新型3D智慧倉庫管理系統的設計

李春暉，翁楓，韓衛民，馬仲能，馬志剛

(廣東電網有限責任公司 廣州供電局，廣東 廣州 510000)

0 引言

目前電力企業所處的內外部環境正在發生巨大變化：互聯網技術和可再生能源的融合推動了第三次工業革命的到來；云計算、物聯網、大數據、移動互聯網、語音識別技術等新技術漸趨成熟。在新形勢、新環境下，客戶全方位服務也將萌發新的發展需求。其中，供應鏈監控管理系統需要及時完善提升，各服務渠道也需要及時地進行整合優化，實現對客戶服務的支撐[1]。智慧供應鏈作為重點突破的方向，需要全面構建高效鏈接全球、服務輻射競爭性和管制性業務、技術先進的供應鏈發展新格局。云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等新技術深度嵌入供應鏈管理，提升供應鏈的智能化、網絡化和自動化水平，形成“可視化、分析預測、動態優化”的智慧供應鏈體系。

1 智慧倉庫問題分析及研究目標

1.1 現狀調研與問題分析

倉儲作為電力企業供應鏈體系的重要組成部分，在智慧供應鏈發展中起著至關重要的作用。高效合理的倉儲管理可以加快物品周轉，降低存儲成本，保障生產的順利進行。隨著信息化應用的迅猛發展，創新性技術投入到倉儲業務管理中，能夠創造越來越大的價值。

本文通過調研目前電力企業倉儲管理現狀，梳理業務流程，發現目前國內電力倉儲業務普遍存在下列管理難點問題：系統獨立，管理困難；物資較多，取用困難；位置偏遠，調度困難；環境復雜，管控困難。

1.2 文獻綜述與研究目標

我國目前的倉儲管理體系大都基于RFID技術，結合人工手段進行管理，效率不高[2]。隨著智能化時代的到來，大數據技術、3D技術越來越多地被研究到倉儲管理中來，通過3D倉庫的可視化管理，讓倉庫管理人員快速定位貨物位置，進行貨物數據直觀簡潔的操作[3]。通過深度學習、UWB技術等技術[4]，可形成精準的3D實物模型及圖像，結合倉儲布局優化算法[5]，可在系統中快速完成貨物的精準擺放。

基于現狀問題分析，結合相關技術研究，本文通過引入3D技術、UWB技術，打造一套智能化倉儲業務管理的智能化平臺，將目前已有的管理系統進行數據接入和功能整合，建設成可視化水平高、業務管理統一，并且對于物資、環境、安防、消防等各方面管理都有著一體化解決方案的集成性高、業務性強的3D智慧倉庫管理系統[6]。

2 3D智慧倉儲布局研究總體設計

本文首先通過對電力倉儲現狀進行調研分析，梳理出存在的問題，結合文獻研究方法，提煉出要研究的目標。通過建立3D倉儲布局優化算法解決倉儲物資調控的核心難題，在此基礎上搭建3D倉庫管理系統，形成系統化的3D倉庫物資管理模塊，并進行統一的倉庫管理系統設計，解決倉庫管理難的問題。

3 3D智慧倉儲布局優化算法與技術

3.1 基于深度學習的3D構建算法

基于深度學習算法，大量學習倉庫內部結構及貨物結構獲取基礎數據，進而構建全量空間的貨物與倉庫匹配模型[5]。流程如圖1、圖2所示。通過倉儲結構數據、貨物空間數據，結合深度學習算法進行倉儲的3D空間構建，實現倉儲布局最優。

圖1 3D構建算法流程

圖2 3D模型算法流程

使得3D模型構建更加精準。

3.2 依賴UWB技術的3D圖像構建

1)圖像識別與處理

3D智慧倉庫庫存狀態依賴于智能攝像頭對貨物的圖像識別，針對圖像邊緣識別過程中點采樣困難的問題，通過對圖像預處理，依賴貨物邊緣語義分割算法，進而轉換為3D模型渲染，有效提升3D構建算法的精準性[4]。

2)基于UWB技術的3D圖像構建

為了快速、精準地獲取倉庫貨物的三維模型，將預處理后的圖像傳輸至3D構建網絡中得到其三維模型。基于UWB技術對網絡信道做了改進，提升了3D圖像傳輸的精準和速度，并降低了網絡的參數量，使消耗更低[4]。

電力倉儲環境下的網絡信號以簇為單位依次到達接收端，簇內的網絡信息在圖像傳播之間的通信時間符合泊松分布。信道模型表達式為

(1)

式中：αk,l為衰減系數；Tl為第l簇傳播時間；τk,l為相對于Tl第l簇的第k簇傳播時間。

3.3 智慧倉儲布局優化算法

定義智慧倉儲貨物擺放最優目標任務函數為Eij，由于任務不能同時執行，所以不同任務之間需要進行排序優化[6]。為保證任務的緊急性及準時性，本模型的目標函數為：

(2)

(3)

4 3D智慧倉庫管理系統設計

4.1 系統建設需求分析

結合智慧供應鏈的要求，3D智慧倉庫主要實現兩方面功能，一是電力倉庫全景3D虛擬仿真[3]，無需到現場即可觀察倉庫現場情況，并根據管理需求，進行遠程管控與調度；二是整合倉儲現有的物資系統、條形碼系統、巡檢及助力機器人系統、安防系統、消防系統、視頻監控等，實現全方位實時監控。

4.2 系統建設內容

a) 3D倉庫物資管理設計

1)3D場景庫容整體展示

通過3D構建算法建模后，對于出入庫數據進行直觀展示，更新倉庫中實際貨位的貨物及數量，達到遠程監控及查看庫存的目的，通過導入物資系統的庫存信息，進行數據自動生成。

2)3D場景物資位置查詢以及導航功能

依托UWB技術，精準賦予物資位置信息，當需要查找貨物時，輸入相應物資信息查詢，并且通過位置信息進行精準位置導航，方便貨物快速查找和領用。

3)庫存優化管理功能

通過倉庫提供的物資存放規則，結合目前庫存狀態，利用倉儲布局優化算法，為庫存管理提供合理的貨物存放方案，提高庫存利用率，對整體庫存配置進行優化管理，實現貨物堆放智能推薦方案。

b)倉庫統一管理系統設計

1)動態環境監控管理

通過接入溫濕度傳感器、水浸傳感器、多種氣體檢測傳感器，獲取實時環境數據在平臺上呈現，相關數據指標超過設定的閾值就會發出對應的告警。

2)安防管理

采集倉庫內現有的安防設備數據，包括監控攝像頭、視頻抓拍等功能，對倉庫整體安全狀態進行管理，可以通過點擊3D場景內的攝像頭模型進行錄像調取，查看現場狀況。

3)消防管理

平臺接入消防管理子系統，能夠實時監測消防系統的預警、狀態信息。在3D虛擬倉庫內模擬出最優措施方案，例如最佳救援路線、行車路線、人員疏散路線等。

4)智能照明管理

通過對接倉庫照明系統，實現遠程開關照明燈光，3D場景可查看倉庫內照明情況，照明燈故障也可進行遠程巡檢，方便安排維修人員檢修。

5 結語

綜上所述，本文通過引入3D構建算法、倉儲布局優化算法、UWB技術，實現3D智慧倉儲布局優化方法，通過打造一套智能化倉儲業務管理的智能化平臺，將目前已有的管理系統進行數據接入和功能整合，建設成可視化水平高、業務管理統一，并且對于物資、環境、安防、消防等各方面管理都有著一體化解決方案的集成性高、業務性強的3D智慧倉庫管理系統，有效實現電力企業倉庫管理降本增效。