CN106646439A - 面向智能制造船厂内场生产物流多源协同定位***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向智能制造船厂内场生产物流多源协同定位***和方法，涉及船舶制造过程中生产物流的定位识别技术领域。该定位***和方法，引入了两种定位源，并针对其两种定位源不同的特点提出了先粗分定位，再细分定位的方式，实现对船厂内场物料进行定位追踪，解决了船厂内场生产物流在工序内和工序间转换时的管理和定位问题，极大的提升了零部件全面监控的能力，改进了船厂内场生产物流的生产效率，节约了由于物料难以追踪或丢失所带来的成本损失；同时，由于引入多定位源，所以，本***和方法能够较好的适应船厂生产现场的复杂环境，有效的提高定位精度，解决了目前单一的定位技术难以在工业现场得到有效应用的现状。
Description
技术领域
本发明涉及船舶制造过程中生产物流的定位识别技术领域，尤其涉及一种面向智能制造船厂内场生产物流多源协同定位***和方法。
背景技术
目前，船厂内场的生产物流处于较为粗放的管理阶段，普遍存在物料状态难以全面监控，在制品和制造资源库存信息难以把握等问题，尤其是在生产工序转换的过程中，基本依靠人的经验和重复盘点来确定物料的具***置和库存信息，缺乏行之有效的定位、监控手段。而某些已开展的基于RFID或Zigbee技术的定位研究也面临着技术单一化的问题，面对船厂内场复杂的工业现场环境，存在着定位精度差、受环境干扰影响严重的缺点，无法解决船厂复杂多变的生产环境所造成的干扰和影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***和方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，包括：定位参考节点、初级定位源阅读器、次级定位源阅读器和上位机，一个所述初级定位源阅读器和一个所述次级定位源阅读器组成一组阅读器，多组所述阅读器呈矩阵排列，所述定位参考节点在所述阅读器的信号覆盖范围内间隔分布，所述初级定位源阅读器采集待定位移动节点和自身的无线信号强度信息或到达时间信息，并上传至所述上位机，所述次级定位源阅读器采集所述待定位移动节点和所述定位参考节点的无线信号强度信息或到达时间信息，并上传至所述上位机。
优选地，相邻两个所述定位参考节点之间的间距为1-2米，相邻两组所述阅读器之间的间距为6-8米。
优选地，所述初级定位源阅读器包括LoRa定位源阅读器、ZigBee定位源阅读器和WIA-PA定位源阅读器。
优选地，所述次级定位源阅读器为RFID定位源阅读器，所述定位参考节点为基于RFID的无源电子标签。
优选地，所述待定位移动节点为基于所述初级定位源或所述次级定位源的有源或无源电子标签。
一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位方法，利用上述面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，包括如下步骤：
a.定位开始；
b.启动初级定位；
c.收集所有初级定位源阅读器和待定位移动节点发出的信号强度信息；
d.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的初级定位源阅读器的大致区域；
e.得到待定位移动节点的粗分位置信息；
f.根据该粗分位置信息，选取离待定位移动节点最近的次级定位源阅读器，启动次级定位；
g.收集所有定位参考节点、待定位移动节点发出的信号强度信息；
h.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的次级定位源阅读器的位置信息；
i.得到待定位移动节点的细分位置信息，此细分位置信息为待定位移动节点的最终位置信息。
优选地，所述定位算法为RSSI算法或TOA算法。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***和方法，引入了两种定位源，并针对其两种定位源不同的特点提出了先粗分定位，再细分定位的方式，实现对船厂内场物料进行定位追踪，解决了船厂内场生产物流在工序内和工序间转换时的管理和定位问题，极大的提升了零部件全面监控的能力，改进了船厂内场生产物流的生产效率，节约了由于物料难以追踪或丢失所带来的成本损失；同时，由于引入多定位源，所以，本***和方法能够较好的适应船厂生产现场的复杂环境，有效的提高定位精度，解决了目前单一的定位技术难以在工业现场得到有效应用的现状；另外，本***基于无线网络构建，节约布线带来的人力、物力成本；待定位移动节点具备抗金属、抗腐蚀特点，能够有效适用于船厂内场复杂的工业现场环境。
附图说明
图1是定位***架构示意图；
图2是定位***各部件的现场分布示意图；
图3是定位方法流程图。
图1中，各符号的含义如下：
a.上位机；
b.网关/无线路由；
c.初级定位源阅读器；
d.次级定位源阅读器；
e.定位参考节点；
f.待定位移动节点；
g.初级定位源无线网络；
h.次级定位源无线网络。
