關於物聯網技術下物流智能倉儲系統構架及功能說明

物聯網超越了互聯網形成了人與物之間、物與物之間更加全面的互聯和互通。隨着信息化技術的發展，將物聯網技術應用到現代物流業中支持國內商業發展的重要性越發凸顯[1]。

電子商務飛速發展所代表的中國新經濟，急待構建更大規模、更高效率、更完善的智能型網絡、更優質服務的社會化智能物流基礎設施。2013 年的馬雲退而不休，中國智能物流網絡（China Smart Logistic Network，簡稱 CSN）成爲阿里巴巴龐大商業帝國的下一核心。中國智能骨幹網 CSN 體系，將通過自營及合作等多種模式，形成在全國範圍內基於八個核心智能倉儲中心的開放、共享、社會化智能倉儲設施網絡實現 24 小時送貨必達。

　　一、物流智能倉儲系統中的物聯網技術基礎

　　（一）RFID 技術

RFID 是一種自動化的識別技術，首先它利用了射頻信號通過交變磁場或電磁場實現穿過物品的外包裝與標籤間進行非接觸式的雙向通信，明顯優於以激光方式被動讀取信息的傳統條形碼識別技術;其次，RFID 識別的是非常具體的單個物品，不像條形碼只能識別一類物品，RFID 最大化滿足了對物品識別的精確性要求，給每件物品上了"二代身份證";此外，RFID還具有耐高溫、防水、防磁，使用時間長可反覆使用、能加密數據、讀取範圍廣等特點。RFID技術這些顯着的優勢，被普遍認爲在不遠的將來會最終取代現在還廣泛應用的條形碼，成爲實現物品自動化識別的最有效手段。DHL 和 UPS 這些跨國專業物流公司都已在其物流中心用RFID 技術取代了條形碼掃描，在其包裹的分揀和定位中使用該自動識別技術。

RFID 技術在現代物流業中應用的優勢在於能在很大程度上降低了物流操作員用來檢測物資信息的人工成本，並減少了物流管理中信息採集的錯誤率問題。RFID 技術的集成應用將會實現供應鏈環節中許多需要人工操作的單元實現自動化作業。在物資中轉的物流倉儲環節中利用 RFID 技術能夠實時準確瞭解商品的庫存信息，實現自動化的存貨、取貨操作，完成準時出貨（Just—in—time product shipment）;在物流運輸環節中利用 RFID 和 GPS 的集成實現貨物的實時跟蹤，特別針對有時限、溫度、防震等特殊要求的物品貼上 RFID 標籤，在倉儲及運輸過程中監測時間、溫度、震動等其他參數保證物資完好;在商品銷售端使用 RFID 標籤直接跟蹤產品的銷售業績，及時統計各種商品的需求量，爲進一步指導生產提供更全面及時的產品銷售數據記錄和分析，提高產品快速適應市場的能力;物品貼上 RFID 標籤可以實現產品流通中的溯源，保證產品的安全性特別是能夠實現食品、藥品這些關係民生重要物資的安全性問題。

RFID 閱讀器主要負責的是與電子標籤的無線雙向通信，將讀取的標籤信息傳到計算機數據中心，且接收來自數據中心的控制指令進行相應控制和管理。電子標籤與閱讀器之間數據傳輸的發射和接收還需要天線，電子標籤的天線與閱讀器的`天線有差別，天線的形狀和相對位置及系統功率會影響數據的現場傳輸效果。RFID 技術在物流智能倉儲中應用的原理如圖 1所示：

　　（二）無線傳感技術

WSN 無線傳感器網絡技術能夠實時採集、監測、感知物理環境中的各種傳感器的數據信息並將數據傳輸到中心服務器處理以獲得更全面的融合後的信息。流行的無線網絡技術有：

WiFi、藍牙、紅外和 ZigBee 技術來實現網內的動態數據交換。其中 WiFi 是無線寬帶網絡範疇的，其定位目標是取代網絡中的有線設備的，但缺點在一旦接入點 AP（Access Point）失效，整個網絡將無法工作[2]。藍牙、紅外還有 ZigBee 技術是無線低速網絡範疇的協議，是爲了適應物聯網中能力較低節點的低速率、低功耗、低通信半徑、低運算能力的節點採用的通信協議，具體特點及差異見表 1。802。15。4/ ZigBee 是近年來興起的介於藍牙（BlueTooth）和紅外技術的近距離無線連接的組網技術，是一種簡單、低速、功耗低、質優價廉的最爲着名的無線網絡技術標準。基於 Zigbee 協議的無線傳感器網絡應用在智能化樓宇、庫房倉儲自動化等現實案例中的數據傳輸，組網簡單、操作可靠、能方便嵌入到各種設備節點上，價格便宜等優點。根據物流倉儲智能化具體要求採用 ZigBee 技術的無線組網形式最適合倉儲環境所需。綜合表內特點分析物流倉儲智能化建設中採用 ZigBee 協議組網簡單，靈活，實現成本低，擴展維護費用低。ZigBee組網中所有節點是獨立工作的，其中某節點若出現故障，能通過另外的節點來傳輸數據，並可任意地將新的 RFID 閱讀器擴展到該網絡中[3]。

