智能物流第02章

1、第第2章章 智能物流技术智能物流技术学习要点l 智能物流的基础物流架构l 智能物流的关键技术目录思考题思考题2.4 物联网智能技术物联网智能技术2.3 物联网通信与网络技术物联网通信与网络技术2.2 物联网感知识别技术物联网感知识别技术2.1 智能物流的技术构架智能物流的技术构架2.5 小结小结2.1 智能物流的技术构架智能物流的技术构架物流的应用驱动可以概括为“物联网促进物流智能化”。这里包含三个基本要点：三是信息如何管理、加工、应用，解决各种现实问题，把虚拟世界的信息转化到实体世界的应用中来，也就是进入到IBM称之为“智慧地球”的时代。二是如何把这些信息实现互联互通，既满足专用的要求，也能

2、实现方便的开放和共享；一是如何部署更加广泛、及时、准确的信息采集技术，如射频识别（RFID）、各类传感器、地理定位系统、视频采集系统等；2.1 智能物流的技术构架智能物流的技术构架感感知知层层物流识别、追溯感知层物流识别、追溯感知层物流定位、跟踪感知层物流定位、跟踪感知层物流监控、控制感知层物流监控、控制感知层传传输输层层现场总线技术和现场总线技术和无线通信技术无线通信技术M2M技术技术互联网技术互联网技术3G无线技术无线技术应应用用层层物流决策层物流决策层物流执行层物流执行层物流管理层物流管理层物流物流活动活动仓储活动仓储活动分拣活动分拣活动配送活动配送活动在现代物流活动中，物流的作业对象是

3、各种“物”，这些“物”不仅品种繁多、形状各异，而且还处在不定的“移动”、“交换”过程中，因此物流业组建物联网，发展智能物流，在感知层采用的感知技术也很多。结合物流应用角度，感知层可以分为以下三个层次：2.1.1智能物流感知层智能物流感知层感感知知层层物流识别、追溯感知层物流识别、追溯感知层物流定位、跟踪感知层物流定位、跟踪感知层物流监控、控制感知层物流监控、控制感知层1.智能物流识别、追溯感知层智能物流首先需要的是物品信息的数字化管理，因此物流信息的管理和应用首先涉及信息的载体，过去多采用单据、凭证、传票为载体，手工记录、电话沟通、人工计算、邮寄或传真等方法，对物流信息进行采集、记录、处理、传

4、递和反馈，不仅极易出现差错、信息滞后，也使得管理者对物品在流动过程中的各个环节难以统筹协调，不能系统控制，更无法实现系统优化和实时监控。从而造成效率低下和人力、运力、资金、场地的大量浪费。自动识别是现代物流领域中、生产自动化、销售自动化、流通自动化过程中的技术基础，自动识别宏观上说包括多类识别方式。目前RFID是自动识别和物联网的一项热门技术，作为智能物流系统首要的是要实现快速的对物品进行识别。2.1.1智能物流感知层智能物流感知层2.智能物流定位、跟踪感知层现代物流对于物流产品的位置感知越来越迫切，只有知道了确切的位置才能对于进行有效的物流调度，目前常用的物流定位和感知技术主要包含GPS全球

5、定位系统以及WIFI无线定位系统等定位技术，目前定位感知技术根据定位需求，主要分为室外定位和室内定位，GPS作为最有效的室外感知技术已经在物流行业中得到了有效利用，WIFI室内定位、UWB室内定位、RFID定位等市内定位技术已经成为目前弥补GPS全球定位系统的功能缺陷的有效物联网手段，如下表2.1，下面对于几种定位技术进行对比分析。2.1.1智能物流感知层智能物流感知层2.1.1智能物流感知层智能物流感知层分项分项GPSRFID精确定精确定位位Wi-Fi RTLSWIFI-RFIDUWB抗干扰/阻挡能力强标签必须封装强强强通讯频率卫星信号有线通讯2.4G802.112.4G802.15.4a2

