港口仓储物流管理系统

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目 录

目 录 2
一、目的和意义 3
二．建设原则 4
三．方案体系结构介绍 5
四．方案简介 5
4.1控制中心子系统 7
4.2智能仓库管理系统 8
4.3安全防范系统 9
五．系统设计 9
5.1 电子标签管理 9
5.2 仓库的RFID设备及存储区域管理 10
5.3 无线系统设计与管理 11
5.4入库管理 12
5.4 出库管理 15
5.5 盘点管理 17
5.6安全防范系统 18
5.6.1智能视频监控系统 18
5.6.2智能图像分析识别系统 20
5.7温湿度监控 20

一、目的和意义
港口主要面临的问题如下：
(1)货物类型繁多，入库时经常出现多种不同类型货物同时进仓，出库时每单中经常要出仓多种不同类型的货物若干包。此时，采用人工计数出入库的方式，差错率非常高。
(2)在进行库存盘点时，采用人工计数清点的方式，差错率也比较高，难以实现实物与账面相一致。
(3)人为因素的不确定性导致劳动率低下，人力资源严重浪费。同时随着货物数量的增加以及出入库频率的剧增，这种模式严重影响了正常的运行工作效率。
(4)传统的管理方式使仓库的出入库数据、盘点数据无法具有实时性，不便于单位内部信息资源共享。

随着计算机的应用普及，目前大多数企业的仓库管理数据资料已开始采用计算机数据系统管理，但数据还是采用先纸张记录、再手工输入计算机的方式进行采集和统计整理。这不仅造成大量的人力资源浪费，而且由于手工录入数据的因素，数据录入速度慢、准确率低。
随着企业规模的不断发展，仓库管理的物资种类数量在不断增加、出入库频率剧增，仓库管理作业也已十分复杂和多样化，传统的人工仓库作业模式和数据采集方式已难以满足仓库管理的快速、准确要求，严重影响了企业的运行工作效率，成为制约企业发展的一大障碍。
因此急需建设一个仓储信息化管理平台。而射频识别（RFID）技术，是将信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，为我们提供了快速、准确地数据采集输入的有效手段。为企业解决仓库管理过程中存在的各种问题，并提高仓库管理的效率。
RFID技术是本世纪最有发展前途的信息技术之一，是物流信息化重点，形成“物联网”的核心，它的优秀之处在于RFID可以动态地识别高速运动物体，并可同时识别多个电子标签，识别距离较大，能适应恶劣环境。同时因为电子标签可唯一地标识物品，所以可以在整个仓库管理过程中跟踪货物，实时地掌握物品处于粮库管理的哪个环节。RFID技术的灵活应用不仅能大大提高企业的仓库管理效率，还能强化企业的核心价值，降低管理成本。通过将RFID技术应用于托盘、包装箱、货架、车辆、集装箱等基础设施的识别，在仓库内部、出入库口、运输车辆、搬运器械上安装RFID读写装置，能够实现自动化的入库、出库、盘点，以及物流交接环节中的RFID信息采集，实现物品库存的自动化管理。通过RFID技术与运输设备、设施的结合，可以进行基础设施信息化的升级，整合系统内的多个业务功能，从而有效提升系统的运作效率提高仓储管理信息化和自动化水平。

二．建设原则
统筹规划、标准统一、保证安全、经济实效、适度前瞻。
系统建设和系统设计必须遵循以下原则：
1）充分利用现有的资源
充分利用现有计算机、网络、信息的资源，避免重复建设。
2）先进性与发展性
采用计算机系统和RFID技术进行系统设计，既要保证当前系统运行的高可靠性，又要能适应未来技术发展的需要。
3）实用性与经济性
在系统设计中，不仅要考虑到目前各种业务的实际需求，更充分考虑到将来业务种类增长的需求，从实用性出发，解决实际问题。
4）标准化与开放性
采用符合国际、国家标准的软件和硬件设备，遵循有关技术规范体制，使系统具有灵活的互联能力。
5）可靠性与安全性
选用可靠的产品与技术，在系统出现异常时，具有应变能力和容错能力，确保系统安全可靠。对某些信息资源的使用要进行一定的权限划分，并对信息系统的运行情况进行实时监控。
6）信息共享
对信息资源考虑有条件、分层次共享，使信息既得到充分、有效的利用，又符合内部信息的保密要求。
7）灵活性与扩充性
选用符合国际发展潮流的国际标准的软件，使系统具有良好的可移植性、可扩展性，保证在将来发展中迅速采用最新出现的技术，降低系统成本。

三．方案体系结构介绍
智能仓储管理平台以无线网络为载体，以RFID技术，无线传感网络技术为核心，实现仓储管理过程中多个业务环节的信息共享和自动化，能够有效提升系统运作效率。方案体系结构分为三层，第一层为感知层，第二层为传输层，第三层为应用层。


