物联网技术与智能物流配送系统一、物联网技术概述1.1 物联网的含义和基本结构物联网 (Internet ofthings ，简称 lOT) ，目前国内外普遍公认的是 MITAuto ID 中心 主任 KevinAshton 教授于 1999年在研究 RFID时最早提出来的。在 2005 年国际电信联盟 (ITU) 及欧盟 2008 年发布的 (EPoSS， the European Technology platform on martSystems Information)IOT2020 报告中，物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大 拓展，不再只是基于 RFID 技术的物联网。从本质上来说，物联网是一种建立在互联网上的泛在网络，其核心是目前被大家广泛 使用的互联网，并在其基础上进一步延伸和拓展以实现充分的互联互通；其次，物联网使 得物与物之间有了通信功能，可以进行信息的交换和传输，实现自动识别和物物通信。物联网是将各种信息传感设备，如射频识别 (RFID) 装置、红外感应器、全球定位系 统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。它是多学科高度交 叉的新兴前沿研究热点领域，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信 技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知 和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织 无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用。从体系结构上来说，物联网的体系架构主要包括感知层技术、网络层技术、应用层技 术及公共技术，如图 1 所示。图 1 物联网的体系结构（1）感知层感知层将大范围内的现实世界中的各种物理量通过各种手段，实时并自动化的转化为 虚拟世界可处理的数字化信息。感知层是物联网的基础，主要实现智能感知功能，包括信 息采集，物体识别等功能。感知层应用的主要技术包括传感器、RFID、自组织网络、二维码和实时定位技术等。（2）网络层网络层要实现信息的传递以及通信的处理，将感知层收集到的数据及信息快速安全的 传递到信息需求方，方便他们对信息进行处理，主要的传输手段包括无线通信和有线通信 （例如 GPRSSDMA网络、 2G3G 4G网络、互联网等 ） 。（3）应用层应用层实现了物联网与各行各业的最终融合，将感知层和网络层的采集处理后的数据 信息应用于需要的行业，为最终的系统集成、协调、决策以及智能化提供服务。应用层包括中间件层和应用服务层 。中间件层主要作用是将网络层与应用层对接，充当了中间的接口作用，包括对业务的 分析整合、共享、数据处理、管理等。具体实现为一系列的业务支撑平台、管理平台、信 息处理化平台。未来的发展越来越倾向于向云计算服务平台发展。目前应用层包括很多行业，例如智能家居、智慧城市、智能电网、工业监控、公 共安 全、智能物流等。1.2 物联网的主要技术按照物联网的体系结构来划分，物联网技术主要包括三大块：感知技术；通信与网络 技术；智能技术。在物流配送中应用比较广泛的物联网技术如下：（1）感知技术物流配送中经常用到的物流网感知技术主要包括 RFID（射频识别技术 ） 、GPS（全球卫星 定位技术 ）、传感器技术等。其中，最核心的以及应用最多的是RFID 技术。目前主要应用于仓储、物品信息采集、货物分拣、车辆货物追踪及物品追溯等。 RFID 是一种“使能”技 术，它可以使常规的物成为“智能物件”，变成和物联网的连接对象。主要工作原理是通 过视频信号来识别目标对象并自动获取信息和数据。它的优点在于读写方便、抗干扰能力 强等，并且能够适应各种恶劣的环境，能够替代人来完成很多复杂危险的工作。RFID 工作原理如图 2 所示。图 2 RFID 工作原理图在物流配送中， RFID 应用比较成熟的领域在货物分拣、自动仓储、车辆货物追踪以及 物品溯源。其应用提高了物流配送安全性和效率的同时，减少了配送过程中的失误率，促 进了物流行业的信息化的发展。全球卫星定位系统 （Global Positioning System， GPS）是美国历经 20 年，耗资超过300亿美元，由发射的 24 颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。可以实时的为目标提 供三维位置，三维速度和高精度的时间信息。在物流领域，GPS技术主要被用来进行物流配送车辆的实时跟踪、定位、导航以及监控管理。结合 RFID 技术，还可以实现对物品状态 的实时查询和监管。 GPS应用最广泛的环节是在物流配送的运 输环节 。物联网最重要的功能就是可以实现对现实世界没有生命的物体的感知，而传感器就是 实现这一功能的关键技术。它可以通过传感器内部的敏感元件感知到外界的变化和刺激， 并将这些刺激转化为一定可输出处理的信号，其工作流程如图3 所示。图 3 传感器的工作流程（2）通信与网络技术通信与网络技术主要包括互联网技术、有线与无线局域网技术、无线通信技术等。在 区域性的物流管理信息系统主要采用有线和无线结合的方式，随着无线网络的发展，无线 技术的应用空间会越来越大。大范围的物流配送系统则通常集成了互联网技术、GPS GISGPRS技术等来保证对运输车辆的动态监控与管理。具体应用见图4 所示。图 4 通信与网络技术在物流配送中的应用无线传感网 (WSN)是将系列在空间散布的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接， 从而将各自采集的数据进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作 监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。