基于物联网的智慧物流系统分析与构建

　　1 综述

　　1.1 基本概念

　　《物流术语》中指出,物流是物品在从供应地向接收地的实体流动过程中,根据实际需要,将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合起来实现用户要求的过程[1].传统意义上的物流严重依赖于人工操作,效率低、成本高而且缺乏一套系统的管理理念,造成物流各环节的信息孤岛,上下游之间难以协同.

　　随着经济和技术的发展,传统的物流模式已经无法适应竞争日益激烈的现代市场,智慧物流应运而生.IBM继"智慧地球"之后,于2009年提出了"智慧供应链"的概念,强调未来的物流应该更重视将物联网、传感网与现有的互联网整合起来,以精细、动态、科学的管理,实现物流的自动化、可视化、可控化、智能化、网络化[2].2009年,奥巴马将"智慧的地球"上升为美国国家战略,提出构建普遍连接的"物联网世界"的概念,将"物联网"与互联网进行整合,实现人类更加"智慧"的状态[3].智慧物流[4]是利用集成智能化技术,使物流系统能模仿人的智能,具有思维、感知、学习、推理判断和自行解决物流中某些问题的能力,即可通过RFID、传感器、移动通信技术等获取信息、分析信息并做出决策,使配送货物实现自动化、信息化和网络化,让整个物流系统物联化、互联化和智能化.

　　1.2 国内外智慧物流发展概况

　　在经济全球化的大背景下,面向高附加值和优质服务的信息化和智能化物流已成为行业发展的趋势.亚马逊在其仓库中部署机器人[5],实现了货物的智能分拣,使一份普通订单的成本削减了20%到40%.此外,亚马逊还欲推出无人飞机快递计划[6],来配合亚马逊物流和仓储系统,推出半小时内送达服务,这将有效解决物流的"最后一公里"问题.日本自2001年起,陆续提出"e-Japan"、"u-Japan"和"i-Japan"计划,旨在构建超高速因特网基础结构,建立电子交易新环境,创建信息化社会,为物流信息化发展打下坚实的基础[7].

　　随着信息化水平的逐步提高,我国智慧物流的发展也已初具规模.南方现代物流信息平台以广佛肇、深莞惠和珠中江为中心,建立了物流的"一站式"服务,实现了企业之间的信息互联互通.阿里巴巴利用淘宝数据、云计算、物联网技术组建"菜鸟网络",旨在打造天、地、人三网合一的超级物流网络,搭建一个全国范围内24小时可达的物流平台.江淮星锐于2011年推出3D物流专用车,能实现货主、物流企业、车主的实时联网无缝沟通,提供物流的全程可视化和实时监控,有效保证了货物的安全性和可追溯性.顺丰HTT的手持终端则已具备了数据存储及计算能力,可提供物流过程的实时人机交互、跨设备数据通信等功能,极大地提高了配送人员的工作效率.

　　纵观国内外物流发展史,信息化是现代物流的灵魂,是现代物流发展的必然要求和基石,而智慧化是物流发展的最高形式,是现代物流发展的最终目标.

　　1.3 国内智慧物流发展面临的挑战

　　虽然目前我国的智慧物流得到了一定的发展,但由于基础设施还不够完善,管理水平发展不均,加上新兴技术的应用不足等因素的限制,智慧物流面临着诸多挑战.

　　(1)物流成本居高不下,信息互通成为发展瓶颈[8].我国物流网络化程度较低,各种运输方式衔接性差,与美国相比,我国海铁联运比仅为2.6%,而美国为40%.此外,信息的不畅通造成车货失联的现象极为严重,广东省每年因货运汽车空驶造成的浪费有370亿元.我国物流费用占GDP比例达18%,远低于世界平均水平.

　　(2)企业信息化水平参差不齐.据统计,我国只有21%的企业引入了信息化系统,而全面实现信息化的企业只有10%,79%的企业仍然采用传统的经营管理模式.IMF评估,若中国企业采用信息化技术,则可将物流成本降至发达国家水平的10%.

