物联网大作业

《物联网应用于实践》

课程报告

物联网技术在智能物流中的应用

学年学期：2015年春季学期

专业:电子信息科学与技术

学号:

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学生姓名:

指导教师：

摘要

摘要：

物联网的定义是：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

文章介绍了物联网及智能物流系统，重点说明智能物流系统的设计，并依据此系统重点模块，分析其应用状况及作用领域，以服务于同行研究。从探讨物联网技术的体系架构入手，在物联网背景下提出了智能物流系统的概念，构建了智能物流系统的架构，将智能物流系统划分为仓储管理子系统、运输管理子系统、物流管理子系统，并对各子系统的支撑技术和模块结构进行了研究和分析。

关键词：物联网；智能物流；射频技术；无线传感器网络。

一、引言 (4)

二、基于物联网技术的智能物流系统 (5)

2.1 智能物流系统的概念和内涵 (5)

2.2 智能物流系统的架构设计 (7)

2.2.1 仓储管理子系统 (7)

2.2.2 运输管理子系统 (8)

2.2.3 物流管理子系统 (9)

三、物联网技术的引入 (9)

3.1、在智能物流监管系统中运用的物联网关键技术。 (11)

3.2、各类技术的应用。 (11)

四、物联网系统的基本组成 (12)

4.1 物联网硬件平台组成 (12)

4.2 物联网软件平台组成 (13)

五、智能物流系统的设计 (15)

5.1、设计需求 (15)

5.2、结构设计 (15)

5.2.1 设计所具备的的功能 (15)

5.2.2 系统架构设计 (16)

六、物联网在智能物流中的应用 (18)

6.1 智能交通管理 (18)

6.2 智能仓储物流管理系统 (19)

6.3 智能冷链物流管理 (20)

6.4 智能集装箱运输管理 (20)

6.5 智能危险品物流管理 (21)

6.6 智能电子商务物流 (22)

一、引言

20世纪90年代初，美国麻省理工的学者首次提出物联网的基本概念，但在相当长的一个时期，物联网的概念还只是在技术界受到关注。在2009 年，欧盟执委会发表了《Internet of Tings—an action plan forEurope》，描述了物联网的发展前景，在世界范围内首次系统的提出了物联网发展和管理设想。此后物联网得到了各国政府和企业的极大关注，被称为继计算机、互联网之后世界信息业发展的第三次浪潮。那么何谓物联网?物联网，“TheInternet ofThings”，是以互联网为基础，以激光扫描器、红外感应器、射频识别 RFID（radio frequency identification）、全球定位系统等信息传感设备为媒介，在人与物、物与物之间进行智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理，实现高效的信息交换与通讯[1]。物联网的价值在于实现了人与物、物与物之间的沟通，物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。因此，物联网由感知层、网络层、应用层三个部分组成。感知层是物联网技术的“五官和皮肤”——识别物体，采集信息。即利用二维码标签RFID、传感器、摄像头等，及时对物体进行信息的采集和获取，包括用户位置、环境、气候、状态等，实现物的识别。感知层是物联网发展和应用的基础，解决的是物理空间和信息空间的融合问题，具有十分重要的

作用。基于物联网技术的智能物流系统的研究网络层是物联网技术的“神经中枢和大脑”———信息的传递和处理。在现有互联网和移动通信网的基础上，通过各种接入设备与网络、业务、运营管理的融合，实现感知层数据和控制信息的双向传递和控制，进行高可靠性、高安全性的交互和共享。应用层是物联网技术发展的根本目。应用层的主要功能利用M2M、云计算、模糊识别等技术，对海量的数据和信进行分析并处理，实现智能化的管理、应用和服务。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，旨在完成跨行业、跨应用、跨系统的信息协同、共享和互通。2010 年，传感（物联）网技术产业联盟在中国正式成立。同时，工信部也宣布将成立一个全国推进物联网的部际领导调小组。紧接着，上海物联网中心正式成立，更为重要的是，在《2010 年政府工作报告》中，温家宝总理明确提出：“加快物联网的研发应用，加大对战略性新兴产业的投入和政府政策支持”。

