思考题
第10章 基于物联网的物流信息管理
本章重点
★了解供应链中的物流管理。
★掌握物流信息技术与管理的基本概念。
★了解基于物联网的物流信息系统的一般架构。
★通过两个系统进一步了解物联网技术在物流信息化中的应用。
物流作为现代服务业的支柱产业，在国民经济中扮演着越来越重要的角色，在生产性服务业中尤为突出。以信息技术为支撑的现代物流业的发展，必将对优化产业结构、增强企业发展后劲、提高经济运行质量起到巨大的促进作用。现代物流的发展已经受到政府的高度重视。近年来，密集性地出台的一系列政策措施，使我国的现代物流业取得了很大进步。本章主要对供应链管理、物流信息技术、物流信息系统等基本概念进行阐述，介绍基于物联网的现代物流业的相关信息技术和典型系统，结合“一种农资物流监控系统”专利及其应用实践，介绍物联网技术在物流管理和工程领域应用的过程和方案，并对物联网在物流领域的应用前景进行分析。
10.1 物流与供应链概述
10.1.1 物流管理
1.物流的概念与分类
根据国家标准定义，物流是物品从供应地向接受地的实体流动过程。物流根据实际需要，将存储、装卸、搬运、包装、流通加工、配送和信息处理等基本功能实施有机结合。
社会经济领域中的物流活动无处不在，许多有本身特点的领域都有自己特定的物流活动。虽然物流的基本要素共同存在，但是由于物流的对象、目的、范围、范畴不同，形成了不同类型的物流。目前还没有统一的物流分类标准。按照物流系统的作用、属性及作用的空间范围，可以从不同角度对物流进行分类。按照实用价值，物流可分为宏观物流和微观物流；按照作用，物流可分为供应物流、销售物流、生产物流、回收物流和废弃物物流；按照物流系统的性质，物流可分为社会物流、行业物流和企业物流；除上述分类外，还有绿色物流、军事物流和第三方物流等。
2.物流管理的目标与内容
根据国家标准，物流管理定义为：“为了以最低的物流成本达到客户满意的服务水平，对物流活动进行的计划、组织、协调和控制。”物流管理的特征主要表现在：以提高客户满意度为第一目标，着重整个流通渠道的物流运动；以整体最优为目的，重视效率，更重视效益；以信息为中心的实时对应型的商品供应体系，对商品运动的一元化管理。在企业运作中，物流被看成是企业与其供应商和客户相联系的能力。物流可分为三个领域：采购、制造和配送。这三个领域的结合使在特定位置和地点、供应源和客户之间进行材料、半成品和成品等运输的综合管理成为可能。物流管理的目标主要包括快速反应、最小变异、最低库存、整合运输、对产品质量及生命周期的支持等。
物流管理主要包括对物流成本和物流质量的管理。物流成本管理就是要通过对上述支出的控制和合理使用，在保证物流服务质量的基础上降低物流费用，提高经济效益；物流质量管理既包含物流对象的质量状况，也包括物流工作、物流方法的质量状况，体现出了一种全面的质量观。物流管理的具体内容有：对物流活动诸要素的管理，包括对运输、储存、装卸和加工等环节的管理；对物流系统诸要素的管理，即对其中的人、财、物、设备、方法和信息六大要素的管理；对物流活动中具体职能的管理，包括对物流计划、质量控制、技术手段和经济核算等职能的管理。
10.1.2 供应链管理
1.供应链的概念
对于供应链术语的表述种类很多，国家标准GB/T18354-2006《物流术语》中定义供应链为：生产及流通过程中，涉及将产品或服务提供给最终用户所形成的网链结构。在此，我们给出一个普遍认可的定义：供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的，将供应商、制造商、分销商、零售商和最终用户连成一个整体的功能网链结构。它不仅是一条连接供应商到用户的物料链、信息链、资金链，而且是一条增值链。物料在供应链上因加工、包装、运输等过程增加价值，给相关企业带来收益。
根据以上供应链的定义，其结构可以简单地归纳为如图10.1所示的模型。从图中可以看出，供应链由所有加盟的节点企业组成。其中，一般有一个核心企业（可以是大型零售企业，如美国的沃尔玛）。节点企业在需求信息的驱动下，通过供应链的智能分工与合作（生产、分销、零售等），以资金流、物流或服务流为媒介实现整个供应链的不断增值。
图10.1 供应链的结构模型
由供应链的结构模型可以看出，供应链是一个网链结构，由围绕核心企业的供应商、供应商的供应商、用户、用户的用户组成。一个企业是一个节点，节点企业和节点企业之间是一种需求与供应关系。供应链主要具有协调性和整合性、选择性和动态性、复杂性和虚拟性、面向用户需求、交叉性等特征。每一条供应链的目标都是使整体价值最大化。一条供应链所创造的价值，是指最终产品对于顾客的价值与供应链为满足顾客的需求所付出的成本之间的差额。
2.供应链管理概述
