物联网技术在智慧物流中的应用研究

1.1 物联网概述

物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网将各种物理设备连接起来，实现设备之间的互联互通和信息共享的技术体系[1]。目前，物联网在智能物流中的应用广泛，感知技术负责采集和感知物流环境中的各种信息。网络技术负责信息传输快速高效，应用层技术负责对数据信息进行分析并作出决策。物联网技术具有全面感知、可靠传输、智能处理等特点，因此，将物联网技术应用到智能物流仓库中可以有效解决物流设备之间、多源物流存储数据之间的信息共享及协同管理问题[2]。

 

1.2 智慧物流概述

2008年，IBM公司在提出“智能地球”概念的基础上，进一步提出了“智慧物流”的概念。2009年12月，中国物流科技学会和华夏物联网也联合提出了“智慧物流”的概念[3]。自此，学术界和企业界开始围绕“智慧物流”展开热烈的讨论和探索。“智慧物流”是指通过智能软硬件、物联网、大数据等智能化技术手段，实现物流在各个环节的精细化、动态化、可视化管理，提高物流系统智能化分析决策和自动化操作执行能力，最终实现提升物流运作效率的现代化物流模式。“智慧物流”的内涵和意义在智能交通、智慧城市以及物联网等国家发展战略中均得到体现。这些战略旨在通过利用先进的信息技术，实现物流运作的智能化和高效化转型升级，从而推动经济发展和社会进步。

 

智慧物流中应用物联网技术，能够实现对物品的实时跟踪和监控，提高物流运作的透明度和效率[4]。同时，借助云计算、大数据、数据孪生、边缘计算、人工智能等智能化技术，智慧物流能够实现对复杂数据的分析和处理，为决策者提供更加准确和及时的信息，从而更好地满足市场需求和客户需求。

 

在未来的发展中，智慧物流将成为推动物流行业创新发展的重要力量。它将以更加智能化、高效化、可靠化的方式，实现物流资源的优化配置和互通共享，降低物流成本，提高物流效率和服务质量。同时，智慧物流也将促进绿色物流的发展，减少能源消耗和环境污染，为可持续发展作出贡献。

 

2 物联网技术在智慧物流中的运用

物联网技术在智慧物流中的应用主要包括以下几个方面。

 

2.1 运输智能化

在传统的货运流程中，运输货物常常会面临许多不确定因素，如路况、天气、车辆信息等。这些不确定因素可能使得货运时间增加，导致无法按时交货，增加运输成本，进而影响企业的持续健康发展。为了解决这些问题，可以利用物联网技术对商品流通的各个环节进行革新升级。通过将货物运输与大数据相融合，增强物流各节点之间的连贯性，降低空载率，提高物流资源的分配效率，提升车辆利用效率。同时，利用定位技术实时监测物流车辆的位置，动态提供最佳路线建议，使运输过程变得更加透明、高效。这样不仅可以有效降低运输过程中的风险，而且还可以提高物流效率，为企业的发展带来更多机会。

 

2.2 仓储智能化

智慧仓储是指利用先进的信息技术和物联网技术对仓储管理体系进行优化和智能化的过程。智能化设备的融入，将有效节省人工成本的投入。利用智能化设备替代传统人员劳动力，在减少人力成本支出的同时，还可以提高仓库运营效率，例如，AGV小车可不间断工作5小时以上，快充20分钟即可继续工作2～3小时，在时效性以及成本投入方面都要优于原有人工仓储模式[5]。

 

在传统物流中，商品分拣环节主要靠拣货员人工操作，不但效率低，还容易出错。随着物流行业的发展，对拣选的要求也在不断提高。为了让整个物流过程更加智能高效，利用软件技术、物联网技术、自动分拣技术、射频识别技术等先进技术，配合AGV（自动导向车）机器人、传送线、拣选机械臂等硬件支持，以仓库管理系统、仓库控制系统、运输管理系统作指挥分配，将实现仓储无人化智能运作模式。通过北斗定位、视频监控等系统技术，实现从订单、分拣、发运到送达终端客户等全流程货物可视化管理。随着库内自动化的推进，仓库拣选员只需站在固定位置等待，拣选机器人便会根据系统指示把货架运到拣选员面前，实现从“人找货”到“货到人”的转变，提高工作效率。

 

