基于物聯(lián)網(wǎng)的消防智能倉儲系統(tǒng)

引 言

消防關(guān)乎國家穩(wěn)定、社會安定和人民生命財產(chǎn)安全，是我國公共安全相關(guān)工作以及救援防災(zāi)體系的重要組成部分，國家對于消防工作越來越重視，為了落實消防裝備建設(shè)要求，推動消防工作建設(shè)，消防裝備在種類和數(shù)量上都呈現(xiàn)飛躍式增長。傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)管理方式需要大量人工采集官兵、車輛、裝備、物資等動態(tài)信息，整個過程費時、費力、操作繁瑣、缺少動態(tài)便捷的管理手段，導致數(shù)據(jù)采集錄入審批不暢、裝備數(shù)據(jù)記錄不準確。在裝備維修、丟失、報廢等情況下，無法動態(tài)更新裝備狀態(tài)，容易導致管理漏洞。在進行跨區(qū)域作戰(zhàn)時，由于各部門裝備信息的實時性、共享性不強，對聯(lián)合作戰(zhàn)中的裝備調(diào)派工作造成了很大困擾。因此，如何對消防裝備物資倉儲進行有效管理，并保障消防裝備的維護是消防部隊面臨的重大問題。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) [1] 已在全球范圍改變了供應(yīng)鏈管理模式，尤其在倉儲管理環(huán)節(jié)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。物資倉儲管理模式已較為成熟，普遍實現(xiàn)了智能倉儲管理信息化覆蓋。以RFID 技術(shù)和二維碼技術(shù) [2] 為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有對物品進行唯一標識、非接觸、信息可靠、移動識別的特性，通過與信息技術(shù)的融合應(yīng)用，記錄物資從入庫、存儲、盤點到出庫環(huán)節(jié)的物流信息。本文以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建消防智能倉儲系統(tǒng)，實現(xiàn)智能倉儲管理，提高消防倉儲自動化水平，有效降低人力資源和運作成本，提升消防管理部門的倉儲管理效率。

1 總體設(shè)計架構(gòu)

消防部門裝備物資無論在種類還是數(shù)量上都呈現(xiàn)飛躍式增長態(tài)勢，裝備管理方面存在的難題日漸突出。針對消防部門倉儲管理難的問題，采用物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)，擬設(shè)計智能倉儲管理系統(tǒng)。智能倉儲管理系統(tǒng)總體設(shè)計架構(gòu)主要由展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、感知層、作業(yè)層組成。

1.1 展現(xiàn)層

展現(xiàn)層中設(shè)計有手機、PC 和工控機等終端設(shè)備，便于實時顯示消防倉儲裝備信息。展現(xiàn)層主要用于顯示消防倉儲系統(tǒng)存儲裝備物資的情況。例如，倉儲系統(tǒng)采用RFID 技術(shù)采集裝備物資信息，通過多種通信傳輸方式將采集到的信息傳輸至工控機，工控機收到采集器的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析， 主要分析裝備物資出庫、入庫、移庫、盤點等情況，同時倉儲系統(tǒng)會生成相應(yīng)的報表明細單，根據(jù)業(yè)務(wù)情況做相應(yīng)處理。

1.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)中設(shè)計有倉儲管理、作業(yè)監(jiān)控和接口管理。在倉儲管理中，包含倉庫管理、入庫管理、保養(yǎng)管理、庫存管理、盤點管理、出庫管理、策略管理、庫存分析和統(tǒng)計管理。

在倉庫管理中，需要對倉庫以及庫位進行分類并粘貼相應(yīng)的標簽，以便對裝備物資分類。

入庫管理用于將裝備物資根據(jù)其標簽信息存儲到相應(yīng)庫位中，便于管理。

保養(yǎng)管理用于保養(yǎng)某些長期使用或者久存于倉庫的裝備物資。

盤點管理用于記錄庫存中對應(yīng)裝備物資的出入庫數(shù)量， 以及預(yù)警記錄哪些物資處于缺貨狀態(tài)。

統(tǒng)計管理用于統(tǒng)計裝備物資的分類情況、裝備報廢、退役、借入、維修的百分比，及裝備的新增、退役數(shù)目，裝備的出入庫統(tǒng)計等。

作業(yè)監(jiān)控設(shè)計包含任務(wù)監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度和權(quán)限管理，用于監(jiān)控消防任務(wù)和資源的合理調(diào)度。接口管理設(shè)計有裝備的管理接口、接口定制以及接口規(guī)范。消防智能倉儲管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

1.3 感知層

感知層設(shè)計有條形碼識別、LPWAN、AGV 系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配套系統(tǒng)，主要用于消防倉儲硬件設(shè)計，便于快速、準確識別裝備物資信息和信息傳輸功能。消防物資裝備在出入庫之前，需攜帶有特定的RFID 標簽，通過RFID 讀寫器將信息存儲在標簽中，移動掃描器掃描二維碼，對庫房包括低值易耗品在內(nèi)的所有物資裝備信息進行采集管理，再通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將采集到的信息傳輸至感知層的工控機。