　　二、智能物流網絡中智能倉儲環節建設方向

　　（一）倉儲物資數據信息的可視化智能建設方向

在物流活動的整體流程中，倉庫是物資從源頭到目的地順利流通的中轉站。小、微物流企業信息化程度普遍較低特別在倉儲環節中基本都還依賴於人工對物資出、入庫進行信息採集的工作，倉儲物資的庫存信息無法實現可視化的網絡查詢，更談不上對倉儲物資進行有效地組織物流活動、最優化庫存配置來提高效率，降低成本等智能行爲。在智能型的倉儲單元中，不僅僅是實現自動採集物資信息，還要與網絡相連，隨時把採集後的倉儲物資信息通過網絡傳輸到數據中心，進行實時可視化的數據調整和指揮。具備自動感知、能自適應並與外界平滑交互的智能化倉儲單元是提高物流整體操作智能化的關鍵環節。

　　（二）由傳統的"人找貨"升級爲"貨找人"的高效智能倉儲模式

在目前，物流產業鏈中的倉儲單元依賴於人工?集物資信息下的"人找貨"模式，不僅效率低下，而且出錯頻繁貨物損耗大。在國家提倡提高國民工資水平背景下，加之通貨膨漲，現在的勞動力成本在物流產業張，據統計所佔比重已經上升到 30%左右，勞動力成本的急劇增大已經成爲物流業迅速發展的瓶頸。

非接觸式的 RFID 識別技術實現數據的自動採集，該識別技術，有助於加強物流企業中的倉儲環節的信息化程度，提高物資出、入庫及物資查詢、盤點的工作效率。將 RFID 芯片嵌入叉車托盤或者直接貼在貨物上，作爲物聯網的終端節點，實現對倉儲物資的自動識別、追蹤、管理構成物聯網框架下的智能型物流倉儲單元[4]。另外，使用 RFID 技術的手持終端可以同時對多個目標進行較遠距離的掃描讀取物資信息，而傳統條形碼只能逐個貨物進行人工近距離讀取，效率太低。

　　（三）物流智能倉儲單元中的無線組網方式

通常的物流管理信息系統，採用的是內部局域網技術，並預留下與外網、無線網擴展的接口。在以物資倉儲爲對象的物流信息系統局域網中，較常採用現場總線技術、無線網技術等網絡技術實現庫區的組網建設。在物資倉儲這種需要高度防火措施的環境下，採用無線局域網的組網形式會比現場總線的明線組網形式更加安全可靠。

在無線網的網絡技術下將自動採集來的物資信息發送到服務器的數據中心中進行數據分析後進一步得到物資庫存的最優化配置，有效的組織指導物流活動，目的在於增加物流企業利益的同時提高物流企業的核心競爭力[5]。

　　三、物聯網技術下物流智能倉儲系統構架及功能說明

設計基於物聯網技術的並具備推廣意義的物流倉儲智能化解決方案的基本構架圖如圖2所示。首先，將 RFID 電子標籤嵌入到倉儲的物資中;在 RFID 閱讀器幫助下讀取物資信息，進行物資的自動識別工作;各種傳感器設備的數據信息採集後，選取基於 802。15。4/ZigBee協議搭建無線網絡將信息發送到服務器的數據中心中;處理後的數據發送至 LCD 可視化終端界面實現倉儲智能指示。經由嵌入式網關將無線網卡、GPRS 通信模塊相連實現用戶與智能倉儲中心間信息交互的的移動訪問，攝像頭、可視化端在嵌入式網關的接口下實現倉儲中心的安防、監控及可視化指示功能。

　　（一）自動化出入庫和盤點功能說明

在出、入庫管理中使用適合短距離信息識別，運用無線電波進行操作和通信的被動式RFID標籤來自動化採集貨物信息，並確定入庫後的貨物的實際存儲位置。具體的入庫工作流程：