供应链管理（Supply Chain Management）是指对于供应链中的物流、商流、资金流和信息流进行的计划、组织、协调及控制。目的是将顾客所需的正确的产品（Right Product）能够在正确的时间（Right Time）、按照正确的数量（Right Quantity）、正确的质量（Right Quality）和正确的状态（Right Status）送到正确的地点（Right Place），并使总成本最小。因此，企业间的竞争已不再仅仅是单个企业的竞争，而是整个供应链的竞争，企业所关注的也不再仅仅是自身利益的最大化，而是供应链上所有伙伴利益的最大化。与传统管理模式相比较，供应链管理不是仅仅完成一定的市场目标，而是把供应链中的所有节点企业看作一个整体，并且强调和依赖战略管理，采用集成的思想和方法达到更高的目标。按照历史阶段看，供应链管理大致经历了原料供应管理、货物配送管理、物流管理、供应链管理和价值网络的发展历程。
在供应链管理中，供应链中的成员广泛应用现代信息技术来改善供应链上的薄弱环节，提高运作效率，降低运营成本，建立快速反应策略，从而能更好地面对竞争激烈、变幻莫测的市场环境，获得竞争优势。
10.1.3 供应链物流管理
物流管理的主要对象一般是采购/销售物流和生产物流，追求局部利润最大化；而供应链管理的范围不仅包括采购/销售物流和生产物流，还包括回收物流、退货物流、废弃物物流等逆向物流。供应链管理的本质是操作、策略和战略的整合规划，而物流则是供应链流程的一部分。供应链管理的导入，可以说是现代经营理念对传统经营理念的挑战。
供应链物流管理指的是用供应链管理思想实施对供应链物流活动的组织、计划、协调和控制。作为一种共生型物流管理模式，供应链物流管理强调供应链的成员组织不再孤立地优化自身的物流活动，而是通过协作、协调、协同，提高供应链物流的整体效率。供应链管理使渠道安排从一个松散地联结着的独立企业的群体，变为一种致力于提高效率和增加竞争力的合作力量。在本质上，它从每个参与者各自进行存货控制，变为一种渠道整合和管理。供应链管理的背后动机是增加渠道的竞争力。
10.1.4 现代物流管理的发展
现代物流（Modern Times Logistics）是相对于传统物流而言的，是一种管理的理念和方法，是供应链管理的一部分，是由多个环节和职能组成的系统。具体是指将信息、运输、仓储、库存、分拣、打码、搬运以及包装等物流活动综合起来的一种新型的集成式管理过程。其任务是为客户提供最好的服务，尽量降低物流成本。由于现代物流是发展的、动态的，因此现代物流的特征也是不断变化的。现代物流的特征主要是信息化、系统化、网络化、柔性化、标准化和专业化。
从发达国家物流管理发展的历史来观察，物流管理经历了以下五个阶段，如图10.2所示。
（1）物流功能个别化管理阶段
在这个阶段，真正意义上的物流管理意识还没有出现，此时的降低成本不是以降低物流总成本为目标，而是分别停留在降低运输成本和保管成本等个别环节上。此时的降低运输成本也是局限于要求降低运价或者寻找价格低的运输者上。物流在企业中的位置以及企业内对物流的认识程度均很低。
（2）物流功能系统化管理阶段
物流功能系统化管理阶段的主要特征表现为：通过设立物流管理部门，使得其管理对象已不仅是现场的作业活动。另外，它是站在企业整体的立场上的整合，各种物流合理化对策也开始出现并付诸实施。
（3）物流管理领域扩大阶段
进入物流管理领域扩大阶段后，物流管理部门可以出于物流合理化的目的向生产和销售部门提出自己的建议。但是物流管理部门对于生产和销售部门提出的建议在具体实现上有一定局限性，特别是在销售竞争非常激烈的情况下。一旦物流服务被当作竞争手段，则仅仅以物流合理化的观点来要求销售部门提供协助往往不被对方所接受，因为这时候考虑问题的先后次序首先是销售，然后才是物流。
（4）企业物流一体化管理阶段
企业物流一体化管理是指根据商品的市场销售动向决定商品的生产和采购，从而保证生产、采购和销售的一致性。企业内物流一体化管理受到关注的原因来自于市场的不透明化。
（5）供应链物流管理阶段
供应链物流管理是一个将与交易关联的企业整合进来的系统，即将供应商、制造商、批发商、零售商和顾客等所有供应链上的关联企业和消费者作为一个整体来看待的系统结构。基于供应链的顺利运行的物流管理是物流业为产品的实物空间位移提供了时间和服务质量保证，从而使物流管理进入了更为高级的阶段。
图10.2 物流管理的发展阶段
10.2 物流信息技术
10.2.1 信息技术
信息技术（Information Technology，IT）是在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息功能的技术，是关于信息的产生、识别、提取、变换、储存、传递、处理、检索、分析、决策、控制和利用的技术。一般来说，信息技术是以电子计算机和现代通信为主要手段实现信息的获取、加工、传递和利用等功能的技术总和。人的信息功能包括：感觉器官承担的信息获取功能，神经网络承担的信息传递功能，思维器官承担的信息认知功能和信息再生功能，效应器官承担的信息执行功能。
按扩展人的信息器官功能分类，信息技术可以分为传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术。传感技术是信息的采集技术，对应于人的感觉器官，作用是扩展人类获取信息的感觉器官功能。传感技术包括遥感、遥测及各种高性能的传感器。通信技术是信息的传递技术，对应于人的神经系统，主要功能是实现信息迅速、准确、安全的传递。计算机技术是信息的处理和存储技术，对应于人的思维器官。计算机信息处理技术主要包括对信息的编码、压缩、加密和再生技术；计算机存储技术主要包括内存储技术和外存储技术。控制技术是信息的使用技术，对应于人的效应器官。控制技术是信息过程的最后环节，包括跟踪监视、调节协调技术等。