1.4 作業(yè)層

作業(yè)層設(shè)計有立體貨架、模塊存儲、傳輸系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和分揀系統(tǒng)。設(shè)計立體貨架有助于提高倉庫空間利用率和節(jié)約資源。消防裝備物資在入庫時，經(jīng)過 RFID 掃描，倉儲系統(tǒng)獲取裝備物資信息，由貨物分揀系統(tǒng)應(yīng)用AGV 技術(shù)將裝備運送到相應(yīng)的倉庫庫位上。

消防倉儲管理系統(tǒng)各層框架之間相互依賴，相輔相成， 共同完成智能倉儲的消防任務(wù)。

2 采集方案設(shè)計

由于傳統(tǒng)的消防裝備物資管理的信息采集方式缺乏準確性、動態(tài)性、實時性和共享性，無法滿足消防部隊對設(shè)備物資管理的需求。而以 RFID 射頻識別和二維碼作為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠非接觸、唯一標識物品，并且信息可靠，因此智能倉儲的消防裝備信息采集方案設(shè)計采用RFID 技術(shù)和二維碼技術(shù)。

2.1RFID技術(shù)

采用RFID 技術(shù)[3,4] 的信息采集方案可分為有源方案和無源方案。二者都以移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用了 2.4G RFID 自動識別技術(shù)、智能手機終端技術(shù)、大數(shù)據(jù)等多種先進技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，同時可完成實時性數(shù)據(jù)傳送。

有源 RFID 技術(shù)主要應(yīng)用于倉儲管理領(lǐng)域， 應(yīng)用有源RFID 技術(shù)可以跟蹤或監(jiān)控進出倉庫的托盤、包裝箱及貨物的出貨量。裝備物資在入庫時，貨物可能已經(jīng)有了 RFID 標簽， 也可能需要先初始化標簽，錄入貨物信息，然后將RFID 標簽粘貼到貨物上。在進行倉儲業(yè)務(wù)時，可使用固定式 RFID 讀寫 器，也可以使用手持式 RFID 手持數(shù)據(jù)終端，還有叉車式移動 讀寫器，在進行入庫和出庫、盤點、揀貨等關(guān)鍵業(yè)務(wù)時，系統(tǒng) 可以自動記錄與 RFID 標簽相關(guān)聯(lián)的貨物，并將采集到的信息 實時傳送到數(shù)據(jù)中心管理平臺。RFID 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

有源方案由三防有源 RFID 電子標識卡、二維碼標簽、RFID電子標識卡采集器、移動掃描器、倉庫專用觸屏式工控機、有源電子標識卡發(fā)卡器、高增益全向天線和車載系統(tǒng)軟件平臺組成。RFID 電子標識卡的唯一ID 號或用戶編寫的編碼可對貨物進行標識。每一個電子標識卡的信息都包含了該貨位或貨箱里的全部裝備信息。

RFID 電子標識卡采集器可自動采集標識卡信息，以多種傳輸方式（RS-232、以太網(wǎng)、WiFi 或GPRS 等）將采集到的信息傳輸至工控機，工控機收到采集器的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析，從而判斷裝備物資出庫、入庫、移庫、盤點等流程， 同時生成相應(yīng)的報表明細單，并在系統(tǒng)中做相應(yīng)處理。

有源方案通過有源 RFID電子標識卡識別整個庫房的重點裝備信息，進行單件采集管理，對低值易耗品進行批量采集管理。RFID電子標識卡采集器自動采集覆蓋范圍內(nèi)的電子標識卡，再通過網(wǎng)絡(luò)將采集的信息傳輸至后臺工控機。其主要優(yōu)勢在于有源 RFID閱讀器被放置在倉庫內(nèi)需要監(jiān)控和追蹤貨物的區(qū)域，可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境按照射頻規(guī)劃部署有源式讀寫器，保證覆蓋范圍和信號強度。有源 RFID標簽可以設(shè)定不同的信號發(fā)射周期，按照指定的時間和規(guī)則，若標簽擅自移動或出庫會自動報警。對于庫存盤點，標簽可以自動喚醒，同時，也可以實現(xiàn)自動化一鍵式盤點及移動掃描器掃碼出入庫。鑒于有源 RFID技術(shù)在倉儲管理領(lǐng)域的優(yōu)勢，本系統(tǒng)采用有源 RFID技術(shù)[5] 方案對消防設(shè)備物資進行有效管理。

2.2 二維碼技術(shù)

二維碼又稱 Quick Response Code（QR），是近幾年移動設(shè)備中非常流行的編碼方式，它比傳統(tǒng)的Bar Code 條形碼能存儲更多的信息，表示更多的數(shù)據(jù)類型。

