室内定位技术及其在物流领域的应用

2016-09-26 15:37:05 sophie

一、WiFi定位在物流快递企业的潜在应用场景

我们一生当中80%的时间是待在室内,GPS信号却不能在室内接收定位!GPS信号在室内是个盲区!!物流领域TMS已经广泛采用的GPS,管理往往只能管住室外运输这一部份环节,运输环节由于责任明确经手人少,反而是比较容易管理的;但是物流快件货物经过多次分拣、多次装卸车流程,在内场(室内)操作的这些环节由于经手人最多和人员情况非常复杂,反倒是最容易损坏、最容易丢失、最容易失窃、最难管理的环节,目前所谓的货物全程跟踪管理或透明管理,根本就不透明或无法全过程,只是管住了室外这粒“芝麻”,没有能够管住内场操作这个大“西瓜”。

通过与不少的快递企业老板或高管的头脑风暴,我们认为基于方便、可靠、准确的室内定位技术在物流、快递、仓储、电商、大型制造业等领域的应用主要可能集中在以下6个方面:

1智能人力资源调度

系统可以实时发现人、车、设备(叉车、容器等)、任务三种关键要素的位置信息,以及工人的劳动强度(+动作频次和幅度监测)和生理状态(+心率监测),进行最合理最优化的自动化的人力资源调度,避免有的人忙死,有的人闲聊的不公平现象;同时可以裁剪掉80%以上的一线基层管理经理。中国人向来不怕苦不怕累,但是不能忍受不公平对待。实现自动化人力资源调度,可以最大程度的避免不公平,减少“打鸡血”的工作量。

实时监控部份问题员工,比如每天上几次厕所,每次时间都很长的情况,这种情况不及时发现及时处理,就会带坏更多的员工,造成一粒屎坏一锅汤的情况发生,学坏容易学好难;避免员工意情况外导致的岗位临时缺席产生的流水线阻塞等问题

2、贵重物品的全程跟踪

弥补贵重物流全程追踪在内场操作时GPS失效这段盲区,而且这段盲区恰好是经手人最多、最容易发生破损或丢失的区域,让贵重物品的跟踪确实做到全程可视化管理。有WiFi室内定位这样的可靠工具,保障人、车、容器的全程定位,物流快递公司从事贵重物品的运送就有可靠保障了,从而可以放心的拓展高端客户,也让高端客户放心!

3、管理效率提升,降低管理成本

目前国内绝大部分分拨场地和拣选场地的人力资源调度都是采用班组长+对讲机的人工调度方式,改由系统自动调度,可以省去80%以上的一线管理人员和管理培训师,大幅度节省管理成本,同时提升管理效率和时效;也能够避免人工调度管理的灰色、主观和不公平情况,系统自动调度任务相对更加公平合理,特别是在中国这样严重的不患贫患不均的国度,其意义更大。

4、高效设备管理功能

叉车、承运车辆、容器等是物流仓储快递公司的重要资产和装备,如何提高利用效率是个至关重要的话题,只有实时清楚设备和设备操作人员的位置,才能进行最有效的实时自动调度,甚至实现在室内的自动引导和指挥。从而提升贵重设备的利用效率。

5、安全管控 

安全管控是多方面的,只要实时清楚人、设备的位置,工作负荷、心跳等生理参数信息,就能够管控以下风险:内部非本职岗位员工的串位导致的安全风险和偷盗风险;管理来访人员的访问路径、及时发现不受欢迎的来访者,避免泄密和安全隐患(需要与视频监控系统联动);管理清洁工等特权人员可能产生的安全和泄密隐患(位置+时间+心率管理),因为清洁工能够进入比普通高管多得多的场所甚至是老板办公室,不少企业发生过清洁工被竞争对手买通导致的泄密事故。

6、人文关怀

意外情况的及时发现和处理(位置+动作+心率);

任务过重、过轻的及时均衡;

安全隐患的及时提醒和警告。

二、室内定位技术简介

全球目前在研究的室内定位的技术实现方案比较多,但是真正实用化的室内定位技术却非常少,适合于物流快递仓储企业的方案目前基本没有,这也是目前室内定位没有普及的原因,下图是各种室内定位技术方案的对比图:

室内定位技术及其在物流领域的应用

各种室内定位方案的不同参数指标对比表:

室内定位技术及其在物流领域的应用

以下简单介绍下各种室内定位方案的优缺点:

1UWB(超宽带)脉冲信号,由多个传感器采用TDOA和AOA定位算法对标签位置进行分析,多径分辨能力强、精度高,定位精度可达厘米级。但UWB难以实现大范围室内覆盖,且智能手机、物流智能手表、手持PDA等都不支持UWB,部署成本非常高,不适合于物流快递企业。