1。 供應商首先把商品信息傳送至智能倉儲管理系統中;2。貨物放在托盤上，RFID 天線讀取貨物數據;3。將讀到的數據與數據庫進行比較，無誤差或誤差在一定範圍內則將入庫信息轉換成庫存信息，若出現錯誤則出現錯誤提示，工作人員將另行處理。

在出庫管理中使用 RFID 技術可以有效提高貨物的出庫效率和裝載的準確性，能有效解決下面的三個問題：

1。自動揀貨，實現"貨找人"提高貨物的分揀效率;2。正確實現出庫物資的信息採集;3。準確無誤的保證貨物裝載到正確的配送的運輸車輛上。在倉庫管理系統（WMS）中將物資狀態轉換成待出庫狀態後，RFID 閱讀器自動會收取物資信息，並在系統服務器中優化出揀貨路線直接將最優的揀貨線圖傳輸給工作人員實現待出庫物資的"貨找人"。分揀完畢物資出庫時，通過出庫口通道處的 RFID 閱讀器，RFID 標籤上的貨物信息轉入 WMS 系統並與訂單比較無誤後順利出庫，相應的庫存量減少;若出現錯誤則由 WMS 輸出錯誤提示，提醒工作人員禁止問題物資出庫[6]。使用 RFID 技術，智能倉儲中心的員工接到盤點指令後，攜帶閱讀器進入庫區依次遍歷全部貨物信息同時將所有物資信息通過無線網絡傳送給主控服務器;盤點動作完成後，主控系統將記錄執行此次盤點任務的手持設備已經離開庫區，將發送過來的全部貨品信息與主控計算機上的全部貨品內容進行比對，並將結果告知管理人員，大大提高了貨物倉儲的盤點效率。

特別是需要特殊倉儲環境的物資，在 RFID 標籤幫助下可以對需冷藏或保溫、保鮮的物資、危險品等物資在各種傳感器裝備下的倉儲環境進行可視化監控，實現無障礙溝通，實現批次、貨位、和溫度管理的完美結合，大大降低了倉儲物流成本，及提高了物流倉儲的安全性、可靠性及客戶的滿意度水平。RFID 技術實現了智能倉儲中物資電子數據的自動化讀取和導入，及單據流、工作流、貨物流的三合爲一的無縫全程可視化監管。

　　（二）可視化指示功能說明

在物流倉儲智能化的系統應用中，選擇液晶模塊將最終處理得到的智能型數據顯示出來，方便指導一線的物流操作人員進行實時操作，例如，在貨物分揀時主控計算機傳來的最優揀貨路徑就可以通過系統所選用的點陣 LCD 液晶顯示模塊，來顯示貨物所在位置的最優路徑數據信息。智能倉儲中心中根據不同 LCD 屏幕的背光強度，LCD 液晶模塊消耗的功耗也有所差別。

攝像頭實時捕獲倉儲中心的畫面，而後在 USB 接口將圖像數據傳輸給網關處理。智能倉儲中心的管理員既可以在顯示器上看到倉儲中心物資的畫面，又可以通過 PC 遠程訪問的方式來觀看和控制倉儲中心傳感器數據從而改善倉儲環境。

智能倉儲中心通過檢測距離達 7m，角度爲 100 度的人體紅外感應器模塊，和輔助的攝像頭協作後，該節點模塊採集信息後向主控中心發送信號，同時啓動聲光報警裝置實現了智能倉儲中心的智能安防。

　　（三）遠程訪問與控制功能說明

智能倉儲中心通過嵌入式網關加入 zigbee 協議組建的局域網，管理員可以通過 PC 訪問物聯網數據，通過操作界面遠程控制各傳感器動作，維護系統穩定。GPRS 通信模塊接入到網關中實現手機對智能倉儲中心數據的移動訪問，瞭解物資在倉儲中心的數據信息，並完成各種傳感器參數的設置。

　　參考文獻：

[1]劉雲。 物聯網導論[M]。北京：科學出版社， 2011。

[2]周豔。基於 RFID 的物聯網倉儲實驗系統設計[J]。長江大學學報：自然科學版，2012，9（8）。

[3]吳侃。基於 Zigbee 無線網絡與 RFID 技術的菸草倉庫煙箱管理系統[D]。濟南：山東大學，2012。

[4]黃志雨。物聯網中的智能物流倉儲系統研究[J]。自動化儀表，2011，32（3）。

[5] 孫 欣 。ZigBee 自 組 網 技 術 在 第 三 方 物 流 智 能 倉 儲 中 的 應 用 [J]。 現 代 電 子 技術，2012，35（14）。

[6]丁明躍。物聯網識別技術[M]。北京：中國鐵道出版社， 2012。