基于Android平臺的物流倉儲叉車調(diào)度系統(tǒng)的設計

傳統(tǒng)倉儲作業(yè)中，叉車完全由人工調(diào)派，管理人員無法獲得叉車位置信息，調(diào)度效率低。為此，本文設計了一款基于Android平臺的物流倉儲叉車調(diào)度系統(tǒng)，由Android手機移動終端、服務器調(diào)度端、無線路由器三部分組成。該系統(tǒng)采用了基于Wi-Fi信號指紋的室內(nèi)定位方法實現(xiàn)對叉車的實時定位。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以對實時顯示叉車終端位置，并實現(xiàn)雙向語音對講，極大提高了調(diào)度效率。

【關鍵詞】物流倉儲 調(diào)度 定位 語音通信

1 引言

近年來， 我國倉儲信息管理系統(tǒng)建設取得了快速發(fā)展，各種信息技術(shù)被應用到物流倉儲中，極大提高了倉儲作業(yè)效率。例如王建維等設計了一種基于RFID的倉庫管理系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)倉庫管理中存在的數(shù)據(jù)信息采集不夠準確、自動化程度不高的問題。傳統(tǒng)倉儲作業(yè)在倉儲貨物分揀等過程中，通常倉庫內(nèi)部叉車的調(diào)度管理完全由人工實施，因其調(diào)度管理效率的低下，已經(jīng)不能滿足當今大型倉庫管理快速、準確的要求。除調(diào)度和采集倉儲信息外， 管理人員無法實時掌握叉車作業(yè)情況，導致叉車利用不充分。這些因素成為制約企業(yè)發(fā)展的障礙。為了解決目前這種依靠人工調(diào)派而導致調(diào)度叉車效率低下，調(diào)派使用不夠統(tǒng)籌合理，調(diào)遣速度不夠快捷的被動局面，吳方成等設計了基于 GPS的港口叉車智能管理系統(tǒng)，但是GPS不適合室內(nèi)環(huán)境。

本文設計了一套針對室內(nèi)物流倉儲的叉車調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)需要按照倉庫的面積布置相應數(shù)量的無線接入點（Access Point，AP），在倉庫內(nèi)的每輛叉車上安裝智能終端，對智能終端進行實時定位。叉車在移動過程中，電腦端可以顯示當前叉車的位置。工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場叉車位置的情況，通過系統(tǒng)中的語音模塊與叉車工作人員進行對話，完成相應的調(diào)度工作。該系統(tǒng)可以提高物流中心對叉車的管理效率，提高工人工作效率，增加企業(yè)收益。

2 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)采用客戶端和服務器端的模式?？头酥饕δ苁遣杉疻i-Fi信號強度的數(shù)據(jù)并發(fā)送到服務器端、錄音、發(fā)送、接收和播放音頻消息；服務器端的功能是存儲發(fā)送過來的Wi-Fi信號強度的數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、進行實時定位顯示、錄音、發(fā)送、接收和播放音頻消息。具體架構(gòu)流程如圖1。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境在裝有win7操作系統(tǒng)的電腦上進行，安裝Eclipse和MyEclipse，并配置好JDK和Tomcat。數(shù)據(jù)庫采用由瑞典MySQL AB 公司開發(fā)的MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理工具是Navicat，它的設計符合數(shù)據(jù)庫管理員、開發(fā)人員及中小企業(yè)的需要。實驗場地環(huán)境如圖2所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 室內(nèi)定位算法

室內(nèi)定位通過指紋定位的方式實現(xiàn)定位，其基本原理是利用Wi-Fi信號在不同位置的差異性，將空間上特定位置的Wi-Fi信號特征作為該位置的指紋，建立位置-指紋關系數(shù)據(jù)庫，從而通過指紋比較的方式估計用戶位置。

指紋定位方法包含兩個階段：訓練階段和定位服務階段。

訓練階段，在所要定位的區(qū)域內(nèi)，設立若干個參考點。一個參考點能建立一個相對應的Wi-Fi信號指紋， Wi-Fi信號指紋是該參考點采集到來自不同AP發(fā)射過來的Wi-Fi信號的大小的集合。