　　(3)产业发展失衡,电子商务的爆发式增长对物流行业产生了巨大压力.近年来电子商务消费额同比增长在100%左右,而电子商务成本中约有80%~90%为流通成本,从开始生产到最终用户所需的时间中,95%的时间用于物流环节,同时在电子商务纠纷中,商品配送、服务提供的延迟占第1位[9].

　　物流行业的标准及规范的缺失,造成行业信息及资源难以互通共享.因此,本文提出了基于物联化和互联化的智能化物流系统.

　　2 智慧物流系统

　　2.1 智慧物流体系架构综述

　　物联化的智慧物流系统遵循物联网的层级架构,通过感知层的物流设备采集物流数据,经由网络层传输至数据处理平台,平台层的数据经过按需处理为上层的智慧物流应用提供信息支撑,具体如图1所示.

　　感知层用于识别物体、采集信息.感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等,将这些标签及终端设备安装在仓库、车辆、集装箱等物流设备中,然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术进行传递数据,完成底层信息的采集.感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等.

　　网络层负责实现2个端系统之间的数据透明传送,具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等,主要由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、传感网等组成.平台层负责处理感知层获取的信息,其主要功能是承载各类应用并推动其成果的转化,可提供海量数据存储、高性能计算、信息处理交换、智能分析挖掘等基本功能.应用层是用户(包括人、组织和其它系统)的接口,它充分利用平台层数据,与行业需求相结合,实现物流的智能应用,如物流追踪、智能仓储、路径规划等.

　　2.2 关键角色分析

　　物流活动的参与方除了物流企业本身之外,还有许多存在于系统之外的外部因素,主要包括以下2个部分.

　　(1)政府等监管部门

　　政府作为物流产业的规划者、物流政策的制定者以及物流活动的监管者和引导者,在智慧物流系统中主要是为智慧物流的健康发展提供基础保障,建立物流信息公共平台,实现物流信息的标准化和互联互通,并在此基础上提供一体化的物流服务和网络化的监管.

　　(2)供应链环节各企业

　　企业作为物流活动的主体,其信息化程度直接影响着智慧物流系统的发展.智慧物流系统应该为企业提供一个物流服务的闭环,一来要方便企业内部作业,例如与自身电子商务的无缝集成,实现物流作业的自动化以及商业决策的智能化;二来要营造一体化和便捷化的外围环境,例如与其它企业间的信息互通、与公共平台的智能对接等.

　　3 物流信息公共平台

　　3.1 物流信息公共平台体系架构

　　物流信息公共平台的体系架构[10]主要分为平台基础层、服务支撑层和应用扩展层,具体如图2所示,各层应可以调用下层提供的数据、功能或者服务机制,同层模块、系统可互相调用.平台基础层是体现物流公共信息平台技术及其公共服务作用的重要支撑,所有低层系统应构成一个服务集群运行的基础设施.本层各系统应具备稳定性和可靠性,对各类软件有较好的兼容性和高性能支持.

　　服务支撑层主要是为应用扩展层提供所需的部署、集成支持系统以及平台管理所需的公共服务软件,一般与具体业务流程或应用模式无关.

　　应用扩展层提供与物流业务相关的共性功能的软件系统以及系统交互的数据接口软件.应用扩展层可以不断地扩充应用和接口以满足需要.应用扩展层有2方面内容,一是物流应用,二是数据接口.物流应用是物流领域内通用的应用系统并具有与平台交互的开放性和基本业务功能脱离于平台运行的独立性.数据接口应支持国内外成熟、通用的电子商务标准接口规范和报文协议,接口模块与应用系统之间应为松散耦合结构.

　　3.2 物流信息公共平台功能架构

　　基于上述3层体系架构,物流信息公共平台主要集成信息标准化平台、物流作业平台、决策支持平台、政务监管平台四大功能,具体如图3所示.

　　物流信息标准化功能模块主要完成各个接入行业的信息标准化工作,是实现互联互通的技术基础,通过平台的信息标准转化机制实现各行业企业的无障碍接入.

　　物流作业模块旨在消除物流活动中的信息孤岛现象,为参与物流活动的供方和需方搭建一个通用的交易平台,以完成车、货、人的资源匹配,减少资源浪费.