6、.4G802.15.4a定位精度（m）15m3-5M3-5MAP密度有关1-3M0.6米测量距离（m）无限0.8M200M5-60M5-60M定位速度3S-10S1S1S1S1S覆盖范围室外，全球局部局部局部局部3.物流监控、控制感知层物流监控、控制感知层为物流过程的安全提供有效的支撑手段，是智能物流监控信息化的重要组成部分，通过实现物流过程的实时视频信息，实时数据交换，及时有效地采集物流信息，并通过与物流视频监控、报警设备有机结合，实时掌握物流环节的运行状况，分析物流过程状况，及时发现问题、及时解决问题，从而实现对物流过程的无缝监管。2.1.1智能物流感知层智能物流感知层在现代物流作业中，既

7、有区域范围内的厂区生产物流的运作与管理，也有大范围的物流线路运输与调度，更有以仓储系统与拣选系统为主的智能物流中心的物流系统作业与运筹；面对复杂的、流动的物，要实现在“物流”过程中的物联网，需要多种技术集成应用：2.1.2智能物流通信层智能物流通信层局域网技术无线局域网技术互联网技术现场总线技术无线通信技术综合上分析，物流行业为了使移动或存储中形态各异“物”能够联网，最常采用的网络技术是局域网技术、无线局域网技术、互联网技术、现场总线技术和无线通信技术。对智能物流系统的技术构架，结合物流组织结构、业务流程、数据及数据流程等分析，业务层主要可以分为三个层次。2.1.3智能物流应用层智能物流应用层

8、应应用用层层物流决策层物流决策层物流执行层物流执行层物流管理层物流管理层p1.智能物流决策层决策层主要面向物流高层管理决策人员，主要对物流进行整合的智能化，它以物流系统为应用背景，为物流决策者正确决策提供有力支持。商业智能在物流领域的应用是相当重要和广泛的，当然要建立一个距离短、时间少、整合好、质量高、费用省、环保型的物流不是仅仅运用商业智能就可以做到的，而是必须强调物流五大环节（运输、保管、装卸、包装和信息）的系统性，做到物流环节的协调性、一致性、关联性、互动性和平衡性，将物流企业运营过程中产生的信息数据进行有效整合处理，为物流企业合理定位、精确控制和准确决策提供依据，它将成为现代物流企业提

9、升自身整体竞争能力的必然选择。2.1.3智能物流应用层智能物流应用层p 2智能物流管理层p 物流管理层由物流管理信息系统组成，主要是针对具体的物流活动进行管理和控制，如仓储管理系统、分拣管理系统、运输管理系统，管理层具有承上启下的作用。该层通过应用集成/流程集成平台，与上层决策管理系统进行集成；通过数据集成平台，与物流设备控制机进行数据交换。2.1.3智能物流应用层智能物流应用层p 3.智能物流执行层p 执行层由物流执行系统组成，主要是通过传输层与物流感知设备进行数据接收和控制。该层通过数据集成平台，接收来自物流管理层的调度控制指令，并及时反馈物流设备的指令执行情况和设备故障等信息；在物流设备

10、支持下，通过控制总线，连接各种物流设备控制器，提供与物流设备进行集成的基础界面。一些物流设备可以通过专有的或标准的设备总线同设备控制器进行连接。2.1.3智能物流应用层智能物流应用层物联网感知识别技术是智能物流的基础，物联网感知技术实现了物品、工具、资源、环境的信息的自动采集和感知，是智能物流的基础。2.2 物联网感知识别技术物联网感知识别技术2.2.1产品电子代码及产品电子代码及RFIDEPC编码结构标头厂商识别代码 对象分类代码序列号EPC-968282436产品电子代码（EPC编码）是国际条码组织推出的新一代产品编码体系。原来的产品条码仅是对产品分类的编码，EPC码是对每个单品都赋予一个

11、全球唯一编码，EPC编码96位（二进制）方式的编码体系。96位的EPC码，可以为2.68亿公司赋码，每个公司可以有1600万产品分类，每类产品有680亿的独立产品编码，形象的说可以为地球上的每一粒大米赋一个唯一的编码。2.2.1产品电子代码及产品电子代码及RFID图2.2射频系统工作原理射频识别（Radio Frequency Identification，以下简称RFID）技术是利用射频信号及其空间耦合和传输特性进行的非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动识别，并进行数据交换的一项自动识别技术。20世纪90年代开始应用于物品跟踪等民用领域。RFID具有识读距离远、识读速度快、不受环境限制

