物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能倉儲環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用

單彬　毛丹輝　王勇　王仁芳

摘 要：智能倉儲是現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展的重要方向；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為智能倉儲的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支持。智能倉儲的一個重要特征是可以根據(jù)產(chǎn)品的特性提供良好的、可控制的存儲環(huán)境，并保證產(chǎn)品的有效和安全。文章對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧食倉儲、醫(yī)藥倉儲、棉花倉儲等方面的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并提出將各類功能性倉儲集合于綜合性智能倉儲之中的技術(shù)方案，探討了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集約化的綜合性智能倉儲的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代物流；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能倉儲

中圖分類號：F406.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： Intelligent warehousing is an important direction in modern logistics industry. The applications of technologies of the internet of things（IoT）provide powerful technical support for the development of intelligent warehousing. An important feature of intelligent warehousing is that it can provide a good storage environment and make the stored products safe and effective according to the characteristics of the products. This article elaborates the applications of IoT technologies in food storage， medicine warehouse， cotton storage. In the meanwhile integrating all kinds of functional storage into comprehensively intelligent warehousing is a technical proposal and establishing an informational， standardized， intelligent and intensive warehousing by using IoT technologies is realistic.

Key words： modern logistics； internet of things； intelligent warehousing

0 引 言

近年來，我國現(xiàn)代物流業(yè)不斷發(fā)展，大部分物流業(yè)是傳統(tǒng)物流業(yè)融入信息化技術(shù)[1]，少數(shù)采用先進(jìn)的自動化和物聯(lián)網(wǎng)技

術(shù)[2]，還有小部分保持著傳統(tǒng)的運輸方式[3]，總體呈現(xiàn)為中間大兩頭小的橄欖形。全國“十三五”規(guī)劃中指出現(xiàn)代物流業(yè)要加強物流基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，大力發(fā)展第三方物流和綠色物流、冷鏈物流、城鄉(xiāng)配送。2016年7月份，國務(wù)院總理李克強提出以先進(jìn)的信息技術(shù)與物流深度融合來促進(jìn)物流業(yè)的轉(zhuǎn)型升級?？傮w的方向是讓物流業(yè)向著先進(jìn)化、智能化發(fā)展。倉儲是物流業(yè)中不可或缺的環(huán)節(jié)也是對基礎(chǔ)設(shè)施要求較高的部分，在供應(yīng)鏈中起到了承接上下游的作用，所以物流的智能化也要求者倉儲向智能化發(fā)展[4]。本文著眼于倉儲中的環(huán)境部分，探討基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集約化的綜合性智能倉儲的技術(shù)方案與應(yīng)用意義。

1 智能倉儲及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉儲，能夠有效提高倉儲管理的效率和安全，從而促進(jìn)現(xiàn)代物流的發(fā)展，體現(xiàn)現(xiàn)代物流的實用性和先進(jìn)性。

智能倉儲管理對象基本上包括倉、儲、物和環(huán)境四項。倉是指倉儲活動所需的場地、設(shè)施、設(shè)備；儲是指倉儲業(yè)務(wù)及其管理活動，包括出入庫業(yè)務(wù)、出庫業(yè)務(wù)、移庫業(yè)務(wù)、倉儲規(guī)劃、尋址管理和貨位管理等；物是指對倉庫內(nèi)商品和工作人員，實現(xiàn)貨、人的監(jiān)管。環(huán)境是指人、設(shè)備和貨物的活動、存放環(huán)境因素[5]。智能倉儲常采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能機器人技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云計算技術(shù)、智能信息管理技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)來實現(xiàn)其對四個對象的管理控制。本文主要探討的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能倉儲環(huán)境監(jiān)控方面的問題。

物聯(lián)網(wǎng)從狹義上可指連接物品與物品間網(wǎng)絡(luò)，用來實現(xiàn)對物品的智能化識別和管理；而廣義上的物聯(lián)網(wǎng)則可以看作是信息空間與物理空間的融合，將一切事物數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，在物品之間、物品與人之間、人與現(xiàn)實環(huán)境之間實現(xiàn)高效信息交互方式，并通過新的服務(wù)模式使各種信息技術(shù)融入社會行為，是信息化在人類社會綜合應(yīng)用達(dá)到的更高境界[6]。國際電聯(lián)報告提出物聯(lián)網(wǎng)主要有四個關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)：RFID、傳感器、智能技術(shù)以及納米技術(shù)[7]。這些先進(jìn)的技術(shù)都是為了使人與物之間更緊密的聯(lián)系，方便人們的生活和工作，是促進(jìn)社會生產(chǎn)發(fā)展的動力。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在倉儲中的應(yīng)用研究

