“5G+智能立体书库”建设的应用研究

“5G+智能立体书库”建设的应用研究

李伟健

佛山市图书馆，528315

摘要：

随着我国公共图书馆的日益发展，面馆藏量大、存储利用率低、分拣准确率不足等“效率泥潭”，急需加强数字化智能仓储基础设施建设，其中核心部分的智能立体书库能有效解决上述问题。5G技术作为新型数字化基础设施的重要组成部分，得益于其低延迟、高速度的优点而被广泛使用，能有效推动智能立体书库的智慧化升级。本文梳理了国内智能立体书库成功案例，阐述了5G关键技术，最后论述了5G技术助力智能立体书库智能升级中发挥的作用和价值。

关键词：5G 智能立体书库 智能仓储系统

0 引言

随着我国公共图书馆馆藏资源多元化需求，使得馆藏数量增长迅猛，许多公共图书馆出现馆藏空间不足问题，这迫切需要通过数字化、信息化手段提升图书馆藏量。高密度的自动化仓储系统( Automated Storage＆Ｒetrieval System，下文简称ASRS) 就是在这样的背景下被引入图书馆领域，并逐渐向智能化发展，成为目前较为有效的存储解决方案。[[1]]智能立体书库是智能仓储系统的核心，能有效提升图书馆馆藏面临的问题。

5G是构建的新型基础设施的关键技术之一。[[2]]5G具有低延迟、高安全性、高速度等优点，可支撑海量设备接入；利用边缘计算，应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。[[3]]同时，利用端边云协同能力，可实现软件系统的多云协同部署，提升软件系统的信息化、智慧化水平。

1 我国智能立体书库的应用

1.1 我国智能立库发展

智能立体书库建设比较成功是是苏州第二图书馆，作为国内首个大型智能化书库。总建筑面积3992 平方米，设计馆藏700万册，可以完成出库量10000册/天，入库量10000册/天。[[4]]另一个比较引人关注的是深圳图书馆北馆，目前处于建设阶段，占地面积2862平方米，设计藏书容量超400万册，出库或入库达到1600箱/小时。[[5]]

2 智能立体书库概述

2.1 智能立体书库概念

   智能立体书库是智能仓储系统的重要组成部分，一般由料箱、框架阵列、存取机械设备组成。馆藏书籍根据不同尺寸放在相适应规格的料箱以保证存放的高密度和高效率。结合RFID技术，实现图书实时定位和信息跟踪，仓储管理系统（Warehouse Management System ，WMS）还结合了视觉识别系统，保证书箱内图书位置的准确性。

2.2 业务流程以及核心设备

智能立体书库系统根据项目需要，硬件系统配备输送系统、自动码垛系统、堆垛机、货架、AVG搬运机器人、条码打印机、贴标机、条码识别全自动分拣系统，快速分拣，精准配送；软件系统主要包括仓储管理系统（Warehouse Management System ，WMS）、调度监控系统（Warehouse Control System ，WCS）、分拣管理系统 ( Distribution Management System ， DMS )、业务系统如网借系统、OPAC等。（如图一所示）

图1 智能立体书库架构图

入库分为采编入库和回书入库。在入库口完成书箱编码和书籍条码信息采集，一般包含书箱唯一条形码、书籍条形码、数量、入库时间，将相关信息上传到WMS系统，与馆藏数据库进行数据比对，确认无误后通过提升机运送到入库输送线，待入库书箱通过WCS系统分配货位，并通过人工挑选补数作业，相当于仓储的拼盘操作，最后智能穿梭机配合高速提升机完成入库流程，最后更新数据库数据状态。出库处理馆员通过统一网借系统确认读者借阅信息，发送出库请求到WMS系统，WMS接收相关指令后，将出库指令信息传递到穿梭机，穿梭机执行取出书箱任务。AVG搬运机器人将书箱运输到自动覆膜机进行覆膜后，在通过自动贴标机完成自动贴标。最后由馆员扫描信息，确认无误后按照不同投递点进行分拣，最后完成快递服务。

3 5G关键技术

3.1 5G定义以及特点

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。[[6]]

5G具有大带宽、低时延、高可靠和广连接等优势。 其在无线侧的多天线技术、更大带宽频谱、新空口技术 等支持更高带宽和更低时延。5G 网络边缘计算使内容与应 用下沉，实现超低时延。5G 网络切片则根据不同的网络服 务需求，如时延、带宽、安全和可靠性等进行网络资源组合，以此来保证网络服务品质。[[7]]