二、基于物联网技术的智能物流系统

2.1 智能物流系统的概念和内涵

目前，没有精确和统一物联网的定义。关于物联网（The

Internet of Things）的比较准确的定义是：物联网通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别系统 RFID、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维条码、全球定位系统，按照约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的主要特征是每一种物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信【1】。物联网是物流业关注的热点问题，国家发改委《物联网发展规划》课题将物联网在物流领域的应用定位为目标之一，叫“智能物流”，所以智能物流是物联网的一个重要应用[2]。智能物流就是物流的智能化，它是在现代物流的基础上，综合运用物联网、计算机、自动控制和智能决策等技术，由自动化设备和信息化系统独立完成物流作业环节，实现可靠、经济、高效、环境友好的发展目标。可以说智能物流是在物联网、云计算、机器人、信息系统等先进技术的支持下发展起来的产业，同时也是这些高端技术的重要应用。智能物流系统是基于物联网技术的深化应用，综合运用信息技术、自动化技术、现代物流技术、人工智能技术等，智能化的完成运输、仓储、配送、装卸等多项作业环节，将物流信息、物流活动、物流资源以及物流规范有机集成并优化运行，实现强化流动监控、降低物流成本、提升物流效率的发展目标。

2.2 智能物流系统的架构设计

基于物联网技术的智能物流系统是传统物流系统的更新换代，系统功能主要体现在以下几个方面：（1）实现对仓储环节的出入库管理、盘点管理、调拨、监控报警等功能，并能够支持合作企业间的信息系统兼容；（2）实现对配路径的规划和实时监控，包括车辆货物查询、车辆实时跟踪等；（3）实现对采集信息的管理，包括订单处理、订购计划、运力匹配、货物查询等。故智能物流系统由仓储管理子系统、运输管理子系统、物流管理子系统所组成。

2.2.1 仓储管理子系统

仓储管理子系统主要利用 RFID 技术、传感器技术、监控技术、网络技术等，将货物的信息发布到物联网中，使得在整个物联网范围内，实现对货物信息、货物订购、货物流通进行远程操作与监控。具体如下：（1）入库管理：利用 RFID 技术、条码技术、无线通信技术，快速收集货物的数量、存储要求等信息，并将信息传送至数据中心。数据中心自动对货物进行库位分配、路线规划，再将分配信息发送到智能叉车命令工作。工作中保持对货物进行跟踪和定位，以确保入库分配的准确性。入库完毕，回传相应数据至物流管理子系统，更新库存数据。（2）在库管理：综合应用无线传感器网络 WSN、RFID 技术、监控技术，实现对在库货物的日常保管

和养护。通过 RFID 技术实现货位识别、数量校验。通过无线传感器网络感知、采集仓库环境数据，包括仓库温度、湿度，将仓库物理信息及时上传到物流管理子系统。（3）出库管理：仓库方和客户端建立网络互联，提前获得订单信息，自动生成出库单。管理系统按照优先级顺序，查询货物的信息和仓位，再向智能叉车发出调度命令，完成货物的调配出库。在这过程中，无线传感器网络、RFID 将及时反馈货物信息至物流管理子系统，以保障每个环节的操作准确无误。

2.2.2 运输管理子系统

运输管理子系统涵盖了 ITS（Intelligent Logistics System）、EC（Electronic Commerce）和物流三方面的内容，涉及到 GPS （global position system）、GSM（group special mobile）、GPRS （General Packet RadioService）、监控等相关技术。GPS 技术能够在卫星覆盖范围内，对在途货物进行定位，在卫星盲区，如地下停车场、高架桥、高楼密集区等可以采用基于 RFID技术的定位，并结合 GSM 技术，以语音或短消息的形式，与物流管理子系统进行双向无线通信，动态反馈在途货物的运输路线数据、车辆数据和行驶数据等，有助于物流管理子系统监控与调配。