当今信息技术的发展与网络技术发展紧密相联。现在，不论哪一个信息技术的热点问题，可以说都是从网络技术发展中应运而生同时又以网络技术作为支撑的。
10.2.2 物流信息技术概述
随着20世纪80年代初微型计算机的引入，物流业发展迅速，信息技术被视为影响物流增长与发展的关键因素。通过使用计算机、通信、网络等技术手段，大大加快了物流信息的处理和传递速度，具体表现在物流信息的商业化、信息数据的计算机化、信息传递的标准化和实时化、信息存储的数字化等。物流信息技术主要包括电子数据交换、计算机网络技术、智能标签技术、信息交换技术、数据库技术、数据库仓库技术、数据挖掘技术、Web技术、条形码与射频识别技术、地理信息技术和GPS定位技术等。在这些信息技术的支撑下，形成了集移动通信、资源管理、监控调度管理、自动化仓储管理、业务管理、客户服务管理和财务管理等多种业务于一体的现代物流信息系统。
现代物流信息技术是信息技术在物流领域应用的一个具体方式，是物流技术领域发展速度最快的技术。随着现代物流信息技术的应用，产生了一系列新的物流服务理念和物流经营方式。从数据采集的条码技术、物流作业的自动引导小车系统，到办公室自动化系统及货物跟踪系统，物流业务的各个环节都在积极推进信息技术的应用。物流信息技术的快速发展为物流信息系统及物流共用信息平台的构建提供了有力的信息支撑。
10.2.3 现代物流信息技术
现代物流信息技术主要包括物流信息采集与识别技术、物流信息空间技术、物流信息共享技术、物流信息处理技术以及物流信息服务技术等方面。
1.物流信息采集与识别技术
在物流信息化系统的实施中，及时、准确地掌握货物在物流链中的相关信息是实现物流信息化的核心之一。物流数据信息能否实时、方便、准确地采集并且及时有效地进行传递，将直接影响整个物流系统的效率及物流信息化的发展。因此，数据即时采集和传递是物流信息化过程中的重要组成部分。物流信息采集与识别技术主要包括条形码技术和RFID技术。
条形码技术是由美国的N.TWoodland于1949年首先提出的，它是在计算机的应用实践中产生和发展起来的一种自动识别技术。条形码按照维数可以分为普通的一维条形码、二维条形码及多维条形码。与一维条形码相比，二维条形码除了具有普通条形码的优点外，还具有信息容量大、可靠性高、保密防伪性强、易于制作和成本低等优点。20世纪80年代以来，人们围绕如何提高条形码符号的信息密度进行了许多研究工作。多维条形码和集装箱条形码成为研究、发展与应用的方向。条形码技术实现了物流信息的自动扫描，为供应链管理提供了有力的技术支持，方便了企业物流信息系统的管理。
RFID技术是20世纪90年代兴起的一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。与条形码技术相比，RFID技术具有非接触式、高速读取、数据容量大、使用寿命长、标签数据可动态更改、安全动态实时通信的优点。自2004年起，全球范围内包括沃尔玛、宝洁、麦德龙在内的商业巨头无不积极推动RFID在制造、物流、零售、交通等行业的运用。目前RFID技术及其应用正处于迅速上升的时期，被业界认为是21世纪最有潜力的技术之一。它的发展和推广应用将是自动识别行业的一场技术革命。同时，它在物流领域的运用将会给物流行业的发展带来巨大变化。
2.物流信息空间技术
物流信息空间技术主要包括全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）等，它作为一门处理与物流空间信息相关的多源信息的技术，已成为现代物流信息技术的重要组成部分。
GPS通过与各种现代物流技术相结合，能为现代物流带来崭新的运营方式。GPS对运输设备及货物进行实时定位、跟踪、监测、运输调度和辅助管理等，对现代物流系统有着重要的影响。目前，GPS在现代物流中的主要用途为配送车辆的自定位、跟踪调度、陆地救援等。将GPS应用于车辆管理中，可对运输的车辆和货物进行实时定位、跟踪，同时还能对车辆进行调度和监控。
GIS主要应用于物流分析，即利用GIS强大的地理数据功能来完善物流分析技术。GIS在现代物流中主要应用于运输路线的选择、仓库位置的选择、仓库的容量设置、运输车辆的调度及投递路线的选择。随着GPS与GIS技术的发展、成熟，使得物流配送可以依托GPS与GIS技术进行空间的网络分析及配送跟踪。通过物流配送监控系统，使物流公司能够实时掌握货物在途信息，根据变化及时调整运输计划，有效利用车辆资源，降低物流成本。
3.物流信息共享技术