4 5G在智能立体书库的作用分析

随着5G时代的到来，利用智慧化的物流装备和5G技术，能提高图书分拣效率，减少人工成本，使工作更加智慧化。2020年9月15日，中国移动、华为、倍福中国和华恒公司联合发布了5G全场景智慧物流系统，在智能仓储和物料配送大型工件运输领域有广泛的应用前景。

[[8]]这给5G+智慧物流的场景应用提供参考实例。

4.1 实现局域网络连接的低延迟、大带宽、高可靠

在自动化智能立体书库建设中，管理软件与自动化设备、传感器之间网络连接至关重要。当前智能立体书库主要面临如下3个问题：当前大多数立体书库都建在封闭建筑内部，室外基站信号变弱导致无法提供持续有力的通信保障；室内货架、分拣线、智能机械 设备等材质多种多样，如木质、钢铁、塑料等，不同的材质对信号衰减有不同的影响；[[9]]大规模的自动化机器调度场景，需要多台AGV与WCS调度监控系统进行及时有效的通信，传统的WI-FI通讯存在一定卡顿甚至宕机风险。

5G技术能为物联网的网络连接，可以使多个管理系统与AVG搬运机器人、仓位、货物定位等进行实时连接并进行信息传输。5G 技术的进一步成熟，使得5G信号号质量逐步提高，大带宽、低时延、广连接的特性，使得众多物联设备能同时连接在线，5G能有效解决通信卡顿问题。

4.2 实现智慧化软件系统的协同管理

   智能立体数据软件系统主要包括仓库管理、分拣管理、仓库控制和仓库数据库、网借系统等。 5G的广域网基础设施能力可以按需提供资源分配和保障，提供软件运营和智慧化协作需要更高效的计算和存储资源。通过边缘云与网络切片融合的技术方案，结合微服务架构网络分析器，能用于处理用户网络请求。该机制能智能分析业务参数，提高各个系统之间的网络传输速度。

4.3 实现整体信息化、智能化

  5G可以实现系统、终端、设备的实时联网，形成智能立体书库区域内的物联网+，有利于业务流程全程智能化、信息化。

管理者通过自动化管理系统可以进行任务查询、异常统计、定时充电、库位状态监控等功能；安全防护管理一是对远程监控对设备故障的远程报警、非接触式安全激光硬件防护、接触式防撞触边、车载警示装置；[7]二是对环境温湿度数据采集上传，一旦超过阈值就实时报警；三是在库区内安装5G高清监控，视频图像通过智能AI系统在线识别，发现安全隐患发出警报。

5 结语

本文介绍了国内智能立体书库案例， 聚焦5G在智能立体书库中融合发展的场景。5G无线通讯技术、切片技术与边缘云技术融合起来，借助5G低延迟、高速率、大带宽的优点，提高智能立库的设备连接安全性；利用边缘计算技术，促进软件系统的协同管理，推动智能立体书库的信息化、智慧化升级和创新。

参考文献：

[[1]] 邹阳.智能仓储系统在国内外图书馆的应用分析[J].四川图书馆学报,2021(06):18-21.

[[2]] 赵婧博,乔亚娟,张学智,赵慧杰,孙健,陆燕.5G在物流仓储行业的融合应用研究[J].电子技术应用,2021,47(11):16-19.DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212233.

[[3]]《飞机设计手册》总编委会. 飞机设计手册第 19 册直升机 设计[M].北京：航空工业出版社，2005.

[[4]] 物流搜索.苏州第二图书馆智能立体书库，全程自动化存取书籍 | 案例精选.[EB/OL].[2021-10-11].https://mp.weixin.qq.com/s/wjJzedinqMwykf6xbMpPPw

[[5]] 深圳市新闻网.科技感满满！深圳图书馆新馆也太酷了！.[EB/OL].[2022-06-07].https://www.sznews.com/news/content/2022-06/07/content_25174669_0.htm.

[[6]] 百度百科. 5G[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/5G/29780?fr=aladdin

[[7]] 黄强.5G技术在物流智能仓储中的应用[J].中国新技术新产品,2020(15):33-36.DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2020.15.014.

[[8]] 中国经济产业信息报.移动、华为、倍福、华恒联合发布5G全场景智慧物流解决方案

成为本届中国国际工业博览会的亮点.[EB/OL].http://www.cinic.org.cn/hy/tx/932307.html.

[[9]] 徐亚楠,蔡超,侯迎龙,易非.物流仓储场景应用下5G网络切片技术的优化方案[J].邮电设计技术,2021(04):84-87.