物流信息一體化集成模式研究

王兆華

（蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

物流信息一體化集成模式研究

王兆華

（蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

為了解決物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下物流信息系統(tǒng)運行的可靠性問題，提出傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的一體化集成模式。依據(jù)傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點、集成環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)使用的要求，通過對現(xiàn)行技術(shù)的比較，探討了多層次上的深度集成方案，設(shè)計出以地理信息為核心的集成框架。這種從底層逐漸集成，追求標準化的集成方式，實現(xiàn)了特征級和決策級的一體化，從而提高傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的利用效率，保證物流系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

物聯(lián)網(wǎng)；物流信息化；一體化；地理信息

物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)了物流管理的全新平臺，隨之而來的是應(yīng)用穩(wěn)定性問題，這一問題的有效解決途徑之一便是傳感網(wǎng)的多傳感器數(shù)據(jù)的集成。目前的集成研究主要關(guān)注數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和具體的算法，且技術(shù)路徑不一[1-3]，導(dǎo)致物流信息系統(tǒng)（LIS，logistics Information System）開發(fā)的多樣性，帶來系統(tǒng)運行的低效率，迫切需要探討一種高效的集成模式。

1 物流信息集成環(huán)節(jié)

物流（Logistics）起源于二戰(zhàn)時的美國軍隊，當(dāng)時指“貨物配送”，現(xiàn)在物流則是為物品及其信息流動提供相關(guān)服務(wù)的所有過程。物流信息化是運用現(xiàn)代信息技術(shù)對物流過程中產(chǎn)生的全部或部分信息進行采集、分類、傳遞、匯總、識別、跟蹤、查詢等一系列處理活動，以實現(xiàn)對貨物流動過程的控制，從而降低成本、提高效益的管理活動，物流信息化是現(xiàn)代物流的靈魂，是現(xiàn)代物流發(fā)展的必然要求和基石。

物流信息化之初抽象為基礎(chǔ)設(shè)施層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層的兩層結(jié)構(gòu)，這種簡單的結(jié)構(gòu)對功能有較大限制，存在諸多弊端[4]。海灣戰(zhàn)爭后十年的物資返運，足以證明這一點。

當(dāng)代構(gòu)建的對不同位置物理或環(huán)境狀況數(shù)據(jù)進行獲取、傳輸構(gòu)成的傳感網(wǎng)，按約定的協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，進行信息交換和通訊，從而擴展為智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的綜合網(wǎng)絡(luò)，這就是物聯(lián)網(wǎng)（IOT，The Internet of Things）。

物聯(lián)網(wǎng)具備感知、傳輸、處理三個完整環(huán)節(jié)[3]。感知環(huán)節(jié)標識物體、獲取數(shù)據(jù)；傳輸則以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到后臺進行處理；處理環(huán)節(jié)就是處理信息，服務(wù)于應(yīng)用，如圖1所示。實踐證明多傳感器的數(shù)據(jù)處理，不僅局限于數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，也涵蓋物聯(lián)網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)，從而構(gòu)成一種形式框架，其過程是用數(shù)學(xué)方法和技術(shù)工具綜合不同源信息，目的是得到高品質(zhì)的有用信息?！案咂焚|(zhì)”的精確定義取決于具體的應(yīng)用[5]。這就是數(shù)據(jù)融合。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)和物流信息化環(huán)節(jié)

目前學(xué)者專注于融合具體算法，少見物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌規(guī)劃，呼喚集成一般模式的出現(xiàn)[6-7]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進了人與物的交流，加快了物品流通與網(wǎng)絡(luò)的融合，促進物流技術(shù)的進步，給物流帶來機遇和挑戰(zhàn)。物流信息化和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，促生智慧物流。

一般認為現(xiàn)代物流信息化建設(shè)涉及數(shù)據(jù)采集、物流公共信息平臺、物流管理信息系統(tǒng)，其核心是信息的集成，集成必將涉及物聯(lián)網(wǎng)的完整環(huán)節(jié)，需要對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下統(tǒng)一集成模式的探討。

2 物流數(shù)據(jù)特點

物流數(shù)據(jù)具備物聯(lián)網(wǎng)的固有特征，也蘊含自身的特點。物流領(lǐng)域?qū)＜艺J為物流具有活動范圍大、涉及面廣、信息種類多、動態(tài)性強、分類和篩選難度大等明確的特點[8]。