电子数据交换（EDI）是20世纪80年代发展起来的融现代计算机技术和远程通信技术为一体的产物，是信息共享技术的关键技术。国际标准化组织（ISO）对EDI的定义为：根据商定的交易或电文数据的结构标准，实施商业或行政交易，实现数据从计算机到计算机的电子传输。EDI利用计算机代替人工处理交易信息，大大提高了数据的处理速度和准确性。EDI技术是企业为提高经营活动效率，在标准化的基础上通过计算机网络进行数据传输和交换的方法。其功能主要表现在传输电子数据、传输数据的存证、转换数据标准格式，以及提供物流信息的增值服务等。
EDI技术将传统的通过邮件、快递或传真的方法来进行两个组织之间的信息交流，转化为用电子数据来实现两个组织之间的信息交换。通过电子数据交换，信息传递速度大大高于传统的方法，实现了不同企业之间信息的实时传递。企业能够从电子数据交换中提高企业内部生产率、改善渠道关系、提高企业外部生产率、提高企业的竞争力、降低作业成本。
EDI最初由美国企业应用在企业间的订货业务活动中，其后EDI的应用范围从订货业务向其他业务扩展，如销售点信息传送业务、库存管理业务、发货送货信息和支付信息的传送业务等。近年来EDI在物流中广泛应用，被称为物流EDI。所谓物流EDI是指货主、承运业主以及其他相关的单位之间，通过EDI系统进行物流数据交换，并以此为基础实施物流作业活动的方法。图10.3为基于EDI的物流信息流程图。
图10.3 基于EDI的物流信息流程图
除了EDI技术，信息共享技术还包括XML技术、计算机网络技术、信息安全技术、移动通信技术、MPLSVAN技术、数据库技术和消息分发技术等。
4.物流信息处理技术
（1）信息存储和分析技术
传统上信息存储技术主要包括磁存储、光存储、半导体存储、网络存储以及各种新型存储器及其相应的存储设备。目前流行的主要产品，磁存储类有磁带、软磁盘、硬磁盘、磁卡以及相应的读写设备；光存储有各种光盘（CD系列、DVD系列等）、磁光盘及相应的光盘机（驱动器）；半导体存储器有随机存储器（SRAM、DRAM）、只读存储器（掩膜ROM、E2PROM、闪存等）、基于闪存的便携式移动闪存盘及各种闪存卡等；新型固体存储器如磁性随机存储器（MRAM）、铁电存储器（FRAM）等已有应用。信息存储技术的另一个重要构成是存储系统，由于网络的普及应用，使得传统的单机存储演变为多机、多存储介质形式的集中系统管理，构建安全的网络存储系统，使存储网络化，从而使信息存储的“量”和“质”都发生了革命性的变化。存储系统主要有便携式海量存储系统、档案存储系统和网络存储系统等。当前存储系统的成熟技术主要有以下几种：
1）直接连接存储（Direct-Attached Storage，DAS），存储设备直接连接在各种服务器和主机上，完全以服务器为中心，通常与服务器的物理位置比较接近。目前，以服务器为中心的数据存储模式逐渐向以数据为中心的数据存储模式转化。
2）网络存储技术（Network Storage Technologies，NAS）是指把集成的存储系统使用公共通信协议（如TCP/IP）接入信息网络的一种技术。NAS的操作系统是专用的，管理磁盘IPC（Instruction PerClock）和网络传输效率较高。其优点是技术成熟，安装和管理简单，弱点主要是对网络资源的争用和系统规模的扩展受限。
3）存储区域网（Storage Area Network，SAN），它将数据存储设备从服务器中分离出来，用区域网连接，进行集中管理，使网络中的任何主机可以访问网络中的任何一个存储设备，从而实现了数据共享。目前的SAN主要基于光纤通道（FibreChannel），即FCSAN，现在又推出了以IP为基础的IPSAN。但无论FCSAN还是IPSAN，其本质均是以块设备（如磁盘阵列、磁盘驱动器、磁带库、光盘库等）为基础，构成集中管理的存储区域网。SAN具有结构灵活、性能高、可扩展性好等特点。在银行数据存储、电视台的专业视频信息存储等领域得到了良好的应用。此外，近年来新发展起来的iSCSI存储（IP存储）技术在一些行业已经兴起。
数据库技术已成为信息社会中对大量数据进行组织与管理的重要技术手段及软件技术，是网络信息化管理系统的基础。常用的数据库主要有Oracle、SQLSever、Access、IBM DB2、Informix、MySQL、PostgreSQL、Sybase等。数据库的应用是物流信息系统的核心技术。物流数据库的应用基本程序包含六个方面：数据收集、数据存储、数据传输、数据加工、信息解释和信息输出。物流信息系统的服务对象是物流管理者，因此它必须具备向物流管理者提供信息的手段和机制，其所含信息必须具有可解释性。
数据挖掘就是从大量数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程，简单地说，数据挖掘就是从大量数据中提取或“挖掘知识”。数据挖掘技术是以大规模数据采集、功能强大的计算机和数据挖掘算法三种技术作为支撑的。数据挖掘的基本模型主要包含决策树、关联规则、聚类、神经网络、粗糙集、概念格、遗传算法、序列模式、贝叶斯分类、支持向量机、模糊集、基于案例的推理等。数据挖掘技术在解决选址、仓储、配送等基础物流问题上可以发挥重大作用，将成为深化物流信息管理的最有效方法。例如，在选址问题中，运用分类树的方法，不仅可以确定中心点的位置，同时可以确定每年各个地址间物品的运输量，使整个企业必要的销售量得到保证；在配送问题中运用贝叶斯分类、聚类等方法，可以对顾客的需求和运输路径综合起来进行分类，对整个配送策略中车辆的合理选择分派会有很好的作用；在仓储问题中，利用关联模式可以分析存储货物、中转运输、顾客服务中的成本问题，提高拣货效率。
