[0001] 本发明涉及货物盘点技术领域，尤其涉及一种基于无人机盘点的立体货架物资快速盘点方法及系统。

[0002] 目前，电网企业电力物资仓库针对立体货架的物资盘点往往采用从立体货架调出物资至人工盘点位，依靠人工目视化观察物资规格型号与数量的方式进行盘点。

[0003] 其中，一是由于电力物资的形态差异区别于其他一般的生活物资，这种区别性主要在于电力物资的外观形态差别较大，导致出厂时的包装形态一般没有统一的标准化包装封装，部分单品价值高的物资形态较为标准的物资带有标准纸质包装，如电缆头、隔离开关等，部分单品价值较低且外观形态较为独特的物资，如耐张线夹、绝缘子等电力金具散件类物资，一般供应商采用麻袋、特质支架等材质进行包装。二是电力物资的材质大多数含有金属成分，因此也难以用一般RFID标签来对物资赋码识别。而通过全面用抗金属效益的RFID标签投入成本又过高，因此除大型电力物资外，大部分可存储于货架的电力物资出厂时一般不带有RFID标签。此外，金属件电力物资在诸如麻袋的非标准化包装中产生上下交叠，通过视觉识别盘点难度很大，实用性不高。三是电力物资在市场上的交易模式主要是B2B非零售模式。物流、商流、资金流主要是在工商业供需方内部流动，因此，大部分的电力物资出厂时包装都没有统一的商品条码，因此，通过应用条码识别设备按“一物一条码”读取的盘点方式变为不可行。以上诸因素导致目前针对立体货架存储的电力物资需要依靠人工开展盘点。

[0004] 在盘点技术应用方面，技术较为成熟且成本较为可控的方法一般是基于RFID标签的辨识方法，首先在物资表面张贴RFID标签，将物资信息绑定在RFID芯片中，然后，通过各类的可移动机器或设备（如轨道探头、AGV小车、无人机等）搭载RFID读取装置，通过遍历所有仓位感知各仓位中物资表面所绑定的RFID芯片来完成现场实物数量的收集，并进一步和后台的台账信息进行比较，从而自动得出盘点结果。其次，在盘点策略选择方面上，一般采用对物资全盘的策略，也即是对每一个货位均进行数量的识别，但大型仓库由于物资种类多，占用货位也多，导致每启动一次全面盘点都耗时巨大。部分智能仓库采用随机盘点或循环盘点的策略，即每次随机对部分物资抽查或一段时间内分批对物资盘点，这类方法一定程度上降低了盘点的耗时，但本质仍然是一种定性的盘点策略选择方法，盘点策略科学性有待加强。

[0005] 综上，为提高存储电力物资的立体仓库盘点质量和效率，目前，在关于无人机盘点技术领域方面，公开号为CN208544426U的中国实用新型专利公开了一种无人机自动盘点仓库货物系统，其采用了无人机搭载RFID读取器对仓库已粘贴了RFID标签的物资进行盘点，但由于存储于立体货架的电力物资一般形态较小、价值较低、金属成分高，一般难以按“一物一码”的方式进行RFID标签赋码贴标，所以，该方案用RFID盘点技术部分难以直接适用于电网企业的立体仓库，且该方案并不能确定盘点策略来规划无人机的路径，以便达到高效快速的盘点目的；公开号为CN112977831B的中国发明专利公开了一种无人机物资箱及物资盘点方法，其主要提供了人工通过将小件物资放置无人机机箱中，并利用称重的方式来换算机箱物资数量的盘点方法，该方法需要人将物资放置在某称重装置中换算，由于人工无法直接进入立体货架位，且立体货架存储物资的数量大，且在每个立体货架上安装称重传感器投资成本大，安装难度高，所以此方法对于立体货架的物资盘点难以适用，也不满足经济性。

[0006] 综上，在立体货架物资盘点技术方面，现有的主流的通过RFID或条码识别因电力物资商业运作模式和存储特性等因素导致失效，目前绝大部分的成果均没有考虑盘点过程种如何在满足盘点质量的同时尽可能降低能耗的问题，通常采用周期性全面盘点，往往效率低下、能耗居高不下。为了提供立体仓库的盘点效率和盘点质量，解决立体仓库人工盘点方式以及传统无人机盘点技术方案中对盘点策略的忽视而单一采用全面盘点策略的效率低下的缺点。