图3中，各符号的含义如下：
a.定位开始；
b.启动初级定位；
c.收集所有初级定位源阅读器和待定位移动节点发出的信号强度信息；
d.调用基于RSSI定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的初级定位源阅读器的大致区域；
e.得到待定位移动节点的粗分位置信息；
f.启动次级定位；
g.收集所有定位参考节点、待定位移动节点发出的信号强度信息；
h.调用基于RSSI定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的次级定位源阅读器的位置信息；
i.得到待定位移动节点的细分位置信息。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，包括：定位参考节点、初级定位源阅读器、次级定位源阅读器和上位机，一个所述初级定位源阅读器和一个所述次级定位源阅读器组成一组阅读器，多组所述阅读器呈矩阵排列，所述定位参考节点在所述阅读器的信号覆盖范围内间隔分布，所述初级定位源阅读器采集待定位移动节点和自身的无线信号强度信息或到达时间信息，并上传至所述上位机，所述次级定位源阅读器采集所述待定位移动节点和所述定位参考节点的无线信号强度信息或到达时间信息，并上传至所述上位机。
上述结构的定位***，其工作流程为：
1.船厂应用管理层***(上位机)发布定位指令，启动初级定位；
2.根据位置解算算法，计算待定位移动标签在初级定位下的粗分位置信息；
3.根据该位置信息，选取离待定位移动标签最近的次级定位源阅读器，启动次级定位；
4.根据位置解算算法，计算待定位移动节点在次级定位下的细分位置信息，得到待定位移动标签的最终位置。
具体地，可以包括如下步骤
包括如下步骤：
a.定位开始；
b.启动初级定位；
c.收集所有初级定位源阅读器和待定位移动节点发出的信号强度信息；
d.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的初级定位源阅读器的大致区域；
e.得到待定位移动节点的粗分位置信息；
f.根据该粗分位置信息，选取离待定位移动节点最近的次级定位源阅读器，启动次级定位；
g.收集所有定位参考节点、待定位移动节点发出的信号强度信息；
h.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的次级定位源阅读器的位置信息；
i.得到待定位移动节点的细分位置信息，此细分位置信息为待定位移动节点的最终位置信息。
采用上述定位***，具有如下优点：
1)提出了一种应用于船厂内场生产物料的定位技术，极大的提升了零部件全面监控的能力，改进了船厂内场生产物流的生产效率，节约了由于物料难以追踪或丢失所带来的成本损失。
2)提出了一种多定位源的协同定位方法，引入了两种定位源，针对其不同的特点提出了粗分、细分两种定位模式，在此基础上采用加权比较的处理方式，大大提高了定位位置信息的可信度；
3)基于无线网络构建，节约布线带来的人力、物力成本；
4)待定位移动节点具备抗金属、抗腐蚀特点，能够有效适用于船厂内场复杂的工业现场环境。
在本实施例中，相邻两个所述定位参考节点之间的间距为1-2米，相邻两组所述阅读器之间的间距为6-8米。
定位参考节点之间1-2米的间距反映了***的定位精度，若精度要求不高，可采用其他距离；
相邻两组所述阅读器之间6-8米的间距为RFID阅读器的有效识别距离，不可换为其他距离。
在本发明的一个优选实施例中，所述初级定位源阅读器可以包括LoRa定位源阅读器、ZigBee定位源阅读器和WIA-PA定位源阅读器。
LoRa定位源具备广域低功耗、信号穿透能力强的特性，成本低，适用于公里级、有遮挡条件下的定位与通信；
Zigbee定位源信号穿透能力较弱，成本低，适用于开阔环境下的定位与通信；
WIA-PA具备广域低功耗的特性，成本高，具备我国自主知识产权，适用于对设备国产化有要求的场合。
在本发明的一个优选实施例中，所述次级定位源阅读器为RFID定位源阅读器，所述定位参考节点为基于RFID的无源电子标签。
RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，并支持加密通信，信息传输安全可靠。采用RFID的识别距离较短，可靠的识别距离在6-8米左右，适合于对底层基于RFID的电子标签进行识别和定位。
在本发明的一个优选实施例中，所述待定位移动节点为基于所述初级定位源或所述次级定位源的有源或无源电子标签。
移动待定位节点为待定位的目标，由于被专利拟采用两级定位的方式，由粗到细分别对待定位节点进行定位，因此该节点必须同时支持两级定位源(初级和次级)的定位。
实施例二
如图3所示，本发明实施例提供了一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位方法，利用实施例一所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，包括如下步骤：
a.定位开始；
b.启动初级定位；
c.收集所有初级定位源阅读器和待定位移动节点发出的信号强度信息；
