基于物联网的消防智能仓储系统

《物联网技术》杂志
2021-10-14 19:07
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引 言

消防关乎国家稳定、社会安定和人民生命财产安全,是我国公共安全相关工作以及救援防灾体系的重要组成部分,国家对于消防工作越来越重视,为了落实消防装备建设要求,推动消防工作建设,消防装备在种类和数量上都呈现飞跃式增长。传统的信息系统管理方式需要大量人工采集官兵、车辆、装备、物资等动态信息,整个过程费时、费力、操作繁琐、缺少动态便捷的管理手段,导致数据采集录入审批不畅、装备数据记录不准确。在装备维修、丢失、报废等情况下,无法动态更新装备状态,容易导致管理漏洞。在进行跨区域作战时,由于各部门装备信息的实时性、共享性不强,对联合作战中的装备调派工作造成了很大困扰。因此,如何对消防装备物资仓储进行有效管理,并保障消防装备的维护是消防部队面临的重大问题。

随着物联网技术的发展,物联网技术 [1] 已在全球范围改变了供应链管理模式,尤其在仓储管理环节,基于物联网技术的智能仓储系统在各行业得到了广泛应用。物资仓储管理模式已较为成熟,普遍实现了智能仓储管理信息化覆盖。以RFID 技术和二维码技术 [2] 为代表的物联网技术具有对物品进行唯一标识、非接触、信息可靠、移动识别的特性,通过与信息技术的融合应用,记录物资从入库、存储、盘点到出库环节的物流信息。本文以物联网技术为基础构建消防智能仓储系统,实现智能仓储管理,提高消防仓储自动化水平,有效降低人力资源和运作成本,提升消防管理部门的仓储管理效率。

1 总体设计架构

消防部门装备物资无论在种类还是数量上都呈现飞跃式增长态势,装备管理方面存在的难题日渐突出。针对消防部门仓储管理难的问题,采用物联网和信息技术,拟设计智能仓储管理系统。智能仓储管理系统总体设计架构主要由展现层、业务系统、感知层、作业层组成。

1.1 展现层

展现层中设计有手机、PC 和工控机等终端设备,便于实时显示消防仓储装备信息。展现层主要用于显示消防仓储系统存储装备物资的情况。例如,仓储系统采用RFID 技术采集装备物资信息,通过多种通信传输方式将采集到的信息传输至工控机,工控机收到采集器的数据后,对数据进行分析, 主要分析装备物资出库、入库、移库、盘点等情况,同时仓储系统会生成相应的报表明细单,根据业务情况做相应处理。

1.2 业务系统

业务系统中设计有仓储管理、作业监控和接口管理。在仓储管理中,包含仓库管理、入库管理、保养管理、库存管理、盘点管理、出库管理、策略管理、库存分析和统计管理。

在仓库管理中,需要对仓库以及库位进行分类并粘贴相应的标签,以便对装备物资分类。

入库管理用于将装备物资根据其标签信息存储到相应库位中,便于管理。

保养管理用于保养某些长期使用或者久存于仓库的装备物资。

盘点管理用于记录库存中对应装备物资的出入库数量, 以及预警记录哪些物资处于缺货状态。

统计管理用于统计装备物资的分类情况、装备报废、退役、借入、维修的百分比,及装备的新增、退役数目,装备的出入库统计等。

作业监控设计包含任务监控、优化调度和权限管理,用于监控消防任务和资源的合理调度。接口管理设计有装备的管理接口、接口定制以及接口规范。消防智能仓储管理系统架构如图 1 所示。


1.3 感知层

感知层设计有条形码识别、LPWAN、AGV 系统、通信系统、配套系统,主要用于消防仓储硬件设计,便于快速、准确识别装备物资信息和信息传输功能。消防物资装备在出入库之前,需携带有特定的RFID 标签,通过RFID 读写器将信息存储在标签中,移动扫描器扫描二维码,对库房包括低值易耗品在内的所有物资装备信息进行采集管理,再通过网络通信系统将采集到的信息传输至感知层的工控机。

1.4 作业层

作业层设计有立体货架、模块存储、传输系统、存储系统和分拣系统。设计立体货架有助于提高仓库空间利用率和节约资源。消防装备物资在入库时,经过 RFID 扫描,仓储系统获取装备物资信息,由货物分拣系统应用AGV 技术将装备运送到相应的仓库库位上。

消防仓储管理系统各层框架之间相互依赖,相辅相成, 共同完成智能仓储的消防任务。

2 采集方案设计

由于传统的消防装备物资管理的信息采集方式缺乏准确性、动态性、实时性和共享性,无法满足消防部队对设备物资管理的需求。而以 RFID 射频识别和二维码作为代表的物联网技术能够非接触、唯一标识物品,并且信息可靠,因此智能仓储的消防装备信息采集方案设计采用RFID 技术和二维码技术。

2.1RFID技术

采用RFID 技术[3,4] 的信息采集方案可分为有源方案和无源方案。二者都以移动互联网和物联网为基础,应用了 2.4G RFID 自动识别技术、智能手机终端技术、大数据等多种先进技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,同时可完成实时性数据传送。

有源 RFID 技术主要应用于仓储管理领域, 应用有源RFID 技术可以跟踪或监控进出仓库的托盘、包装箱及货物的出货量。装备物资在入库时,货物可能已经有了 RFID 标签, 也可能需要先初始化标签,录入货物信息,然后将RFID 标签粘贴到货物上。在进行仓储业务时,可使用固定式 RFID 读写 器,也可以使用手持式 RFID 手持数据终端,还有叉车式移动 读写器,在进行入库和出库、盘点、拣货等关键业务时,系统 可以自动记录与 RFID 标签相关联的货物,并将采集到的信息 实时传送到数据中心管理平台。RFID 系统结构如图 2 所示。