二維碼采用某種特定的幾何圖形，按一定規(guī)律在平面（二維方向上）上分布的黑白相間的圖形上記錄數(shù)據(jù)符號信息，在代碼編制上巧妙利用構(gòu)成計算機內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的 0 1 比特流的概念，使用若干個與二進制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字數(shù)值信息，通過圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。它具有條碼技術(shù)的一些共性，每種碼制都有其特定的字符集，且每個字符都占有一定的寬度，并具有一定的校驗功能。同時還具有對不同行的信息自動識別及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化點的功能。

由于二維碼具有儲存量大、保密性高、追蹤性強、成本低等特性，特別適用于表單、安全保密、追蹤、證照、存貨盤點、資料備援等方面。因此，消防智能倉儲管理系統(tǒng)采用二維碼技術(shù) [6]，每個消防裝備物資都粘貼帶有二維碼的標簽，碼中含有裝備物資名稱、重量、投入順序、裝備物資號碼等信息， 更加方便消防部門對裝備物資的有效管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計

消防智能倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(xiàn)倉儲智能化管理。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，消防倉儲管理員進行裝備物資入庫時， 需要對倉庫的裝備物資進行比對，判斷倉庫是否有相同的裝備物資，判斷已有的庫存是否有標簽，完成入庫操作時要保證物資裝備存儲在正確的庫存區(qū)，且裝備物資都要有特定的標簽標識。同時需要向上級部門寫入庫申請（采購入庫申請、調(diào)撥入庫申請、維修入庫申請），經(jīng)過入庫驗收后，可用有源 RFID 掃描帶有屬性、規(guī)則信息的裝備物資，也可以對比庫存臺賬信息進行相應(yīng)的盈虧處理，通過RFID 掃描盤點，進行庫存臺賬登記。入庫成功后，進行庫存臺賬登記。通過庫存臺賬模塊可以查看庫存明細賬目和貨位裝備的詳細信息。裝備物資出庫，如對退役或者報廢的裝備，需要向上級部門寫出庫申請，如調(diào)撥出庫申請、報廢出庫申請、損耗出庫申請、保養(yǎng)及維修出庫申請，經(jīng)有源 RFID 掃描出庫。對于成功出庫的裝備物資可以進行相應(yīng)的信息核對，也可以進行庫存臺賬登記，同時，實時動態(tài)了解庫存各項裝備信息，通過 RFID 掃描盤點進行庫存臺賬登記。該系統(tǒng)的倉儲出入庫流程如圖 3 所示。

圖 3 出入庫設(shè)計流程圖

應(yīng)用效果

以廣東省消防裝備物資管理業(yè)務(wù)為背景，測試基于物聯(lián)網(wǎng)的消防智能倉儲系統(tǒng)。消防智能倉儲系統(tǒng)采用RFID 射頻識別、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，系統(tǒng)實現(xiàn)了廣東省市級消防支隊當前的全部物資裝備、庫存、執(zhí)勤、維修、借出、借入、退役以及報廢的數(shù)目情況，實現(xiàn)了消防車輛按類別、按支隊的數(shù)量統(tǒng)計，滅火器材按類別、按支隊的數(shù)量統(tǒng)計，以及滅火器材按年度計算的滅火劑消耗量、庫存量的統(tǒng)計。其整體應(yīng)用效果如圖 4 所示。

4 應(yīng)用效果 

以廣東省消防裝備物資管理業(yè)務(wù)為背景，測試基于物聯(lián) 網(wǎng)的消防智能倉儲系統(tǒng)。消防智能倉儲系統(tǒng)采用 RFID 射頻 識別、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，系統(tǒng)實現(xiàn)了 廣東省市級消防支隊當前的全部物資裝備、庫存、執(zhí)勤、維修、 借出、借入、退役以及報廢的數(shù)目情況，實現(xiàn)了消防車輛按類 別、按支隊的數(shù)量統(tǒng)計，滅火器材按類別、按支隊的數(shù)量統(tǒng) 計，以及滅火器材按年度計算的滅火劑消耗量、庫存量的統(tǒng)計。 其整體應(yīng)用效果如圖 4 所示。

圖 4 消防智能倉儲管理系統(tǒng)效果圖

5 結(jié) 語

智能倉儲系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，是以目前國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在倉儲管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀為出發(fā)點，應(yīng)用RFID、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)，分析目標倉儲管理的各項實際需求， 依照需求進行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，最終完成整個基于物聯(lián)網(wǎng)的消防倉儲管理系統(tǒng)。系統(tǒng)優(yōu)勢在于可根據(jù)不同的裝備和不同的倉儲場所特點，應(yīng)用不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因地制宜。系統(tǒng)管理界面人性化設(shè)計、簡潔友好，對于整個倉儲管理能夠進行實時動態(tài)監(jiān)管，給使用方發(fā)送及時、準確的信息報告，大大減少了時間、人力和成本投入，大幅度提升了倉儲管理工作效率。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)的消防智能倉儲系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實意義，值得應(yīng)用和推廣。