d.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的初级定位源阅读器的大致区域；
e.得到待定位移动节点的粗分位置信息；
f.根据该粗分位置信息，选取离待定位移动节点最近的次级定位源阅读器，启动次级定位；
g.收集所有定位参考节点、待定位移动节点发出的信号强度信息；
h.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的次级定位源阅读器的位置信息；
i.得到待定位移动节点的细分位置信息，此细分位置信息为待定位移动节点的最终位置信息。
其中，所述定位算法可以为RSSI算法或TOA算法。
RSSI是指基于信号强度的定位算法(Received Signal Strength Indication)，即通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术；
TOA算法是指通过信号从待定位节点到定位源之间传播的时间来确定待定位节点位置的定位技术；
RSSI适用于较易受遮挡影响，适用于局域范围内的定位，能够取得良好的效果；TOA通过精确授时获取信号传输的准确时间，适用于广域范围内的定位，并且抗遮挡效果较RSSI为优。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***和方法，引入了两种定位源，并针对其两种定位源不同的特点提出了先粗分定位，再细分定位的方式，实现对船厂内场物料进行定位追踪，解决了船厂内场生产物流在工序内和工序间转换时的管理和定位问题，极大的提升了零部件全面监控的能力，改进了船厂内场生产物流的生产效率，节约了由于物料难以追踪或丢失所带来的成本损失；同时，由于引入多定位源，所以，本***和方法能够较好的适应船厂生产现场的复杂环境，有效的提高定位精度，解决了目前单一的定位技术难以在工业现场得到有效应用的现状；另外，本***基于无线网络构建，节约布线带来的人力、物力成本；待定位移动节点具备抗金属、抗腐蚀特点，能够有效适用于船厂内场复杂的工业现场环境。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。
上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，其特征在于，包括：定位参考节点、初级定位源阅读器、次级定位源阅读器和上位机，一个所述初级定位源阅读器和一个所述次级定位源阅读器组成一组阅读器，多组所述阅读器呈矩阵排列，所述定位参考节点在所述阅读器的信号覆盖范围内间隔分布，所述初级定位源阅读器采集待定位移动节点和自身的无线信号强度信息或到达时间信息，并上传至所述上位机，所述次级定位源阅读器采集所述待定位移动节点和所述定位参考节点的无线信号强度信息或到达时间信息，并上传至所述上位机。
2.根据权利要求1所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，其特征在于，相邻两个所述定位参考节点之间的间距为1-2米，相邻两组所述阅读器之间的间距为6-8米。
3.根据权利要求1所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，其特征在于，所述初级定位源阅读器包括LoRa定位源阅读器、ZigBee定位源阅读器和WIA-PA定位源阅读器。
4.根据权利要求1所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，其特征在于，所述次级定位源阅读器为RFID定位源阅读器，所述定位参考节点为基于RFID的无源电子标签。
5.根据权利要求1所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，其特征在于，所述待定位移动节点为基于所述初级定位源或所述次级定位源的有源或无源电子标签。
6.一种面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位***，包括如下步骤：
a.定位开始；
b.启动初级定位；
c.收集所有初级定位源阅读器和待定位移动节点发出的信号强度信息；
d.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的初级定位源阅读器的大致区域；
e.得到待定位移动节点的粗分位置信息；
f.根据该粗分位置信息，选取离待定位移动节点最近的次级定位源阅读器，启动次级定位；
g.收集所有定位参考节点、待定位移动节点发出的信号强度信息；
h.调用定位算法，解算待定位移动节点相对于最近的次级定位源阅读器的位置信息；
i.得到待定位移动节点的细分位置信息，此细分位置信息为待定位移动节点的最终位置信息。
7.根据权利要求6所述的面向智能制造的船厂内场生产物流多源协同定位方法，其特征在于，所述定位算法为RSSI算法或TOA算法。
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