2.2.3 物流管理子系统

物流管理子系统主要包含决策支持模块、信息管理模块和调度优化模块。（1）决策支持模块旨在解决物流决策问题，如库存决策、采购决策、配送决策等，充分运用商务智能、人工智能和计算智能等方面的理论和方法，建立数学模型和求解模型，提供最佳的物流实施方案。（2）信息管理模块的主要作用是电子商务、信息管理和发布。电子商务要提供网上报价、网上下单、网上交易等服务；信息管理主要完成各终端采集信息的收集、处理和实时监控；信息发布主要是通过计算机网络对外对内提供物流信息服务。（3）调度优化模块由 SMSP、服务器、SQL Server数据库和 GIS 等组成，通过遥感技术和遗传算法实现最优配送路径的规划，也可以对在途货物进行实时动态跟踪和监控。

三、物联网技术的引入

RFID 是一种非接触式的自动识别技术。它通过无线电讯号，自动识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。一般 RFID 系统由电子标签、天线、读写器、信息处理系统组成。当带有 RFID

电子标签的物品通过特定的信息读写器时，接收读写器发出的射频信号，标签被读写器激活，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；并通过无线电波将标签中携带的信息传送到读写器以及信息处理系统，完成信息的自动采集工。RFID 技术在仓储管理子系统发挥重要的作用。RFID 阅读器有手持式和安装式两种。手持式 RFID阅读器的应用结合手持式终端设备，灵活应对各种零散的物品；安装式阅读器则主要安装在固定货架、进出通道和智能叉车上，便于货物的自动识别和跟踪校验。RFID 在使用过程中，还需要与 WSN、读写器等设备相配合，并且要架设在有无线网络的范围之内，保证作业数据的实时传输。无线传感器网络（ Wireless Sensor Network，WSN），是由部署在监测区域内的大量静止或移动的微型传感器组成，通过以自组织和多跳的方式构成无线网络，协作的感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。它是由传感器节点、汇聚节点（sink 节点）、互联网和用户终端等部分组成。在该系统中，WSN 节点散步在仓库中的指定区域。一方面，利用传感器节点实时感知、采集和处理节点周围的物理或环境条件，如温度、湿度、压力等。另一方面，与 RFID 模块相结合互补，形成自组织的无线传感器网络，并利用 Zig Bee 协议进行数据传输。即通过 RFID 技术读取货物信息后，

经 WSN 节点把信息进行量化，形成数据并发送，由物流管理

子系统分析并作出调度指令。从上述智能物流监管系统概述

中可以了解到目前不少学者已经或多或少地将物联网技术运

用到物流系统中去。那么物联网技术有哪些关键技术及在智

能物流监管系统中具体应用如何,以下从这两方面内容展开

3.1、在智能物流监管系统中运用的物联网关键技术。

物联网是多种软硬件技术在物流系统中的集成应用,其关键技术包含无线射频识别技术、红外感应、全球定位、通信技术、网络控制、信息安全等技术等。而在药品、危险品、冷链等特殊商品物流这类监管技术相对落后且具有其特殊温度、时间等要素要求特点下无线射频技术、网络控制技术、全球定位、数据通信技术等在监管系统中应用较多。

3.2、各类技术的应用。

无线射频技术通过电子标签发送设备发送无线电信号并由相应的接收器接受通过读卡器及应用软件解析相应的信号,这样就可以获得携带标签的货物信息。无线射频识别技术(RFIO)作为货物身份识别的关键技术已经在物流运输、仓储等多个环节普遍应用。一些学者直接将RFIO通过数据通信技术接入互联网,与各个终端相连构建模型同时引入全球定位系统获取货物的地理位置油此通过物联网技术可以使远程终端可以获得货物的状态、属

