基于物聯(lián)網(wǎng)的消防智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

引 言

消防關(guān)乎國(guó)家穩(wěn)定、社會(huì)安定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，是我國(guó)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(guó)家對(duì)于消防工作越來(lái)越重視，為了落實(shí)消防裝備建設(shè)要求，推動(dòng)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(zhǎng)。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(dòng)態(tài)信息，整個(gè)過(guò)程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、操作繁瑣、缺少動(dòng)態(tài)便捷的管理手段，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集錄入審批不暢、裝備數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確。在裝備維修、丟失、報(bào)廢等情況下，無(wú)法動(dòng)態(tài)更新裝備狀態(tài)，容易導(dǎo)致管理漏洞。在進(jìn)行跨區(qū)域作戰(zhàn)時(shí)，由于各部門裝備信息的實(shí)時(shí)性、共享性不強(qiáng)，對(duì)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(duì)消防裝備物資倉(cāng)儲(chǔ)進(jìn)行有效管理，并保障消防裝備的維護(hù)是消防部隊(duì)面臨的重大問(wèn)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(cāng)儲(chǔ)管理環(huán)節(jié)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。物資倉(cāng)儲(chǔ)管理模式已較為成熟，普遍實(shí)現(xiàn)了智能倉(cāng)儲(chǔ)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(duì)物品進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)、非接觸、信息可靠、移動(dòng)識(shí)別的特性，通過(guò)與信息技術(shù)的融合應(yīng)用，記錄物資從入庫(kù)、存儲(chǔ)、盤點(diǎn)到出庫(kù)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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能倉(cāng)儲(chǔ)管理，提高消防倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化水平，有效降低人力資源和運(yùn)作成本，提升消防管理部門的倉(cāng)儲(chǔ)管理效率。

1 總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

消防部門裝備物資無(wú)論在種類還是數(shù)量上都呈現(xiàn)飛躍式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，裝備管理方面存在的難題日漸突出。針對(duì)消防部門倉(cāng)儲(chǔ)管理難的問(wèn)題，采用物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)，擬設(shè)計(jì)智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jì)有手機(jī)、PC 和工控機(jī)等終端設(shè)備，便于實(shí)時(shí)顯示消防倉(cāng)儲(chǔ)裝備信息。展現(xiàn)層主要用于顯示消防倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)裝備物資的情況。例如，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用RFID 技術(shù)采集裝備物資信息，通過(guò)多種通信傳輸方式將采集到的信息傳輸至工控機(jī)，工控機(jī)收到采集器的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 主要分析裝備物資出庫(kù)、入庫(kù)、移庫(kù)、盤點(diǎn)等情況，同時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)會(huì)生成相應(yīng)的報(bào)表明細(xì)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(jì)有倉(cāng)儲(chǔ)管理、作業(yè)監(jiān)控和接口管理。在倉(cāng)儲(chǔ)管理中，包含倉(cāng)庫(kù)管理、入庫(kù)管理、保養(yǎng)管理、庫(kù)存管理、盤點(diǎn)管理、出庫(kù)管理、策略管理、庫(kù)存分析和統(tǒng)計(jì)管理。

在倉(cāng)庫(kù)管理中，需要對(duì)倉(cāng)庫(kù)以及庫(kù)位進(jìn)行分類并粘貼相應(yīng)的標(biāo)簽，以便對(duì)裝備物資分類。

入庫(kù)管理用于將裝備物資根據(jù)其標(biāo)簽信息存儲(chǔ)到相應(yīng)庫(kù)位中，便于管理。

保養(yǎng)管理用于保養(yǎng)某些長(zhǎng)期使用或者久存于倉(cāng)庫(kù)的裝備物資。

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

統(tǒng)計(jì)管理用于統(tǒng)計(jì)裝備物資的分類情況、裝備報(bào)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(kù)統(tǒng)計(jì)等。

作業(yè)監(jiān)控設(shè)計(jì)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(jì)有裝備的管理接口、接口定制以及接口規(guī)范。消防智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

1.3 感知層

感知層設(shè)計(jì)有條形碼識(shí)別、LPWAN、AGV 系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配套系統(tǒng)，主要用于消防倉(cāng)儲(chǔ)硬件設(shè)計(jì)，便于快速、準(zhǔn)確識(shí)別裝備物資信息和信息傳輸功能。消防物資裝備在出入庫(kù)之前，需攜帶有特定的RFID 標(biāo)簽，通過(guò)RFID 讀寫器將信息存儲(chǔ)在標(biāo)簽中，移動(dòng)掃描器掃描二維碼，對(duì)庫(kù)房包括低值易耗品在內(nèi)的所有物資裝備信息進(jìn)行采集管理，再通過(guò)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(jī)。

