0 引 言

基于RFID 定位技术开发出新型红外线定位技术，红外线定位技术概念的提出可以有效地解决某些隐患。利用GPS定位系统，在物流车辆、中转环节设备中安装接收信号器，可以通过电子地图实时监控物流的位置，并在接收信号器终端安装射频信号反射仪和读写器。在买家购买商品后，自动生成射频识别电子标签，物流公司在接收货物后将电子标签贴于商品上。货物的射频识别是通过射频信号反射仪通过激光反射和磁场定位来实现的，同时实现了对物流工作流程的实时监控，有效避免了一些人为的过错。本文提出基于RFID技术的物流仓储作业系统自动定位方法[1,2,3]。利用RFID技术形成全方位无死角的物流传输系统，并针对无人搬运车系统进行了全面定位，根据定位结果对行驶的路径进行了准确的位置分析，最后进行仿真测试分析，得出有效性结论。

1 基于RFID技术的物流仓储作业系统自动定位

1.1 红外线射频定位机理

红外线射频定位小车的改造过程：传统的RFID小车定位技术首先是激光定位，根据激光设定指定的标签后，寻找其小车的准确位置；其次是根据网络发展GPS 定位技术，通过信号波的不同速率确定小车的位置；最后是本文所提到的红外线射频定位技术，它是通过电磁感应来确定小车的位置，节省了成本，同时也使物流更加的迅速[4,5,6]。

本文将以上三种方法结合起来，形成了全方位无死角的物流传输系统，行走的途径中布置了高反射作用的器件来反射信号，定位小车利用反光设备在工作区域的四周墙壁上发射激光，然后信号通过接收器反射回来，根据小车运输的场景和信号传输时间，使用计算机对系统的整体进行定位，通过打在墙壁上的激光收集数据，计算机通过接收工业相机采集来的数据对其处理分析，根据相关数据计算出红外线视频定位小车行进的轨迹。同样该技术通过工作室内安装的电磁发射装置，根据电磁反射信号的强弱来对红外线小车进行精确的定位[7,8,9]。

基于RFID技术的红外线频射系统具有先天优势，采用光的反射与电磁波相结合，彻底解决了追踪定位难的问题，成本较低的定位方式将为物流业带来解决定位难的追踪定位方案。针对物流运输路径问题，发明了红外线无人搬运车，是目前大型立体化综合仓库系统中应用的最为普遍的一种自动化物流设备。红外线配备自动定位装置，转向系统的实现是由摇杆信号通过电脑控制[10,11,12]。红外线定位技术有效地解决了搬运和存储放置在某点货物的指令，并且在计算出勤所要行走的路线路径的情况下准确的到达了目的地，从而给仓储自动化系统的运行带来了很多便利。现在物流仓储作业系统的扩大化、物种的多样、数量的庞大对于货物管理和准确快捷的存储提出了新的要求和挑战，对于传统的定位方式已经被技术淘汰[13,14,15]。

本文提出了一种红外线射频技术的定位方法，解决了GPS选址和定位的问题，对所运输的路径进行了准确的测量，设定绝对的位置标识，并针对无人搬运车系统进行了行驶的精确定位和停车定位，以及探求了其运行速度与稳定性的关系，并对行驶的路径进行了准确的位置分析。对于通往货物目的地的路径关键点进行了解析和划分，提高了整体的运行速度，这样就能通过红外线射频技术到达指定的形式位置，将货物进行存储和放置。同时，在红外线射频多数光的运行和作业环境中，利用计算机系统做好操控并进行优化，使其单位时间内功率达到效益的最大化。

1.2 基于RFID技术的物流仓储作业系统定位整体架构

物流仓储管理系统利用网络系统处理物流的整体数据，通过将信息上传中央管理系统，系统确认信息正确后自动生成标签反馈的数据来确定小车的位置。引入了RFID技术对物品出仓到确认收货的整体环节进行自动化的信息采集，确保了数据的实时准确性。方便商家及时掌握库存情况，及时填补所空缺的物品。高效率的物流节省人工成本，及时掌握运输车辆的信息，对运输车辆实现实时监控调度[16,17,18]。