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各類倉儲的環(huán)境監(jiān)控中都有著應(yīng)用，本文著重綜述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧食倉儲、醫(yī)藥倉儲、棉花倉儲環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用。

2.1 糧食倉儲

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于糧食的多個方面：糧食物流、糧食倉儲、糧食信息跟蹤等[8]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在糧食倉儲中的應(yīng)用是本文關(guān)注的重點，尤其是對于實時監(jiān)測糧食的環(huán)境，并對環(huán)境情況進(jìn)行反饋控制。

糧食存儲在倉庫之中，受氣候、通風(fēng)和環(huán)境等外界因素的影響，糧食倉庫的溫度和濕度都會發(fā)生變化，從而影響了糧倉中氣體、微生物的濃度或數(shù)量，進(jìn)而造成糧食的品質(zhì)下降。針對這一情況，以糧倉和糧食的溫度和濕度作為主要的監(jiān)測目標(biāo)并利用溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、蟲害傳感器等傳感系統(tǒng)對其進(jìn)行采集。根據(jù)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出關(guān)鍵影響因素，制定決策方案并根據(jù)方案自動調(diào)節(jié)糧食倉儲的環(huán)境條件，包括自動控溫、自動控濕、自動通風(fēng)以及自動熏蒸等，其簡略流程如圖1所示。在所示的整個流程中，關(guān)鍵技術(shù)主要有傳感器技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)、智能控制技術(shù)等。傳感器的選擇要滿足倉儲環(huán)境監(jiān)測的需求，并且保證所采集信息的可靠性；傳輸技術(shù)保證信息傳輸?shù)募皶r和準(zhǔn)確，如藍(lán)牙、Zigebee、Wi-Fi等無線傳輸技術(shù)；信息處理技術(shù)主要是處理大量的信息，提取出對決策控制有用的信息；智能控制技術(shù)根據(jù)決策的信息智能控制通風(fēng)、熏蒸、溫度和濕度設(shè)備的開啟或關(guān)閉。

在“大蒜之鄉(xiāng)”山東省濟寧市金鄉(xiāng)縣建立的全國首個物聯(lián)網(wǎng)冷庫綜合監(jiān)控系統(tǒng)就是一個成功的應(yīng)用。傳統(tǒng)的大蒜倉儲環(huán)境監(jiān)控主要通過人工實時監(jiān)控的方式來進(jìn)行溫度調(diào)整，耗費了大量的人力、物力，卻無法保證環(huán)境監(jiān)控的精度。由于環(huán)境監(jiān)精度的問題，大蒜出現(xiàn)低溫凍壞或高溫生芽腐爛的情況時有發(fā)生，而且無法及時判斷倉庫里二氧化碳的濃度含量，會出現(xiàn)因二氧化碳濃度過高造成工作人員窒息的情形。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效改善上面出現(xiàn)的問題。倉庫內(nèi)溫度、濕度和二氧化碳濃度等重要的指標(biāo)信息通過傳感器來進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心通過與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度、濕度和二氧化碳濃度進(jìn)行比較分析，再通過控制決策中心的指令，自動實現(xiàn)對溫度設(shè)備和排風(fēng)系統(tǒng)的控制。同時，還可以隨時將倉庫內(nèi)溫度、濕度和二氧化碳數(shù)值等報警短信發(fā)送到手機上，有效實現(xiàn)無人值守、手機端24小時監(jiān)控，在節(jié)約了管理控制成本的同時，也提高倉儲管理水平與環(huán)境監(jiān)控的準(zhǔn)確率[9]。

