電子商務的興起,市場競爭的加劇,對物流產業的發展提出了更高的要求。以物聯網技術為核心的智能物流系統,整合了物流產業鏈倉儲、運輸、配送、包裝等各個環節,融合了射頻技術、無線傳感器網絡技術、物流實時跟蹤技術、網絡和通信技術等,使傳統的物流產業獲得了長足的改進和優化,順應了物流產業的智能化、自動化、網絡化發展的新趨勢。
1 物聯網
20 世紀 90 年代初,美國麻省理工的學者首次提出物聯網的基本概念,但在相當長的一個時期,物聯網的概念還只是在技術界受到關注。在 2009 年,歐盟執委會發表了《Internet of Tings—an action plan for Europe》,描述了物聯網的發展前景,在世界范圍內首次系統的提出了物聯網發展和管理設想。此后物聯網得到了各國政府和企業的極大關注,被稱為繼
計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。
那么何謂物聯網? 物聯網,“The Internet ofThings”,是以互聯網為基礎,以激光掃描器、紅外感應器、射頻識別 RFID(radio frequency identification)、全球定位系統等信息傳感設備為媒介,在人與物、物與物之間進行智能化的識別、定位、跟蹤、監控和管理,實現高效的信息交換與通訊。
物聯網的價值在于實現了人與物、物與物之間的溝通,物聯網的特征在于感知、互聯和智能的疊加。因此,物聯網由感知層、網絡層、應用層三個部分組成。
感知層是物聯網技術的“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、環境、氣候、狀態等,實現物的識別。感知層是物聯網發展和應用的基礎,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。
網絡層是物聯網技術的“神經中樞和大腦”———信息的傳遞和處理。在現有互聯網和移動通信網的基礎上,通過各種接入設備與網絡、業務、運營管理的融合,實現感知層數據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。
應用層是物聯網技術發展的根本目標。應用層的主要功能是利用 M2M、云計算、模糊識別等技術,對海量的數據和信息進行分析并處理,實現智能化的管理、應用和服務。應用層是物聯網與行業專業技術的深度融合,旨在完成跨行業、跨應用、跨系統的信息協同、共享和互通。
2 基于物聯網技術的智能物流系統
2.1 智能物流系統的概念和內涵
智能物流系統是基于物聯網技術的深化應用,綜合運用信息技術、自動化技術、現代物流技術、人工智能技術等,智能化的完成運輸、倉儲、配送、裝卸等多項作業環節,將物流信息、物流活動、物流資源以及物流規范有機集成并優化運行,實現強化流動監控、降低物流成本、提升物流效率的發展目標。
2.2 智能物流系統的架構設計
基于物聯網技術的智能物流系統是傳統物流系統的更新換代,系統功能主要體現在以下幾個方面:
(1)實現對倉儲環節的出入庫管理、盤點管理、調撥管理、監控報警等功能,并能夠支持合作企業間的信息系統兼容;(2)實現對配送路徑的規劃和實時監控,包括車輛貨物查詢、車輛實時跟蹤等;(3)實現對采集信息的管理,包括訂單處理、訂購計劃、運力匹配、貨物查詢等。故智能物流系統由倉儲管理子系統、運輸管理子系統、物流管理子系統所組成。系統架構圖如圖 1 所示。
圖1.智能物流系統框架圖
2.2.1 倉儲管理子系統
倉儲管理子系統主要利用 RFID 技術、傳感器技術、監控技術、網絡技術等,將貨物的信息發布到物聯網中,使得在整個物聯網范圍內,實現對貨物信息、貨物訂購、貨物流通進行遠程操作與監控。該子系統示意圖如圖 2 所示。具體如下:
圖2.倉儲管理子系統示意圖
(1)入庫管理:利用 RFID 技術、條碼技術、無線通信技術,快速收集貨物的數量、存儲要求等信息,并將信息傳送至數據中心。數據中心自動對貨物進行庫位分配、路線規劃,再將分配信息發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,回傳相應數據至物流管理子系統,更新庫存數據。
(2)在庫管理:綜合應用無線傳感器網絡 WSN、RFID 技術、監控技術,實現對在庫貨物的日常保管和養護。通過 RFID 技術實現貨位識別、數量校驗。通過無線傳感器網絡感知、采集倉庫環境數據,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。