[0018] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种基于无人机盘点的立体货架物资快速盘点方法，包括以下步骤：S1、对立体货架构建空间坐标系，获取无人机在各库位盘点时的悬停坐标点。

[0020] S2、基于预先获取的物资盘点优先级，得到物资盘点任务，将物资盘点任务以及无人机在各库位盘点时的悬停坐标点进行匹配，得到物资盘点任务对应的无人机所需遍历的悬停坐标点集合。

[0021] 需要说明的是，物资盘点优先级可以自行设定，或者基于ABC帕累托重要度分析法，对目标货架所存放的物资就上一年物资金额进行排序分析。根据仓库储备物资方案，统计方案中各项物资在近一年累计的出库金额，将出库金额排名前20%的品类纳入盘点I类物资、排名在前20%‑50%间的物资纳入盘点II类物资、排名在50%之后的物资品类纳入盘点III类物资盘点，由此可基于盘点重要度生成盘点计划表如下：当到达设定的盘点周期后，生成当前的盘点任务，具体地，首先导出实时库存清单，按照当前盘点的重要度筛选出需要盘点的物资明细清单和对应的需要盘点的立体货架库位号，由于立体货架号与无人机盘点坐标点存在一一对应的关系，因此，通过立体货架库位号结合立体货架各库位的盘点坐标，即可获得当次盘点任务对应的无人机所需遍历的盘点目标点坐标集合。若需要进一步提升盘点速度，快速把握盘点概况，可结合动碰盘点、随机盘点等策略，进一步优化盘点目标点数量。

[0022] 在一个示例中，基于预先获取的物资盘点优先级，对不同的物资盘点优先级的物资划分盘点周期，根据盘点周期生成盘点任务，盘点任务包括需盘点的物资明细清单以及其对应的立体货架库位号，将立体货架库位号与无人机在各库位盘点时的悬停坐标点进行匹配，得到物资盘点任务对应的无人机所需遍历的悬停坐标点集合。

[0023] S3、以无人机盘点飞行总路径最短构建无人机路径优化目标函数，确定约束条件，约束条件包括无人机的能耗约束、盘点库位不重复约束和无人机飞行出发点和返回点一致约束。

[0024] S4、基于遗传算法对无人机路径优化目标函数进行求解，得到无人机最优路径，作为无人机盘点路径最佳方案。

[0025] 其中，本目标函数属于NP完全整数数学规划问题，可以采用现有技术中的遗传算法进行求解，具体求解过程不再赘述，也可以采用、粒子群算法等经典的启发式进化算法进行求解。

[0026] S5、通过无人机按照无人机盘点路径最佳方案执行物资盘点任务，获取物资盘点数量。

[0027] 本实施例提供了一种无人机盘点的立体货架物资快速盘点方法，通过对立体货架构建空间坐标系，获取无人机在各库位盘点时的悬停坐标点，根据物资盘点优先级确定物资盘点任务，将物资盘点任务以及无人机在各库位盘点时的悬停坐标点进行匹配，得到物资盘点任务对应的无人机所需遍历的悬停坐标点集合，以无人机盘点飞行总路径最短构建无人机路径优化目标函数，确定约束条件，对无人机路径优化目标函数进行求解，得到无人机最优路径，作为无人机盘点路径最佳方案，通过无人机按照无人机盘点路径最佳方案执行物资盘点任务，获取物资盘点数量，实现对物资立体货架的快速盘点，从而提高了立体货架物资盘点效率。

[0028] 在一个具体实施例中，步骤S1、具体包括：S101、以立体货架的最底层的第一行第一列库位的横梁和立柱交汇点作为立体货架的空间直角坐标系的原点，记为 ，构建空间坐标系。

[0029] 需要说明的是，立体货架由多层货架叠加而成，每层货架中有包括库位和取货物流设备所预留的巷道交互排列而组成，如奇数行为货架行、偶数行为供自动化设备取货用的巷道，采用无人机盘点主要需要驱动无人机在立体货架每层的巷道中飞行，在特定的库位前的巷道坐标悬停拍照扫描。

