测算方法中RFID技术流程如下：

S_m＝R_m+IX_m

S_n＝R_n+IX_n

式中，I表示标签天线感应电流，S_m和S_n表示标签天线阻抗和标签负载阻抗。

标签阅读器至产品标签构成的前向链路和产品标签至标签阅读器构成的反向链路构成RFID技术通信链路。

所述前向链路中，H_r(δ，ε)、Y_r-t和l分别表示RFID技术前向链路内阅读器增益、发射功率和阅读器天线与标签天线间距，兼顾仓库内产品位置大数据感知中的多径效应，

式中，γ、σ和M_t分别表示阅读器工作波长、极化失配系数和多径损耗；

标签反射系数为：

式中，

标签芯片接收功率为：

式中，H_r(δ，ε)和τ分别表示标签芯片增益和功率传输系数，其中：

得：

用Y_tic-sem表示标签芯片灵敏度，若Y_tic-r≥Y_tic-sem，则标签被激活，相反则未被激活。

所述反向链路中，标签天线反向散射功率如下：

标签利用负载阻抗修正确保标签天线反向散射功率的电磁波，由此实现信息调制；

上式分别为表示阅读器天线和阅读器接收功率。

二维距离感知中，利用阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定产品目标与标签阅读器间距离，具体过程如下：忽略标签接收至发射载波信号过程所需时间，Δt和c分别表示阅读器发射载波信号至接收反射信号过程所需的时间和射频信号在空气中的传播速度，由此得到速度距离表达式：

2d＝c·Δt

用ω和f分别表示阅读器载波信号从发射至接收过程中经历的相位和载波频率，引入载波相位法时间频率对比技术，即当相位时间

时，得到：

式中，Δω＝ω₂-ω₁，ω₁和ω₂分别表示载波频率为f₁和f₂下的相位变化值。

确定二维空间内待感知产品标签与标签阅读器间的距离后，选取三边测量法感知待感知产品标签三维坐标位置数据，d_i(i＝1，2，3)表示三个阅读器同标签间的距离，各阅读器坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3)已知，得到：

在此基础上构建方程确定待感知产品标签的位置坐标(x₀，y₀)，得到三维空间内阅读器同待感知产品标签的距离关系：

将产品标签同第j个阅读器间的实际距离d_i和d_l相减，获取误差

若

值较大，则对其实时调整，调整过程为：

式中，Δx₀(j)、Δy₀(j)、Δz₀(j)分别表示产品标签坐标修正值：

式中，α_x表示x轴的调节速率、α_y表示y轴的调节速率、α_z表示z轴的调节速率；μ_l表示第i个标签阅读器的梯度，待感知标签同四个标签阅读器间的均方根误差用下式描述：

迭代上述过程，调整误差值，直至坐标误差满足实际感知精度要求为止。

参照图2，提供基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统的使用方法，包括如下步骤：

S1.1：用于通过各类传感器设备对仓库环境以及各类作业设备进行实时监控并记录，对于异常状态进行提示；

S1.2：对收货产品进行检验；

S1.3：通过自动化设备制作并粘贴RFID电子标签至产品上固定，计算机自动分配产品库位后，自动化设备将产品分类至不同托盘后传送至相应货架储存，产品放置完成后数据库自动更新；

S1.4：根据客户的订单要求生成发货单；

S1.5：根据发货单生成出库单，根据出库优先级对产品进行查询、定位，核对后拣货小车根据出货单进行自动拣货；

S1.6：通过RFID的数据感知方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，并对产品状态进行相应提示。

本实施例中，环境监控模块100和作业设备监控模块110对仓库内情况进行实时监控，并对于异常状态进行警示。以服装仓储为例，收货检验模块121对新到服装检验、核对，确认索道货物与送货单一致后接收货物，否则拒收。入库模块122中，计算机为新到货物进行编码，自动化设备利用编码信息制作RFID标签，再粘贴至服装外部包装上。计算机为服装自动分配库位后，自动化设备将产品分类至不同托盘后传送至相应货架，产品放置完成后数据库自动更新。订单处理模块123中，当接收到客户订单时，根据客户订单生成发货单，出库模块124根据订单处理模块123生成的发货单再生成出库单，根据出库优先级(如生产日期或入库日期的先后等)对出库单上的产品进行查询、定位，采用数据感知测算方法对需要出库的产品进行定位，标签阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定二维空间中产品目标与标签阅读器间距离；基于二维空间距离感知测算结果，构建三维空间中标签与阅读器间的距离方程组，利用梯度下降法迭代求解方程组，实现产品标签三维坐标位置数据定位。定位完成后向拣货小车发出拣货指令，拣货小车根据拣货指令进行拣货，产品下架后数据库的信息同时更新并上传系统。盘点模块125根据RFID的数据感知方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，当产品短缺或剩余量过多时进行相应提示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，其特征在于：包括：

