基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能物流系統(tǒng)的研究

張琳芳

（三明職業(yè)技術(shù)學院機械電子系，三明365000）

電子商務(wù)的興起，市場競爭的加劇，對物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的智能物流系統(tǒng)，整合了物流產(chǎn)業(yè)鏈倉儲、運輸、配送、包裝等各個環(huán)節(jié)，融合了射頻技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物流實時跟蹤技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)等，使傳統(tǒng)的物流產(chǎn)業(yè)獲得了長足的改進和優(yōu)化，順應(yīng)了物流產(chǎn)業(yè)的智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的新趨勢。

1 物聯(lián)網(wǎng)

20世紀90年代初，美國麻省理工的學者首次提出物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，但在相當長的一個時期，物聯(lián)網(wǎng)的概念還只是在技術(shù)界受到關(guān)注。在2009年，歐盟執(zhí)委會發(fā)表了《Internet of Tings—an action plan for Europe》，描述了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景，在世界范圍內(nèi)首次系統(tǒng)的提出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和管理設(shè)想。此后物聯(lián)網(wǎng)得到了各國政府和企業(yè)的極大關(guān)注，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。

那么何謂物聯(lián)網(wǎng)?物聯(lián)網(wǎng)，“The Internet of Things”，是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以激光掃描器、紅外感應(yīng)器、射頻識別RFID（radio frequency identification）、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備為媒介，在人與物、物與物之間進行智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，實現(xiàn)高效的信息交換與通訊[1]。

物聯(lián)網(wǎng)的價值在于實現(xiàn)了人與物、物與物之間的溝通，物聯(lián)網(wǎng)的特征在于感知、互聯(lián)和智能的疊加。因此，物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個部分組成。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“五官和皮膚”——識別物體，采集信息。即利用二維碼標簽、RFID、傳感器、攝像頭等，及時對物體進行信息的采集和獲取，包括用戶位置、環(huán)境、氣候、狀態(tài)等，實現(xiàn)物的識別。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，解決的是物理空間和信息空間的融合問題，具有十分重要的作用。

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“神經(jīng)中樞和大腦”——信息的傳遞和處理。在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過各種接入設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、運營管理的融合，實現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)和控制信息的雙向傳遞和控制，進行高可靠性、高安全性的交互和共享。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的根本目標。應(yīng)用層的主要功能是利用M2M、云計算、模糊識別等技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理，實現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，旨在完成跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)的信息協(xié)同、共享和互通。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能物流系統(tǒng)

2.1 智能物流系統(tǒng)的概念和內(nèi)涵

智能物流系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深化應(yīng)用，綜合運用信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代物流技術(shù)、人工智能技術(shù)等，智能化的完成運輸、倉儲、配送、裝卸等多項作業(yè)環(huán)節(jié)，將物流信息、物流活動、物流資源以及物流規(guī)范有機集成并優(yōu)化運行，實現(xiàn)強化流動監(jiān)控、降低物流成本、提升物流效率的發(fā)展目標[2]。

2.2 智能物流系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能物流系統(tǒng)是傳統(tǒng)物流系統(tǒng)的更新?lián)Q代，系統(tǒng)功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）實現(xiàn)對倉儲環(huán)節(jié)的出入庫管理、盤點管理、調(diào)撥管理、監(jiān)控報警等功能，并能夠支持合作企業(yè)間的信息系統(tǒng)兼容；（2）實現(xiàn)對配送路徑的規(guī)劃和實時監(jiān)控，包括車輛貨物查詢、車輛實時跟蹤等；（3）實現(xiàn)對采集信息的管理，包括訂單處理、訂購計劃、運力匹配、貨物查詢等。故智能物流系統(tǒng)由倉儲管理子系統(tǒng)、運輸管理子系統(tǒng)、物流管理子系統(tǒng)所組成。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 智能物流系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Intelligent logistics system frame diagram

2.2.1 倉儲管理子系統(tǒng)

倉儲管理子系統(tǒng)主要利用RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，將貨物的信息發(fā)布到物聯(lián)網(wǎng)中，使得在整個物聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)，實現(xiàn)對貨物信息、貨物訂購、貨物流通進行遠程操作與監(jiān)控。該子系統(tǒng)示意圖如圖2所示。具體如下：

（1）入庫管理：利用RFID技術(shù)、條碼技術(shù)、無線通信技術(shù)，快速收集貨物的數(shù)量、存儲要求等信息，并將信息傳送至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心自動對貨物進行庫位分配、路線規(guī)劃，再將分配信息發(fā)送到智能叉車命令工作。工作中保持對貨物進行跟蹤和定位，以確保入庫分配的準確性。入庫完畢，回傳相應(yīng)數(shù)據(jù)至物流管理子系統(tǒng)，更新庫存數(shù)據(jù)。

（2）在庫管理：綜合應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN、RFID技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)對在庫貨物的日常保管和養(yǎng)護。通過RFID技術(shù)實現(xiàn)貨位識別、數(shù)量校驗。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知、采集倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)，包括倉庫溫度、濕度，將倉庫物理信息及時上傳到物流管理子系統(tǒng)。

（3）出庫管理：倉庫方和客戶端建立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，提前獲得訂單信息，自動生成出庫單。管理系統(tǒng)按照優(yōu)先級順序，查詢貨物的信息和倉位，再向智能叉車發(fā)出調(diào)度命令，完成貨物的調(diào)配出庫。在這一過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID將及時反饋貨物信息至物流管理子系統(tǒng)，以保障每個環(huán)節(jié)的操作準確無誤[3]。

