物联网应用25

物联网工程技术第6章物联网应用,武汉理工大学物联网工程系2011.8,第6章物联网应用,6.1物联网应用概述6.2物流管理与配送6.3环境监测与保护6.4行业检测与监控6.5交通管理,6.1物联网应用概述,感知、传输、应用三个环节构成物联网产业的关键要素：感知（识别）是基础和前提；传输是平台和支撑；应用则是目的，是物联网的标志和体现。物联网的应用领域非常广阔，从日常的家庭个人应用，到工业自动化应用，城市交通，甚至军事反恐。当物联网与因特网、移动通信网相结合时，可随时随地全方位“感知”对象（物理世界），了解自然世界的方式将从“感觉”跨入“感知”，再从“感知”到“控制”。目前，物联网已经在智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域得到了实际应用。比较典型的应用包括水电行业无线远程自动抄表系统、数字城市系统、智能交通系统、危险源和家居监控系统、产品质量监管系统等。,表6-1物联网主要应用类型,6.2物流管理与配送,6.2.1基于EPC的物流全球供应链6.2.2物联网拓展物流信息增值服务6.2.3基于RFID技术的物流管理信息系统6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例,供应链,供应链是指由供应商、制造商、仓库、配送中心和渠道商等构成的物流网络（社会）。供应链是企业从原材料采购开始，经过生产、制造，到销售至终端用户的全过程。这些过程的设计、管理、协调、调整、组合、优化是供应链的主体；通过信息和网络手段使其整体化、协调化和最优化是供应链的内涵；运用供应链管理实现生产、流通、消费的最低成本，最高效率和最大效益是供应链的目标。在供应链各成员之间流动的原材料、半成品库存和最终产品等就构成了供应链中的物流。供应链物流管理具有自身专门的应用理论和技术。从基础应用层面上讲，有互联网、地理信息系统(GIS)、GPS、条形码、RFID；环境体系层面有电子数据交换(ElectronicDataInterchange，EDI)；在作业管理层面有JIT技术；在销售点管理层面有POS系统、有效客户信息反馈(ECR)、自动连续补货技术(ACEP)、快速响应(QR)等。,6.2.1基于EPC的物流全球供应链,EPC在全球供应链的应用所引发的革命，使物流的各个环节的参与方大大受益。通过RFID技术对电子标签中电子产品编码信息进行获取、处理和发布，实现应用系统中各节点的协同工作。每一个RFID阅读器将采集到的物品信息通过物联网传送到任何它应该到达的地方，同时可根据物联网上得到的信息对物品上的电子标签进行信息加工。,RFID物流系统信息加工与流转图,全球供应链中的制造商,制造商实施EPC可以实现高效的生产计划，减少库存；即制造商提供的产品正是它供应链下游参与方所需要的东西，同时，供应链下游参与方所需要的东西也是制造商正在积极组织生产的产品。制造商可以对需求做出更快响应，这样就在市场信息的捕捉方面夺得先机，可以及时满足市场需要，从而提高市场份额。制造商通过EPC可以主动和及时地跟踪产品的信息。对有“瑕疵”或“缺陷”的产品进行有效招回，在提高服务水平的同时也提高了消费者的信任度，EPC为消费者和制造商架起了一座信息交流的桥梁。实施EPC的制造商可以提高劳动生产效率，降低产品退货率。因为生产做到了有的放矢，通过供应链的流通，各个环节的需求实时地反馈回来，制造商可以相应地调整自己的生产，包括内部员工的调配、生产资料的采购等，使一切都发挥至最大效能。制造商还可以大大减少配送与运输成本，提高固定资产利用率（生产、配送设备），因为可以通过EPC所提供的信息来合理调配相关设备，从而实现设备或资产利用率的最大化。,全球供应链中的运输商,对于运输商，通过EPC可以进行货物真伪标识，实现自动通关，实施运输路线追踪，提高货物运输的安全性。EFC提高了运输商送货可靠性和送货效率；通过EPC系统，运输商可以自动获取数据，自动分类处理，降低取货、送货成本，提高管理质量和客户服务水平。使用EPC，运输商可以降低索赔费用，降低保险费用，提供新信息增值服务，从而提高收益率。当然，运输商还可以通过EPC加强资产管理、资产的追踪、资产的维护，从而提高资产的利用率。,全球供应链的零售商和消费者,对零售商来说，EPC可以提高订单供货率，增加产品可获取性，减少脱销，从而增加收入。EPC在商场的使用，可以大大提高自动结算的速度，减少缺货，降低库存水平，减少非流通存货量，降低最小安全存货量；同时还能防盗，还可以通过EPC进行产品追溯，提高产品的质量保证，减少了损失。EPC在零售商管理中，可以降低运转费用，提高运转效率和工作效率，减少货物损失，进一步降低零售商的成本。对消费者而言，EPC的应用可以实现个性化购买，减少排队等候的时间，提高了生活质量。通过EPC，消费者可以了解所购的产品及其厂商的有关信息，一旦产品出现问题，便于进行质量追溯，维护自己的合法权益。,6.2.2物联网拓展物流信息增值服务,企业级信息增值服务EPC物流系统可实现对产品的销售情况、库存情况（包括了途中和销售商货架上的产品）、配送情况等信息的收集，使企业可以跟踪到产品的一切市场信息，从而可以为企业的生产计划、库存计划、销售计划等过程提供决策支持。行业级信息增值服务物流企业以其第三方的特殊身份，利用其与行业内部企业千丝万缕的业务联系，能够提供这种行业级信息增值服务。