12、、可读写性好、可同时识读多个物品等优点，随着RFID技术的不断进步，成本的不断降低，RFID技术开始进入物流、供应链管理领域。目前RFID在汽车、火车等交通监控，高速公路自动收费系统，仓储管理，安全检查，车辆防盗等方面得到应用，从而引起全球各界的广泛关注。2.2.1产品电子代码及产品电子代码及RFID智能化物流就是通过条码技术、RFID技术和物联网技术实现货物从仓库到使用者的全程管理。任何商品在生产后，都存在着商品的自身信息，这个信息可以以条码和RFID电子标签的方式存储。在商品的流通过程中，可以通过扫描枪或RFID读卡器等方式读取这些信息，通过商品流通过程中的信息的读取，我们可以完全跟踪商品

13、的位置，直到该商品已经流通到了消费者手中，该过程才终止。p 例如，射频技术应用于智能物流配送方面有如下应用：p 1.用于在途物资可见性系统p 物资配送中心接到配送任务后，需要及时、迅速地将需求方所需物资运送到位，利用射频技术即可准确、迅速地完成配送任务并实现对在途物资的跟踪。物资配送中心为每台车配发一枚射频标签，并在仓库出入口处安装一套射频装置形成门禁，以利用射频技术完成物资的自动出入库操作。p 2.用于特定物资寻找p 特定物资寻找系统主要由射频标签和手持式无线询问机组成，其中射频标签贴附于物资运输车辆或包装箱上，手持式无线询问机可发出脉冲电波激活射频标签，并能在100米距离范围内阅读标签上的

14、信息内容。通常一个货物场上停着若干车辆，当需要尽快找到某种特定物资时，询问机根据该物资的名称和编码提出询问，所有装有该物资的射频标签即会做出应答，随后利用询问机激活射频标签上的鸣叫器。操作人员即可循声找到车辆或者包装箱，如果声音在查找范围之外，则可根据询问机上的测距仪显示的距离去逐步接近，直至找到所需物资。2.2.1产品电子代码及产品电子代码及RFIDp 传感技术实现了信息的感知和获取，是物联网发展的基础技术之一。传感技术及其发展体现在传感器、传感器节点、传感器网络和应用四个层面。在物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设

15、备以一体方式呈现，但无论那种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。没有传感器就没有现代科学技术的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。2.2.2传感技术与传感网传感技术与传感网传感器传感器2.2.2传感技术与传感网传感技术与传感网传统传感器传统传感器(dumb sensor)(dumb sensor)智能传感器智能传感器(smart (smart sensor)sensor)嵌入式嵌入式Web Web 传传感器感器(embedded (embedded web sensor)web

16、sensor)逐步实现逐步实现微型化、智能化、微型化、智能化、信息化、网络化。信息化、网络化。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范（Geometrical Product Specifi

17、cations）简称GPS。GPS技术特性能够与物流特性有机结合 ，并有效实现四个方面的物流功能:物流实时监控、双向通讯功能、动态调度功能、数据存储和分析功能等功能为物流提供有效的技术手段。2.2.3 GPS技术与无线定位技术技术与无线定位技术无线定位技术利用基于WIFI、RFID、UWB等无线传感器等设备，实现定位、追踪和监测特定目标的位置。它解决了目前GPS对于室内定位的局域性和缺陷，同时具有高精度定位的优势，可实现小范围内物流目标的精确调度和跟踪。2.2.3 GPS技术与无线定位技术技术与无线定位技术1.红外线室内定位技术2.超声波定位技术3.射频识别技术4.超宽带技术5.Wi-Fi技术

18、p 随着信息技术的发展，人们对网络通信技术的要求不断提高，传统的数字化设备的有线连接给人们随时随地与信息网络相连和通信带来了很多不便。发展无线通信技术，将人们从有线连接的束缚中解放出来，已经成为一种必然趋势。诸多新技术得到了广泛的应用。如红外线数据通信IrDA、蓝牙、Wi-Fi（IEEE802.11）、无线城域网WIMax、超宽带通信UWB、近场通信NFC、无线射频RFID、短距离无线技术Zigbee等先进的无线通信技术在不同的领好的应用。2.3 物联网通信与网络技术物联网通信与网络技术1.ZigBee通信技术ZigBee标准的主要制定组织是IEEE和ZigBee联盟，前者工作重点在协议底层（