(3)出庫管理:倉庫方和客戶端建立網絡互聯,提前獲得訂單信息,自動生成出庫單。管理系統按照優先級順序,查詢貨物的信息和倉位,再向智能叉車發出調度命令,完成貨物的調配出庫。在這一過程中,無線傳感器網絡、RFID 將及時反饋貨物信息至物流管理子系統,以保障每個環節的操作準確無誤。
2.2.2 運輸管理子系統
運輸管理子系統涵蓋了 ITS(Intelligent Logistics System)、EC(Electronic Commerce)和物流三方面的內容,涉及到 GPS (global position system)、GSM(group special mobile)、GPRS (General Packet Radio Service)、監控等相關技術。GPS 技術能夠在衛星覆蓋范圍內,對在途貨物進行定位,在衛星盲區,如地下停車場、高架橋、高樓密集區等可以采用基于 RFID技術的定位,并結合 GSM 技術,以語音或短消息的形式,與物流管理子系統進行雙向無線通信,動態反饋在途貨物的運輸路線數據、車輛數據和行駛數據等,有助于物流管理子系統的監控與調配。
2.2.3 物流管理子系統
物流管理子系統主要包含決策支持模塊、信息管理模塊和調度優化模塊。
(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,充分運用商務智能、人工智能和計算智能等方面的理論和方法,建立數學模型和求解模型,提供最佳的物流實施方案。
(2)信息管理模塊的主要作用是電子商務、信息管理和發布。電子商務主要提供網上報價、網上下單、網上交易等服務;信息管理主要完成各終端采集信息的收集、處理和實時監控;信息發布主要是通過計算機網絡對外對內提供物流信息服務。
(3)調度優化模塊由 SMSP、服務器、SQL Server數據庫和 GIS 等組成,通過遙感技術和遺傳算法實現最優配送路徑的規劃,也可以對在途貨物進行實時動態跟蹤和監控。
3 關鍵性應用技術
3.1 RFID 技術
RFID 是一種非接觸式的自動識別技術。它通過無線電訊號,自動識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。一般 RFID 系統由電子標簽、天線、讀寫器、信息處理系統組成。當帶有 RFID 電子標簽的物品通過特定的信息讀寫器時,接收讀寫器發出的射頻信號,標簽被讀寫器激活,憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息,或者主動發送某一頻率的信號;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,完成信息的自動采集工作。
RFID 技術在倉儲管理子系統發揮重要的作用。RFID 閱讀器有手持式和安裝式兩種。手持式 RFID閱讀器的應用結合手持式終端設備,靈活應對各種零散的物品;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、讀寫器等設備相配合,并且要架設在有無線網絡的范圍之內,保證作業數據的實時傳輸。
3.2 無線傳感器網絡技術
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network,WSN),是由部署在監測區域內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成無線網絡,協作的感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息,并最終把這些信息發送給網絡的所有者。它是由傳感器節點、匯聚節點(sink 節點)、互聯網和用戶終端等部分組成。
在該系統中,WSN 節點散步在倉庫中的指定區域。一方面,利用傳感器節點實時感知、采集和處理節點周圍的物理或環境條件,如溫度、濕度、壓力等。另一方面,與 RFID 模塊相結合互補,形成自組織的無線傳感器網絡,并利用 ZigBee 協議進行數據傳輸。即通過 RFID 技術讀取貨物信息后,經 WSN 節點把信息進行量化,形成數據并發送,由物流管理子系統
分析并作出調度指令。
4 結束語
將物聯網技術運用到智能物流系統的倉儲、運輸、管理三大環節,并對各環節模塊的結構及關鍵技術的應用進行了研究和分析。通過分析和研究發現,物聯網技術對智能物流系統的構建具有重要意義,突破傳統物流系統的發展瓶頸,也將為物流業的改革提供可靠借鑒。
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本文標題:基于物聯網技術的智能物流系統的研究
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