基于条形码射频识别和超声红外室内定位的智能仓储管理系统研究
载导航模块的应用程序在应用市场上广泛传播。全球定位系统（GPS）虽然在室外可以达到了很高的定位性你，但室内定位因为信号弱等因素，在室内的定位性能不能满足应用需求[32,33]。低成本高精度的室内定位技术尚不完善，我们运用的是结合了超声和红外两种定位技术优点超声红外定位技术，他具有两种技术的优势，同时又弥补了各自的缺陷[34]。
室内定位技术的应用领域主要集中在公共室内设施中，如地铁站、医院、购物中心，仓储，学校以及特殊环境中的定位[13,35]。室内定位导航系统具有良好的流动性是必要的，以帮助智能仓储管理系统确定叉车或员工的位置。室内定位技术在仓储行业中的应用对优化企业仓储结构和流程，提高作业效率具有重大作用。
2.3.1 理论基础
室内环境中能够替代GPS的室内定位技术被称为本地定位系统（LPS）[12]。其中多种技术被应用，例如超声波，红外线定，窄带射频，WiFi，ZigBee，射频识别RFID，超宽带[39]等。此外，超声因为受多路径影响从而影响了定位精度，而红外LPS存在定位性能会被外部光源退化的原因限制了他的应用[2,35]。但超声和红外技术的结合能够提供测距精度高但非视距（NLOS）条件下的定位服务。超声波和红外线技术的结合使得他们的缺陷得以弥补[34]。
超声波测距分为三步[12,34]：（a）发射机广播一个超声波信号，（b）接收机接收信号并记录他们的到达时间，（c）两者之间的距离即为时差和波速的乘积。相对于其他遥感技术，如磁，射频，激光，红外线等，超声波是一种经济有效、精确可靠的定位技术。到目前为止，超声波定位系统（UPS）近年来已经吸引了很多的关注，并已在制造厂，仓库，机场，商场，医院，水下，等领域得到了广泛应用，以实现定位和跟踪能力
[34]
。
2.3.2 系统结构和工作原理
室内定位技术发展多年后的今天，已经存在许多室内定位技术供选择。红外超声系统结合了红外定位和超声定位两种技术，利用三边测距原理实现目标的定位，避免了各自技术的缺陷，提升定位性能[12,33]。
超声红外室内定位技术由发射机和接收机及其计算机系统组成[34]。其中接收机带有超声波传感模块和红外发射模块，发射机既有红外传感模块又有超声发生器。在此系统中，用接收机(参考节点)和发射机(移动节点)测量超声波脉冲和红外脉冲传播时间。通
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第二章 智能仓储管理系统终端应用研究
过测量因波速不同的时间延迟，因为红外线作为光传播时间可以忽略不计，信标和接收机之间的距离可以通过声速和时间延迟的乘积得到。
信标代表一个参考节点，当广播信号覆盖范围足够时[36]，用户手持或者安装在叉车等设备上的接收机作为移动节点，根据接收到的信号强度和时间就能确定接收机的位置。在对信号进行译码和计算的时候常用到三角测量的方法，即使只有一个参考信标，距离和方向确定接收机位置也能达到一定水平[12]。
具体定位过程为，接收机安装在天花板上，具有固定高度，实时向四周发射红外线，接收机在仓库中以一定规则分布，以实现整个仓库的全覆盖[36]。移动发射机可以是安装在叉车，小推车或者手持终端中，在发射机到达一定位置后。发射机通过红外传感器接收到附近接收机发射红外信号后向四周发射超声波[34]，紧邻的接收机就能够采集到超声波信号，经过后台计算机的计算，根据三角原理、双曲线定位算法或者方向距离原理就能计算出接收机特定时刻的位置信息。具体结构如图2-7所示：
图2-7 超声红外定位系统结构
2.3.3 定位技术的主要应用
室内定位技术的应用领域有[33,34]：（1）超市、仓储，仓库中室内定位导航系统可以轻松地确定发射机当前位置，方向和距离目的地的距离[35]。用户按照定位的实时位置和路径导航信息进行仓储作业。知晓叉车等运载机械当前位置对于作业效率的提升起着很大作用，另外超市中贵重或特殊物品的定位可以避免造成不必要的损失[31,33]。(2)安保系统中，室内定位系统的应用能使巡更系统得到进一步完善，通过对巡更人员实时位置的
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掌控，绘制出时间路线图以使管理更完善。(3)公共场合人员或物体的定位，在商场、医院、飞机场等环境下，可以实时掌握特定物体或工作人员的位置[35]。比如在医院中，可以通过该系统掌握病人当前位置，以做到对病人及时护理和安排。(4)服务设备的定位，例如在办公室内打印机或者特定人员的定位，为办公提供了方便。此外可以方便的在展览馆中快速准确的找到感兴趣的内容。
2.4 硬件系统架构
2.4.1 仓库设备
智能智能仓储管理系统集成了各种硬件设施，系统的硬件环境即包含仓库和门店及其配套设备，也包含货架/存储设备，运输工具，叉车，堆垛机，条形码相关设备，射频识别设备，超声红外设备，计算机服务器相关设备。
智能仓储管理系统以条形码和射频识别技术作为数据采集、传输和处理的技术，超声红外定位为智能仓储管理系统提供定位信息。每个库位或托盘上都要安装可以存储商品信息的电子标签，操作人员捡配和盘点时可以通过手持终端扫描读取；在出入口处安装射频阅读器，可以实时监控出入库货物信息；作业设备或人携带发射器，仓库房顶上安装足以覆盖整个仓库的接收器，来实现作业设备或人的定位，定位信息用于配货单的生成和捡配路线的优化。
2.4.2 自动识别系统
自动识别系统既包括条形码系统，又包括射频识别系统；其中条形码系统包括条形码生成和打印系统，激光扫描仪和计算机系统等基础硬件设备和支持软件共同组成。而射频识别系统由大多数入库商品都是以条形码标识的，数据采集或读取通过条形码扫描，然后把数据写入电子标签，并把标签放入包装箱/托盘或货位。电子标签应用示意图如图2-8图所示。
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图2-8 电子标签和条形码应用示意
2.4.3 定位系统
定位系统的硬件由S-ID控制器、接收机、发射机和自动跟踪数据采集计算机组成,系统结构如图2-9所示。S-ID控制器连接到后台服务器，通过采集从各收信机接收的数据，在经过调用相应的处理功能，获得发信机身份及位置信息。收信机安装在库房顶部接收发信机发射的超声波信号，并按一定规律发射红外线信号；发信机接收收信机发射的红外线，并发射超声波；发信机依附于移动的被跟踪物体上，可以是自动引导车、叉车或其他作业设备。
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图2-9 S-ID室内定位系统结构图
2.4.4 系统硬件总体框架
系统总体应用框架如图2-10所示，条形码扫描器读取的数据写入电子标签后，由射频识别系统完成库存信息的实时采集、传输以实现对仓库状态的监控；电子标签嵌入商品包装、托盘和货位上，在作业和出入库过程中可以通过作业机械、手持设备和出入口出的读写器实现对电子标签的读写；读写器读取的数据信息通过中间件层的传输，实现对存储于后台数据中心服务器中数据库的增删改查；库存数据通过网络实现数据共享，用户可以通过各类终端进行数据库的访问，从而服务于采购、仓储、物流和销售的各个环节。
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