摘  要： 針對(duì)傳統(tǒng)的表單揀貨方式越來(lái)越不能滿足大型物流中心的需求,，設(shè)計(jì)了基于語(yǔ)音的揀選系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)揀選方式存在的不足,，提高貨物揀選效率,。為實(shí)現(xiàn)揀選操作員的合理調(diào)度，系統(tǒng)引入RFID室內(nèi)定位技術(shù),，針對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)揀選實(shí)際應(yīng)用,，以LANDMARC算法為基礎(chǔ)進(jìn)行算法改進(jìn)，改進(jìn)后系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確度提高了2%~60%,，同時(shí)增強(qiáng)了實(shí)用性,。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表明，基于室內(nèi)定位的語(yǔ)音揀選系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能,，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景,。

　　關(guān)鍵詞： 語(yǔ)音識(shí)別；物流揀選,；RFID室內(nèi)定位,；LANDMARC算法；k-近鄰算法

0 引言

　　揀選（Order Picking）作業(yè)是指按訂單或出庫(kù)單的要求,，從存儲(chǔ)場(chǎng)所選出物品并放置在指定地點(diǎn)的作業(yè),，揀選作業(yè)是物流中心作業(yè)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的揀選方式有揀選單揀選,、標(biāo)簽揀選,、射頻RF揀選等。隨著物流業(yè)的飛速發(fā)展,，傳統(tǒng)的揀選方式不僅束縛了揀選工作效率,，而且存在成本高、差錯(cuò)率大等不足,。因而,，本文設(shè)計(jì)了基于語(yǔ)音識(shí)別的揀選系統(tǒng)，與傳統(tǒng)揀選技術(shù)相比,，語(yǔ)音分揀技術(shù)具有極大提高訂單準(zhǔn)確度,、提高工作效率、培訓(xùn)要求低和投資回報(bào)率高等優(yōu)勢(shì)[1]。在國(guó)外,，語(yǔ)音揀選系統(tǒng)已有成功案例,，但在我國(guó)，由于本土化問(wèn)題,，如中文識(shí)別播報(bào),，語(yǔ)音揀選技術(shù)在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有很好的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用中文語(yǔ)音識(shí)別模塊,，能夠很好地應(yīng)用于語(yǔ)音倉(cāng)儲(chǔ)揀選,。

　　在揀選作業(yè)過(guò)程中，將近50%的時(shí)間花費(fèi)在揀選的路上,。為提高揀選的效率,，本文引入室內(nèi)定位技術(shù)，選擇離待揀選貨物最近的操作員揀取該貨物,，通過(guò)合理調(diào)度大大提高揀選效率,。該揀選系統(tǒng)以語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，以室內(nèi)定位技術(shù)為支撐,，搭建一個(gè)快速,、精準(zhǔn)、高效的語(yǔ)音揀選系統(tǒng),，真正實(shí)現(xiàn)“解放雙手,，解放雙眼”。

1 相關(guān)技術(shù)

　　從應(yīng)用方向分析,，語(yǔ)音識(shí)別主要分為關(guān)鍵詞語(yǔ)識(shí)別和聽(tīng)寫系統(tǒng)兩個(gè)方面,。關(guān)鍵詞語(yǔ)識(shí)別技術(shù)的目標(biāo)是精確地識(shí)別說(shuō)話人的語(yǔ)音命令，識(shí)別率要達(dá)到90%以上,，用在語(yǔ)音控制和語(yǔ)音命令查詢方面,，例如在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音撥號(hào)功能。聽(tīng)寫系統(tǒng)是前端的聲學(xué)模型不要求精確識(shí)別,，而是輸出盡可能多的音標(biāo)候選,，由后續(xù)的語(yǔ)義分析器給出擬合的文字內(nèi)容，例如IBM推出的ViaVoice軟件和Google的語(yǔ)音搜索,。但就目前的技術(shù)現(xiàn)狀，還未出現(xiàn)一個(gè)更加完善的理論模型來(lái)指導(dǎo)聽(tīng)寫系統(tǒng)的發(fā)展,，目前的聽(tīng)寫系統(tǒng)還只能是實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品,，無(wú)法達(dá)到真正理解人的自然語(yǔ)音的水平。所以,，在目前能夠提供商業(yè)實(shí)用產(chǎn)品的技術(shù),，依然是關(guān)鍵詞語(yǔ)識(shí)別技術(shù)。本系統(tǒng)采用ICRoute公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的LD3321芯片作為語(yǔ)音識(shí)別的主控芯片，此芯片是基于關(guān)鍵詞語(yǔ)識(shí)別的,。