3.2 客戶端設計

客戶端包含訓練模塊，登錄模塊，語音收發(fā)播放模塊，定位服務模塊。每個模塊設計成一個Fragment，使用Android Fragment便于對每個模塊進行獨立控制。具體客戶端的設計如圖3。

訓練模塊將采集到的參考點位置指紋和位置的編號采用HTTP的Post方法發(fā)送給服務器端。該模塊掃描周圍AP時，頻率設定為4次/秒，主要用到的方法是ScanWi-Fi，能檢測出周圍所有AP的物理地址、名稱和信號強度。掃描完畢后，對原始數(shù)據(jù)進行過濾，留下來的數(shù)據(jù)再處理，得到參考點指紋。訓練結(jié)束后，對數(shù)據(jù)庫中的參考點指紋分區(qū)域劃分，用MATLAB處理得到區(qū)域指紋，把區(qū)域指紋存在數(shù)據(jù)庫中。

登錄模塊主要是方便管理人員知道哪位工作人員在使用叉車。當工作人員使用定位服務時需要輸入個人ID，再按一下登錄按鈕，該模塊會將該員工ID傳輸給服務器界面，其中個人ID輸入設定只允許輸入阿拉伯數(shù)字。當工作人員不使用叉車時，按一下退出按鈕，整個客戶端結(jié)束工作。

語音錄制收發(fā)播放模塊，整個流程如圖1所示。該模塊主要是方便工作人員和管理人員進行遠距離溝通，當工作人員需要聯(lián)系管理人員時，只需按一下客戶端上的錄音按鈕，然后講上一段話，再點擊發(fā)送即可。錄音用到audiorecord類，設置采樣率為22.05kHz，脈沖編碼調(diào)制每個采樣點為16位，以wave的格式保存所錄制的音頻。語音錄制完畢，客戶端將語音馬上發(fā)送給服務器端，發(fā)送用到UDPClient類，考慮到手機端性能和UDP數(shù)據(jù)包允許的最大數(shù)據(jù)長度，將語音數(shù)據(jù)包分成若干份并以每50毫秒發(fā)送30K數(shù)據(jù)的速度發(fā)送。當管理人員需要聯(lián)系工作人員時會發(fā)送過來一段語音，客戶端會接受這段語音并播放。這時需要客戶端一直等待接收服務端發(fā)送過來的語音，接收語音用到UDPServer類，接收到的數(shù)據(jù)同樣以wave的格式保存，并以接收到語音的時間戳命名該音頻的名稱。對接收到的語音，客戶端會調(diào)用playVoice類進行解碼播放。

定位服務模塊將客戶端的IP地址和待定位位置的待測指紋封裝成XML格式，發(fā)送給服務器端，其中發(fā)送數(shù)據(jù)和掃描AP的頻率為每秒一次。服務器端則將待測指紋和數(shù)據(jù)庫中的區(qū)域指紋進行匹配計算，并顯示在服務器端的界面上。

3.3 服務器端設計

服務器端分成web端、數(shù)據(jù)庫和java顯示界面端三大模塊。

Web端功能是將客戶端發(fā)送過來參考點編號和指紋數(shù)據(jù)解析并存儲在數(shù)據(jù)庫中。在存儲數(shù)據(jù)前，Web端中Servlet會查詢數(shù)據(jù)庫中位置編號是否已經(jīng)存在，若存在則會自動覆蓋原有該位置編號的參考點指紋。另外一個功能則是完成客戶端發(fā)來定位的post請求，通過發(fā)送過來的待測指紋與數(shù)據(jù)庫中的區(qū)域指紋進行對比，利用確定法計算出待測指紋在哪個區(qū)域，最后將計算得到的區(qū)域編號和客戶端的IP地址封裝成XML格式發(fā)送給java顯示界面端。