港口仓储物流自动化系统体系结构图

四．方案简介
系统特点
1、系统具有高度实时性，无论是后台管理人员还是现场管理人员，均可在第一时间得知数据发生的变化。
2、系统具有高效率性，采用先进的RFID技术融入仓库管理流程中，大大提高了仓库管理流程的效率。
3、系统具有高度智能性和主动性，系统发现现场安全异常情况、及仓库业务流程出现错误时，会现场发出相应警告信息，并通过短信、邮件等方式通知相关人员。
4、系统遵循标准化，开放性设计原则，具有高度可扩充性，能够方便地与其他系统进行衔接。
5、中间网络具有高度的可维护、可管理、可控制、可重构功能

控制中心与仓库的的网络图如下图所示，系统采用分布式存储数据，在控制中心建立中心数据库，各区域建立分支数据库。分支数据库与中心数据库实时同步数据，采用广域网专线互联，控制中心存储所有规划范围内区域的仓库存储、出入库记录等信息。仓库实现RFID自动化、智能化管理。视频监控系统结合报警控制主机实现安全防范功能。


4.1控制中心子系统
控制中心系统是整个平台核心部分，主要由数据库服务器、中间件服务器等设备组成，实时存储各区域仓库存储、出入库、盘点等信息。结构如下：

1）数据库服务器结合磁盘阵列设备实现整个平台信息数据的存储。
2）中间件服务器提供WebServices功能，同步来自各区域分支数据库服务器的数据。
3）中间件服务器建立冗余和负载均衡模式，使各服务器互为热备份状态，从而增加系统的稳定性和可靠性。
4.2智能仓库管理系统
仓库管理系统控制流程各环节的动作，完成收货入库管理、盘点调拨管理、拣货出库管理以及整个系统的数据备份、数据查询、数据统计、报表管理等。
根据仓库管理流程，在每个货物上安装一张RFID电子标签，将托盘或周转箱上的货物信息与电子标签ID号捆绑输入数据库。

1）仓库的入口处安装识别系统设备（RFID阅读器、天线），托盘上RFID所携带的相关信息被读取，并传输到仓库管理系统，由系统根据货位信息安排入库位置。
2）仓库拣选区域安装识别系统，把拣选完的货物信息读／写入箱（袋）上的RFID电子标签。
3）仓库分拣区安装识别系统，在进行货物分流的同时，实现自动复核出库。
4）拖车、叉车车体安装识别系统设备，识别托盘上RFID电子标签所携带的相关信息，并根据信息做相应操作。
4.3安全防范系统
安全防范系统包括视频监控、红外报警探测和温湿度监控等功能。
视频监控主要在白天观察工作人员、拖车和叉车工作情况，在晚上配合红外报警探测、声控装置实现防盗报警功能。
红外报警主要在非工作时间段内防范偷盗等违法行为。
对于储存温湿度有要求的物品，在存放的货架加装温湿度传感器，系统将实时监控该货架的温湿度是否满足物品的储存条件。如果温湿度超出物品储存范围，系统将记录警告信息并即时通知仓库管理人员

五．系统设计
本方案重点针对货物仓库管理（如出入库、盘点等操作流程）、物流的流程优化管理，结合视频监控、智能图像分析实现安全防范功能，基本思路如下：
1、所有货物入库之前贴附RFID标签，作为该货物的唯一标识。
2、仓库操作流程以分级标签管理的形式进行管理，分为货物标签、托盘标签、存储区域标签和车辆标签四个类别，防止货物发向错误的目的地。
3、所有进出仓库的货物进行视频监控生成录像文件作为取证记录。
4、所有货物出入库的记录实时保存到数据中心，确保对货物的全流通环节进行跟踪和管理。
下面就电子标签的管理、货物的流通进行描述。
5.1 电子标签管理
在电子标签内输入需要存储的各种信息（如：类型、日期、批号等等）的编码，这些信息编码与标签ID号绑定，并形成记录保存在数据库中。
标签编码结构采用标准的EPC编码格式，本系统中，我们采用EPC-96，类型I，结构图如下图所示：