2.1 空間性與分布性

借助成熟的GPS和RFID技術(shù)的結(jié)合，物聯(lián)網(wǎng)能獲取物體的位置信息，監(jiān)測物體的移動，以此回答“我在哪里？”的問題。

空間位置是多傳感器獲取的諸多數(shù)據(jù)間的明顯關(guān)聯(lián)，將這些信息聯(lián)系到一起，讓人們有序地組織、整合、分解、應(yīng)用它們。

通過實時感知物體位置及其狀態(tài)，對物監(jiān)測、監(jiān)管、監(jiān)控，讓物體“說話、聽話并按需行動”，從而實現(xiàn)物體的智能化。如智能交通和最近采用的區(qū)間車速監(jiān)測技術(shù)，在物流管控中，更顯示了位置數(shù)據(jù)無可替代的作用。

物流實質(zhì)是物質(zhì)的流動。但位置、空間關(guān)系數(shù)據(jù)和相關(guān)圖形處理的難度遠大于一般屬性和圖形，造就了管理的難度。而互聯(lián)網(wǎng)和一般的系統(tǒng)并不管理位置和空間關(guān)系數(shù)據(jù)。

空間性應(yīng)為物聯(lián)網(wǎng)信息的最顯著特性。

2.2 多樣性與異構(gòu)性

對象、組織、概念、標準、設(shè)備、采集方式、載體形式，等等的不同，帶來了物聯(lián)網(wǎng)信息的千差萬別，其類別、形式、內(nèi)容多種多樣，還混雜有大量的模糊數(shù)據(jù)、隱性數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)信息按大類就可分管理對象信息、感知設(shè)備信息和實時信息三類[9]。

多樣性帶來物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的異構(gòu)性，包括系統(tǒng)平臺異構(gòu)性、數(shù)據(jù)庫異構(gòu)性和數(shù)據(jù)語義異構(gòu)性多方面[10]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編程語言和管理方式等存在巨大差異。

這要求網(wǎng)絡(luò)和終端的管理能力具備相當(dāng)?shù)膹椥裕垂芾砟芰膳渲?，這是目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展廣泛應(yīng)用的一個瓶頸。因此，大范圍的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，需要完整的后端管理平臺。

2.3 直觀性與可視化

為應(yīng)對海量級數(shù)據(jù)，提高信息、知識的理解和傳播效率，提供人們應(yīng)用的便利性，要求將數(shù)據(jù)進行直觀化的科學(xué)可視化。

除此之外，感知數(shù)據(jù)還具有實時性、交互性、流動性等特點[11]。

因此，物流信息的處理除置于物聯(lián)網(wǎng)的背景下，還需要考慮數(shù)據(jù)的特點，其復(fù)雜性呼喚著物流信息處理的全新技術(shù)路線。而GIS（地理信息系統(tǒng)）的多元空間數(shù)據(jù)融合思路，技術(shù)成熟，能充分滿足這一特點的要求。

3 物流信息一體化技術(shù)方案

首先，物聯(lián)網(wǎng)背景存在多感知器、多數(shù)據(jù)源、多種獲取手段、多時空、多語義、多格式、多尺度、多樣性，對信息交換和高效運行帶來挑戰(zhàn)，需要對多傳感器數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式。

其次，物聯(lián)網(wǎng)的感知、傳輸、處理環(huán)節(jié)，對應(yīng)于實用的表示層（軟件平臺）、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層三個層次結(jié)構(gòu)[12]。表示層主要用做數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)傳遞；業(yè)務(wù)層對表示層的指令進行解釋，并對相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進行獲取、處理、檢驗以及寫入，等等工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源在業(yè)務(wù)邏輯層面上的流動；而數(shù)據(jù)層則主要是用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的管理與存儲，同時提供數(shù)據(jù)訪問接口，因此，數(shù)據(jù)層也是整個信息系統(tǒng)的核心層。需要以滿足應(yīng)用為導(dǎo)向，在應(yīng)用尺度上集成，以消除異構(gòu)和語義差異的不利影響。

第三，當(dāng)代智慧物流的信息物理融合系統(tǒng)（CPS，Cyber Physical System）要求信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)深度融合，信息處理過程和物理過程緊密集成，讓計算對象和物理對象形成一個整體[13-14]。

