智慧物流建设项目基础设施平台设计方案.doc

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1、智慧物流建设项目基础设施平台设计方案1.1.1 感知层设计某某市智慧物流建设项目的感知层（信息采集与汇聚）包含：信息分类编码技术，二维码，RFID，GPS，GIS等底层关键技术以及WSN（无线传感网）等技术。这些关键技术是智慧物流能够实现的基础。本章节重点介绍这些关键技术的工作原理以及在物流领域的应用。图Error! No text of specified style in document.1： 智慧物流感知层技术1.1.1.1 物流信息分类编码物流信息分类编码技术是物流信息化的前提，是其它物流信息技术应用的基础。物流信息分类编码是要对物流活动中需要进行信息采集、存储、交换和共享的物流对象

2、进行编码。物流信息分类与编码遵循以下几个基本原则：系统性原则：物流是一个复杂的大系统，它涉及的领域比较宽广，既有工程性的内容，又涉及经济和管理的内容。只有用系统的观点，从整体出发，才能处理物流各环节分类的重复和不一致。科学性原则：物流信息分类不强求分类与编码的整齐划一，而是根据事物的内在特点和应用中的实际需求，确定适当的分类层次，合理确定各层次中的具体类别。实用性原则：处理复杂系统中各种矛盾冲突的一个最有效的原则就是实用性原则。实效性原则：分类与编码充分考虑业务应用中的便利性。根据物流活动的特性，将物流信息的对象划分为五类：物流对象：是指在整个物流过程中的物资及物流单元。物流设施设备：指物流运

3、作中所要涉及的动产和不动产。类别的划分要按照物流的特性来确定其归属。物流作业节点和作业主体：物流作业节点指物流作业的场所和地点，它不仅是物流节点设施的位置，还包括货物的发送地点和接受地点。物流作业主体指完成物流作业的企业、组织和部门，即物流服务的提供方和操作执行者。物流单证：是物流信息的载体。物流信息属性。1.1.1.2 二维码二维条码/二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的。“0”、 “1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备

4、自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。在许多种类的二维条码中，常用的码制有：Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Veri code, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K 等。 二维码技术应用于物流领域：（1）快递物流配送。我们如今可以把它分成仓储式配送和通过式配送两种方式。仓储式配送，就是传统的人工投放式的快递形式。通过式配送，即应用二维码技术和计算机网络技术实现

5、货物从取件、运输、投递的全过程信息跟踪处理。二维码信息可以直接贴在物品包装上，或是打印在运单上，在每个环节用二维码识读器进行跟踪查询。另外，客户可以通过网络实时了解物品的相关位置。（2）时间和效率。二维码物流如同一个小快递公司将印刷好的二维码快递到用户手机里。传统快递同城需要1-2天，偏远地区3-4天，二维码物流半小时内就能达到手机。（3）综合成本。综合成本指的是人力、物力、财力，相比较后不难发现，二维码物流更胜一筹，大量节省了综合成本。（4）行业适用度。传统物流目前无法实现的冰品、月饼、熟食等品在脱离了冷藏环境得以保存并维持一定的新鲜度；二维码物流实现了这类食品的电子化交易。二维码电子凭证除

6、了使用上更便捷，对于产品的控管也更有利，避免了造假，转售，倒卖等情况出现。二维码物流能实时地监督物流动态的信息系统，识别潜在的作业障碍，在向顾客提供的服务有可能失败之前，采取正确的行动，从而创造完美的客户体验，获得持久的竞争优势。快速、精确和全面的信息通信技术的应用开拓了以时间和空间为基本条件的物流业，为物流新战略提供了基础，新的物流经营思想也如雨后春笋般不断破土而出。1.1.1.3 RFIDRFID技术原理射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification），是一种基于电磁理论的通信技术，用于信息的自动采集。射频识别技术适用于物料跟踪、运载工具和货架识别等要

7、求非接触数据采集和交换的场合；RFI俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID在物流领域的应用从采购、存储、生产制造、包装、装卸、运输、流通加工、配送、销售到服务，是供应链上环环相扣的业务环节和流程。在供应链运作时，企业必须实时地、精确地掌握整个供应链上的商流、物流、信息流和资金流的流向和变化，使这四种流以及各个环节、各个流程都协调一致、相互配合，才能发挥其最大经济效益和社会效益。然而，由于实际物体的移动过程中各个环节都是处于运动和松散的状态，信息和方向常常随实际活动在空间和时间

