基于数据分析WMS物联网蓝牙室内定位研究

商玉林

摘要：为了更好地完成仓储管理系统数据录入，保证仓储货物位置信息准确性，本文提出基于数据分析的蓝牙室内定位技术，将定位技术集成应用于PDA设备，快速定位录入位置信息，大大提高仓储效率。首先通过手机模拟获取不同距离范围多个蓝牙信标随时间序列变化的RSSI信号数据，由信号距离转换公式得出RSSI信号对应的计算距离；再采用高斯拟合阈值剔除方法剔除异常值，使用测距误差修正法得出修正一次变量和常数变量参数，修正计算距离，通过数据分析保证计算距离精确性；最后由加权质心定位算法求得定位坐标。本文采用蓝牙室内定位，成本低廉易于布置，应用价值高，推进物联网技术应用于仓储管理系统，为后续仓储数据智能战略奠定一定基础。

Abstract： In order to better complete the data entry of the warehouse management system and ensure the accuracy of the location information of the warehouse goods， this paper proposes a Bluetooth indoor positioning technology based on data analysis， integrates the positioning technology into the PDA equipment to quickly locate the location information and greatly improve the storage efficiency. Firstly， the RSSI signal data of multiple Bluetooth beacons changing with time series in different distance ranges is obtained by mobile phone simulation. The calculation distance corresponding to the RSSI signal is obtained by the signal distance conversion formula. Then the Gaussian fitting threshold culling method is used to eliminate the outliers. The error correction method is used to obtain the correction of the primary variable and the constant variable parameter， correct the calculation distance and ensure the accuracy of the calculation distance through data analysis. Finally， the weighted centroid localization algorithm is used to obtain the localization coordinate. This paper adopts Bluetooth indoor positioning， which has low cost， easy layout and high application value， promotes the application of Internet of Things technology to the warehouse management system， and lays a foundation for the subsequent warehousing data intelligence strategy.

關键词：仓储管理系统；蓝牙室内定位；测距误差修正；数据分析；加权质心定位

Key words： warehouse management system；Bluetooth indoor positioning；ranging error correction；data analysis；weighted centroid localization

中图分类号：TN919.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0246-04

0 引言

在互联网与大数据契合的AI时代驱动下，物联网自动化技术要求越来越高，在整个供应链中起承上启下作用[1]，协调生产和消费的重要协调机制仓储管理系统有了更高的要求。现阶段通过手工给仓储货物编号，PDA录入货物编号获取位置等数据信息，效率相对传统货物信息存储有所提高，但已经不能满足现阶段互联网与大数据交织时代的需求。物流技术的兴起，存取货物要求高效且保证货物信息质量，手工编号存入效率低、自动化程度不高，并且需要不定周期盘库作业，以此保证货物信息数据与质量安全要求。GPS定位技术针对仓储货物位置定位误差较大，且仓储大多室内进行作业，方便集成应用于手机定位的GPS技术不能满足该场景要求。目前有学者和相关文献做了RFID射频识别、超声波定位等室内定位技术研究，定位精度较高，但是其部署难度系数较大，成本较高，不易于施展与普及，为了提高仓储管理系统数据录入效率，保证仓储货物位置信息以及质量安全等数据信息的准确性，同时技术能集成应用于终端设备易于普及，仓储管理系统的室内定位技术研究有着极大的意义。

1 关键技术

基于数据分析的蓝牙室内定位技术，结合RFID室内定位技术[2]、测距与非测距的定位算法，以及射频识别动态定位方法[3]与较高精度RFID室内定位算法，在RSSI修正的近三角形加权质心定位算法[4]的基础上，利用加权质心定位算法，结合高斯拟合均值计算，优化算法，使得定位精度较优。交互数据结构设计[5]，将数据分析结合蓝牙室内定位技术应用于仓储管理系统，定位精度与方法得到进一步优化，同时为供应链带来一些增值服务，隐藏着极大发展契机。

物联网蓝牙室内定位技术应用于仓储管理系统，集成于PDA设备，实时录入定位，大大提高数据录入效率，货物位置准确性也有所提高。该定位技术相对于其他如RFID射频识别、超声波定位等技术相比，成本低廉，易于布置，便于施展，应用价值高。可更好的推进物联网技术应用于仓储管理系统，为风控等数据智能战略奠定一定基础。

2 仓储管理系统蓝牙室内定位

2.1 蓝牙室内定位应用于仓储管理系统分析

仓储管理系统主要包括出入库、盘库、分拣配货等业务操作[6]，目前大多仓库所使用仓储管理系统货物录入使用PDA扫描RFID标签或其他标签入货物信息。货物存放依靠某一计入方式确定货物大致所在位置，此方式会出现像计入错误等纰漏，同时耗费人力，需较小周期定期盘库确认货物信息。

蓝牙定位可植入PDA，利用PDA定位所在位置，快速录入货物信息，定位信息准确度高。另可直接根据货物体型快速归类扫码录入，大大提高货物信息录入效率与准确率，位置准确度高，货物仓储可靠性提高，可延长盘库周期。仓储货物遗失风险度降低，仓库仓储质量提高，仓库信用以及风险评估正面因子比重也会有所提高，对整个供应链带来积极效益。同时也推动物联网技术应用于仓储管理系统，有利于推进智能仓储发展，对后期更深层次推动仓储业务有极大意义。

