基于RFID智能分拣系统设计及其应用研究

王伟宏，陈家明，苏文青，李业兴，师文庆

（广东海洋大学电子与信息工程学院，广东湛江 524088）

0 引言

随着我国经济发展水平提高，社会经济活动日益频繁，人们对货物送达的要求越来越高，对于传统的文件、包裹和越来越多高价值、小批量、个性化的货物，都成为快递的托寄物内容。根据国家邮政局最新发布的《2016年度快递市场监管报告》，我国2016年的快递服务企业业务量累计完成312.8亿件，同比增长51.4%，业务收入将近4 000亿元，比2015年增长了43.5%[1]，我国已成为网络购物发达的国家。由于包裹数量庞大，如果继续采用人工的快递派件方式，成本和出错率无法降低，效率低下。另外，现在正规取件流程是：收件人向快递员出示相关证件（例如：身份证、学生证、驾驶证等）并签名确认取件。现实生活中，收件人会忘记带相关证件或需要委托取件。快递员往往降低要求（只要求收件人名字和手机号码）来提高派件效率。上述流程凸显出派件效率低，个人信息容易泄漏等弊端。因此，解决这些问题成为快递行业能否健康发展的当务之急。本文介绍一种基于RFID射频识别技术的快递分拣系统，一定程度上取代人工，自动完成快递分类，提高分拣效率和降低出错率，给消费者更好的体验。

1 系统方案概述

基于RFID的智能分拣管理系统，主要分为与消费者交互的应用装置，用树莓派控制的自动分拣机械装置和WEB服务器后台管理三大部分（如图1所示）。

（1）应用装置是基于jQuery Mobile制作的WEB手机移动网站，用户可以在网站上进行各项操作，收件人注册登录完只需使用本项目开发的移动APP快件领取扫一扫，可对快件单（快件单上只有二维码或条形码和收件地址信息，没有其他收件人个人信息）上的二维码或条形码扫一扫即可确认取件；收件人也可以授权给他人用同样方式帮其取件，从而保证了用户信息的安全，大大降低了快件领取的出错率。

图1 智能分拣系统框图

（2）自动分拣装置主要是以MF-RC522作为处理芯片的RFID读写器射频模块，具有成本低，体积小和电压低等特点，由于需要处理的数据量大，本设计采用树莓派3作为中心系统，具有独立的Linux操作系统，运行稳定，有较完善的资源库，对驱动程序和摄像头采集处理数据等更加高效调用。在RFID标签中存储着全球惟一的数字编码，贴上这个标签，就可在全球范围内进行跟踪和识别[2]。当传送带将包裹送到指定位置后，RFID读写器对贴在包裹上的标签，发射射频信号自动识别目标对象并获取相关数据和地址信息，无须人工干预，再根据该标签的地址信息结合摄像头采集的图像，进行动态分拣，并将分拣结果通过树莓派上传到服务器。

（3）WEB服务器后台管理是基于jQueryMo⁃bile开发的系统，用于存储和处理来自应用装置前端页面的一系列请求。

使用jQueryMobile，在网页页眉中引入组件，然后加入viewport元素相关程序，让浏览器知道屏幕大小。这两个关键步骤能让看到的页面在不同的浏览器中自适应；其次采用WEB存储，包括lo⁃calStorage（本地存储）和sessionStorage（会话存储），使用javascript对这两种方式分别设置键值对，并保留在客户端中，在重新加载页面时读出它们，可用其记录用户的订单详细信息等[4]；最后用Web workers在后台创建用户使用的相应线程，这是因为页面执行的javas⁃cript均为单线程，若执行时间过长，页面可能会出现“假死状态”。通过Web workers把费时的处理交给后台，保证前端页面的性能[3]。最终管理员可对整个快递分拣过程进行监控，实现对所有注册用户的信息管理；还可以管理订单和预订单，对快递的寄件人、收件人、出发地和目的地，还有运输过程中的物流信息等进行管理[2]。

2 硬件实现

自动分拣装置主要包括RFID读写器的识别和摄像头采集图像进行最终分拣（如图2所示）。

一开始RFID读写器通过天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，获得能量被激活；然后标签根据查询信号的要求，将标签中的信号反馈回RFID读写器，对接收的信号进行解调和解码后进行数据识别，最后送到主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性[5]；针对不同的设定做出相应的处理和控制执行机构动作，包括采集图像，保存编码数据、地点和时间等重要内容。