性及地理位置等重要信息方便做货物管理、路径规划、动态仓储管理、货物配送等指导。但是这存在一个问题批量化的货物运输带来的是大量的货物信息动态的状态、位置及路径、仓储信息通过互联网传输数据容易造成网络堵塞对监管系统的可扩展性提出难题在物流监管系统中,各个组成部分均通过一个共同的网络进行信息传输与共享,各个部分信息传输与设备控制被称为网络控制技术网络控制技术可以将多个零散的系统连接成一个虚拟的大系统,灵活配置各系统中的资源一些研究提出了在有限网络带宽的前提下运用网络控制技术开发动态资源分配算法构造网络模型这对物流智能物流监管系统面临的问题的解决有一定的帮助。

四、物联网系统的基本组成

从不同的角度看物联网会有多种类型，不同类型的物联网，其软硬件平台组成也会有所不同。从其系统组成来看，可以把它分为软件平台和硬件平台两大系统。

4.1 物联网硬件平台组成

物联网是以数据为中心的面向应用的网络，主要完成信息感知、数据处理、数据回传，以及决策支持等功能，其硬件平台可

由传感网、核心承载网和信息服务系统等几个大的部分组成。传感网包括感知节点（数据采集、控制）和末稍网络（汇聚节点、接入网关等）；核心承载网为物联网业务的基础通信网络；信息服务系统硬件设施主要负责信息的处理和决策支持。(1) 感知节点。感知节点主要是由声音传感器、温度传感器、压力传感器、振动传感器、二维码识读器、RFID 读写器等由各种类型的数据采集模块组成，完成物联网应用的初始数据采集和设备控制等功能。(2) 末稍网络。末稍网络即接入网络，包括汇聚节点、接入网关等，完成应用末稍感节点的组网控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送数据的转发等功能。(3) 核心承载网。核心承载网可以有很多种，主要承担信息服务系统与接入网之间的数据通信任务。根据具体应用需要，承载网可以是公共通信网，如 2G、3G、4G 移动通信网，Wi Fi，Wi MAX，互联网，以及企业专用网，甚至是新建的专用于物联网的通信网。(4) 信息服务系统。物联网信息服务系统主要由各种应用服务器（包括数据库服务器）等硬件设施组成，还包括用户设备（如 PC、手机）、客户端等，主要用于对采集数据的融合、汇聚、转换、分析、对用户呈现的适配以及事件的触发等。

4.2 物联网软件平台组成

物联网的软件平台是物联网的神经系统。不同类型的物联网，其软件系统平台也不相同，一般来说，物联网软件平台建

立在分层的通信协议体系之上，通常包括数据感知系统软件、中间件系统软件、操作系统（包括嵌入式系统）以及物联网管理和信息中心的管理信息系统等。(1) 数据感知统软件。数据感知系统软件主要完成物品的 EPC 码采集和处理及物品的识别，主要由企业生产的物品、物品电子标签、读写器、控制器、传感器、物品代码（EPC）等部分组成。(2) 物联网中间件系统软件。中件是位于数据感知设施（读写器）和后台应用管理软件之间的一种应用软件，中间件为物联网应用提供一系列计算和数据处理功能，主要任务是对感知系统采集的数据进行捕获、过滤、汇聚、计算、解调、数据校对、任务管理、数据传送和数据存储。

(3) 网络操作系统。物联网通过互联网实现物理世界中的任何物品的互联，物联网中的每个物品都成为附有动态信息的“智能产品”，并能促使物品的物流与信息流同步，从而达成一个快捷、高效的网络通信及云计算的物品信息共享平台。(4) 物联网信息管理系统。跟互联网的网络管理类似，物联网也是要管理的。物联网管理机构（包括企业物联网信息管理中心、国家物联网信息管理中心以及国际物联网信息管理中心）的信息管理系统软件。