供应链级信息增值服务供应链级信息增值服务是基于企业级和行业信息服务基础上的，主要依靠物联网的网络特性和个性化的配套软件系统来实现物品流通过程中各个市场要素的全方位监控，提供既满足企业所需要的信息服务，又能满足整个供应链资源优化配置的信息服务。,6.2.3基于RFID技术的物流管理信息系统,RFID物流管理系统把RFID的数据采集系统与生产执行系统（MES）、仓储管理系统（WMS）相结合应用到企业物流各个环节，从而优化其物流流程。RFID在企业物流信息系统中应用的优势主要体现在两方面：首先，RFID系统可用于自动识别生产各环节中物料、半成品、产成品的位置和状态，并把这些信息迅速、准确地传送到MES。其次，提高企业物流信息系统采集信息的准确性，简化出入库的流程，及时了解库存货物状况，保证货物的盘点更加精确、迅速。,6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例,1配送系统硬件结构设计,图6-2一般配送中心基本流程图,工作区域RFID选择说明,配送中心的各个工作区域，相应地安装RFID读写器用于数据采集并将采集到的数据传输至中心计算机系统进行分析处理，然后根据分析结果指导工作区域采取下一步动作。考虑到配送中心操作中对识别距离的要求，系统应采用超高频硬件设备。但是，由于配送中心内不同工作区域相邻较近或可能存在重叠区域，如果全部应用超高频的RFID系统，将不可避免地发生不同功能区域之间的“串读”现象为了避免因串读而导致的射频屏蔽困难，故将高频HF(13.56MHz)和超高频UHF(915MHz)RFID设备按有效避免串读且能高效采集标签数据的原则合理部署在系统各区域之中，并在数据库中关联高频和超高频电子标签数据信息，通过中间件使它们能协调工作。,HF和UHF的RFID阅读器部署方案,在出入库区域、库存区域以及分拣区域，系统采用超高频读写器，可以在大范围内一次读取多个电子标签，以提高配送中心出入库速度、自动化程度以及库存准确度。在补货时，读写器读取周转箱标签进行数据库信息更新，此时系统一次只需读取一个电子标签，故在补货区采用高频读写器避免串读。这些部分构成了整个RFID系统中的固定式数据采集终端。根据不同读写器所提供的通信接口的不同，设计集成多种通信方式，通过集线器（网口）和多串口卡（串口）和主机通信。,基于RFID配送系统的硬件结构,图6-3系统硬件结构图,移动的车载RFID系统,以叉车为载体的移动式RFID数据采集终端其作用包括：在叉车终端承载货物入(出)库时，系统根据入(出)货单和实际入(出)货情况进行复核，并将复核结果反馈于叉车终端以提示其下一步动作；通过车载RFID读写器读取货架上的货位标签，以确认货物托盘在仓库中的具体位置，方便事后货品定位和盘点；也可在地面安装一系列电子标签(地标)，通过读取地标以确定和跟踪叉车在配送中心的行驶路线和位置。移动式数据采集系统由RFID读写器和显示终端组成，并通过无线局域网和中心计算机实现数据交换。由于移动终端在执行业务操作时只需读取一个货位标签，故移动终端也采用高频RFID系统，同时可避免串读。,6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例,2配送系统软件结构设计,图6-4系统软件结构示意图,前端的RFID系统完成对电子标签数据的采集；中间件协调不同频率以及不同通信方式的RFID设备采集工作与封装数据的解读，对采集到的数据进行加工处理和格式匹配，并为后端的WMS提供访问接口；WMS统一管理配送中心各项业务操作。入库管理模块完成货位分配、进货复核和定制订货单操作；库存管理模块完成托盘货物查询、货位货物查询、流利式货架管理和货位货物盘点操作；出库管理模块完成出库方案选择、分拣显示、出库复核和定制订单操作；资源管理模块完成托盘管理、货位管理和叉车管理操作；报表管理模块对入库管理、库存管理、出库管理和叉车管理过程中使用和产生的数据表格进行定制、查询、修改和删除等管理操作，同时产生各种统计报表。WMS首先对入库区域采集的数据进行分析和统计，完成收到货品的货位分配，并通过显示终端指导叉车完成货品的正确入库，WMS同时对其他区域的RFID系统上传的信息进行相关操作，实现货物单品、周转箱、托盘以及叉车的高效管理。,6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例,3系统数据获取方法设计系统关键在配送中心的各个工作环节获取指定数据信息，各环节需要采集的详细信息如下：,表6-2数据采集信息列表,系统数据获取方法,1)不同类型的标签以不同频率的设备读取，这种方法数据处理速度快，但成本较高。2)采用同种频率标签，规定标签UID范围作为不同类型的标签，这种方法简单易用，但系统可扩展性差。3)采用同种频率标签，在标签的数据块中设置标志符来加以区分，这种方法硬件投入成本低，操作方便，同时，此方法不受标签协议标准的限制，既可用于ISO类型标签也可用于EPC类型标签。但由于需读取标签数据块信息，所以标签读取速度稍低。综合考虑各种因素，第三种方法最为恰当，虽然标签读取速度稍低，但对于配送中心的物流速度而言不会构成负面影响。通常ISO电子标签内部的存储容量为2048bit，被分成256B，每个字节有一个对应地址0255。