红外线射频识别定位技术的步骤是：将需要存取的商品做上特制的反射标签将物品随机摆放，记录货物信息将信息录入到小车中，做出二维坐标(在测量过程中不考虑外界因素),小车开始运动，应用射出红外线和电磁波来搜集小车在规定路径中所下的指令和运动信息，进而通过分析计算找出货物所在的位置，实现货物的准确定位[19]。基于RFID技术的物流仓储作业系统工作路径自动定位原理如图1所示。

基于RFID 技术框架分为四层，从上往下分别是应用层、传输层、采集层、定位层。应用层主要负责信息的储备存和入库频率的变化；传输层主要负责传输带传输信息；采集层主要负责数据的收集与反馈；定位层主要负责小车发送信息所在的位置[20]。四层之间相互工作，相互配合，能够维持整个系统的工作。四层的整体示意如图2所示。

图1 定位原理 

图2 定位技术架构图 

1.3 基于RFID技术的工作路径自动定位

根据上述基于RFID技术的物流仓储作业系统定位的整体架构，对物流仓储作业系统的行驶路径和位置进行定位模拟。红外线射频技术的标签读写器的可反射回信息范围角度a, 读写器与墙面上辐射贴形成了一定的弧度，读写器有效的识别半径为r, 路径上标签的距离为m, t为不同时间下标签读写器的不同检测状态，相邻两个小车标签间的距离为d, 通过数据的收集，电脑自动对数据进行处理分析，有效的值为true, 否则值为false。对于信号较弱的行使路径，设置参考点，对其进行辅助性判断。

红外线射频发射激光确定大致位置，通过发射电磁波接收电磁波的信号强度来确定两点之间的距离大小使其呈现一定的函数关系。红外线射 频定位技术至少需要三个点接收点小车所在的位置和发射点，是三个点呈现在同一平面内。同时要保证发射点和接收点同时触发也避免出现较大的误差，通过平均误差的计算将误差缩到最小，如图3所 示。

图3 红外线小车射频技术定位示意图  

考虑到小车行驶的路径不同，对于相位的方法和时间差的方法有时间不确定性，测量不精确等问题，因此，在实际的小车间在系统中多采用多点定位的方法来对小车进行准确的定位，从而减小误差。

除了测量距离与红外线发射接收信号长度的技术外，红外线射频小车的定位方法还设立了电磁波测量法。如图4所示。

图4 信号到达相位差 

根据图4可知，在A、B 两点分别设立了发射电磁波站，电磁波发射的半径分别为R1、R2,对工作室内的空间进行扫描，根据接收到信号的强度来判断小车所在的位置，时间差和相位差作为辅助更加精确的证实了小车所在位置，如图5所示。

图5 传统小车射频定位技术   

距离估算法的步骤是：建立一个坐标轴，将基站A 、B 分别固定在坐标轴中，设立A、B 两点的坐标。小车在坐标轴平面内随机移动，通过电磁波的传输信号衰减与发射信号、接收信号之间的距离来求得函数最优点，采取平均方差进行误差计算，来确定最小的偏移量。各条电磁波的路径与小车角度关系，便是小车所在的位置。如图6所示。

图6 距离估算法小车定位技术 

红外线小车定位系统是通过定位系统发射电磁波，电磁感应到小车的存在来实现的。假设电磁发射信号由小车来发送，RFID 标签贴在小车上，基站负责接收信号，接收器的接受能力相同，触发水平也相同，根据小车发射器发来的电磁波信号，通过感应发过来的信息找出其标签与相对应的小车，通过电磁波强弱与激光反射的信息来精确的推断出小车所在的位置。根据小车行驶的不同路径设计出不同的权值，通过拟合曲线，大致拟合出小车的偏移量。拟合曲线如图7所示。