2.3 配送动态化

传统的物流管理方式需要消耗大量的人力和时间来处理货物信息，且容易出现错误和延误。随着物联网技术和自动识别技术的发展，手持终端PDA应运而生，而PDA的应用，可实现信息的自动化录入和实时更新，极大地提高了工作效率。物流员工只需在PDA上扫描货物标签信息，系统便可自动获取货物相关信息，并实时记录其位置和状态。这种实时信息识别技术不仅方便了货物追踪，提高了货物安全性，而且还能帮助管理人员实时精确掌握货物的动态，作出更迅速、更准确的决策。

 

PDA集成了扫码枪、打印机、GPS定位等多个功能模块，实现了多功能的一体化。物流员工可以通过PDA扫描客户二维码，自动生成运单，并直接打印出来；在配送过程中，相关人员可以通过GPS定位功能，实时准确定位货物位置，动态安排最优路线，有效避免配送延误。PDA一体化功能的使用，极大地提升了物流配送的精确度和效率。

 

3 基于物联网技术的智慧物流系统体系的构建

3.1 系统体系整体架构

RFID技术、条码技术、通信技术和遥感技术是物联网的四大关键技术。它们的应用使得物联网能够实现物体的自动识别、追踪和管理，以及设备之间的互联互通和数据传输。随着物联网技术的不断革新和发展，其全方位的感知能力、可靠的信息传输能力和智能化的信息处理能力，为物流行业注入了新的活力，推动物流行业向信息化、数字化和智能化方向发展。在我国，常用的智能物流体系是M2M(Machine-to-Machine），本文所构建的智慧物流体系也基于M2M框架进行设计的。

 

3.1.1 感知层设计

在物联网技术的智慧物流系统中，感知层是系统的基础部分，负责采集和感知物流环境中的各种信息。感知层的设计主要包括传感器节点的布置和数据采集方式的选择。

 

传感器节点的布置：根据物流环境的特点，确定传感器节点的布置方案。传感器节点主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、GPS定位传感器、烟雾报警器、图像传感器、加速度传感器等。根据物流环境的不同，合理布置传感器节点可以提高数据采集的准确性和安全性。

 

数据采集方式的选择：根据传感器节点的种类，选择合适的数据采集方式。常见的数据采集方式包括有线采集和无线采集。有线采集可以保证数据传输的稳定性，但受限于布线的长度。无线采集可以提高数据采集的灵活性，但受限于传输距离和信号干扰的影响。根据具体情况，传感器安装在固定位置时可以选用有线采集方式；传感器需要在一定范围内移动时可以采用无线采集方式；传感器跟随货物一起移动时可以采用“有线+无线”的方式采集数据。

 

数据采样频率的设置：根据物流环境的需要，设置合适的数据采样频率。较高的数据采样频率可以提供更加准确的数据，但在一定程度上也会增加能耗。较低的数据采样频率可以降低能耗，但可能会丢失一些重要的数据。

 

通过合理的感知层设计，选择合适的传感器类型、数据采集方式、数据采样频率，可以实现对物流环境的全面感知和数据的准确采集，为后续的数据分析、处理和决策提供可靠的依据和保障。

 

3.1.2 网络层设计

首先，感知层采集的数据需要借助大数据、云计算、边缘计算和人工智能等技术，对感知到的数据进行分析、挖掘和处理，以提取有价值的信息。因此，在网络层的设计中，需要考虑引入数据分析和处理的算法和模型，以实现对大量数据的高效实时处理。

 

其次，在经过数据分析和处理后，网络层需要根据系统的工作目标，生成相应的决策指令。这些决策指令包括货物的运输路径规划、仓储设备的调度安排、物流货物的追踪等。同时，网络层还需要通过通信技术，将生成的决策指令及时下达到执行系统，以实现对物流过程的控制和调度。

 

因此，网络层的设计在智慧物流系统中具有重要的地位。通过构建高效的数据传输通道、引入强大的数据分析和处理技术，以及实现智能决策和指令下达的功能，网络层能够为智慧物流系统的运行提供有力支撑，从而实现物流过程的智能化和优化升级。

 

3.1.3 应用层设计

应用层也是执行层，在实际场景中，所有执行智慧物流系统决策的系统都属于执行层，既包括单体智能设备，又包括物流设备系统，甚至人工操作也可以属于执行机构。智慧物流执行层最主要的设备是智能化的物流技术设备，其自动执行物流大脑的决策与判断。