　　目前室內(nèi)定位采用的主要技術(shù)有GPS技術(shù),、超聲波技術(shù)、紅外線（IR）技術(shù),、WiFi技術(shù),、超寬帶（UWB）技術(shù)、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)等,，但大多技術(shù)因受多徑效應(yīng),、非視距傳播影響以及精度限制等不能得到很好的推廣。射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的,。這種技術(shù)作用距離短,，但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍很大,，成本較低,。同時(shí)由于其多目標(biāo)識(shí)別、非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn),，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù),。本系統(tǒng)采用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)人員的室內(nèi)定位。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　基于室內(nèi)定位的倉(cāng)儲(chǔ)語(yǔ)音揀選系統(tǒng)的系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,，語(yǔ)音揀選系統(tǒng)主要包括語(yǔ)音識(shí)別部分和RFID定位部分,。

　　該語(yǔ)音揀選系統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別模塊采用ICRoute公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的V280語(yǔ)音識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)模塊，該模塊能夠獨(dú)立完成語(yǔ)音識(shí)別,，并根據(jù)用戶設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作,；模塊基于本地的語(yǔ)音識(shí)別，識(shí)別命令相對(duì)于“云端”語(yǔ)音識(shí)別,，其具有沒(méi)有延遲,、不受網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性影響等優(yōu)點(diǎn)；模塊以LD3321芯片作為語(yǔ)音識(shí)別的主控芯片,，此芯片是基于關(guān)鍵詞語(yǔ)的識(shí)別,，采用成熟的非特定人語(yǔ)音識(shí)別芯片技術(shù)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別,，并且能夠支持語(yǔ)音播放功能,；同時(shí)，模塊具有豐富的外設(shè)接口,，方便進(jìn)行控制,。為實(shí)現(xiàn)操作人員的有效調(diào)度，提高揀選效率,，系統(tǒng)采用先進(jìn)的室內(nèi)定位算法,，并依據(jù)系統(tǒng)的特殊性進(jìn)行算法改進(jìn),，下面詳細(xì)介紹定位算法的實(shí)現(xiàn)。

3 RFID定位算法分析

　　目前,，比較成熟的RFID室內(nèi)定位方案有SpotON,、3D-iD pinpoint和基于動(dòng)態(tài)有源RFID校準(zhǔn)定位（Location Identification based on Dynamic active RFID Calibration，LANDMARC）[2],。其中技術(shù)最成熟,，應(yīng)用最廣泛的是LANDMARC算法。LANDMARC算法引入?yún)⒖紭?biāo)簽概念,，應(yīng)用“最近鄰”思想,，求待測(cè)點(diǎn)位置。即以確定坐標(biāo)的RFID標(biāo)簽為參考,，與參考標(biāo)簽越近的待測(cè)標(biāo)簽,，其在同一個(gè)RFID讀卡器中讀得的信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)該越相近。然后通過(guò)相應(yīng)的公式計(jì)算獲得待測(cè)標(biāo)簽的坐標(biāo)位置[3-5],。

　　LANDMARC算法引入?yún)⒖紭?biāo)簽降低環(huán)境因素影響,，獲得較高的定位精度。但其也存在一些不足,，LANDMARC算法將所有參考標(biāo)簽都設(shè)為其鄰近標(biāo)簽,，并計(jì)算其與待測(cè)標(biāo)簽的歐氏距離，這勢(shì)必增加系統(tǒng)的計(jì)算量,，還可能會(huì)影響到定位精度,。而且為提高LANDMARC算法定位精度，就需要增加參考標(biāo)簽排放密度,，然而密度增加會(huì)加劇信號(hào)之間的干擾,，從而又導(dǎo)致定位精度降低。