8、上变化，影响了信息的可获性和共享性。而RFID正是有效解决供应链上各项业务运作数据的输入/输出、业务过程的控制与跟踪，以及减少出错率等难题的一种新技术。由于RFID标签具有可读写能力，对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适用，它发挥的作用是数据采集和系统指令的传达，广泛用于供应链上的仓库管理、运输管理、生产管理、物料跟踪、运载工具和货架识别、商店、特别是超市中商品防盗等场合。 RFID在物流的诸多环节上发挥了重大的作用。其具体应用价值，主要体现在以下几个环节： （1）零售环节。RFID可以改进零售商的库存管理，实现适时补货，有效跟踪运输与库存，提高效率，减少出错。同时，智能标签能对某些时效性强的

9、商品的有效期限进行监控；商店还能利用RFID系统在付款台实现自动扫描和计费，从而取代人工收款。 RFID标签在供应链终端的销售环节，特别是在超市中，免除了跟踪过程中的人工干预，并能够生成100%准确的业务数据，因而具有巨大的吸引力。 （2）存储环节。在仓库里，射频技术最广泛的使用是存取货物与库存盘点，它能用来实现自动化的存货和取货等操作。在整个仓库管理中，将供应链计划系统制定的收货计划、取货计划、装运计划等与射频识别技术相结合，能够高效地完成各种业务操作，如指定堆放区域、上架取货和与补货等。这样，增强了作业的准确性和快捷性，提高了服务质量，降低了成本，节省了劳动力和库存空间，同时减少了整个物流

10、中由于商品误置、送错、偷窃、损害和库存、出货错误等造成的损耗。RFID技术的另一个好处在于在库存盘点时降低人力。RFID的设计就是要让商品的登记自动化，盘点时不需要人工的检查或扫瞄条码，更加快速准确，并且减少了损耗。RFID解决方案可提供有关库存情况的准确信息，管理人员可由此快速识别并纠正低效率运作情况，从而实现快速供货，并最大限度地减少储存成本。（3）运输环节。在运输管理中，在途运输的货物和车辆贴上RFID标签，运输线的一些检查点上安装上RFID接收转发装置。接收装置收到RFID标签信息后，连同接收地的位置信息上传至通信卫星，再由卫星传送给运输调度中心，送入数据库中。（4）配送/分销环节。在

11、配送环节，采用射频技术能大大加快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确率，并能减少人工、降低配送成本。 如果到达中央配送中心的所有商品都贴有RFID标签，在进入中央配送中心时，托盘通过一个阅读器，读取托盘上所有货箱上的标签内容。系统将这些信息与发货记录进行核对，以检测出可能的错误，然后将RFID标签更新为最新的商品存放地点和状态。这样就确保了精确的库存控制，甚至可确切了解目前有多少货箱处于转运途中、转运的始发地和目的地，以及预期的到达时间等信息。（5）生产环节。在生产制造环节应用RFID技术，可以完成自动化生产线运作，实现在整个生产线上对原材料、零部件、半成品和产成品的识别与跟踪，减少人工

12、识别成本和出错率，提高效率和效益。特别是在采用JIT（Just-in-Time）准时制生产方式的流水线上，原材料与零部件必须准时送达到工位上。采用了RFID技术之后，就能通过识别电子标签来快速从品类繁多的库存中准确地找出工位所需的原材料和零部件。RFID技术还能帮助管理人员及时根据生产进度发出补货信息，实现流水线均衡、稳步生产，同时也加强了对质量的控制与追踪。 以汽车制造业为例，目前在汽车生产厂的焊接、喷漆和装配等生产线上，都采用了RFID技术来监控生产过程。比如说，通过对电子标签读取信息，再与生产计划、排程排序相结合，对生产线上的车体等给出一个独立的识别编号，实现对车辆的跟踪；在焊接生产线上

13、，采用耐高温、防粉尘/金属、防磁场、可重复使用的有源封装RFID标签，通过自动识别作业件来监控焊接生产作业；在喷漆车间采用防水、防漆RFID标签，对汽车零部件和整车进行监控，根据排程安排完成喷漆作业，同时减少污染；在装配生产线上，根据供应链计划器编排出的生产计划、生产流程与排序，通过识别RFID标签中的信息，完成混流生产。（6）食品质量控制环节。近年来涌现出的大量食品安全问题主要集中在肉类及肉类食品上。由于牲畜的流行病时有发生，如疯牛病、口蹄疫以及最近肆虐的禽流感等，如果防控不当，将给人们的健康带来危害。采用了RFID系统之后，可提供食品链中的肉类食品与其动物来源之间的可靠联系，从销售环节就能