[0030] 选择立体货架最底层的第一行第一列库位的横梁和立柱交汇点作为整个立体货架的空间直角坐标系原点，立体货架的库位的两个相互垂直的横梁分别作为横、纵坐标，并以立柱作为z轴坐标。

[0031] S102、通过下式计算立体货架n层j行k列库位的无人机盘点时的悬停坐标点为，式中，、、分别表示立体货架单个库位的长、宽、高，d表示立体货架单个库位的巷道宽度。

[0032] 需要说明的是，无人机悬停盘点的重心位置位于巷道位坐标对角线中点。由于立体货架各库位的尺寸结构完全一致，只是空间位置的平移，对于不同层数的立体货架行列结构也完全一致，只有悬停高度的整数倍差异。

[0033] 可以设机巢充电坐标点为 ，当无人机能量不足时需从立体货架返回机巢充电，充电完毕后再执行剩余盘点任务。

[0034] S103、设置允许无人机悬停坐标点的飞行偏差为 ，通过下式计算无人机盘点的悬停空间域为，。

[0035] 需要说明的是，无人机是根据悬停坐标点来进行悬停的，但是，由于无人机在实际悬停的过程当中，由于机械动力难以完成精确地固定在一个点，因此，设定了一个围绕这个坐标点的悬停空间域，如果无人机在这个悬停空间域里悬停，则就可以认为无人机基本准确地停在了悬停坐标点，如果悬停过程中偏离了悬停空间域，则说明无人机存在定位不准的问题，后续需要做返航或者其他参数修正工作。

[0036] 同时，由于不同仓库的立体货架的排列方式会根据实际仓库的布局会有所差异，如部分仓库会存在奇数行的巷道、偶数行为货架的情况，或是在整排货架中某货架位置被仓库建筑的梁柱所隔断，这种情况只需在本方法上作空间坐标系平移或删除被柱位隔断位置的坐标点即可。

[0037] 在一个具体实施例中，步骤S3具体包括：S301、设无人机的路径有向图为 ，其中，V表示无人机所需遍历的悬停坐标点集合，记为 ，n表示无人机盘点集合，定义节点0为无人机盘点的起始点，节点1至为本次盘点任务的无人机所需遍历的悬停坐标点集合，E任意两个悬停坐标点之间的通道集合， ，则以无人机盘点飞行总路径最短构建无人机路径优化目标函数
为：
式中，L表示无人机盘点飞行总路径，m表示无人机的往返次数， 表达从i点到j点的飞行路径，xijk表示第一决策因子，xijk取值为0或1，若xijk取值为0，则表示在第k次的飞行路径执行过程中，不允许无人机走飞行路径 ，若xijk取值为1，则表示在第k次的飞行路径执行过程中，允许无人机走飞行路径 ；
其中，电量不足时无人机需返回机巢点换电后再继续开展剩余的盘点任务，记往返次数为m。

[0038] 同时，由于立体仓库结构是由横纵的货位道和巷道组合而成，任意两个悬停坐标点之间有可能存在货位或立柱等障碍物，无法简单用两点间的最短距离即欧几里得距离计算，采用曼哈顿距离计算较为符合立体货架的实际情况，因此，飞行路径的距离为。

[0039] S302、确定约束条件为：1）无人机的能耗约束：
式中， 表示无人机从i点到目标j点的耗电量， ，其中， 表示无
人机单位飞行距离的耗电量， 表示无人机悬停盘点过程的耗电量，C表示无人机的电量值上限；
2）盘点库位不重复约束：
3）无人机飞行出发点和返回点一致约束：
其中，无人机的单位飞行耗能和悬停盘点耗能，采用根据实际测算的方法，通过分别统计分析所用无人机的型号的飞行能耗和悬停能耗得出，结合各距离，即可获得无人机在各点间飞行过程的能耗数据 。

[0040] 在一个具体实施例中，步骤S4具体包括：基于遗传算法对无人机路径优化目标函数进行求解，得到所有飞行路径的第一决策因子，构成飞行路径及其对应的第一决策因子集合，筛选出第一决策因子为1的飞行路径，并依次连线得到无人机最优路径，作为无人机盘点路径最佳方案。