（2）信息可视化技术
可视化是将数据信息和知识转化为一种视觉形式，充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力。有效的可视界面使得人们能够观察、操纵、研究、浏览、探索、过滤、发现、理解大规模数据，并与之方便交互，从而可以极其有效地发现隐藏在信息内部的特征和规律。随着商业数据的大量计算、电子商务的全面展开以及数据仓库的大规模应用，对可视化的需求越来越广泛。
信息可视化（Information Visualization）结合了科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术、图形学、认知科学等诸多学科的理论和方法，逐步发展起来。信息可视化实际上是人和信息之间的一种可视化界面，因此交互技术显得尤为重要，传统的人机交互技术几乎都可以得到应用。
信息可视化主要是指利用计算机支撑的、交互的对非空间的、非数值型的和高维信息的可视化表示，以增强使用者对其背后抽象信息的认知。信息可视化技术已经在信息管理的大部分环节中得以应用，如信息提供的可视化技术、信息组织与描述以及结构描述的可视化方法、信息检索和利用的可视化等。
信息可视化的框架技术可以分为三种：映射技术、显示技术和交互控制技术。映射技术主要是降维技术，如因素分析、自组织特征图、寻径网（Pathfinder）、潜在语义分析和多维测量等。显示技术把经过映射的数据信息以图形的形式显示出来，主要技术有Focus+Context、Tree-map、ConeTree和HyperbolicTree等。交互控制技术通过改变视图的各种参数，以适当的空间排列方式和图形界面展示合理的需求数据，从而达到将尽可能多的信息以可理解的方式传递给使用者，主要技术有变形、变焦距、扩展轮廓、三维设计和Brushing。信息可视化的典型工具有Prefuse、CiteSpace、VitaPad和IVT。
结合信息可视化技术建立起来的物流信息系统，可以实现存货、运况、订单等全程物流信息的可视化，进而实现全方位的物流跟踪、实时的信息交互、业务管理和决策的信息化。
（3）信息融合技术
信息融合技术是智能信息处理的一个重要研究领域。对于信息融合的概念，目前没有统一的定义，从各种出版文献总结，信息融合的概念趋于以下定义：多源信息融合技术是一种利用计算机技术，对来自多种信息源的多个传感器观测的信息，在一定规则下进行自动分析、综合，以获得单个或单类信息源所无法获得的有价值的综合信息，并最终完成其任务目标的信息处理技术。
信息的数据融合是对多源数据进行多级处理，每一级处理都代表了对原始数据的不同程度的抽象化，它包括对数据的检测、关联、估计和组合等处理。信息融合按其在传感器信息处理层次中的抽象程度，可以分为数据层融合（低级或像素级）、特征层融合（中级或特征级）和决策层融合（高级或决策级）三个层次。数据层融合是将全部传感器的观测数据融合，然后从融合的数据中提取特征向量，并进行判断识别。数据层融合要求传感器同质（观测同一物理现象）。异质传感器的数据只能在特征层或决策层进行融合。数据层融合能保持尽可能多的现场数据，但处理时间较长，实时性较差，同时要求对传感器的原始数据有较高的纠错能力。数据层融合通常用于多源图像复合、图像分析与理解、同类（同质）雷达波形的直接合成等。特征层融合属于中间层次，它先对来自传感器的原始信息进行特征提取（特征可以是目标的边缘、方向、速度等），然后对特征信息进行综合分析和处理。特征层融合实现了可观的信息压缩，有利于实时处理，融合结果能够最大限度地给出决策分析所需要的特征信息。特征层融合对带宽的要求较低，但准确性也有所降低。决策层融合通过不同类型的传感器观测同一个目标，每个传感器在本地完成基本的处理，其中包括预处理、特征抽取、识别或判决，以建立对所观察目标的初步结论，然后通过关联处理进行决策层融合判决，最终获得联合推断结果。决策层融合对带宽的要求较低，具有较强的容错性和抗干扰能力。
信息融合的典型方法主要分为四类：估计理论方法，如卡尔曼滤波法、小波分析法等；基于概率论的方法，如经典概率推理、经典贝叶斯（Bayes）推理、贝叶斯（Bayes）凸集理论和信息论等；非概率的方法，如D-S证据推理法、条件事件代数、随机集理论、粗集等；智能化方法，如模糊理论、人工神经网络、支持向量机、进化算法等。
随着科学技术的发展，交叉学科的交流与研究将进一步促进信息融合技术的发展，新型第三材料和传感器不断涌现，传感器种类的增多、性能的提高以及精巧的结构设计，信息融合技术必将在各领域发挥越来越重要的作用。
上述关键技术以及电子商务技术、信息标准技术、系统仿真技术、人工智能技术、系统集成技术等共同构成了信息处理技术体系。