糧食倉儲環(huán)境監(jiān)控信息感知主要是傳感器的使用，利用收集的信息分析控制環(huán)境?；赯igBee技術(shù)等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信方式的系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)信息的傳輸更加快速、安全、可靠[10-11]。多傳感器融合、無線遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用研究，也在不斷提高糧食倉儲環(huán)境監(jiān)測的適用性和穩(wěn)定性[12-13]。智能自動通風(fēng)技術(shù)可以參考各個參數(shù)間的關(guān)系，例如溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析找到參數(shù)的最佳點，利用智能化控制通風(fēng)系統(tǒng)，實現(xiàn)倉儲環(huán)境的控制[14]。氣調(diào)儲糧技術(shù)主要監(jiān)測氧氣、二氧化碳等氣體數(shù)據(jù)，調(diào)整控制氣體濃度，在倉儲環(huán)境內(nèi)形成一個低氧、高二氧化碳或者高二氧化氮的倉儲環(huán)境，從而達(dá)到抑制糧食呼吸、殺蟲抑菌、延長糧食存儲時間的目的[15]。

2.2 醫(yī)藥倉儲

2016年3月的山東疫苗事件引起社會極大反響，經(jīng)食藥監(jiān)管部門核查，兩名犯罪嫌疑人經(jīng)營的疫苗雖為正規(guī)廠家生產(chǎn)，但并沒有未按照國家相關(guān)法律規(guī)定運輸、保存，而且脫離了2～8℃的恒溫冷鏈，難以保證疫苗的品質(zhì)和使用效果，注射后甚至可能產(chǎn)生副作用。這一事實說明了醫(yī)藥存儲環(huán)境的敏感性，這就需要冷鏈不斷流來保證儲藏溫度。無論對常溫或冷鏈物流體系，由于倉儲是其每個重要物流節(jié)點的銜接點，不僅涉及生產(chǎn)、儲存、運輸、銷售等環(huán)節(jié)的啟承，也集中了物流體系中的各關(guān)鍵節(jié)點間的主要矛盾[16]。本文關(guān)注的是醫(yī)藥冷鏈物流中的倉儲環(huán)境監(jiān)測控制。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)藥倉儲環(huán)境監(jiān)測控制中有如下特點：（1）通過RFID技術(shù)，對醫(yī)藥品進(jìn)行識別，獲取藥品的信息，根據(jù)取得信息確定此類藥物的存儲溫度；（2）通過相應(yīng)的傳感技術(shù)感知倉儲周圍的環(huán)境變化，取得周圍環(huán)境的信息；（3）獲取的醫(yī)藥儲藏的需求溫度和當(dāng)前周圍環(huán)境信息的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化智能的控制環(huán)境，實現(xiàn)醫(yī)藥品可以在自己所需的溫度下儲藏。基于Agent的環(huán)境控制基本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，Agent通過傳感器獲取醫(yī)藥存儲環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，通過自身信息處理，對環(huán)境信息的變化做出快速響應(yīng)，再通過效應(yīng)器作用于醫(yī)藥倉儲環(huán)境，從而達(dá)到調(diào)節(jié)控制環(huán)境的目的。Agent可以確保不傳輸有誤信息，它的學(xué)習(xí)能力也讓它能夠根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)節(jié)自己，從而滿足當(dāng)前所設(shè)定的需求。

傳統(tǒng)的醫(yī)藥品存放環(huán)境監(jiān)控都是通過人工監(jiān)控，人工監(jiān)管控制無法保證醫(yī)藥品存儲環(huán)境的可靠性。傳統(tǒng)醫(yī)藥環(huán)境監(jiān)控的自動化水平低，不能對醫(yī)藥環(huán)境實行自動、實時的監(jiān)控以及對環(huán)境的自動調(diào)節(jié)控制，從而不能及時發(fā)現(xiàn)當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)是否超過預(yù)設(shè)的數(shù)值，造成醫(yī)藥品脫離合適的環(huán)境，極易造成損失。基于Agent的環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)的研究最近幾年十分活躍，該系統(tǒng)融合了環(huán)境監(jiān)測和Agent等學(xué)科的最新成果[17]。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和Agent等技術(shù)的融合，能快速、可靠地獲取醫(yī)藥倉儲環(huán)境的信息，并智能化的自我調(diào)節(jié)控制環(huán)境達(dá)到預(yù)設(shè)值，提升了醫(yī)藥倉儲環(huán)境監(jiān)控的自動化、信息化和智能化。