EPC-96 类型I 结构图
版本号标识该EPC的版本号，即结构，它明确指出了该EPC代码的总位数和其他三部分中每部分的位数。
域名管理部分用于EPC代码的域名管理者编码，它描述了与此EPC相关的生产厂商的信息。
对象分类部分用于一个EPC代码的对象分类编码，它记录了产品精确类型的信息。
序列号部分用于EPC代码的序列号编码，它唯一标识货品。
电子标签贴附是按照规定工序将制作好的电子标签贴附（悬挂）于外包装或者托盘上，入库的货物打包方式应遵从仓库标准，便于全流程的统一管理。
电子标签的类型
电子标签按功能可分为如下四种：
? 仓库区域标签 用于标识仓库唯一存储区域的标签，该标签存储货物信息等相关数据，具有部分数据区域可读写、标签不可移动等属性。
? 托盘标签 用于托盘唯一标识的标签，该标签存储货物相关信息，具有部分数据区域可读写、标签可移动、标签可循环利用等属性。
? 货物标签 用于货物唯一标识的标签，该标签存储货物相关信息。具有部分数据区域可读写、标签可移动、标签不可循环利用等属性。
? 车辆标签 用于车辆唯一标识的标签，该标签存储货物的批次、发送目的地等信息。具有部分数据区域可读写、标签可移动、标签可循环利用等属性。
5.2 仓库的RFID设备及存储区域管理
RFID阅读器
本方案中RFID设备包括固定一体式阅读器、固定式四通道阅读器、便携式阅读器，各类型阅读器安装位置和功能如下描述：
固定一体式阅读器安装在叉车上，用于扫描货物、托盘和车辆等标签，配套设施有车载RFID控制终端，终端使用WIFI方式联网，与数据中心通信，接收系统发布的出入库等指令。
固定式四通道阅读器安装在仓库出库口、入库口，叉车通过时，对车上货物进行扫描，配套设备有现场控制终端，使用以太网与数据中心通信。
便携式阅读器由拖车类运输工具工作人员随身携带，作为叉车+固定式阅读器的替代方案。

仓库的区域划分
仓库的存储位按最小存储单元进行划分，每个存储单元安装一个标识区域的RFID标签。如图所示：

区域电子标签包含该区域现时存储的货物基本信息、货主信息、货物来源地、货物发往地等。
5.3 无线系统设计与管理

在网络层设计中采用光载无线技术全面解决网络问题，光载无线交换系统优势：
（1）基于光载无线方式的WiFi射频信号低成本、远距离以及不同网络拓扑结构下的大范围分布传输，解决其中非线性、色散等对WiFi链路动态范围劣化所带来的影响；
（2）采用WiFi光载无线中心控制机集中管理和控制WiFi局域网，解决系统的可靠性、网络的管理和维护、系统网络的升级等问题；
（3）解决低成本WiFi光载无线分布系统远端天线节点的结构设计与实现，利用光子技术完成射频频点的切换并实现动态带宽分配；
（4）完成Zigbee等无线传感技术的功能扩展，将其应用到ROF系统中并解决其在直调光纤系统中传输所面临的问题，分析模拟直调半导体激光器参数对整体链路性能的影响。
使用先进的光载无线技术，实现WiFi射频信号的大范围拉远，同时实现多个接入点的射频交换、分配和功率控制，从而建立起面向宽带无线接入及物联网应用的ROF智能网络。

图4 面向宽带接入和无线传感网络的ROF智能网络图
图4给出了ROF智能网络物理链路层的基本结构图，其中中心控制局的射频信号经过光纤系统进行分发，由于光纤系统的高带宽和低损耗，该ROF系统对无线信号格式具有透明的特点，可以利用其中部分接入点来进行物联网业务的管理与控制，而利用其它接入点实现仓库的宽带无线接入业务。
5.4入库管理
入库过程中运送的常用两种方式：
传送带
货物通过传送带方式存入仓库时，在传送带上安装通道式或板状线极化天线，通道式天线如图所示：


当货物经过天线感应区域时，阅读器通过天线自动识别并获取电子标签内的数据信息，天线通过馈线把信息传送到固定式阅读器，最后通过传输层把标签信息传送到数据中心的后台管理系统，进行货物信息收集。
托盘、叉车/拖车
当装有货物的拖车或者叉车经过入库口，并进入天线的感应范围时，天线自动获取并识别电子标签内的数据信息(如下图)

然后，通过馈线把信息传送到固定式阅读器，最后通过电缆线把标签信息传送到数据中心的计算机上，进行货物信息收集。拖车或叉车工作人员可根据显示屏上所显示的货位提示信息，进行货物的入库存放。
当发现所收集到的货物信息，不在订单或者入库清单之列时，系统提示出错信息，告知工作人员进行差错纠正处理。这时工作人员可以根据出库清单和出错信息，对出库的货物进行检查，以纠正错误，进行正确出库。

基于RFID技术的入库过程如下：
1、 货物抵库后，工作人员将已注册的电子标签贴附于货物外包装上。
2、 在叉车上安装的阅读器，根据现场采集到的货物信息形成第一次现场货物清单，系统将叉车扫描到货物所生成的第一次现场货物清单与系统生成的货物入库清单进行对比验证，验证通过后，叉车即可装载货物。

3、 叉车运载货物通过RFID阅读器时，入库口安装的阅读器采集将采集到的货物信息生成第二次现场货物清单，并与系统生成的货物入库清单进行第二次对比验证，验证通过后，系统执行入库指令并输入结果，同时安排仓库存储位。