五、智能物流系统的设计

5.1、设计需求

客户的需求是智能物流系统设计的出发点，这也是实现物流提供商利益的最大保证。在信息化时代下，客户的需求呈现多样化、个性化、实时化特征，因此，智能物流系统必须做到：（1）实时追踪客户信息，及时了解市场环境，确定客户需求走向及变化，为客户提供实时、实效的服务。（2）整合物流业务功能，支持各种增值服务及综合物流服务，向客户提供最全面、最完整的信息资源。同时，根据客户需求，配置个性化、一对一的服务。（3）加强与其它物流企业的联系，建立开放、共享的网络平台，强化网络的综合服务功能，实现信息的整合与资源共享。（4）加强企业内部财务管理，整合财务信息，确保财务信息真实、有效，实现财务管理及企业经济发展目标。

5.2、结构设计

5.2.1 设计所具备的的功能

智能物流系统涉及到物流各个环节，设计时必须对各环节进行控制与管理，以保证每个环节运行良好，提升物流企业的效益。（1）管理订单。订单管理质量直接影响物流作业效益。智能物流系统根据市场变化，将订单分为手工及电子订单，将手工订单以标准格式录入到订单界面，以 EDI、E-mail 等技术完成电子

订单输入。（2）全过程追踪。物流环节众多，在接受订单时就要展开全过程、可视化追踪，以保证车辆调度，确认拣货、发货、结算。（3）业务管理。智能物流系统可建立整套可配置的作业流程管理体系，物流人员可依据订单、产品到达时间、发送方向等确定订单执行情况、所流经的部门，进而选择执行方案。（4）财务管理。财务管理中首先要完成财务信息收集，此时必须要求相关部门严格按照财务管理制度上报账目；其次，加强运输费用管理，按照一定收费标准核定运输过程中的运输费用率，以确定运输费用信息。最后，设置用户权限，维护费率，以管理、控制物流企业的服务价格。财务管理过程中，应嵌入企业的 ERP 系统，做好部门间的联系，以最终实现财务管理的目标。（5）物流决策。智能物流系统在收集库存量、运输车辆信息、未完成的调度清单、运输产品、质损订单等信息后，对这些信息进行分级处理，从而为决策者提供详尽、准确的信息服务。（6）信息管理。物流信息的安全性影响着物流业的发展。智能物流系统可利用用户权限管理方式，保护信息的安全性。同时，必须强化责权统一制度的落实，提升技术维护力度，落实业务主管所负责的信息数据等，以提升信息真实性、安全性。

5.2.2 系统架构设计

智能物流系统包括仓储管理、运输管理及物流管理三个子系统，且每一系统中均含有 GIS、GPS、RFID、无线通信技术。仓

储管理子系统：（1）入库管理。在收集货物品种、数量、存储等相关信息时充分利用无线通信、条码及 RFID 技术，以保证信息收集快速有效，将信息及时传至数据中心。数据中心通过自动规划货物路线、分配库位后，将分配信息发送至智能叉车命令工作。全过程需对货物进行可视跟踪，入库完毕后，回传相应信息数据到物流管理子系统，实现数据库更新。（2）在库管理。运用无线传感器网络、监控技术采集仓库的温度、湿度信息，并将这些信息上传至物流管理子系统；运用RFID 技术、监控技术识别货位校验货物数量。（3）出库管理。仓库方在与客户端建立网络互连的情况下，利用无线传感器网络、REID 技术获取订单信息后，自动生成出库单；管理系统以优先级顺序，查询货物信息，将调度命令发送至智能叉车，完成调配。运输管理子系统：智能物流系统以射频、无线传感器网络获取货物信息后，将所获息经无线传感器网络传输至控制中心，中心数据库结合 GIS、EM 信息，以最优路径计算方法，算出所经最优路径，将计算结果传输至GPS，司机获取信息后按照最优路径送货。运输管理子系统包括地理信息子系统。和电子地图子系统。电子地图设计必须重视道路网络设计，根据车辆线路优化系统实际需求，确定道路网络设计；PSO 算法是多目标配送最优路径计算方法之一。由于配送中心货物配送中运输目标、路径、商品品种众多，需要对多种问题进行分析，而 PSO是一种基于群体智能理论的全局搜索策略，涉及到运输过程中各方面的问题，且其使用的速度-位移模型便