1.4 作業(yè)層

作業(yè)層設(shè)計(jì)有立體貨架、模塊存儲(chǔ)、傳輸系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和分揀系統(tǒng)。設(shè)計(jì)立體貨架有助于提高倉(cāng)庫(kù)空間利用率和節(jié)約資源。消防裝備物資在入庫(kù)時(shí)，經(jīng)過(guò) RFID 掃描，倉(cāng)儲(chǔ)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(yùn)送到相應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)庫(kù)位上。

消防倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)的消防任務(wù)。

2 采集方案設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)的消防裝備物資管理的信息采集方式缺乏準(zhǔn)確性、動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性和共享性，無(wú)法滿足消防部隊(duì)對(duì)設(shè)備物資管理的需求。而以 RFID 射頻識(shí)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(biāo)識(shí)物品，并且信息可靠，因此智能倉(cāng)儲(chǔ)的消防裝備信息采集方案設(shè)計(jì)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(wú)源方案。二者都以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用了 2.4G RFID 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、智能手機(jī)終端技術(shù)、大數(shù)據(jù)等多種先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)可完成實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳送。

有源 RFID 技術(shù)主要應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)管理領(lǐng)域， 應(yīng)用有源RFID 技術(shù)可以跟蹤或監(jiān)控進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)的托盤、包裝箱及貨物的出貨量。裝備物資在入庫(kù)時(shí)，貨物可能已經(jīng)有了 RFID 標(biāo)簽， 也可能需要先初始化標(biāo)簽，錄入貨物信息，然后將RFID 標(biāo)簽粘貼到貨物上。在進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)時(shí)，可使用固定式 RFID 讀寫 器，也可以使用手持式 RFID 手持?jǐn)?shù)據(jù)終端，還有叉車式移動(dòng) 讀寫器，在進(jìn)行入庫(kù)和出庫(kù)、盤點(diǎn)、揀貨等關(guān)鍵業(yè)務(wù)時(shí)，系統(tǒng) 可以自動(dòng)記錄與 RFID 標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的貨物，并將采集到的信息 實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)。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(biāo)識(shí)卡、二維碼標(biāo)簽、RFID電子標(biāo)識(shí)卡采集器、移動(dòng)掃描器、倉(cāng)庫(kù)專用觸屏式工控機(jī)、有源電子標(biāo)識(shí)卡發(fā)卡器、高增益全向天線和車載系統(tǒng)軟件平臺(tái)組成。RFID 電子標(biāo)識(shí)卡的唯一ID 號(hào)或用戶編寫的編碼可對(duì)貨物進(jìn)行標(biāo)識(shí)。每一個(gè)電子標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)卡采集器可自動(dòng)采集標(biāo)識(shí)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(jī)，工控機(jī)收到采集器的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷裝備物資出庫(kù)、入庫(kù)、移庫(kù)、盤點(diǎn)等流程， 同時(shí)生成相應(yīng)的報(bào)表明細(xì)單，并在系統(tǒng)中做相應(yīng)處理。

有源方案通過(guò)有源 RFID電子標(biāo)識(shí)卡識(shí)別整個(gè)庫(kù)房的重點(diǎn)裝備信息，進(jìn)行單件采集管理，對(duì)低值易耗品進(jìn)行批量采集管理。RFID電子標(biāo)識(shí)卡采集器自動(dòng)采集覆蓋范圍內(nèi)的電子標(biāo)識(shí)卡，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將采集的信息傳輸至后臺(tái)工控機(jī)。其主要優(yōu)勢(shì)在于有源 RFID閱讀器被放置在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)需要監(jiān)控和追蹤貨物的區(qū)域，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)強(qiáng)度。有源 RFID標(biāo)簽可以設(shè)定不同的信號(hào)發(fā)射周期，按照指定的時(shí)間和規(guī)則，若標(biāo)簽擅自移動(dòng)或出庫(kù)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。對(duì)于庫(kù)存盤點(diǎn)，標(biāo)簽可以自動(dòng)喚醒，同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化一鍵式盤點(diǎn)及移動(dòng)掃描器掃碼出入庫(kù)。鑒于有源 RFID技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)管理領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)采用有源 RFID技術(shù)[5] 方案對(duì)消防設(shè)備物資進(jìn)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(dòng)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(chǔ)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(hào)信息，在代碼編制上巧妙利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的 0 1 比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過(guò)圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)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(gè)字符都占有一定的寬度，并具有一定的校驗(yàn)功能。同時(shí)還具有對(duì)不同行的信息自動(dòng)識(shí)別及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化點(diǎn)的功能。