　　物流智能决策支持平台是基于平台数据中心的三大数据库(公共管理数据库、物流基础数据库和市场供需数据库),利用数据挖掘、智能分析等技术来帮助企业或行业进行智能决策的增值业务平台.

　　政府监管模块的主体是接入平台的政府机关、海关、港口、交通管理等部门,主要是为物流活动的监管者提供一体化的监督平台,实现检查审批、业务监督等网络化管理.通过平台的统一接口,一来为监管部门实现了政务管理的便捷化,二来也为物流企业实现通关、报税等流程的便利化.

　　4 企业级智慧物流系统

　　物流的本质是将商品从供应方运送到需求方,企业是物流活动的主体,这里的企业既包括生产、制造、零售等从事商品生产经营的企业,也包括专门从事物流服务的企业,如顺丰、四通一达等.按照企业性质的不同,其各自的智慧物流系统也有所差异,本章节将从产品经营性的企业和专业物流性的企业2个角度出发,分别阐述企业级的智慧物流系统构建方法.

　　4.1 产品经营性企业的智慧物流系统

　　产品经营性企业的智慧物流系统主要关注3个方面:一是与企业内部订单系统的对接,实现的是物流作业与企业内部电子订单信息的互联互通,需要以信息标准化为前提,以达到物流信息的联动;二是物流作业的自动化和智能化管理,利用智能感知技术实现货物的实时追踪和智能调度,利用大数据分析为企业提供智能决策;三是与外部物流系统或平台的互联互通,可称之为公共服务接口,旨在为企业提供一个与外部系统协作的通道,通过行业资源的整合实现资源的最优化配置和企业利益的最大化,具体架构如图4所示.

　　4.2 专业物流性企业的智慧物流系统

　　专业物流性企业智慧物流系统核心在于通过电子商务化(EC)的流程以及智能交通技术(ITS)的支撑[11],实现物流作业的自动化和智能化,并在此基础上扩展物流的外延服务,如通过大数据分析来提供市场预测及其物流咨询等服务.其中,物流的电子商务化主要是指通过EDI、EOS等实现物流的接单、回单、资金结算等电子商务化运作,提高物流的及时响应速度等.ITS则着重于利用物联网技术、GPS技术、GIS技术等实现物流运输过程的全程可视、实时追踪、智能监控等,具体架构如图5所示.

　　5 总结

　　我国的智慧物流已经逐步从理念走向了实际应用.本文以物联网、云计算和大数据及移动互联技术为依托,从政府和企业的层面切入,阐述了一个物联化、互联化和智能化的智慧物流系统,希望能为物流行业未来的发展方向提供研究依据,为物流行业的智慧化添砖加瓦.

　　参考文献:

　　[1] 中国物流与采购联合会,中国物流技术协会,中国物流编码中心,等. GB/T18354-2006 物流术语[S]. 2006.

　　[2] IBM. 2009全球首席供应链官调查报告--智慧的未来供应链[R]. 中国卓越企业供应链管理论坛, 2009.

　　[3] 中国信息产业网. 智慧地球[EB/OL]. (2010-03-12).

　　[4] 中国物联网校企联盟. 智慧物流是未来发展方向[EB/OL]. (2013-04-11).

　　[5] 新浪科技. 亚马逊仓储试用机器人:每年节省约9亿美元[EB/OL]. (2013-12-08).

　　[6] 林藠头. Prime Air:亚马逊的无人飞机快递试验[EB/OL]. (2013-12-02).

　　[7] 俞悦. 从e-Japan到i-Japan日本信息化建设实现三级跳[EB/OL]. (2009-09-22).

　　[8] 中国商业联合会. 2014年中国商业十大热点术评报告[R]. 2014.

　　[9] 天下网商. 中美日电子商务市场发展状况对比[EB/OL]. (2012-11-02).

　　[10] 杨晓飞,王敏丽,唐辉,等. GB/T22263.2-2008物流公共信息平台应用开发指南 第2部分:体系架构[S]. 2008.

　　[11] 申金升,关伟,高辉. 基于ITS和EC的智能物流系统[J]. 交通运输系统工程与信息, 2001(4): 294-298.