無線射頻識別（RFID）技術(shù)的應(yīng)用研究，將數(shù)據(jù)通過帶有傳感器的RFID傳送至后臺處理，利用程序?qū)Νh(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和處理，實現(xiàn)對溫濕度等環(huán)境信息數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)測[18-19]。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）和多傳感器技術(shù)可以獲得更多的感知信息，實現(xiàn)對環(huán)境信息更加準(zhǔn)確、可靠、高效的監(jiān)控[20-21]。將RFID與WSN技術(shù)融合起來組成WSID網(wǎng)絡(luò)，改善了通信距離、定位追蹤、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，不僅提高了監(jiān)測的時效性和準(zhǔn)確性，還極大的降低了成本[22-23]。將物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)與基于多Agent的管理系統(tǒng)以及云計算應(yīng)用相結(jié)合，利用Agent的智能性與其他的Agent共同協(xié)作完成對應(yīng)的任務(wù)，可以提高管理的信息化以及管理控制的水平和效率[24-25]。

2.3 棉花倉儲

中國已成為了全世界最大的棉花生產(chǎn)和消費國家，棉花制品在我國每個家庭中必然存在。棉花是被認(rèn)定為易燃物的天然纖維，當(dāng)前有大量棉花儲備在物流倉庫中，一旦點燃，大火將會在幾秒鐘內(nèi)迅速擴張到幾百平方米，造成難以估計的損失[26]。除去建筑和管理角度的考慮，本文主要是對棉花倉儲的環(huán)境監(jiān)控以及相應(yīng)防火措施進(jìn)行分析。

由于棉花易燃、陰燃、自燃的特殊性質(zhì)，對于棉花倉儲的存儲的高要求和特殊的防火高要求就更加必要?；诿藁ǖ奶厥庑再|(zhì)，棉花倉儲的溫度應(yīng)保持低于30℃，最大不能高于35℃且相對濕度不超過70%。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感技術(shù)，采用溫度傳感器和濕度傳感器感知倉儲環(huán)境。而棉花起火最初僅僅是在表層燃燒蔓延，一般都有煙霧、高溫和火光，因此采用煙霧傳感器、感溫傳感器和光輻射傳感器器等作為防火探測感知器件。利用Zigbee和單片機或其他網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)采集到環(huán)境和防火數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來控制報警、防火、滅火等系統(tǒng)。簡略的方案如圖3所示，棉花倉儲整體方案中，由于棉花防火的區(qū)域較廣，需要接受大量的傳感器的數(shù)據(jù)，還需要長時間的監(jiān)控并且保證傳輸信息的及時性，那么采用無線傳輸技術(shù)中的Zigbee技術(shù)就是一種很好的方案。Zigbee技術(shù)優(yōu)勢：省電，普通兩節(jié)電池就能使用6個月到2年左右的時間；時延短，可以在ms時間里完成激活和通信；可靠，采用避免碰撞的策略，避免發(fā)送數(shù)據(jù)時候的沖突；網(wǎng)絡(luò)容量大，一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以容納200多個設(shè)備。

傳統(tǒng)火災(zāi)探測器采用悠閑的通行方式，布線復(fù)雜、可靠性低、通信方式拓展性差，且線路容易老化或遭到磨損、腐蝕，有比較高的故障發(fā)生率和誤報率。采用ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將其應(yīng)用到火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的方案，低成本、低功耗的特點克服了有線傳感網(wǎng)絡(luò)的局限性，且其隨時可以移動以及添加的特性大大方便了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的調(diào)整、更新，提高了現(xiàn)有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的靈活性。同時增加的移動定位的功能，方便了火災(zāi)救援和滅火工作，特別是火災(zāi)現(xiàn)場的濃煙密布，無法看清現(xiàn)場的情況，消防工作人員通過移動定位系統(tǒng)，可以與監(jiān)測控制中心聯(lián)系并快速確定自己所在方位和火災(zāi)的地點以及火災(zāi)現(xiàn)場的情況，有效提高了救援和滅火工作的效率[27-28]。