14、够追查到它们的历史与来源，并能一直追踪到具体的养殖场和动物个体。 在对肉类食品来源识别的解决方案中，可以应用RFID芯片来记载每个动物的兽医史，在养殖场中对每个动物建立电子身份，并将所有信息存入计算机系统，直到它们被屠宰。然后，所有数据被存储在出售肉类食品的RFID标签中，随食品一起送到下游的销售环节。这样，通过在零售环节中的超市、餐馆等对食品标签的识别，人们在购买时就能清楚地知道食品的来源、时间、中间处理过程的情况等信息，就能放心地购买。 RFID 为货物的跟踪、管理及监控提供了快捷、准确、自动化的手段。以RFID 为核心的集装箱自动识别，成为全球范围最大的货物跟踪管理应用系统。RFID 目

15、前在国外仓储、配送等物流环节已有许多成功的应用。并已引起我国许多物流专家的关注。因社会物流系统是开放的，应用RFID 需要有统一的标准。随着RFID 统一标准的研究开发，物流业将成为RFID 最大的受益行业。在可以预见的未来，我国物流储运业也将依托RFID 实现现代化的信息管理。1.1.1.4 GPS（1） GPS技术GPS(全球定位系统)是美国70年代初推出的具有全球、全天候、连续实时、自动化、高效益优势的导航、定位、定时、测速系统，能为用户提供高精度的七维信息(三维位置、三维速度、时间)。GPS由卫星、地面监控中心、用户三部分组成，早先用于军事，可跟踪野外士兵和装备，为飞机、军舰导航。后来

16、美国国防部和交通部达成协议，交付民用。全球民用市场得到全面开放，GPS迅速扩大应用范围，成为一种全球公用设施，同时产生巨大社会效益与经济效益，是近年来最具开创意义的实用高新技术。（2） GPS在各种运输方式中的应用GPS应用有静态与动态两种；静态已经很普遍地应用于测绘，勘探，如西康铁路是我国地埋最深、长度第的秦岭隧道施工中就首次采用GPS技术。动态主要用于导航定位方面。GPS民用最初在海运上，由于海运的特殊性全球、全天候、全时，使GPS至今占有不可替代的位置。GPS在航运上主要是导航与船位报告。目前我国大部分海运货轮都装备了GPS，并取代了其他定位系统如雷达定位、芬兰定位、台卡定位等，成为海上

17、应用最多的导航定位设备。在铁路运输方面通过GPS可实时收集全路列车、机车、集装箱及所运货物的动态信息，实现列车、货物跟踪管理。只要知道货车的车种、车型、车号即可从纵横交错的铁路网上奔驰着的几十万辆货车中找到该车，并能得知其运行状态和所载货信息。公路运输是GPS最大量的应用领域。有以下几种情况需要用GPS对运输车辆进行监控：1）当货物需通过最佳路径、最优安排，及时准确到达目的地时；2）长距离、大范围跨省区及边贸运输时；3）对贵重物品、特大件物品、危险品、军品等特种货物运输时。由GPS组成的全程跟踪网在出车后就可立即掌握其行综，若有偏离、停滞、超速等异常现象发生时，显示屏能立即报警，避免危及人、车

18、、货安全的情况发生。客卢可随时“看到”货物的状态，大大提高监控“透明度”，有效地解决长途运输固有的消息闭塞、情况不明的困扰。陆地GPS定位精度高，平均误差20米，远低于传统地标定位几百米的误差。据专家介绍中国从南到北，公路运输要比铁路省710天(因为在火车站要进出货场，转运环节多)。目前，GPS应用已从货车向稗、出租车、公交车、运钞车、救护车、普车等车辆迅速扩展。（3） GPS在物流运作中的应用目前，GPS技术备受人们关注，其中一个重要的原因是GPS的诸多功能在物流领域的运用已被证明是卓有成效的，尤其是在货物配送领域中。具体来看，目前GPS在货物配送中主要运用了下列功能。1）导航功能：三维导航

19、既是GPS的首要功能，也是它的最基本功能，其他功能都要在导航功能的基础上才能完全发挥作用。飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航接收器进行导航。汽车导航系统是在GPs的基础上发展起来的一门新技术。它由QS导航、自律导肮、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CDROM驱动器、LCD显示器组成。由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正这两者间的误差，使之与地图上的路线统一，需采用地图匹配技术，加一个地图匹配电路，对汽车行驶的路线与电子地图上道路的误差进行实时相关匹配，并做自动修正，此时，地图匹配电路通过微处理单元的整理程序进行快速