 

应用层采用目前主流的C/S构架模式，可支持智能手机、PAD、PC、大屏、多媒体查询机、TV等终端适配能力丰富的各种互联网终端，管理服务器终端保证资源合理配给，提高运作效率。

 

3.2 智慧物流功能体系的构建

智慧物流功能体系旨在提升物流行业的效率和智能化水平，把线下操作转移到线上来，利用物联网技术、大数据分析、云计算、边缘计算、人工智能等技术手段实现体系的构建。该功能体系通过GPS定位技术对货物进行精准定位，并为货物贴上特有的标签，确保能够实时掌握货物的动态信息。这些货物信息为后期物流路径规划和物流选址提供了有力的数据支持，从而提高了物流效率，降低了物流成本，增强了整个供应链的透明度和可控性。

 

智慧物流功能体系的主要流程如图1所示，客户或销售员首先通过前台系统提交货物订单，然后该订单信息通过销售系统发送给后台管理系统。后台操作人员将接收到的物流货单发送给各物流企业。收到货单的物流公司便会前往系统指定地点进行收货。在物流公司确认收货后，后台管理系统会自动更新货物信息，并在数据库中留档记录。这个流程实现了智慧物流的自动化管理，提高了物流效率，同时也保证了货物信息的准确性和可追溯性。

 

图1 智慧物流功能体系架构   

 

3.2.1 后台管理系统

后台管理系统是智慧物流功能体系的核心部分，负责对物流信息进行管理、监控和分析，以实现物流运输过程的高效化、智能化管理。

 

后台管理系统通过集成物流信息采集、处理、分析等功能，实时监控物流运输过程中的发货、运输、配送等环节。同时，后台管理系统通过对物流数据进行分析，为管理者提供决策支持，帮助企业降低物流成本、提高物流效率。后台管理系统主要实现以下功能。

 

货物跟踪：通过物流信息采集，后台管理系统可以实时跟踪货物的位置，提供准确的货物追踪服务。

 

订单管理：对物流订单进行管理，包括订单的生成、分配、调度等环节，从而确保订单的及时处理。

 

资源调度：根据物流需求和资源情况进行智能调度，提高资源利用率。

 

数据分析：对物流数据进行分析，包括货物运输时间、成本、效率等指标，从而为企业提供决策支持。

 

报表生成：生成货物运输情况、成本统计、效率评估等各种物流运输报表，方便企业进行数据分析。

 

3.2.2 销售系统

销售系统功能主要包括销售预测、销售订单管理、销售出库和销售分析等。

 

销售预测：根据历史销售数据和市场趋势，进行销售预测，帮助企业制定合理的生产和库存计划。

 

销售订单管理：接收和整合来自各渠道的订单信息，对订单进行实时跟踪，确保订单的及时交付。

 

销售出库：根据订单信息，自动生成出库单，并协调仓库管理人员进行发货，提高出库效率。

 

销售分析：提供详细的数据分析功能，帮助企业了解销售状况，发现市场变化趋势，优化销售策略。

 

3.2.3 前台系统

前台系统以App的形式呈现在客户的手持设备或PC终端上，只需通过互联网连接，用户就能轻松登录该平台。该系统打破了时间和空间的限制，让用户可以随时随地获取物流公司的信息，实时进行在线下单并掌握货物动态。一旦用户成功登录，将能够选择所需的服务，例如，购买服务并下单、查看订单的状态等。收发员在接收货物后，将通过前台系统使用条形码技术上传货物的订单信息，手动或自动地实时更新货物的状态。此外，前台系统还具备订单管理、付款管理、商品查询和统计等功能。

 

4 结语

在智慧物流中应用物联网技术，可以显著提高物流效率，降低物流成本，为客户提供更优质的服务。通过物联网技术，相关人员可以实时监控物流状态、物品溯源，预测物流需求，优化物流路线，以及智能化处理物流信息。尽管物联网技术在智慧物流中的应用取得了显著的成效，但仍面临一些挑战。例如，物联网设备的互操作性、数据安全和隐私保护、以及物联网技术的普及和标准化等问题。为了解决这些问题，相关研究人员仍需继续科研创新，推动物联网技术的持续发展。

 

总的来说，物联网技术在智慧物流中的应用具有巨大潜力。随着技术的进步和政策的推动，相信未来的智慧物流将会更加高效、安全、智能和环保。