图2 RFID识别流程

图3 RFID标签

图4 RFID标签的ID信息编码

摄像头采集图像处理流程如图5所示。

采用OpenCV操作摄像头，利用工程应用中最常用的视觉定位，比如电路板上都会预留一个定位点，便于设备判断将标签贴到哪个位置；然后对图片进行灰度和记性二值化处理，去掉饱和度较低的部分，其次对图片进行缩放，提高后续的处理速度；最后调用HoughCircles函数，提取轮廓部分。在各个分拣出口处做好不同的标记，使用OpenCV来侦查标记的位置和对传送带上快件的运动跟踪，当摄像头检测到快件到达相应标记处时，机械装置就将其送出到相应分拣出口。下面是OpenCV的运动物体跟踪处理流程：

图5 摄像头采集工作处理框图

（1）前景检测模块CvFGDetector：对每一个像素判断其是前景还是背景；

（2）新团块检测模块CvBlobDetector：使用前景检测的结果检测新进入场景的团块；

（3）团块跟踪模块CvBlobTracker：使用新团块检测模块的结果初始化该模块，并跟踪新进入的模块；

（4）轨迹生成模块CvBlobTrackGen：主要是保存操作，收集所有团块的位置，并在每条轨迹结束时将其保存；

（5）轨迹后处理模块CvBlobTrackPostProc：进行轨迹的平滑操作；

（6）跟踪流程模块CvBlobTrackerAuto：将前面5个模块连接起来。

3 软件实现

软件实现是设计客户端APP，本开发构建于jQuery和jQuery UI类库之上，可以确保外观，视觉和行为在不同移动平台的一致性[3]。由于处于实验阶段，本页面没有加过多的修饰（如图6所示）。

（1）会员登录和注册，用户必须登录才能进行其它操作。当点击第一个图标，将会跳转到登录界面要求输入相应的账号和密码。

（2）在线下单是对于需要寄送快递的个人所用，可以在上面填写相应的信息然后打出只贴有二维码和RFID标签的订单，摆脱传统手写订单的各种弊端。

图6 客户端页面

（3）产品中心/在线客服，更多服务是可以根据不同物流公司推广相应的优质服务。

（4）我的订单/留言板是能够根据包裹订单号查询物流信息，每次确认领取后有一次在留言板对服务进行评价的过程。

（5）关于我们，是提供开发团队的相关信息，用户有建议可以及时反馈给开发者，可以更好的进行开发工作。

（6）快件领取/快件代拿，当本人领取时只需点击“快件领取“按键，会自动启用手机摄像头对二维码进行扫码，然后会和数据库信息进行匹配，无误即提示“确认领取”。当需要代拿时，只需点击“快件代拿”按键，输入代拿人的账号和手机，和数据库匹配无误后即开通该用户对该快件领取的权限。

4 结束语

本系统旨在提供更高效快捷的快递分拣方式，同时给客户带来更加方便快捷和安全的取件，寄件，查看的方式。从寄出快递开始，到快递的分拣、运输、派送，到派件员将快递送到客户手中签收全过程都可在手机移动端查看，让用户实时掌控动态，更加安心。最后，希望能够继续更深入研究RFID技术，提高我国快递物流分拣效率和实现延伸服务功能，并基于各地不同的环境和需求设计，开发相应的服务系统和设备，同时结合互联网进行数据管理交互，将完善的分拣设备投入到快递行业中使用。

参考文献：

［1］王昕雨，田剑，李西杰.循环经济下快递包装回收的策略研究［J］.中国商论，2017（28）：4-6.

［2］刘红海，沈红杰，聂长鹏，等.基于RFID的智能快递管理与分拣系统［J］.软件工程，2017，20（06）：21-23.

［3］李海峰.基于HTML5+jQuery Mobile的移动学习平台Web App研究与实现［J］.信息通信，2014（05）：84-85.

［4］覃凤萍.基于HTML5+jQuery Mobile的移动Web应用开发研究［J］.大众科技，2015，17（07）：9-10.

［5］肖筠，张小强.基于RFID的快递物流配送系统设计［J］.经营管理者，2008（12）：17-20.