[0041] 需要说明的是，通过对无人机路径优化目标函数进行求解，得到所有飞行路径的第一决策因子，通过第一决策因子的取值是否为1，就可以绘制出完整的各坐标之间的连线图，也即无人机最优路径，然后无人机就可以从起点按照无人机最优路径来执行任务。

[0042] 在一个具体实施例中，步骤S5具体包括：S501、通过无人机按照无人机盘点路径最佳方案执行物资盘点任务，到达目标悬停坐标点时，读取相应的货位的托盘二维码，将托盘二维码反馈至后台进行解析，得到货位对应的物资名称、物资类型、规格及台账数量；
S502、通过物资类型判断物资是否为标准化包装物资，若判断物资是为标准化包装物资，则驱动无人机对货位物资进行3D视觉扫描，抓取物资堆的三维尺寸信息传输至后台，并执行下一步，若物资不为标准化包装物资，则驱动无人机对货位物资进行拍摄，获取物资视频信息传输至后台，通过后台内预设的视觉识别算法对物资视频信息中的物资进行识别，并统计所识别到的物资的数量。

[0043] 其中，标准化包装物资即包装尺寸为固定不变的物资，其可以通过物资类型进行记录并判断。

[0044] 其中，预设的视觉识别算法可以预先基于深度学习算法对大量的物资样本进行学习训练得到，并对物资视频信息进行分帧处理，得到若干个视频帧，通过训练得到的视觉识别算法对若干个视频帧中的物资进行识别，并统计所识别到的物资的数量。

[0045] S503、通过深度相机获取物资堆的表层色块，获得表层色块面积；其中，通过深度相机可以获得物资堆的表层色块，考虑库位在出库自动化分拣时，按照每一层分拣完才向下层分拣的规则，当该物资堆经过分拣则可读取得两个差异化的表层色块及其对应高度，并扫描获得表层色块面积。

[0046] S504、通过下式计算标准化包装物资的数量为，式中，A1、B1、C1分别表示物资堆的长、宽、高，a1表示物资包装的长度，b1表示物资包装的宽度，c1表示物资包装的高度，S表示表层色块面积，为第二决策因子，取值为0或1，当物资堆只有一种拣货扫描高度时，则 赋值为0，当物资堆有两种以上的拣货扫描高度时，则赋值为1。

[0047] 其中，对于标准化包装物资，物资出库的时候会用到机械手去拣货，机械手拣货是由上至下，依次对物资进行拣货，拣了一层再到下一层的，若拣货时，只有一种相同的扫描高度，则说明该物资堆为一个完整的立方体物资，若有两种以上的扫描高度，则说明物资堆存在两种不同高度的物资，存在表层色块。

[0048] 在一个具体实施例中，步骤S5之后包括：S6、将无人机遍历过的悬停坐标点标记为已遍历，判断无人机是否已遍历过物资盘点任务所对应的所有悬停坐标点，若判断无人机已遍历过物资盘点任务所对应的所有悬停坐标点，则将物资盘点数量与预设的盘点清单账目进行核对，并生成盘点报告。

[0049] 以上为本发明提供的一种基于无人机盘点的立体货架物资快速盘点方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种基于无人机盘点的立体货架物资快速盘点系统的实施例的详细描述。

[0050] 为了便于理解，请参阅图2，本发明提供了一种基于无人机盘点的立体货架物资快速盘点系统，包括：坐标系构建模块100，用于对立体货架构建空间坐标系，获取无人机在各库位盘点时的悬停坐标点；
盘点任务规划模块200，用于基于预先获取的物资盘点优先级，得到物资盘点任务，将物资盘点任务以及无人机在各库位盘点时的悬停坐标点进行匹配，得到物资盘点任务对应的无人机所需遍历的悬停坐标点集合；
目标函数构建模块300，用于以无人机盘点飞行总路径最短构建无人机路径优化目标函数，确定约束条件，约束条件包括无人机的能耗约束、盘点库位不重复约束和无人机飞行出发点和返回点一致约束；
求解模块400，用于基于遗传算法对无人机路径优化目标函数进行求解，得到无人机最优路径，作为无人机盘点路径最佳方案；
盘点任务执行模块500，用于通过无人机按照无人机盘点路径最佳方案执行物资盘点任务，获取物资盘点数量。

[0051] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0052] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0053] 作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0054] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0055] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。