20、处理，得到汽车在电子地图上的正确位置，以指示出正确行驶路线。CDROM用于存储道路数据等信息，LCD显示器用于显示导航的相关信息。2）车辆跟踪功能：GPS导航系统与GIS技术、无线移动通信系统(GSM)及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪功能。利用GPS和GIS技术可以实时显示出车辆的实际位置，并任意晓赶、缩小，还原、换图；可以随目标移动，使目标始终口iH寺在屏幕上，还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪，利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。目前，已开发出把GPSGISGSM技术结合起来对车辆进行实时定位、跟踪、报警、通讯等的技术，能够满足掌握车辆基本信息、对车辆进行远程管理

21、的需要，有效避免车辆的空载现象，同时客户也能通过互联网技术，了解自己货物在运输过程中的细节情况：3）货物配送路线规划功能：货物配送路线规划是GPS导航系统的一项重要辅助功能，包括：自动线路规划。由驾驶员确定起点和终点，由计算机软件按照要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等。人工线路设计。由驾驶员根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。4）信息查询：为客户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等效据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料

22、可以文字、语言及图像的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监掼9控制台对区域内任意目标的所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。5）话务指挥：指挥中心可以监测区域内车辆的运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。6）紧急援助：通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光提醒值班人员进行应急处理。（4） GPS在物流中的三方应用GPS在物流中普及应用后，通过互联网实现信息共享，从而实现三方应用，即车辆使用

23、方、运输公司，接货方对物流中的车货位置及运行情况等都能了如指掌，透明准确，利于三方协调好商务关系，从而获得最佳的物流流程方案，取得最大的经济效益。1）车辆使用方(货运代理、生产厂家等用车单位)。运输公司将自己的车辆信息指定开放给合作客户，让客户自己能实时查看车与货的相关信息，能较为直观地在网上看到车辆分布和运行情况，找到适合自己使用的车辆，从而省去不必要的交涉环节，加快车辆的使用频率，缩短运输配货的时间，减少相应的工作量。在货物发出之后，发货方可随时通过互联网或是手机来查询车辆在运输中的运行情况和所到达的位置，实时掌握货物在途的信息，确保货物运输时效。2）运输公司。运输公司通过互联网实现对车辆

24、的动态监控式管理和货物的及时合理配载，以便加强对车辆的管理，减少资源浪费，减少费用开销。同时将有关车辆的信息开放给客户后，既方便了客户的使用，又减少了不必要的环节，提高了公司的知名度与可信度，拓展了公司业务面，提高了公司的经济效益与社会效益。3）接货方。接货方只需通过发货方所提供的相关资料与权限，就可在互联网实时查看到货物信息，掌握货物在途的情况和大概的运输时间，以此来提前安排货物的接收，停放以及销售等环节，使货物的销售链可提前完成。1.1.1.5 WSN WSN简介WSN（Wireless Sensor Network）即无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织

25、网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。具体的来讲，WSN兼具感测、运算与网络能力，透过传感器侦测周遭环境，如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度等，并由无线网络将搜集到的信息传送给监控者；监控者解读报表信息后，便可掌握现场状况，进而维护、调整相关系统。由于监控物理环境的重要性从来没有像今天这么突出，无线传感器网络已被视为环境监测、建筑监测、公

26、用事业、工业控制、家庭、船舶和运输系统自动化中的下一个发展方向。无线传感器网络系统构架无线传感器网络主要是由大规模部署的传感器节点构成。典型的无线传感器网络的系统架构如图所示，主要由分布式无线传感器节点群、Sink 节点、传输介质（Internet 网或卫星通信）和网络用户端等四大部分组成。在感知区域内，传感器节点自组织成网络，并将监测、感知的信息向Sink节点发送，Sink 链路的作用是将整个区域内的数据传送到网络用户端。无线传感器网络节点的主要特点是：具有感知能力、数据处理能力以及无线通信能力。 图Error! No text of specified style in document.