2.2 蓝牙室内定位数据准备

为方便数据采集以及对定位方案的准确性以及可行性进行验证，操作手机获取数据完成室内定位实验。将蓝牙信标部署在仓库周边的立柱上，记录信标的mac地址和坐标。手机开启蓝牙功能，即可检测到附近的信标，包括mac地址和RSSI信号。

定位计算建立相对坐标系，确定蓝牙信标相对坐标位置。

采集到一段时间各个蓝牙信标信号数据如表2。

类似数据取得测量距离1米到8米不等，每个距离范围不同的时间，接收到不同蓝牙信标的rssi信号数据。数据分布图如图1。

由于噪声、障碍物以及测量等不确定因素的影响，rssi信号值波动较大，由于rssi对蓝牙定位距离直接影响，其数据值波动较大，对定位影响很大，需要对数据异常值剔除等进一步处理，再进行定位计算。

2.3 蓝牙室内定位模型构建

基于RSSI（Received Signal Strength Indication）信号定位距离转换公式：

其中，d为距离，单位是m，rssi为rssi信号强度，值为负数。A为距离探测设备1m时的rssi值的绝对值，最佳范围在45-49之间。n为环境衰减因子，需要测试矫正，最佳范围在3.25-4.5之间。这里取A值为最佳范围上下限值的平均值，即：

衰减因子n的确定，取其中一个蓝牙新标确定距离一定时间段的一组rssi信号值，距离为D，对一组rssi值进行均值处理，此时在信号距离转换公式中唯一未知变量为衰减因子n。

为保证环境衰减因子系数的稳定性和准确性，测量取得多个蓝牙信标的rssi信号值计算，蓝牙信标厂商以及发射信号功率等参数统一。计算得多个蓝牙信标所对应的衰减因子nk。

对各个蓝牙信标所得的衰减因子均值计算得到该室内环境信号距离换算的最终衰减因子n。

判定该衰减因子的可靠性，其值是否在最佳取值范围内，如在则取所求衰减因子值，如不在则取对应的超出合理区间的上下限值。

计算所得的衰减因子可能存在异常值，采用高斯拟合阈值剔除方法剔除异常值，同理，为保证数据可靠性，对蓝牙信标所采集到的rssi信号数据筛选。接收信号的物体移动具有连续性，使用卡尔曼滤波方法可进一步提高位置计算精度。确定了衰减因子n，可计算求得计算距离，采用测距误差修正法对求得的计算距离进一步修正，提高可靠性。

假设所测得的实际距离与计算得到的距离产生的误差为ω（d）：

其中，α与ξ分别为测距误差ω（d）的一次误差系数和常数误差系数。

3 求解与分析

距离范围在1到2米之间契合度较高，修正后计算距离的分布情况相对修正前距离差值明显减小，在部分距离范围的的差值仍然较大，以此迭代计算，结果更优。计算距离契合度在不同的距离范围内有明显差异，根据实际应用情况适当增减蓝牙信标，针对不同距离范围分段计算，提高计算距离精度，再结合定位计算方法，达到更好的定位效果。

4 结语

蓝牙室内定位技术应用于仓储管理系统，通过结果计算与数据分析更好验证其方案可行性，迭代计算保证定位效果，且易于布置设置，成本低廉，实施可行性高，为推动物联网技术更好的应用于仓储管理系统起到很好地促进作用。上述实验结果围绕二维截面[8]展开，适用于类似钢厂类的仓储管理系统，在第三空间维度要求不高。它存在一定定位误差，但是实际应用中相对物件考虑可忽略其误差。该定位方案不断迭代计算可达到更好的计算结果，进一步研究应用于三维空间，其利用价值更高，应用于企业也会提升企业竞争力，具有一定应用价值。其应用价值可以给物联网智能化带来一定质与量的跃升[9]。

参考文献：

[1]谢守坤，张仲鹏，李银启.RFID定位技术在仓储管理中的应用研究[J].价值工程，2016（05）：97-99.

[2]丁圆圆.基于RFID的室内定位技术研究[D].成都：西南交通大学，2014.

[3]李程，钱松荣.射频识别动态定位方法[J].通信学报，2013（04）：144-148.

[4]童莉，周鸣争.基于RSSI修正的近三角形加权质心定位算法[J].安徽工程大学，2015（04）：62-63.

[5]杨巨峰，张志杰，严锐.WMS与WCS系统交互数据结构设计[J].物流技术，2017（6）：161-164.

[6]王子鸣.基于RFID的数字化仓储系统研究[J].价值工程，2015（11）：42-44.

[7]劉晓文，关维国，等.基于RSSI测距误差修正的加权质心定位算法[J].电脑知识与技术，2012（01）：126-129.

[8]WANG C， WU H Y， TZENG N F. RFID-based 3-D positioning schemes[A]. IEEE INFOCOM International Conference on Computer Communications[C]. 2007. 1235-1243.

[9]李毅.创新发展智能驱动提升纺织专用基础件制造水平[J].纺织器材，2018（1）：2-4.