1、 1 / 20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MITAutoID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
2、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
3、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。2 / 20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
4、(例如GPRSSDMA网络、2G3G4G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。3 / 20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
5、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
6、。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。4 / 20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
7、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、GPSGISGPRS技术等来保证对运输车辆的动态监控与管理。
8、具体应用见图4所示。5 / 20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(
9、Mobile tomachine)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6 / 20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
10、统的对接。物联网技术的应用可以很好地解决上述问题。（1）收货图6 应用物流网技术的收货流程说明：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
11、能穿梭车完成货物的收货并更新数据。（2）分拣7 / 20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
12、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
13、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
14、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。8 / 20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
15、，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RFID标签，这样管理人员就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
16、如下图7所示：9 / 20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传感器技术、微波技术、视频技术等多种物联网信息采集技术，对结合无线射频技术、车在识别系统。全球定位系统和无线通信系统等在途车辆检测技术，实现物流配送中心以及配送中心到配送节点过程中货物的信息采集、配送车辆和人员的调度控制等。传输层：传输层主要由常用的移动通信网络(CDMA、GPRS、3G4G无线网络等)、互联网、卫星通信等网络来实现信息的传递。应用层：物流配送系统的应用层主要包括各个应用子系统：仓储管理系统：主要实现物流配送中心内部各种作业的智能化、机械
17、化和自动化。运输调度系统：主要实现实时车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送的可视化管理。要保证物流配送系统的高效、安全、准确需要获取很多信息，包括货物信息、仓储信息、车辆信息、线路信息等。具体需要的信息见表二所示。10 / 202.1.1 射频识别（RFID）技术即是通常所讲的电子标签（E-tag），一般由标签、读写器以及天线三部分组成，标签附着在物体上，目的就是为了标示目标对象的各项信息，当然，不必担心标签碰撞或者重叠，因为每个标签的电子编码都是独一无二；RFID 读写器用于接收并处理标签所传递出来的承载丰富物体信息的数据流。 目前，RFID 技术作为新兴的自动识别技术，在我国迅速被推广开
18、来，其主要应用于与大众生活、教育息息相关的各行各业中，如公交系统、地铁系统、校园一卡通、智能家居等方面。智能家居系统较以往的家庭系统最大区别在于，赋予了家庭里所有物品以“智慧”，使它们能够“自发”、“主动”地与家庭网关、与人沟通并实现信息的传递。因此，智能家居系统的首要重要技术便是感知，也就是 RFID 技术。RFID 在智能家居系统中的重要作用体现在门禁控制、安防报警、远程监控、温湿度智能控制、智能厨卫、自动抄表、智能购物、物品收纳管理等诸多领域。放眼未来，家庭中的物品将充满智慧，能够实现与人类的“对话”和“沟通”。2.1.2 Zigbee 技术 在执行 IEEE802.15.4 标准的基础上开发的 Zigbee 技术，具有非常多的优点，是一门新兴的技术，是目前无线传感器网络的首选技术之一。开发这一技术是为了使无线通信在一定区域内降低成本和功耗，在这一基础上通过软件协议栈开发出容易布建的大容量、不依赖现有通信网络和现有电力网络的无线传感网络。Zigbee 自身具备的这些优点，所以可以用在多种领域，例如自动控制以及潜入设备中。（1）Zigbee 设备类型及工作频段 首先，依据在网络中充当“角色”的不同将 Zigbee 设备划分为协调器、路由节点和终端节点。协调器，起到创建 Zigbee 网络、处理其它节点的入网申请、对网络进行管理和维护等功能；路由节点，用于扩大 Zigbee