物流信息处理技术是基于现代计算机信息系统和物流信息业务发展起来的，是现代物流信息技术中重要的组成部分。它主要用于存储来自不同企业的生产、销售和库存信息，为物流服务提供灵活的采集手段，自动传输和加载数据，根据客户资料了解其物流需求，从而为物流服务提供一个良好的数据支持。物流信息处理技术在物流中主要应用于物流货物的订单处理、采购、补货、拣货及库存管理等方面，它的应用将会使物流信息系统中的信息数据得到有效的处理。
5.物流信息服务技术
物流信息服务技术主要为物流信息集成、物流信息共享和物流信息平台的构建提供服务。基于集成技术的物流管理信息系统的集成过程如图10.4所示。由于物流行业的信息集成涉及许多异构的数据源，并在信息查询方面有较高的要求，因此对面向物流的信息集成也提出了更高的需求。
图10.4 基于集成技术的物流管理信息系统的集成过程
10.2.4 物流信息技术的发展趋势
（1）RFID将成为未来物流领域的关键技术
从全球发展趋势来看，随着RFID相关技术的不断完善和成熟，RFID产业将成为一个新兴的高技术产业群，成为国民经济新的增长点。RFID技术有望成为推动现代物流加速发展的新品润滑剂。
（2）公共物流信息平台的建设将成为物流发展的突破点
公共物流信息平台（Public Logistic Information Platform，PLIP）是指为物流企业、物流需求企业和政府及其他相关部门提供物流信息服务的公共平台。其本质是为物流生产提供信息化手段的支持和保障。公共物流信息平台的建立，能实现对客户的快速反应。现代社会是一个服务经济的社会，建立客户快速反应系统，是物流企业更好地服务客户的基础。公共物流信息平台的建立，能加强同合作单位的协作。
（3）物流信息安全技术将日益被重视
借助网络技术发展起来的物流信息技术，在享受网络飞速发展带来巨大好处的同时，也时刻饱受可能遭受的安全危机，例如，网络黑客无孔不入地恶意攻击、病毒的肆虐、信息的泄密等。应用安全防范技术，保障企业的物流信息系统或平台安全、稳定地运行，是企业将长期面临的一项重大挑战。
10.3 物流信息管理系统
10.3.1 物流管理信息系统概述
物流管理信息系统（Logistic Management Information Systems，LMIS）是计算机管理信息系统在物流领域的应用，是企业管理信息系统中一个重要的子系统。广义的物流管理信息系统应包括物流过程涉及的各个领域的信息系统，如运输、仓储、海关等领域，是一个由计算机、应用软件及其他高科技设备通过各种类型的通信网络连接起来的纵横交错的立体动态互动系统。狭义的物流管理信息系统只是管理信息系统在某涉及物流的企业中的应用，即某企业用于管理物流的系统。
物流管理信息系统通过对系统内外物流信息的收集、存储、加工处理，获得物流管理中的有用信息，并以表格、文件、报告、图形等形式输出，以便管理人员和领导者有效地利用这些信息组织物流活动，协调和控制各作业子系统的正常运行，实现对物流的有效控制和管理。
物流管理信息系统可以在保证订货、进货、库存、出货、配送等信息畅通的基础上，使通信节点、通信线路、通信手段网络化，提高物流作业系统的效率。一般地，物流管理信息系统的组成如图10.5所示。
图10.5 物流管理信息系统的组成
10.3.2 物流管理信息系统分类
物流管理信息系统的分类方式多种多样，本节主要从系统应用的业务领域和演变历程分类。
1.按系统应用的业务领域分类
从物流管理信息系统所应用的不同业务领域，可以将物流管理信息系统划分为仓储管理信息系统、运输管理信息系统、配送中心管理信息系统和供应链管理信息系统。
（1）仓储管理信息系统
仓储管理信息系统（Warehouse Management System，WMS）是用来管理仓库内部的人员、库存、工作时间、订单和设备的应用软件。这里所称的“仓库”，包括生产和供应领域中各种类型的储存仓库。仓储管理信息系统主要包含以下功能模块：基本信息管理、入库管理、库存管理、出库管理和查询管理。仓储管理信息系统按照常规和用户自行确定的优先原则来优化仓库的空间利用和全部仓储作业。对上，它通过EDI等电子媒介，与企业的计算机主机联网，由主机下达收获和订单的原始数据；对下，它通过无线网络、手提终端、条形码系统和射频数据通信（BFDC）等信息技术与仓库员工联系。上下相互作用，传达指令，反馈信息，更新数据库并生成所需要的条形码标签和单据文件。仓储管理信息系统除了具备物流信息系统的特征外，还具有支持零库存管理、支持物流信息采集设备及自动化设备、支持仓储作业管理等自身的特点。
（2）运输管理信息系统
运输管理信息系统（Transportation Management System，TMS）是基于运输作业流程的管理系统，它利用计算机网络等现代信息技术，对运输计划、运输工具、运送人员及运输过程进行跟踪、调度和指挥。运输管理信息系统从查询便利化、服务及时化、竞争优势化和信息共享化四个方面提高了物流运输的服务水平。运输管理信息系统主要功能模块包括以下几个方面：客户管理、车辆管理、驾驶员管理、运输管理、财务管理、绩效管理、海关/铁路/航空系统对接管理、保险公司和银行对接管理。
（3）配送中心管理信息系统