2、RFID/区位条码的定位,采用刷卡/扫描方式,根据阅读器位置对刷卡人员或设备进行区间定位。主要应用在仓库、工厂、商场,已经有使用在货物、商品流转定位上、ETC、办公考勤等。无法进行实时定位,定位精确度低,不具有通信能力,抗干扰能力较差,而且最大的问题是如果工人不主动扫描,就无法完成定位,因此不适合于物流快递企业。

3、ZigBee室内定位技术通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间的组网,每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。作为一个低功耗和低成本的通信系统,ZigBee的信号传输受多径效应和移动的影响都很大,而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性,造成定位软件的成本较高,提高空间还很大,不适合于物流快递企业。

4、超声波定位应用案例的代表是Shopkic,在商店内安装超声波信号盒,手机麦克风检测到声波,从而实现定位,主要用于店铺的签到。超声波在空气中的衰减较大,不适用于大型场合,加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大,造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资,成本太高,不适合于物流快递企业。

5、惯性导行定位,由于手机、手表等初始姿态的不确定性和手机惯性传感器精度问题,室内定位效果不佳。现在越来越多的人用自主惯性传感器定位导航进行辅助导航,不适合于物流快递企业。

6、LED定位系统,通过往天花板上的LED灯具实现,灯具发出像莫斯电报密码一样的高频闪烁信号(人眼看不见),再由用户智能手机照相机接收并进行检测,定位精度可以在1米之内。LED定位需要改造LED灯具,增加芯片和控制器,增加成本,光线只能视距传播,穿透性极差也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显,定位效果有限。比较适用于实验室对简单物体的轨迹精确定位记录以及室内自走机器人的位置定位。尽管LED定位是一种很有潜力的室内定位技术,但是不适合于物流快递企业。

7、Wi-Fi定位由于Wi-Fi网络的普及和WiFiAP成本的越来越低,室内WiFi覆盖变得越来越流行。Wi-Fi定位可以达到米级定位,基本满足物流、快递、仓储企业的作业需求,由于大型物流快递企业的中转场和分拨中心,因为有PDA、标签打印机、电子秤等设备对通讯的需求,基本上已经普及或者需要普及WiFi覆盖,无需额外的定位部署成本,因此基于WiFi的室内定位技术无疑是最适合于物流、快递和仓储企业的。Wi-Fi定位技术主要有临近法、三角法、指纹法和时标反射法四种基本方案:三角法是通过移动设备和三个或以上无线网络接入点AP的无线信号强度,通过差分算法,来比较精准地对人和车辆进行三角定位;指纹法是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置(“指纹法”定位);时差反射法是在AP端发射信号给移动终端时记录下此时的时间T1,在等待终端回应后再记录一个时间T2,利用T1和T2的时间差计算与移动终端的距离。

8、地磁和计算机视觉定位的产品,目前这两类产品大多用于军事及科学探测,如军事上的水下导航常用的地磁导航,火星车的导航用到了计算机视觉导航,精度太低,不适合于物流快递企业。

三、WiFi室内定位算法

基于WiFi的室内定位算法技术基本上归结于以下四类:

1近邻法:最简单的方式,直接选定那个信号强度最大的AP的位置,定位结果是热点位置数据库中存储的当前连接的Wi-Fi热点的位置,这种方法最简单,但是如果要提高定位精度,就要部署更密集的AP无线基站,显然不太适合于物流快递企业。

2三角测量法通过三个或以上AP信号到达移动终端的信号强度RSSI,推算出移动终端距离各个AP的大致距离,再用立体几何方法计算出位置。这种方法原理也比较简单,但是由于AP发射信号的不稳定性、室内各种干扰信号、隔墙和金属货架等的阻挡个干扰、移动终端信号容易受到人体干扰等,因此想要做到实用化程度,算法难度异常复杂,再加上目前手机搜索RSSI信号的时间也很长,因此目前也很少有实用化的案例。

3、指纹法就是事先把各个位置上的信号特征(各Wi-Fi的信号强度)测量一遍,存入指纹数据库,定位的时候,将当前的信号特征与指纹库中的进行匹配,从而确定位置。这种方法可以相对精确的进行定位,但是部署工作量极大,因为场地每个地点都需要采集一遍数据,而且库位和工位一旦有变化、AP迁移增减等变化,就需要重新采集一遍数据。

4、时差反射法:也称为TDOA法,时差反射法是在AP端发射信号给移动终端时记录下此时的时间T1,在等待终端回应后再记录一个时间T2,利用T1和T2的时间差计算与移动终端的距离。时差发是在AP上进行定位的,但是由于终端上的WiFi芯片响应速度的不一致,会导致定位精度差异极大,相关国际标准有RTT协议,需要AP端和移动端的WiFi芯片支持。

没有哪种方法最好,没有哪种方案最差,你最擅长的,或者你能够做到极致的都是自己的最佳方案。