單一的傳感器在測量火災(zāi)信息時會存在數(shù)據(jù)可能不完整以及片面的問題，為保證火災(zāi)判斷的準(zhǔn)確性，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合的技術(shù)，利用計算機技術(shù)和算法對信息進(jìn)行多方面處理分析，從而產(chǎn)生一個能夠準(zhǔn)確判斷當(dāng)前情況的新信息[29-31]。

3 綜合性智能倉儲的現(xiàn)實意義

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能倉儲環(huán)境控制中的應(yīng)用中可以看出，大多數(shù)的應(yīng)用都是針對某一具體的行業(yè)或某一種特殊產(chǎn)品，基本上是單對單的使用，例如是糧食倉儲那么僅僅是用于糧食的存放，其他的不同貨物基本就很少有能儲藏到其中的。如果倉儲存在大量多余的空間，就存在閑置和低利用率的問題，造成資源的浪費，物流的成本也很難降低。本文研究并提出了以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心實現(xiàn)多個功能倉儲于一體的智能倉儲的方案。

在常見的智能倉儲環(huán)境控制中，溫濕度這一環(huán)境參數(shù)都是關(guān)注的對象，防火報警也是倉儲不能缺少的一塊，將這兩方面作為最基本的智能倉儲環(huán)境參數(shù)。針對不同特性的商品可以添加其相應(yīng)參數(shù)需求的環(huán)境檢測模塊，最理想的綜合性智能倉儲可以滿足任意存儲貨物的需求，不同存儲空間可以滿足不同貨物的存儲環(huán)境需求，但這樣的代價對現(xiàn)代物流來說是不可能承受的，因此可以考慮幾類對于環(huán)境要求類似的貨物來進(jìn)行綜合，達(dá)到任意倉儲空間都能滿足這幾類貨物的環(huán)境監(jiān)控。例如糧食和水果這兩類，都十分重視溫濕度、氣體濃度、微生物等環(huán)境因素，可以考慮兩者的結(jié)合，將這兩類所需要的所有環(huán)境監(jiān)測傳感器件安裝在倉庫，并且隔離出不同的倉儲位置。這樣在各個倉儲位置都能存儲這兩類貨物，并根據(jù)存儲的貨物進(jìn)行監(jiān)控設(shè)置，那么倉庫的閑置的可能性就會降低。其基本的環(huán)境監(jiān)控設(shè)置如圖4所示。

隨著現(xiàn)代物流的發(fā)展，綜合性的智能倉儲也能一步步前進(jìn)，在不久的將來也許就可以實現(xiàn)一個智能倉儲就可以滿足絕大多數(shù)貨物的存儲環(huán)境監(jiān)控，這樣就能夠極大的利用資源，降低物流成本。在實現(xiàn)綜合性智能倉儲的情況下，如果某一地區(qū)發(fā)生災(zāi)害，就可以選擇離災(zāi)區(qū)最近智能倉儲作為應(yīng)急倉儲，無論是水、食品、藥物還是被子、帳篷等一系列的救援物資都能快速運入智能倉儲保存并及時送入災(zāi)害地區(qū)，極大方便了不同救災(zāi)物資的運輸，非常具有現(xiàn)實意義的。

4 總 結(jié)

綜合性智能倉儲的一個倉庫可以滿足多種貨物的存放需求，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對不同貨物的環(huán)境監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控的情況實時進(jìn)行智能控制貨物所處環(huán)境，滿足了不同貨物的存儲，極大提高了倉儲資源的利用率，降低物流為不同貨物建立不同倉儲的成本。倉儲以綜合性智能倉儲為目標(biāo)，體現(xiàn)出綜合性智能倉儲的標(biāo)準(zhǔn)化；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其智能控制的引入和應(yīng)用展現(xiàn)了綜合性智能倉儲的信息化和智能化；綜合性智能倉儲可以降低物流成本、提升資源利用率，集成了各類貨物的存儲，彰顯了其集約化。

將針對某一具體的行業(yè)或某一種特殊產(chǎn)品的單一型智能型倉儲升級為滿足多方需求的綜合性智能倉儲，對于物流成本的降低和資源利用率的提升都具有現(xiàn)實意義。本文綜述了三類倉儲的環(huán)境監(jiān)控情況，提出一種綜合性智能倉儲的簡單方案，希望可以在前人對智能倉儲的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展研究的廣度和深度。

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