配送中心管理信息系统是直接面向具体的物流配送指挥和操作层面的智能化系统。它在利用调度优化模型生成智能配送计划的基础上，采用多种先进技术对物流配送过程进行智能化管理，有效地降低物流配送的管理成本、提高配送过程中的服务质量、保障车辆和货物的安全。该系统可以提供配载订单的明细列表、装货顺序、车型、送货顺序、上下货时间窗、任务完成时间表等，为城市物流配送业务提供有力的支持。配送中心管理信息系统的基本功能模块包含以下几个方面：订单处理作业、采购作业、进货入库作业、库内管理作业、补货及拣货作业、流通加工作业、出货作业和配送作业。
（4）供应链管理信息系统
供应链管理信息系统围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，实现对从采购原材料开始，制成中间产品及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的全过程物流的集成与控制。供应链管理软件按照过程来实施供应链计划，安排进度表，以及执行和控制供应链计划。它着重于整个供应链和供应网络的优化，贯穿供应链的全过程。一般的供应链管理系统由五个主要的模块组成：需求计划、生产计划和排序、分销计划、运输计划、企业和供应链分析等。
2.按演变历程分类
按照物流管理信息系统的演变历程，可以将物流管理信息系统分为简单系统和复杂系统两大类，如图10.6所示。简单系统包括：小型专业化物流管理信息系统，如独立的车辆调度系统、仓储管理系统等；单一综合化物流管理信息系统，如单个企业使用的综合物流信息系统。复杂系统包括：多元综合化物流管理信息系统，如基于供应链集成化物流信息系统；复杂综合化物流管理信息系统，如行业/区域的共用物流信息平台等。
图10.6 物流管理信息系统分类
物流管理信息系统其他的分类还包括：按管理决策的层次可分为物流作业管理系统、物流协调控制系统、物流决策分析系统；按系统的应用对象可分为面向制造企业的物流信息系统，面向零售商、中间商、供应商的物流管理信息系统，以及面向物流企业的物流管理信息系统；按系统采用的技术可分为单机系统、内部网络系统、与合作伙伴和客户互联的系统。
10.3.3 基于物流管理的信息系统的发展阶段
物流管理信息系统是物流信息系统的神经系统，它既是一个独立的子系统，也是物流总系统的一个辅助系统。物流管理信息系统的发展是伴随着物流业务、管理需求的变革，计算机应用、网络通信的发展而发展的，其功能贯穿于物流各子系统的业务活动中。通过计算机网络及时、准确、高效地处理和加工物流信息，把运输、储存、包装、装卸搬运、流通加工等业务活动联系起来，以提高物流效率，取得最佳经济效益。
从物流管理方面可将物流管理信息系统的发展阶段分为物流事务管理信息系统、综合物流管理信息系统、集成供应链物流管理信息系统三个阶段，如图10.7所示。
图10.7 基于物流管理的物流管理信息系统发展阶段
1.物流事务管理信息系统
20世纪70年代，人们提出利用计算机技术在短时间内对大量的物流信息数据进行计算和处理，形成了物流需求计划（MRP）的概念，设计与开发了用于解决采购、库存、生产、销售的信息管理系统——物流事务管理信息系统。物流事务管理信息系统是随着管理信息系统的发展而产生的早期的物流管理信息系统。其主要功能是进行简单的物流作业管理，实现简单的信息采集、存储和传递，如货物的出入库管理、库存管理及生产管理等。物流事务管理信息系统功能单一，信息分布相对分散，各信息系统之间相互独立，无法实现信息的加工、分析及处理等功能，容易形成“信息孤岛”。此外，物流事务管理信息系统不能控制整个物流链，无法为顾客提供个性化服务，不能形成物流一体化的服务。
2.综合物流管理信息系统
随着20世纪80年代末物流信息技术的快速发展，许多发达国家开始了一场对各种物流功能、要素进行整合的“物流革命”，物流管理逐步现代化，出现了第三方物流，综合物流管理信息系统也应运而生。综合物流管理信息系统能够使单一的信息实现整合化，并与现代物流信息技术相结合，加入条形码、EDI等技术作为信息的支撑，实现了物流管理信息系统的综合化，提高了物流管理信息系统的效率与管理水平，完成了系统内部各环节的顺畅连接。综合物流管理信息系统能实现对物流整体活动的统筹、优化管理，能在进行日常物流生产活动的同时为企业提供优化方案，而不只是单一的服务过程。
3.集成供应链物流管理信息系统
随着物流领域不断扩大、信息化技术不断提高，人们将重心更多地转移至整个供应链的物流活动，形成了集成供应链物流管理信息系统。集成供应链物流的核心概念是将整个物流供应链上的各个物流节点的信息进行整合，实现对信息加工、分析、管理、决策，实现与客户物流信息的对接交换，以及与资源（运输与仓储）供应商数据的对接交换。集成供应链物流管理信息系统是物流服务信息技术现代化与综合化的体现。它采用现代化的管理理念，通过建立第四方物流信息平台，对企业客户所处的供应链的整个系统或行业物流的整个系统进行详细的分析，为企业提供相对于行业或供应链的全局的最优解决方案，实现物流信息的增值服务，完成物流信息系统与服务方信息系统的融合，以期达到使物流供应链的服务最优化和利润最大化。