环境监控模块(100)：用于通过各类传感器设备对仓库环境进行实时监控并记录，对于异常状态进行警示；

作业设备监控模块(110)：用于对仓库内各类作业设备进行实时监控并记录操作情况，对于异常状态进行警示；

作业管理模块(120)：用于管理仓库中的产品；

所述作业管理模块(120)包括：

收货检验模块(121)：用于对收货产品进行检验；

入库模块(122)：用于产品的入库管理，产品放置完成后数据库自动更新；

订单处理模块(123)：用于根据客户的订单要求生成发货单；

出库模块(124)：用于根据发货单生成出库单，根据出库优先级对产品进行查询、定位，根据定位信息发出控制指令，拣货小车根据指令进行自动拣货，产品出库后，系统自动更新产品库存信息；

盘点模块(125)：用于通过RFID的数据感知测算方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，并对产品状态进行相应提示；

所述出库模块(124)中，通过RFID技术采用感知测算方法对出库产品进行定位，由RFID标签阅读器读取产品上标签信息，基于标签信息对产品位置进行大数据感知测算，对产品进行定位；

所述感知测算方法应用标签阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定二维空间中产品目标与标签阅读器间距离；基于二维空间距离感知测算结果，构建三维空间中标签与阅读器间的距离方程组，利用梯度下降法迭代求解方程组，实现产品标签三维坐标位置数据定位；所述感知测算方法中RFID技术流程如下：

S_m＝R_m+IX_m

S_n＝R_n+IX_n

式中，I表示标签天线感应电流，S_m和S_n表示标签天线阻抗和标签负载阻抗。

2.根据权利要求1所述的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，其特征在于：标签阅读器至产品标签构成的前向链路和产品标签至标签阅读器构成的反向链路构成RFID技术通信链路。

3.根据权利要求2所述的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，其特征在于：所述前向链路中，H_r(δ，ε)、Y_r-ｔ和l分别表示RFID技术前向链路内阅读器增益、发射功率和阅读器天线与标签天线间距，兼顾仓库内产品位置大数据感知中的多径效应，

式中，γ、σ和M_t分别表示阅读器工作波长、极化失配系数和多径损耗；

标签反射系数为：

式中，

标签芯片接收功率为：

式中，H_r(δ，ε)和τ分别表示标签芯片增益和功率传输系数，其中：得：

用Y_tic-sem表示标签芯片灵敏度，若Y_tｉc-r≥Y_tｉc-sem，则标签被激活，相反则未被激活。

4.根据权利要求3所述的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，其特征在于：反向链路中，标签天线反向散射功率如下：

标签利用负载阻抗修正确保标签天线反向散射功率的电磁波，由此实现信息调制；

上式分别为表示阅读器天线和阅读器接收功率。

5.根据权利要求4所述的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，其特征在于：二维距离感知中，利用阅读器发射不同频率载波信号，信号经过一定距离后被标签接收并反射，阅读器获取反射信号，基于信号相位差确定产品目标与标签阅读器间距离，具体过程如下：忽略标签接收至发射载波信号过程所需时间，Δt和c分别表示阅读器发射载波信号至接收反射信号过程所需的时间和射频信号在空气中的传播速度，由此得到速度距离表达式：

2d＝c·Δt

用ω和f分别表示阅读器载波信号从发射至接收过程中经历的相位和载波频率，引入载波相位法时间频率对比技术，即当相位时间时，得到：

式中，Δω＝ω₂-ω₁，ω₁和ω₂分别表示载波频率为f₁和f₂下的相位变化值。

6.根据权利要求5所述的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统，其特征在于：确定二维空间内待感知产品标签与标签阅读器间的距离后，选取三边测量法感知待感知产品标签三维坐标位置数据，d_i(i＝1，2，3)表示三个阅读器同标签间的距离，各阅读器坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3)已知，得到：

在此基础上构建方程确定待感知产品标签的位置坐标(x₀，y₀)，得到三维空间内阅读器同待感知产品标签的距离关系：

将产品标签同第j个阅读器间的实际距离d_i和d_l相减，获取误差若值较大，则对其实时调整，调整过程为：

式中，Δx₀(j)、Δy₀(j)、Δz₀(j)分别表示产品标签坐标修正值：

式中，α_x表示x轴的调节速率、α_y表示y轴的调节速率、α_z表示z轴的调节速率；μ_l表示第i个标签阅读器的梯度，待感知标签同四个标签阅读器间的均方根误差用下式描述：

迭代上述过程，调整误差值，直至坐标误差满足实际感知精度要求为止。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于大数据应用的智能仓储一体化管控系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.1：用于通过各类传感器设备对仓库环境以及各类作业设备进行实时监控并记录，对于异常状态进行提示；

S1.2：对收货产品进行检验；

S1.3：通过自动化设备制作并粘贴RFID电子标签至产品上固定，计算机自动分配产品库位后，自动化设备将产品分类至不同托盘后传送至相应货架储存，产品放置完成后数据库自动更新；

S1.4：根据客户的订单要求生成发货单；

S1.5：根据发货单生成出库单，根据出库优先级对产品进行查询、定位，核对后拣货小车根据出货单进行自动拣货；

S1.6：通过RFID的数据感知方法对仓库内产品进行定期盘点、清查，并对产品状态进行相应提示。

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