由于二維碼具有儲(chǔ)存量大、保密性高、追蹤性強(qiáng)、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(diǎn)、資料備援等方面。因此，消防智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)采用二維碼技術(shù) [6]，每個(gè)消防裝備物資都粘貼帶有二維碼的標(biāo)簽，碼中含有裝備物資名稱、重量、投入順序、裝備物資號(hào)碼等信息， 更加方便消防部門對(duì)裝備物資的有效管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消防智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)智能化管理。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，消防倉(cāng)儲(chǔ)管理員進(jìn)行裝備物資入庫(kù)時(shí)， 需要對(duì)倉(cāng)庫(kù)的裝備物資進(jìn)行比對(duì)，判斷倉(cāng)庫(kù)是否有相同的裝備物資，判斷已有的庫(kù)存是否有標(biāo)簽，完成入庫(kù)操作時(shí)要保證物資裝備存儲(chǔ)在正確的庫(kù)存區(qū)，且裝備物資都要有特定的標(biāo)簽標(biāo)識(shí)。同時(shí)需要向上級(jí)部門寫入庫(kù)申請(qǐng)（采購(gòu)入庫(kù)申請(qǐng)、調(diào)撥入庫(kù)申請(qǐng)、維修入庫(kù)申請(qǐng)），經(jīng)過(guò)入庫(kù)驗(yàn)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(duì)比庫(kù)存臺(tái)賬信息進(jìn)行相應(yīng)的盈虧處理，通過(guò)RFID 掃描盤點(diǎn)，進(jìn)行庫(kù)存臺(tái)賬登記。入庫(kù)成功后，進(jìn)行庫(kù)存臺(tái)賬登記。通過(guò)庫(kù)存臺(tái)賬模塊可以查看庫(kù)存明細(xì)賬目和貨位裝備的詳細(xì)信息。裝備物資出庫(kù)，如對(duì)退役或者報(bào)廢的裝備，需要向上級(jí)部門寫出庫(kù)申請(qǐng)，如調(diào)撥出庫(kù)申請(qǐng)、報(bào)廢出庫(kù)申請(qǐng)、損耗出庫(kù)申請(qǐng)、保養(yǎng)及維修出庫(kù)申請(qǐng)，經(jīng)有源 RFID 掃描出庫(kù)。對(duì)于成功出庫(kù)的裝備物資可以進(jìn)行相應(yīng)的信息核對(duì)，也可以進(jìn)行庫(kù)存臺(tái)賬登記，同時(shí)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)了解庫(kù)存各項(xiàng)裝備信息，通過(guò) RFID 掃描盤點(diǎn)進(jìn)行庫(kù)存臺(tái)賬登記。該系統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)流程如圖 3 所示。

圖 3 出入庫(kù)設(shè)計(jì)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(cè)試基于物聯(lián)網(wǎng)的消防智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。消防智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用RFID 射頻識(shí)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(shí)現(xiàn)了廣東省市級(jí)消防支隊(duì)當(dāng)前的全部物資裝備、庫(kù)存、執(zhí)勤、維修、借出、借入、退役以及報(bào)廢的數(shù)目情況，實(shí)現(xiàn)了消防車輛按類別、按支隊(duì)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，滅火器材按類別、按支隊(duì)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，以及滅火器材按年度計(jì)算的滅火劑消耗量、庫(kù)存量的統(tǒng)計(jì)。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(cè)試基于物聯(lián) 網(wǎng)的消防智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。消防智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用 RFID 射頻 識(shí)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(shí)現(xiàn)了 廣東省市級(jí)消防支隊(duì)當(dāng)前的全部物資裝備、庫(kù)存、執(zhí)勤、維修、 借出、借入、退役以及報(bào)廢的數(shù)目情況，實(shí)現(xiàn)了消防車輛按類 別、按支隊(duì)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，滅火器材按類別、按支隊(duì)的數(shù)量統(tǒng) 計(jì)，以及滅火器材按年度計(jì)算的滅火劑消耗量、庫(kù)存量的統(tǒng)計(jì)。 其整體應(yīng)用效果如圖 4 所示。

圖 4 消防智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)效果圖

5 結(jié) 語(yǔ)

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是以目前國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，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(biāo)倉(cāng)儲(chǔ)管理的各項(xiàng)實(shí)際需求， 依照需求進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，最終完成整個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的消防倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于可根據(jù)不同的裝備和不同的倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所特點(diǎn)，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(jì)、簡(jiǎn)潔友好，對(duì)于整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)管理能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管，給使用方發(fā)送及時(shí)、準(zhǔn)確的信息報(bào)告，大大減少了時(shí)間、人力和成本投入，大幅度提升了倉(cāng)儲(chǔ)管理工作效率。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)的消防智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，值得應(yīng)用和推廣。