有源方案由三防有源 RFID 电子标识卡、二维码标签、RFID电子标识卡采集器、移动扫描器、仓库专用触屏式工控机、有源电子标识卡发卡器、高增益全向天线和车载系统软件平台组成。RFID 电子标识卡的唯一ID 号或用户编写的编码可对货物进行标识。每一个电子标识卡的信息都包含了该货位或货箱里的全部装备信息。

RFID 电子标识卡采集器可自动采集标识卡信息,以多种传输方式(RS-232、以太网、WiFi 或GPRS 等)将采集到的信息传输至工控机,工控机收到采集器的数据后,对数据进行分析,从而判断装备物资出库、入库、移库、盘点等流程, 同时生成相应的报表明细单,并在系统中做相应处理。

有源方案通过有源 RFID电子标识卡识别整个库房的重点装备信息,进行单件采集管理,对低值易耗品进行批量采集管理。RFID电子标识卡采集器自动采集覆盖范围内的电子标识卡,再通过网络将采集的信息传输至后台工控机。其主要优势在于有源 RFID阅读器被放置在仓库内需要监控和追踪货物的区域,可以根据现场环境按照射频规划部署有源式读写器,保证覆盖范围和信号强度。有源 RFID标签可以设定不同的信号发射周期,按照指定的时间和规则,若标签擅自移动或出库会自动报警。对于库存盘点,标签可以自动唤醒,同时,也可以实现自动化一键式盘点及移动扫描器扫码出入库。鉴于有源 RFID技术在仓储管理领域的优势,本系统采用有源 RFID技术[5] 方案对消防设备物资进行有效管理。

2.2 二维码技术

二维码又称 Quick Response Code(QR),是近几年移动设备中非常流行的编码方式,它比传统的Bar Code 条形码能存储更多的信息,表示更多的数据类型。

二维码采用某种特定的几何图形,按一定规律在平面(二维方向上)上分布的黑白相间的图形上记录数据符号信息,在代码编制上巧妙利用构成计算机内部逻辑基础的 0 1 比特流的概念,使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息,通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。它具有条码技术的一些共性,每种码制都有其特定的字符集,且每个字符都占有一定的宽度,并具有一定的校验功能。同时还具有对不同行的信息自动识别及处理图形旋转变化点的功能。

由于二维码具有储存量大、保密性高、追踪性强、成本低等特性,特别适用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。因此,消防智能仓储管理系统采用二维码技术 [6],每个消防装备物资都粘贴带有二维码的标签,码中含有装备物资名称、重量、投入顺序、装备物资号码等信息, 更加方便消防部门对装备物资的有效管理。

3 系统设计

消防智能仓储管理系统设计的目的是实现仓储智能化管理。根据业务需求,消防仓储管理员进行装备物资入库时, 需要对仓库的装备物资进行比对,判断仓库是否有相同的装备物资,判断已有的库存是否有标签,完成入库操作时要保证物资装备存储在正确的库存区,且装备物资都要有特定的标签标识。同时需要向上级部门写入库申请(采购入库申请、调拨入库申请、维修入库申请),经过入库验收后,可用有源 RFID 扫描带有属性、规则信息的装备物资,也可以对比库存台账信息进行相应的盈亏处理,通过RFID 扫描盘点,进行库存台账登记。入库成功后,进行库存台账登记。通过库存台账模块可以查看库存明细账目和货位装备的详细信息。装备物资出库,如对退役或者报废的装备,需要向上级部门写出库申请,如调拨出库申请、报废出库申请、损耗出库申请、保养及维修出库申请,经有源 RFID 扫描出库。对于成功出库的装备物资可以进行相应的信息核对,也可以进行库存台账登记,同时,实时动态了解库存各项装备信息,通过 RFID 扫描盘点进行库存台账登记。该系统的仓储出入库流程如图 3 所示。


图 3 出入库设计流程图

应用效果

以广东省消防装备物资管理业务为背景,测试基于物联网的消防智能仓储系统。消防智能仓储系统采用RFID 射频识别、二维码等物联网技术和互联网信息技术,系统实现了广东省市级消防支队当前的全部物资装备、库存、执勤、维修、借出、借入、退役以及报废的数目情况,实现了消防车辆按类别、按支队的数量统计,灭火器材按类别、按支队的数量统计,以及灭火器材按年度计算的灭火剂消耗量、库存量的统计。其整体应用效果如图 4 所示。


4 应用效果 

以广东省消防装备物资管理业务为背景,测试基于物联 网的消防智能仓储系统。消防智能仓储系统采用 RFID 射频 识别、二维码等物联网技术和互联网信息技术,系统实现了 广东省市级消防支队当前的全部物资装备、库存、执勤、维修、 借出、借入、退役以及报废的数目情况,实现了消防车辆按类 别、按支队的数量统计,灭火器材按类别、按支队的数量统 计,以及灭火器材按年度计算的灭火剂消耗量、库存量的统计。 其整体应用效果如图 4 所示。


图 4 消防智能仓储管理系统效果图

5 结 语

智能仓储系统的设计与实现,是以目前国内外物联网技术在仓储管理中的应用现状为出发点,应用RFID、二维码等物联网技术和信息技术,分析目标仓储管理的各项实际需求, 依照需求进行系统架构设计,最终完成整个基于物联网的消防仓储管理系统。系统优势在于可根据不同的装备和不同的仓储场所特点,应用不同的物联网技术,因地制宜。系统管理界面人性化设计、简洁友好,对于整个仓储管理能够进行实时动态监管,给使用方发送及时、准确的信息报告,大大减少了时间、人力和成本投入,大幅度提升了仓储管理工作效率。因此,研究基于物联网的消防智能仓储系统具有很大的现实意义,值得应用和推广。


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