4 LANDMARC系統(tǒng)算法的應(yīng)用改進(jìn)

　　分析揀選系統(tǒng)的特性,，語(yǔ)音揀選系統(tǒng)定位要求是找到離設(shè)定位置（待揀選貨物）最近的待測(cè)標(biāo)簽（操作員）,，而不是關(guān)心所有待測(cè)標(biāo)簽（操作員）的具體位置，因而不需要計(jì)算所有待測(cè)標(biāo)簽的具體位置,，可以先找到靠近設(shè)定位置（待揀選貨物）的一些待測(cè)標(biāo)簽（操作員）形成一個(gè)集合,，再在這個(gè)集合中找到離設(shè)定位置（待揀選貨物）最近的待測(cè)標(biāo)簽（操作員），對(duì)其下達(dá)揀選命令,。因而對(duì)LANDMARC系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),。

　　對(duì)LANDMARC系統(tǒng)“k鄰域”算法中k的取值進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)得到,，在參考標(biāo)簽的密度適中時(shí),，當(dāng)k值為4時(shí)定位精度最理想[6-10]。因而,，在改進(jìn)算法中,，以待揀選貨物所在網(wǎng)格的4個(gè)參考標(biāo)簽為鄰居標(biāo)簽，選取K個(gè)歐幾里德距離最小的待測(cè)標(biāo)簽（操作員）,，然后利用公式求得距離貨物最近的操作員,。語(yǔ)音揀選系統(tǒng)室內(nèi)定位布置示意圖如圖2所示。

　　算法改進(jìn)過(guò)程如下（n個(gè)閱讀器,，m個(gè)參考標(biāo)簽和u個(gè)待定位標(biāo)簽）：

　?。?）分別獲得u個(gè)帶定位標(biāo)簽關(guān)于n個(gè)閱讀器的信號(hào)強(qiáng)度矩陣：

　　S=S11 … S1u… … …Sn1 … Snu（1）

　　再獲得包圍待揀選貨物的矩形定點(diǎn)上的4個(gè)參考標(biāo)簽（分別編號(hào)為a、b,、c,、d）關(guān)于n個(gè)閱讀器的信號(hào)強(qiáng)度矩陣：

　　（2）如圖3所示,，當(dāng)需要揀選的貨物位置在⑥,、⑦、⑩,、{11}參考標(biāo)簽圍成的方框區(qū)域內(nèi)時(shí),，分別使用6、7,、10,、11號(hào)參考標(biāo)簽為鄰居標(biāo)簽，利用式（3）得到所有以6,、7,、10、11號(hào)參考標(biāo)簽為鄰居標(biāo)簽與待測(cè)標(biāo)簽的值,，即為其歐式距離,。根據(jù)參考標(biāo)簽離需揀選貨物的距離關(guān)系，由式（4）選取Mj值最小的前K（1≤K≤u）個(gè)待測(cè)標(biāo)簽,，表示這K個(gè)標(biāo)簽離需選取的貨物位置相對(duì)較近,。其中，kj由式（5）獲得,，其中di對(duì)應(yīng)圖2中的距離,。

　　（3）通過(guò)式（6）求得選取的該K個(gè)待測(cè)標(biāo)簽的坐標(biāo)（x,，y）：

　?。?）得到這4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)后，利用式（7）求出e最小的點(diǎn),，即離（x0,，y0）最近的待測(cè)標(biāo)簽，其中,，（x0,，y0）為需選取貨物的坐標(biāo),，選擇該最近的待測(cè)標(biāo)簽（操作員）為接收揀選命令的操作員。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　按照?qǐng)D2實(shí)驗(yàn)布局,，每一排中相鄰兩參考標(biāo)簽之間距離為2 m,，每?jī)膳胖g距離為1.5 m。約定當(dāng)系統(tǒng)選擇離待揀選貨物最近最方便的操作員完成揀選任務(wù)即為此次定位正確,。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得到,，當(dāng)K<5時(shí)，隨著K的增大選取最近待測(cè)標(biāo)簽的準(zhǔn)確率提高,；當(dāng)K≥5時(shí),，隨著K值的增加選取最近待測(cè)標(biāo)簽的準(zhǔn)確率只存在微弱波動(dòng)，而K值的增加帶來(lái)額外的計(jì)算,。因而,，K=5時(shí)系統(tǒng)性能最佳。