于操作，可实现动态目标优化；同时，PSO 算法是一种高效的搜索算法，其对物流路径中的各种问题进行分析后，建立相应的调度模型，根据模型提供最优化的算法，并对编程进行仿真分析，进而改进算法实验，对计算结果进行分析处理，得出最优方案。（3）运输路径车辆调度子系统。结合现有的 GPS 系统，对车辆行驶路径进行监控，记录车辆轨迹，监控人员可选择地图上的任一车辆，结合最优路径，调度车辆。物流管理子系统：（1）决策支持模块。充分运用人工智能、计算机智能及商务智能等理论与方法，建立数据模型、求解模型，提供最优物流实施方案，以有效解决物流决策中可能遇到的库存决策、包装决策、配送决策等各种问题，保证物流正常运行。（2）信息管理模块。运用电子商务实现网上报价、下单等服务，通过信息管理系统强化信息的收集、分析、整理（3）调度优化模块。此模块与运输管理子系统关系密切，通过利用SMSP、GIS、SQL Server 等实现最优路径的规划，并对途中货物展开全过程、实时跟踪。

六、物联网在智能物流中的应用

6.1 智能交通管理

为了减少交通拥堵，我们必须利用智慧的道路掌握实时交通

信息，但我们对货物、商品、行人和车辆在市内的具体移动状况仍然不了解。因此，获取数据是重要的第一步，通过在路边随处安置的传感器来获取实时的路况信息，并据此调整路线，帮助我们监控和控制交通流量，从而避免拥堵。未来，我们将能建成智能化的高速公路，利用车辆与网络相连，通过指引车辆更改路线或优化行程来改善交通状况，提高交通效率。同时在道路收费时，可以通过利用路边的激光、照相机和RFID 等的先进技术来无缝地检测、标识车辆并自动收取费用。

6.2 智能仓储物流管理系统

智能仓储物流管理系统是利用电子产品代码 EPC 技术和无线传感器网络 WSN 技术进行整合，在 EPC 系统中，RFID 技术可以与 WSN 相结合互补,或者集成传感器技术，在利用移动式或固定的阅读器读取货物 RFID 标签信息的同时，阅读器也可以作为 WSN 的节点，把收集到的信息发送给数据管理中心，最后经过管理中心系统对数据进行分析后发出调度指令。车载阅读器读取电子标签中物品信息，同时可作为 WSN 的中心节点接收环境检测数据，实现特定目标监控、环境数据监控和仓储应用管理，通过 WSN 技术和基于 RFID 技术的 EPC 系统的有效结合，使整个仓储物流管理系统向真正的智能化方向发展。

6.3 智能冷链物流管理

冷链物流管理在食品、药品的生产运输过程中有着非常广泛的应用，我国政府相继出台了相关的食品安全监管法律法规来规范冷链供应链的管理。而现阶段我国冷链管理的主要症结是：大都人工测量和纸面记录，无统一数据系统支持，实时性差、监管脱节，取证困难、无法确定责任等。而在智能冷链物流管理中，冷库中装有 RFID 读取器，通过有 RFID 感温标签的货物，能定时通过库中的感温装置采集储环境的温湿度，采集的频率可以调节。读取器的数据通过有线或者无线网络传输，通过RFID 中间件服务器对输入数据进行过滤、整理，并向后台管理系统输送数据。而在运输时，当物品被转移入冷藏车后，包装上的感温标签同样定时采集车中的储藏温湿度，车内安装有同车载 GPS 相联的 RFID 读取装置，定时读取的数据通过 GPS 卫星传输到中间件服务器中。企业及用户可以通过各种终端，如PC、手机PAD 等多种方式进行管理、分析和指令下达等作业。

6.4 智能集装箱运输管理

在集装箱运输中，采用物联网技术对运输集装箱进行智能的识别和跟踪，利用物联网的 RFID技术和互联网技术，

可以实现运输与堆存状态下集装箱的自动识别、信息的互联的智能管理。一方面，利用集装箱智能管理系统可以动态记录集装