4、 叉车根据系统安排的仓库存储位，将货物运送到指定存储区域。
入库全过程由网络摄像机自动拍摄并存入本地服务器，同时监控中心可以实时监控现场入库情况。
5.4 出库管理
接收到出库任务后，仓库管理员组织叉车、拖车运送指定货物出库，入库过程中运送的常用两种方式：
传送带

叉车、托盘


基于RFID技术的出库过程如下：
1、 系统根据货主提交的货物出库信息生成预出库清单，同时生成物流通行证（车辆标签），物流通行证标签记录了货物的批次、货主信息、发往目的地等数据编码。
2、 物流车辆获取物流通行证后，准许到指定出库位装载货物。
3、 从叉车控制终端从系统获取预出库的货物信息后，工作人员将叉车行驶到指定仓库存储位，使用阅读器扫描区域存储标签和货物标签，同时生成第一次现场出库清单。

4、 系统将现场出库清单与预出库清单进行对比验证，工作人员可从叉车控制终端上看到验证结果，当验证通过时，即可驾驶叉车装载货物。
5、 叉车通过出库口时，出库口安装的阅读器进行出库扫描，生成第二次现场出库清单，系统将第二次现场出库清单与预出库清单进行对比验证，验证通过后，叉车即可通过出库口。

6、 货物出库后，叉车阅读器读取运送货物车辆的物流通行证（车辆标签），当物流通行证信息与系统存储的货物信息一致时，即可进行货物的装卸流程。
7、 当发现所收集到的货物信息不在订单或者出库清单之列时，系统在车载终端提示出错信息，告知工作人员进行差错纠正处理。这时工作人员可以根据出库清单和显示屏上显示的出错信息，对出库的货物进行校对，以纠正错误，进行正确出库。
5.5 盘点管理
为了准确的知道仓库内货物的实际数量与海关中心数据库的记录是否一致，需要对仓库货物进行盘点。工作人员可以采用手持式阅读器对包装上的电子标签进行读取，然后通过该阅读器上的无线发射模块（WIFI、gprs、3G网络等）把标签信息传送到无线传输终端设备，最后传送到数据中心的计算机进行处理，形成盘点报表，给出误差信息。
出库示意图如下图所示。



5.6安全防范系统
货物的安全防范采用视频监控、红外报警探测和图像识别分析系统进行仓库的出入库过程全程监控。
视频监控在出入库、盘点等过程中，主要为监控工作过程用，其他时间段则采用图像识别分析技术，同时可配合红外报警探测技术进行仓库安全的防范。
安全防范系统默认采取禁止通行状态，红外报警探测为布防状态，一旦有人在布防状态下进入防区，系统发出声光报警，视频监控系统开始录像，同时向监控中心发送报警信息。
5.6.1智能视频监控系统
视频监控系统分别由前端系统、传输系统、控制系统、显示系统四个部分构成,还具有对图像信号的分配切换、存储、处理、还原等功能。监控系统的原理图为：


前端通过多个无线摄像头对仓库进行实时监控，一个AP可以带多个无线摄像头。
控制中心主要由网络交换机、电脑显示器、硬盘录像机等组成，可完成路口现场图像接收与显示，录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。
通过网络交换机，硬盘录像机和办公室的电脑之间可以联成网络。领导办公室的电脑只要加装一套远程客户端监控软件，即可实时观看前端摄像机的监视图像。
用户在中心可以通过电脑显示器观看到现场多个监控点的图像，同时显示出多路监控点摄像机的画面。
控制中心发出的对于云台、镜头等的控制指令通过网络设备传送到监控点。用户可以通过位于主控中心的主控制键盘控制现场任意点的云台、镜头的光圈、焦距、变倍；云台的上、下、左、右、自动或辅助控制远端的电源、摄像机开关等。 现场传回的视频图像转化为数字信号存储在硬盘录像机上，可方便快捷地实现资料的存储、更新、查询、备份，同时可进行网络传输。
5.6.2智能图像分析识别系统
智能图像识别分析技术，可对仓库内物品摆放的状态、位置、人员行为等进行监控，当仓库内物品发生异动时，系统发出声光报警，同时向监控中心发送报警信息，如下图：


5.7温湿度监控
通过zegbee技术在仓库内布无线传感网，监控仓库内的温度湿度数据，再将无线传感网中的汇聚数据转为WIFI传号传入控制中心。
如实采集和记录各空间温度/温湿度情况。所有的温度/温湿度数据采集和记录到温湿度监控服务器上，数据可以按照使用人员的要求定时自动记录并长期保存。授权用户可查询历史数据，进行数据分析、打印等操作。在出现异常数据的时候，可进行多种方式的报警，如：电脑图文报警、声光报警、短信报警等。远程计算机在经过授权后，可以共享温湿度数据。