故完整的數(shù)據(jù)集成應(yīng)包括物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的三個層次。第一層對應(yīng)傳感網(wǎng)內(nèi)的特征級融合，后兩層對應(yīng)于決策級融合。這種涉及三個完整層次的深度集成可稱之為一體化。其涵義就是指多個相互獨立的實體通過某種方式逐步結(jié)合成為一個單一實體的過程。一體化正是數(shù)據(jù)融合的終極目標，它是一種動態(tài)融合。如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)信息集成層次

而目前的技術(shù)與標準并不成熟，據(jù)權(quán)威預(yù)測，到2015年左右才會看到成熟的物聯(lián)網(wǎng)框架，出現(xiàn)成熟的標準[15]。因此，需要探討一體化的模式。

3.1 數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)的集成就是對多源數(shù)據(jù)進行集成，是多傳感器信息的必然要求，又是實際應(yīng)用集成的前提。相比于其他的集成層次，它屬于物理級集成。其關(guān)鍵點是數(shù)據(jù)組織的一致性與共享。

針對眾多數(shù)據(jù)格式，現(xiàn)階段主要采用數(shù)據(jù)交換方法[16]。不同格式數(shù)據(jù)中最難處理的是空間特征和可視化圖形，現(xiàn)有的空間信息集成分別采用基于轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)標準——即借助統(tǒng)一的中間格式、數(shù)據(jù)標準來實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)了難度較大的柵格、矢量間的轉(zhuǎn)化。

雖然能解決數(shù)據(jù)交換與共享，但頻繁的轉(zhuǎn)換影響系統(tǒng)效率。

最近學(xué)者提出了物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)信息集成方案。模型對不同傳感器或RFID的信息進行歸一化及數(shù)據(jù)清洗，在傳輸和應(yīng)用環(huán)節(jié)，對異構(gòu)信息進行信息融合及智能處理，主要借助了數(shù)據(jù)挖掘的思路[17]。

3.2 軟件平臺層集成

軟件集成平臺是多個業(yè)務(wù)功能應(yīng)用組件協(xié)同的支撐軟件系統(tǒng)，是將當(dāng)前的用戶界面當(dāng)做集成塢，對各子系統(tǒng)繼續(xù)更高等級的整合，以實現(xiàn)界面操作、顯示等方面的統(tǒng)一，提供多個應(yīng)用軟件系統(tǒng)或組件間的信息共享與互操作所需的通用服務(wù)，對應(yīng)于物流信息化的公共信息平臺。支撐平臺用來支持系統(tǒng)內(nèi)部信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及互操作，進而實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)信息集成和過程集成。

軟件平臺是對信息更高層次的集成，屬于邏輯級集成。

目前系統(tǒng)集成的方式主要包括面向信息的集成、面向過程的集成和面向服務(wù)的集成3種方式。面向信息的集成主要指數(shù)據(jù)共享和交換，實現(xiàn)方式有常規(guī)的數(shù)據(jù)復(fù)制和交換接口等。面向過程的集成則通過工作流讓數(shù)據(jù)在不同應(yīng)用之間流動。面向服務(wù)集成主要支持公共業(yè)務(wù)的松散耦合集成[18]。不難看出，集成的實現(xiàn)技術(shù)越來越重視開放性和標準化[19]。

GIS作為統(tǒng)一的集成軟件平臺，已能完美融合GPS、RS等數(shù)據(jù)，人們稱這樣的系統(tǒng)為“S3S”集成，分別采用基于公共接口和直接訪問——借助統(tǒng)一的接口函數(shù)規(guī)范和強大的文件讀取插件，以松散、緊密和完全方式實現(xiàn)一體化應(yīng)用，因此，以GIS作為參照體系，進行標準化的擴展，將是構(gòu)建IOT環(huán)境物流支撐平臺的有效手段。

3.3 業(yè)務(wù)平臺層集成

業(yè)務(wù)層集成主要完成離散化業(yè)務(wù)的功能銜接，它是根據(jù)用戶的表達需求，實現(xiàn)行業(yè)信息的整合，提供大量數(shù)據(jù)的存儲、分析和挖掘，提供開放接口，自動匹配適合的傳感器資源，提供簡單、快速的業(yè)務(wù)開發(fā)環(huán)境。從而讓業(yè)務(wù)提供者專注于業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)，關(guān)注業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳、下載和業(yè)務(wù)流程的處理，無需分散精力處理不同的傳感器、不同的電信能力以及不同的門戶系統(tǒng)。并服務(wù)于產(chǎn)業(yè)鏈上的各參與方的集成。實質(zhì)是對信息概念級的集成。以GIS為基礎(chǔ)的LIS往往采用二次開發(fā)，將物流業(yè)務(wù)管理功能加以整合，在數(shù)據(jù)和平臺層共享數(shù)據(jù)，并遵循業(yè)務(wù)級的統(tǒng)一原則。