19、IEEE 802.15.4），后者在于高层。ZigBee标准于2004年开始推出，后来又发布了ZigBee2006、ZigBee2007两个版本。ZigBee技术具有以下特点：p近距离（距离100米）和低速率（250kbps）；p极低功耗，电池供电可以维持数年甚至20年；p多种拓扑结构；p支持不同的网络规模（最大可达6万节点）；p高层节点数可达1000以上（2007版）；p自组织网络支持节点的灵活加入和退出。2.3.1 近距离通信与网络技术近距离通信与网络技术星形结构网状结构混合结构2.超宽带无线通信技术根据美国FCC的要求，用于无线个域网的UWB技术应当具有以下特性：p使用FCC开放的3.1

20、10.6GHz频段；p功率密度低于41.3dbm/MHz；p传输速率为：10m距离上110Mbit/s；4m距离上200Mbit/s；1m距离上480Mbit/s；p同一空间支持4个微微网同时工作。p由于占用极宽的带宽和非常低的功率密度，UWB具有以下可贵的特性：p占用频带极宽，达47.5GHz，而移动通信不过几百kHz几十MHz；p传输速率高，有望达到千兆bit/s的速率；p空间容量大，可达1Mbit/s/m2，相比之下，802.11b仅为1kbit/s/m2 ；蓝牙仅为30kbit/s/m2 ；p穿透能力强，极宽的带宽有助于微波信号的穿透；p抗干扰性能好，因为信号的频谱类似白噪声，对其他类

21、型的无线通信来说，容易滤除，又由于有极宽的带宽，也不易受其他信号的干扰。2.3.1 近距离通信与网络技术近距离通信与网络技术2.3.2 无线网络无线网络Wi-FiWi-MAXMBWA3G/B3G标准组织IEEE 802.11IEEE 802.16IEEE 802.203GPP，3GPP2多址方式CCK，OFDMOFDM，OFDMAFLASH-OFDM，FHCDMA工作频段2.4GHz（免许可）211GHz（部分免许可）70 Mb/s3 Mb/s，16 Mb/s2 Mb/s，14 Mb/s覆盖范围微蜂窝（300m）宏蜂窝（50km）宏蜂窝（30km）宏蜂窝（5MHz1.25MHz1.255MHz

22、移动性步行120km/h（802.16e）250km/h高速移动频带利用率2.7 bs-1/Hz3.75 bs-1/Hz1.6 bs-1/HzQoS支持不支持支持支持支持终端PC卡PC卡、智能信息设施手机、PDA、PC卡业务语音、数据语音、数据、视频数据、IP语音语音、数据无线通信技术（Wi-Fi、Wi-MAX、MBWA和3G/B3G）3G无线通信技术是无线网络的一种，但是作为无线网络技术，它随着通信网络和技术的不断发展，3G技术环境下电信增值业务进入了高速发展，业务范围持续扩大，经营主体趋向多元，经营模式日益创新的新阶段。2.3.3 3G无线通信无线通信p IPv6是Internet Pro

23、tocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。2.3.4 全全IP方式（方式（IPv6）物联网智能技术是智能物流的核心技术，通过智能技术才能实现物流的可视化、智能化。物联网感知识别技术和物联网通信与网络技术最终体现都是智能技术对于实时采集数据的分析和处理，可以说没有智能技术，智能物流将不能称之为智能物流。2.4 物

24、联网智能技术物联网智能技术云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。2.4.1 云计算云计算云计算云计算可以认为包括以下几个层次的服务：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。2.4.1 云计算云计算2.4.2 智能分析与控制技术智能分析与控制技术智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、先进的人-机交互技术、智能控制技术与系统等。物联网的实质性含义是要给物体赋予智能，以实现人与物的交互对话，甚至实现物体与物体之间的交互对话。为了实现这样的智能性，需要智能化的控制技术与系统。例如，怎样控制智能服务机器人完成既定任务，包括运动轨迹控制、准确的定位及目标跟踪等。p 智能控制的