其典型特征见表一所示。表一 无线传感网特征M2M(Machine to machine) 是将数据从一台终端传递到另一台终端，实现机器之间 的智能化、交互式的通信。广义上M2M包括了机器对机器 (Machine to machine) 、人对机器 (Man to machine) 、机器对人 (Machine to man) 、移动网络对机器 (Mobile to machine) 之间的连接于通信，涵盖了所有实现载人、机器、系统之间建立通信连接的 技术和手段。(3) 智能技术目前物流行业对于智能技术的应用主要包括：智能计算技术、数据挖掘技术、ERP技术等。物流配送对于智能技术的应用正方兴未艾，全面实现对整个物流配送过程的智能化 控制与管理是发展的方向。二、物联网在智能物流配送系统中的应用2.1 物联网技术在配送中心内部作业中的应用目前配送中心设备虽然多，但是整体技术水平不是很高，很多作业流程还处于半人工 化状态，而且作业流程不连续，配送中心的信息采集、数据处理和动态管理还无法实现， 配送中心的管理系统也仅限于内部使用，很难实现与外部系统的对接。物联网技术的应用 可以很好地解决上述问题。(1) 收货说明：传统的配送中心的收货工作大都是由人力完成，不仅效率低下，而且容易出 错。但是应用物联网技术之后，特别是RFID 技术和智能穿梭车技术，收货工作就变得简单有效而且节省了大量的人力物力和时间，优化了作业流程，提高了效率。具体的应用过程 如上图 6 所示：在货物配送之前，每个货物都会贴上相应的RFID 标签，上面记录了货物的目的地，种类，数量等信息。当货物配送到目的地之后，收货人员只需要使用相应的识别 设备，例如手持终端扫描每个货物上的RFID 标签，相应的信息便会传递到物流配送系统，然后物流配送系统会自动改分配相应的智能穿梭车完成货物的收货并更新数据。（2）分拣现代物流配送不同于传统的配送的每种货物单独配送的模式，现代物流的配送有共同 性和混载性的特性，配送方式多样，配送更多偏向于多品种、小批量。所以分拣这一环节 的工作内容复杂而且工作量很大。而传统的分拣作业已经无法满足现代物流的发展，既浪 费人力物力，又浪费时间，还容易出错。物联网的RFID 技术和自动分拣技术可以可以很好地解决这个问题。在收货环节完成后，货物被送到自动分拣机上进行分拣作业，分拣设备 通过读取货物上 RFID 标签的信息，对各类货物进行分拣，由配送系统对货物的储位进行下 一步安排。（3）仓储由于“零库存 在很多物流供应链都很难实现，所以仓储也是配送中心不可或缺的环节 之一。现代物流配送中心仓储货物种类繁多而且流动量非常大，因此传统的仓储水平已经 无法满足现代物流配送的需要。物联网技术的应用可以实现物流配送仓储环节的自动化、 智能化和集约化的存储。在物流配送中心可以用到的物联网技术有以下：RFID 托盘标签、RFID 货物标签、 RFID储位标签、工作人员 RFID终端、温度传感器标签、光传感标签、读 取设备等。通过这些技术的应用，结合物联网建立的物流配送系统，可以实现整个仓储过 程的可视化、智能化与自动化，完成货物的合理调配，人员的合理分配，实现资源的合理 配置。在配送中心的每个储位也可以应用RFID 标签，通过 WMS可以搜集每个储位的信息数据，并且通过配送中心的仓储系统计算出储位最佳利用方案，实现储位利用的优化配置。对于一些对特殊货物，像是生鲜易腐的产品或者易碎的产品，由于它们的保存对于温 度、湿度和存放环境都有一定的要求，所队可以通过一些传感器来实时感知这些特殊货物 的状态，并将获取数据传递至配送系统，保证货物的安全完好。（4）出货可以在配送中心的主要出货大门处安装 RFID 固定式识度系统，这样可以保证在货物经 过时，快速大批量的识别货物上的 RFID 标签，从而实现全自动的物品快速确认、校验工 作。一般 RFID 固定式识别系统应用于配送中心出入口、快速通道以及货物装卸点等。2.2 物联网技术在配送中心到配送点之间转运中的应用配送中心到配送点之间运转的过程主要涉及配送路线的选择，配送过程对配送车辆货 物的实时监控跟踪，对配送车辆的调度指挥以及对整个配送过程的管理。通过物联网技术在物流运输过程中的集成应用，可以实现整个物流配送过程的可视 化、智能化的实时动态监管。首先是GPS技术在每个运载工具上的应用，可以实时获取运载工具的位置和状态，结合 GIS 技术、 GPRS技术以及 RFID 技术，可以对运输状态、运输 线路和运输时间进行实时跟踪管理，可以实现配送线路的调整优化，对货物到达的时间进 行预估。物联网技术在配送的过程中的具体应用如下：车辆跟踪：车载定位终端自动进行GPS定位，并按照预设的发送间隔频率进行自动上传定位信息，结合 GIS 和 GPRS技术，准确定位车辆所在位置，记录过去一段时期车辆行驶 路线，实施跟踪车辆行驶情况。调度指挥：管理人员通过计算得出最有配送路线之后，可以通过物流运输系统给车辆 驾驶员发送调度指挥信息，驾驶员通过车载通信系统接受信息并执行指令，可以确保运输 过程安全高效准确。货物运输状态跟踪：货物的安全问题是现代物流配送要面临的重要问题，所以利用物联网RFID标签，这样管理人员就技术，在车辆内安装无线数据采集器，同时在每一个货物配备 可以通过系统实时的获取车载货物的状态，确保货物的安全。三、基于物联网的智能物流配送系统的设计3.1 框架设计基于物联网技术的物流配送系统架构设计共分为三层：感知层、传输层以及应用层。其整体架构设计如下图 7 所示：图 7 基于物联网技术的物流配送系统架构感知层：物流配送系统架构感知层包括信息采集和信息处理两部分。信息采集是利用 多种