图7 拟合曲线示意图 

红外线射频定位技术相对来说技术较为复杂，但对于定位系统来说是种较高的定位方式，电磁波的传播不定向性对小车路径的影响很大，在此基础上增加了大量的标签来使小车的定位准确，RFID 标签数量增加，系统的整体成本也随之增加，较为小型的企业无法花重金购买，物流也处于一种无保护的状态。为了使系统的成本减小，测量的结果更加精确，将固定的区域内贴上标签，进行了模拟实验，将模拟区分为很多区域，每个区域都有标签，接收器收到信号将信息存储。假设有n个约束条件，通过接收器收到的信息进行平均值和误差计算，从而确定小车所在的位置。

2 仿真实验分析

2.1 实验环境设置

为实现物流仓储作业系统自动定位中的应用性能，进行仿真实验分析。设置实验环境：MATLAB仿真工具，VS2010+OpenCV2.4.13,Windows10操作系统Intel(R)Xeon(R)CPU E5-2603v4@2.20GHz, 32GB内存。实验中所使用的数据来源于ImageNet数据集(网址：http: //www.image-net.org/),共采集数据5000个，进行50组实验，每次使用100个数据。

2.2 实验指标

本文以物流仓储作业系统的定位精度、定位时间、定位误差为实验指标，采用文献[3,4,5,6,7,8,9]方法和本文方法进行对比实验。

① 定位精度：

精度为验证定位结果的准确性，为此，采用本文方法和文献[3]方法、文献[4]方法、文献[5]方法进行对比分析；

② 定位时间：

物流仓储作业系统在定位的过程中需要产生大量的时间，能够对定位效率产生影响，定位时间越快，定位效率就越高。采用本文方法与文献[7]方法、文献[8]方法、文献[9]方法，对物流仓储作业系统的定位时间进行对比；

③ 定位误差：

定位误差是将定位路线与实际最短路径进行对比，而定位结果的拟合度越高，定位效果就越好，定位结果越准确。采用本文方法与文献[5]方法、文献[6]方法、文献[7]方法进行对比分析。

2.3 实验结果

为了验证本文方法的有效性，采用本文方法、文献[3]方法、文献[4]方法和文献[5]方法，对物流仓储作业系统的小车所在位置定位精度进行对比分析，对比结果如图8所示。

图8 定位精度对比   

根据图8可知，本文方法的小车所在位置定位精度最高可达93%,而文献[3]方法、文献[4]方法和文献[5]方法的小车所在位置定位精度分别为22%、29%和20%,本文方法的小车所在位置定位精度远远高于文献[3]方法、文献[4]方法和文献[5]方法的小车所在位置定位精度。

为了验证本文方法的有效性，采用本文方法、文献[7]方法、文献[8]方法和文献[9]方法，对物流仓储作业系统的小车行驶位置定位时间进行对比分析，对比结果如表1所示。

表1 定位时间对比/s 

根据表1可知，本文方法对小车行驶位置进行定位的平均时间为18.24s, 比本文方法、文献[7]方法、文献[8]方法和文献[9]方法的小车行驶位置定位时间短。

为了进一步验证本文方法的有效性，采用本文方法、文献[5]方法、文献[6]方法和文献[7]方法，对定位路线与实际最短路径进行对比，对比结果如图9所示。

图9 定位误差对比 

根据图9可知，本文方法的定位路线与实际最短路径拟合度为99%,而文献[5]方法、文献[6]方法和文献[7]方法的定位路线与实际最短路径相差较大，说明本文方法的定位误差较小，定位结果准确。

3 结束语

物流运输行业与人们的生活息息相关，电子技术的发展带动了物流业，物流定位系统保障了货物安全，物流运输红外线小车定位器可以出界报警、入界报警、紧急报警、远程断电等。本文在RFID 技术的支持下研究了一种新的定位技术，为用户提供相应的服务。通过红外线定位技术解决了传统物流活动各环节的自动化处理水平，提高物流效率和准确性，降低物流成本，解决物流业物品查找、盗窃及物流链被搅乱带来的损耗等问题。基于RFID技术的物流仓储作业系统自动定位方法还可以免除跟踪过程中的人工干预，节省大量人力物力的同时，还能提高工作效率，对物流业有较大的吸引力。