數(shù)據(jù)庫采用版本號為5.6.24的MySQL數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)。用Navicat工具建立mydata和finggerrssi兩張表格，分別存儲參考點指紋和區(qū)域指紋相關的信息。其中mydata表格的信息包含參考點位置編號和參考點指紋，finggerrssi表格的信息包含區(qū)域位置編號和區(qū)域指紋。

java顯示界面端模塊分為位置顯示、語音收發(fā)播放、登錄消息和語音消息提示顯示這三個子模塊，總體布局采用絕對布局。

位置顯示子模塊主要功能是顯示客戶端在工作區(qū)域的位置。該模塊通過解析web端發(fā)送過來的XML信息，判斷消息來自哪個客戶端，顯示相對應客戶端的位置。

語音錄制收發(fā)播放子模塊，功能和客戶端類似，其中接收語音部分和客戶端原理一樣。錄音用到實現(xiàn)Runnable的Capture類，采樣率為44.1kHZ，聲道采用單聲道。發(fā)送語音部分用到UDPClient類，將語音信息廣播給客戶端。該模塊接收語音后，播放語音部分會立即解碼播放，用到playSounds類，該類和客戶端那個解碼播放類不同。

登錄消息和語音消息提示顯示子模塊主要是方便管理人員了解工作人員登錄和語音發(fā)送情況。其功能是顯示客戶端發(fā)來的登錄消息，消息格式是員工+員工ID+開始作業(yè)。還有是當客戶端發(fā)來一段語音時，該模塊會以員工+員工ID+作業(yè)中+該員工發(fā)來一段語音的格式顯示信息。

4 系統(tǒng)測試

測試的實驗環(huán)境是在本校4號教學樓4401實驗室。在實驗室布置6個固定AP，AP型號是TL-WR886N，設置其信道為6。參考點采用網(wǎng)格布局的方式，每隔0.5米設置一個參考點，總共選取了24個參考點，并將24個參考點劃分成4個區(qū)域。用華為m2-801w以每秒4次在實驗室采集參考點指紋數(shù)據(jù)，每個參考點采集400次。建立完Wi-Fi指紋數(shù)據(jù)庫后，對兩部Android版本為5.1.1的華為m2-801w進行定位，可以在電腦端觀察兩個客戶端顯示位置，如圖4所示。測試語音通信性能，華為m2-801w和電腦端在定位同時能進行語音地相互傳送，電腦端的語音可以傳送到兩個手機端，兩個手機端都能直接把語音播放出來；手機端發(fā)送的語音，電腦端也能收到并播放出來。

5 結(jié)束語

本文設計了一個基于Android平臺的物流倉儲叉車調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合了室內(nèi)定位技術(shù)和語音通信技術(shù)，具有實時定位和語音對講的功能，還具有安裝方便、操作簡單、系統(tǒng)布署快捷等特點。此外系統(tǒng)采用已經(jīng)普及的Wi-Fi設備和Android設備，成本比較低，同時Android設備所使用的系統(tǒng)具有開源等特點。今后，可以結(jié)合其他傳感器技術(shù)來進一步提高終端精度，同時還可以增加視頻對講功能來進一步提高系統(tǒng)可用性。

（通信作者：方朝曦）

參考文獻

[1]王建維，謝勇，吳計生.基于RFID的數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].物流技術(shù)，2009，28（04）：130-132.

[2]王成林，花龍雪.某樓層庫叉車調(diào)度問題研究[J].物流技術(shù)：裝備版，2014（08）：90-95.

[3]吳方成.基于GPS的港口叉車智能管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].蘇州：蘇州大學， 2013.

[4]楊崢，吳陳沭，劉云浩.位置計算：無線網(wǎng)絡定位與可定位性[M].北京：清華大學出版社，2014，118-119.

[5]周生亮.基于接收信號強度的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].武漢：華中科技，2015.

[6]He S，Chan S H G.Wi-Fi fingerprint-based indoor positioning：Recent advances and comparisons[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials， 2016，18（01）：466-490.

作者簡介

龐澤平（1991-），男，碩士研究生在讀，主要研究方向為物流信息技術(shù)。

方朝曦（1982-），男，博士學歷。現(xiàn)為浙江萬里學院電子與計算機學院教授。主要研究方向為無線通信。

李國勝（1976-），男，碩士學位?，F(xiàn)為浙江萬里學院電子與計算機學院講師。主要研究方向為移動互聯(lián)網(wǎng)應用。

作者單位

浙江萬里學院電子與計算機學院 浙江省寧波市 315100