　　取K=5,，實(shí)驗(yàn)得到算法改進(jìn)前后選取最近操作員正確率對(duì)比圖如圖3所示,。其中，橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)圖2中待揀選貨物的序號(hào),，縱坐標(biāo)為選取操作員的正確率,。

　　從圖3可以看出，改進(jìn)算法較原來(lái)的LANDMARC算法準(zhǔn)確率有所提高,。而且,，實(shí)驗(yàn)中定位錯(cuò)誤時(shí)選擇的操作員的位置與在實(shí)際離待揀選貨物最近的操作員位置相鄰近。因而,，系統(tǒng)定位準(zhǔn)確率能達(dá)到揀選定位要求,。

　　分析結(jié)果數(shù)據(jù)可知，對(duì)于2,、4號(hào)待揀選貨物定位選擇操作員準(zhǔn)確率明顯提升,。以4號(hào)待揀選貨物為例，從系統(tǒng)布局示意圖可以看出,，與4號(hào)待揀選貨物距離相對(duì)較近的有a,、b、c位操作員,，由無(wú)線電波在室內(nèi)傳播模型分析,，相對(duì)于帶定位標(biāo)簽a、b,，帶定位標(biāo)簽c由于與貨物4周圍的14,、15、18,、19號(hào)參考標(biāo)簽在同一條走廊上,，因而路徑損耗相近,，系統(tǒng)定位時(shí)更容易選擇c為最近操作員。由此可得,，當(dāng)操作員與待揀選幾何距離相近時(shí),，改進(jìn)算法能夠選擇相同走廊上的操作員完成揀選工作，而避免選擇與待揀選貨物不在相同走廊上的操作員而走遠(yuǎn)距離完成揀選任務(wù)的情況,，從而提高揀選效率。

6 結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)了基于室內(nèi)定位的倉(cāng)儲(chǔ)語(yǔ)音揀選系統(tǒng),，系統(tǒng)使用ICRoute公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的V280語(yǔ)音識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)模塊,，完成語(yǔ)音命令的下達(dá)與識(shí)別。為提高揀選操作員調(diào)度效率,，系統(tǒng)以LANDMARC室內(nèi)定位算法為基礎(chǔ),，以語(yǔ)音揀選倉(cāng)庫(kù)為實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)，對(duì)室內(nèi)定位算法進(jìn)行應(yīng)用改進(jìn),，與原始LANDMARC算法相比較改進(jìn)后的算法定位精度提高2%~60%,，實(shí)用性更強(qiáng)。該系統(tǒng)具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景,。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 浦震寰．語(yǔ)音揀選技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用分析[J]．物流技術(shù)與應(yīng)用,，2013，18（8）：120-121．

　　[2] 潘爵雨．基于RFID的室內(nèi)定位技術(shù)及其應(yīng)用研究[D]．廣州：華南理工大學(xué),，2012．

　　[3] 游戰(zhàn)清,，李蘇劍．無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．

　　[4] Zhao Yiyang,， Liu Yunhao,， NI L M. VIRE： active RFID-based localization using virtual reference elimination[C]. International Conference on Parallel Processing， ICPP 2007,， 2007：56.

　　[5] NI L M,， Liu Yunhao， LAU Y C,， et al. LANDMARC： indoor location sensing using active RFID[C]. Proccedings of the First IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications,， PerCom 2003， 2003： 407-415.

　　[6] 閆保中,，姜琛,，尹偉偉．基于RFID技術(shù)的室內(nèi)定位算法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2010,，27（2）：320-324．

　　[7] PAPAPOSTOLOU A,， CHAOUCHI H. RFID-assisted indoor localization and the impact of interference on its performance[J]． Journal of Network and Computer Applications， 2011,，34（3）：902-913.

　　[8] 李魏峰．基于RFID的室內(nèi)定位技術(shù)的研究[D]．上海：上海交通大學(xué),，2012．

　　[9] 周惇．基于射頻識(shí)別的室內(nèi)定位系統(tǒng)研究[D]．西安：西安電子科技大學(xué),，2013．

　　[10] 何毅，黃俊,，鄒傳云．基于RFID的虛擬標(biāo)簽算法研究與改進(jìn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,，2014，40（10）：99-102．