2.2.2 運輸管理子系統(tǒng)

運輸管理子系統(tǒng)涵蓋了ITS（Intelligent Logistics System）、EC（Electronic Commerce）和物流三方面的內(nèi)容，涉及到GPS（global position system）、GSM（group specialmobile）、GPRS（General Packet Radio Service）、監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)。GPS技術(shù)能夠在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)，對在途貨物進行定位，在衛(wèi)星盲區(qū)，如地下停車場、高架橋、高樓密集區(qū)等可以采用基于RFID技術(shù)的定位，并結(jié)合GSM技術(shù)，以語音或短消息的形式，與物流管理子系統(tǒng)進行雙向無線通信，動態(tài)反饋在途貨物的運輸路線數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)和行駛數(shù)據(jù)等，有助于物流管理子系統(tǒng)的監(jiān)控與調(diào)配。

2.2.3 物流管理子系統(tǒng)

物流管理子系統(tǒng)主要包含決策支持模塊、信息管理模塊和調(diào)度優(yōu)化模塊。

（1）決策支持模塊旨在解決物流決策問題，如庫存決策、采購決策、配送決策等，充分運用商務(wù)智能、人工智能和計算智能等方面的理論和方法，建立數(shù)學模型和求解模型，提供最佳的物流實施方案。

圖2 倉儲管理子系統(tǒng)示意圖Fig.2 Intelligentwarehousemanagement system

（2）信息管理模塊的主要作用是電子商務(wù)、信息管理和發(fā)布。電子商務(wù)主要提供網(wǎng)上報價、網(wǎng)上下單、網(wǎng)上交易等服務(wù)；信息管理主要完成各終端采集信息的收集、處理和實時監(jiān)控；信息發(fā)布主要是通過計算機網(wǎng)絡(luò)對外對內(nèi)提供物流信息服務(wù)。

（3）調(diào)度優(yōu)化模塊由SMSP、服務(wù)器、SQL Server數(shù)據(jù)庫和GIS等組成，通過遙感技術(shù)和遺傳算法實現(xiàn)最優(yōu)配送路徑的規(guī)劃，也可以對在途貨物進行實時動態(tài)跟蹤和監(jiān)控[4]。

3 關(guān)鍵性應(yīng)用技術(shù)

3.1 RFID技術(shù)

RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。它通過無線電訊號，自動識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸[5]。一般RFID系統(tǒng)由電子標簽、天線、讀寫器、信息處理系統(tǒng)組成。當帶有RFID電子標簽的物品通過特定的信息讀寫器時，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，標簽被讀寫器激活，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動發(fā)送某一頻率的信號；并通過無線電波將標簽中攜帶的信息傳送到讀寫器以及信息處理系統(tǒng)，完成信息的自動采集工作。

RFID技術(shù)在倉儲管理子系統(tǒng)發(fā)揮重要的作用。RFID閱讀器有手持式和安裝式兩種。手持式RFID閱讀器的應(yīng)用結(jié)合手持式終端設(shè)備，靈活應(yīng)對各種零散的物品；安裝式閱讀器則主要安裝在固定貨架、進出通道和智能叉車上，便于貨物的自動識別和跟蹤校驗。RFID在使用過程中，還需要與WSN、讀寫器等設(shè)備相配合，并且要架設(shè)在有無線網(wǎng)絡(luò)的范圍之內(nèi)，保證作業(yè)數(shù)據(jù)的實時傳輸[6]。

3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN），是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量靜止或移動的微型傳感器組成，通過以自組織和多跳的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作的感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。它是由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點（sink節(jié)點）、互聯(lián)網(wǎng)和用戶終端等部分組成[7]。

在該系統(tǒng)中，WSN節(jié)點散步在倉庫中的指定區(qū)域。一方面，利用傳感器節(jié)點實時感知、采集和處理節(jié)點周圍的物理或環(huán)境條件，如溫度、濕度、壓力等。另一方面，與RFID模塊相結(jié)合互補，形成自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并利用ZigBee協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。即通過RFID技術(shù)讀取貨物信息后，經(jīng)WSN節(jié)點把信息進行量化，形成數(shù)據(jù)并發(fā)送，由物流管理子系統(tǒng)分析并作出調(diào)度指令。

4 結(jié)束語

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到智能物流系統(tǒng)的倉儲、運輸、管理三大環(huán)節(jié)，并對各環(huán)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用進行了研究和分析。通過分析和研究發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對智能物流系統(tǒng)的構(gòu)建具有重要意義，突破傳統(tǒng)物流系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸，也將為物流業(yè)的改革提供可靠借鑒。

[1]孫其博，劉杰，黎羴.物聯(lián)網(wǎng)概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：1-9.

[2]劉志碩.智能物流系統(tǒng)若干問題的探討[J].鐵路采購與物流，2007（6）：23-24.

[3]董淑華，劉敬佳.智能物流系統(tǒng)架構(gòu)與解決方案[J].信息化研究，2012，38（5）：6-10.

[4]聞學偉，汝宜紅.智能物流系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2002，2（1）：16-19.

[5]朱曉琳，王新利.連鎖超市生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流配送模式選擇分析[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2012，24（3）：103-108.

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[7]陸霓鳳，王培愛.基于ZiqBee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)監(jiān)控中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2009（4）：76-78.