有些學(xué)者認為，系統(tǒng)對接采用的協(xié)議盡量采用目前運營系統(tǒng)的通用協(xié)議，而沒有必要使用制定新的協(xié)議規(guī)范[20]。但業(yè)界還是普遍認為建設(shè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運營支撐平臺標準迫在眉睫[15]。

所以物聯(lián)網(wǎng)信息集成關(guān)鍵在感知、存儲和應(yīng)用的標準化問題。

3.4 一體化技術(shù)方案

綜上，IOT環(huán)境下需要對物流信息進行更有效的集成，物流信息一體化模式必須與IOT相一致，應(yīng)包括：①數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化；②處理層次全面化；③網(wǎng)內(nèi)處理集中化；④表現(xiàn)形式可視化；⑤融合算法智能化[11]。

針對物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、物流管理的要求和“S3S”技術(shù)，可構(gòu)造物流系統(tǒng)四層架構(gòu)，如圖3所示。

由此概括出物流信息一體化集成模型，如圖4所示。

方案中涉及兩個系列的集成技術(shù)：（1）物流3S集成，即GPS、S3S、GIS技術(shù)的綜合應(yīng)用。GPS的位置和其他多傳感器數(shù)據(jù)，特別是位置數(shù)據(jù)，需要從底層開始融合；空間信息S3S集成平臺，通過松散、緊密和完全等方式，實現(xiàn)信息的集成，具備同時管理各類數(shù)據(jù)的能力，成為集成平臺的必然技術(shù)；應(yīng)用層LIS需要可視化的管理型GIS架構(gòu)。（2）3D應(yīng)用集成，即DW（數(shù)據(jù)倉庫）、DM（數(shù)據(jù)挖掘）、DSS（決策輔助系統(tǒng)）集成。海量信息需依賴公共信息平臺的數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、知識發(fā)現(xiàn)需要數(shù)據(jù)開采，業(yè)務(wù)運營則需要決策支持的功能，它實際是一個空間決策支持系統(tǒng)（Spatial Decision Support System）。

圖3 S3S信息集成框架

圖4 物流信息集成框架

4 結(jié)語

空間位置特征是物聯(lián)網(wǎng)信息的重要特征，是傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)集成的關(guān)鍵，借鑒空間信息集成技術(shù)，從底層開展集成，是一體化方案的基礎(chǔ)，后續(xù)的深度集成能推動LIS效率與穩(wěn)定性的全面提升，這種構(gòu)架和信息物理融合系統(tǒng)是一致的，符合當(dāng)今技術(shù)發(fā)展趨勢。

從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和系統(tǒng)集成的角度，物聯(lián)網(wǎng)需要系統(tǒng)的開放、傳輸?shù)捻槙臣斑\行的高效，亟需加強的是各類標準的建設(shè)，特別要重視信息底層集成標準制定，這樣才能建立有效的高層集成和應(yīng)用，從而減少物流信息化的盲目性。

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Study on the model of logistics information integration

WANG Zhaohua
（School of Environmental Science and Engineering，SUST，Suzhou 215009，China）

To solve the reliability problem in the running of logistics information system in the environment of Internet of Things,the author put forward a model of data integration in sensing network.In accordance with the characteristics of multi-sensor's data in sensing network and the requirements in integration links and data use, and by comparing it with the current technology,the author discussed the deep integration method at multi-levels and worked out a reasonable implementation framework for geographic information.This integrated approach seeking after standardization from the primary level makes it come true the integration of multi-sensor at featurelevel and decision-level.It improves the utilization efficiency of sensing network data and secures the operation stability of logistics information system.

IOT；logistics informatization；integration；geographic information

P208

A

1672－0687（2015）03－0065－05

責(zé)任編輯：謝金春

2014－10－22

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部研究開發(fā)項目（2011-k9-23）

王兆華（1964-），男，安徽宿州人，副教授，研究方向：地理信息系統(tǒng)。