27、2：无线传感网络的节点架构图无线传感器网络是无线网络和数据网络的结合，与传统的计算机网络相比，它更多的是以数据为中心，且是为了某个特定的需要设计的，是基于应用的无线网络。WSN系统中，传感器节点是无线传感器网络的基本单元，不同的应用体系，传感器的节点设计也各不相同，但是，它们的基本结构是相似的，节点的典型结构如图所示，主要包括：电池及电源管理电路，传感器模块（传感器、模/数转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）和无线通信模块（无线收发器）等4个部分组成。根据具体应用的需要，还可以加上定位系统以便确定传感器的位置。传感器主要用于感知和获取外界的信息，根据被检测物理信号（如超声波、温度、

28、压力和烟雾等）的不同，可以选取不同的传感器类型；模/数转换器的作用是将传感器检测到的连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号；数据处理和控制模块是传感器节点的核心，微处理器除了负责协调节点内各部分的工作外，还要将采集到的数据进行处理，一般采用嵌入式微处理器；无线通信模块主要负责与其它传感器节点交换控制消息和收发采集数据，它既可以是节点之间的通信，也可以是节点与基站之间的通信；电池及电源管理电路主要负责为传感器节点提供能量支持。WSN在物流中的应用WSN在物流的许多领域都有应用价值，包括生产物流中的设备监测、仓库环境监测、运输车辆及在运物资的跟踪与监测、危险品物流管理以及冷链物流管理等。WSN在物

29、流中具有巨大的应用潜力，但是大规模的应用还有待时日。根据实地调研和文献资料分析得知，目前无线传感器网络在物流业中的应用十分有限，大部分还都停留在学术研究或是开发实验阶段。 （1）WSN可以用于仓库环境监测，满足温度、湿度、空气成分等环境参数的分布式监控的需求，实现仓储环境智能化；（2）WSN 在危险品的物流管理中也大有可为。（3）WSN在冷链物流中前景广阔（4）将WSN技术与RFID技术以及GPRS等无线通信技术相结合应用在物流中将是一大趋势。WSN在物流中的应用还有待时日。要使WSN在物流中得到广泛应用需要解决许多关键 技术问题，最先应用无线传感器网络的几个典型物流领域可能是：仓储环境监测、

30、在运物资的实时跟踪监测、危险品物 流管理和冷链物流管理等。GPS等相关技术在物流可视化管理与智能定位追踪方面的应用。1.1.2 网络通信层设计某某市智慧物流项目建设中，在感知层通过RFID，二维码，GPS，WSN等采集到的信息传输到通信层，这些数据会经无线移动通信网络、光纤网络或电信运营商网络传输到数据层进行数据融合与分析。通信层主要利用无线通信网络与光纤通信网络以及Internet等手段与技术完成海关、口岸、物流企业、物流公共信息平台的通信。用户可以通过Internet访问某某市物流通信网的部分功能，查询相关信息。图Error! No text of specified style in d

31、ocument.3：某某智慧物流通信网络某某市物流公共信息平台的核心网络作为各项应用系统的基础网络设施，其建设应该高度重视安全性和可靠性，既要注重网络整体性能的提高，也要注重投资保护。在设计中充分考虑本平台现状，做到网络的高带宽性、高稳定性和高安全性，满足本平台今后五年内的业务应用需求。平台的网络连入单位和使用者共有4类：（1） 物流服务提供企业及其相关从业人员。（2） 物流需求方及其相关人员，包括一般消费者和社会公众。（3） 政府及其行业管理部门，如：铁路/航空/海运、EDI电子口岸、GPS、政府相关管理部门。（4） 物流资源方及其相关从业人员。通过对这些网络连入单位和使用者的分析，构造出如

32、图所示的整体组网模型，将整体网络划分为4个级别，分别为：(1)数据交换中心级即物流公共信息平台中心，政府直接连接在数据交换中心。(2)专网接入级包括一些通过专网接入平台物流信息系统中心的单位，如物流服务提供方、物流服务需求企业、物流资源企业、以及部分需要以专网形式进行数据交换的行业管理部门。 图Error! No text of specified style in document.4：某某市物流公共信息平台组网模型接入级还包括其他单位建立的一些业务平台，包括：行业物流信息平台、物流企业自己的信息平台、公共信息服务系统、银行信息管理系统、企业物流信息系统和物流企业信息管理系统、交通监控系统、运输车辆管理系统、紧急救援系统等。 (3)互联网授权接入级主要包括通过Internet接入平台物流信息系统中心进行数据交换的单位，如某些使用物流服务的企业、以及部分行业管理部门等，这些单位的接入访问是经过授权的。 (4)互联网公众浏览级该级别用户主要是社会公众和从业人员，其访问主要通过Internet互联网进行门户站点的浏览及相关信息查询。