10.4 基于物联网的物流信息技术体系
1.物流信息技术体系
物流领域是物联网相关技术最有现实意义的应用领域之一。将物联网技术应用到现代物流的全过程，使物联网技术与现代物流技术有机结合，从而形成基于物联网的物流信息技术体系，可有效提高物流作业效率和管理水平。基于物联网的物流信息技术体系将带来物流产业的一次全新的技术变革。
物联网技术可覆盖现代物流的全过程：从物流“末梢神经”的信息感知实现对物流作业的控制，到提高物流业务的管理水平，再到支持物流企业进行有效的智能决策，最终上升至整个物流行业的普遍应用。通过前文的分析，本节将物联网技术应用到现代物流作业过程和业务管理中，形成基于物联网的物流管理信息技术体系，如图10.8所示。
图10.8 基于物联网的物流信息技术体系
其中，物流感知控制技术是该技术体系的末梢神经，也是物联网技术在现代物流中应用的基础层面，它为上层的作业控制和业务管理等提供高效的信息交互技术手段；物联网基础上的物流网络传输技术是物联网技术在信息感知的基础上实现对物流业务的远程控制和智能管理；物联网基础上的物流应用技术是物流网技术应用的高级层面，主要通过对各种物流信息进行处理和分析，为企业提供智能决策的依据。每个应用物联网技术的物流企业的数据资源都将接入物流行业公共信息平台，通过统一的数据标准形成物联网在物流行业的应用规范，最终实现物联网技术在整个物流行业中的应用。
2.应用物联网技术的主要设备及运作
（1）RFID标签、传感器
在物流感知层面中，运用EPC编码技术将托运货物的运单信息和物流企业的作业工具信息等存入编码中并进行统一的标识，将符合行业标准的物流RFID标签嵌入托运物品和物流工具，装卸时可自动收集货物属性的信息，从而缩短作业时间，并能够实时掌握货物的位置，实现物联网技术在物流过程末梢神经的智能感知。
能够反映物流环境信息的各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、气敏传感器等及时将信息传递给监控中心，使监控中心能够实时了解货物状态并进行智能化调控。
（2）智能托盘、数字货柜、自动导引车
通过应用感知层提供的实时数据资源，在各个环节运用相关的自动控制技术，实现自动仓储、动态配送、智能运输、信息控制和设备管理等。例如，通过自动托运货物的RFID标签信息，不仅能够实现对货物的自动追踪，还可以根据货物性质和托运要求在作业区内对其进行自动分拣、自动导引，并在仓库中自动识别数字货柜。这样就能够在实现自动化地存货与取货等操作的基础上，高效地完成各种相关业务操作，例如，指定堆放区域、上架取货与补货等。此外，通过实时监控对库存进行动态管理，可以提高运作效率，节省人力、物力。物联网技术在物流作业控制系统中的应用，可以有效提高物流作业效率和作业质量，降低物流成本，提升物流服务水平。
3.物流行业公共信息平台标准规范
将应用物联网技术的物流企业的数据源通过行业专网接入物流行业公共信息平台中，同时在物流行业中制定统一的物联网应用标准规范，可以实现物联网技术在整个物流及物流服务行业中的普遍应用。物流公共信息平台应用标准主要包括：物流信息分类与编码标准、物流信息采集技术标准、平台数据交换标准、安全标准与规范。其中，物流信息分类与编码标准重点需要研究的标准包括物流仓储单元编码标准、运输单元编码标准、货物包装单元编码标准、贸易单元编码标准和载运工具编码标准等；物流信息采集技术标准重点需要研究的标准包括物联网物品识别标准和传感标准；平台数据交换技术标准的研究方向是在已有的基于XML的数据交换标准的基础上，提炼出一个基础的元数据标准，这个标准好比互联网的HTML标准，是物联网数据交换的核心；必须制定的平台内的安全标准及规范包括RFID安全标准、Web服务安全标准、XML密钥管理规范，以及相关的信息隐私保护规范等。
10.5 农资物流监控系统
10.5.1 现代农资物流管理
农资物流是指从农业生产资料的采购、农业生产的组织到农产品加工、储运、分销等，从生产地到消费地、生产者到消费者过程中所形成的物质产品流动。
现代农资物流包括信息传递在内的一系列计划、执行、管理控制的过程。发展现代农资物流，就是加强对农资物流的管理，从而提高农资产品生产市场的反应速度，降低库存数量，缩短生产周期，提高服务水平，节约物流成本，增加产品销售利润，促进农村经济发展，最大限度地满足社会的需要。
现代农资物流管理是对农资产业产前、产中、产后过程的科学管理。它分为农资供应物流、农资生产物流、农资销售物流和废弃物物流四种。农资供应物流以组织农业生产资料的物流为主要内容，主要是指农业生产资料的采购，包括种子、肥料、农药、地膜、农机具以及农资生产需要消费的其他原料、材料、燃料、电力和水利资源等；农资生产物流是指从农作物耕种、管理、收获整个过程所形成的物流；农资销售物流以组织农业产品的物流为主要内容，是指由农产品的销售、加工行为而产生的一系列物流活动，由经销商的收购、储存、加工、包装、运输、分销等环节组成；废弃物物流指将经济活动中失去原有使用价值的物品，根据实际需要进行收集、分类、加工、包装、搬运、储存等，并分送到专门处理场所的物流活动。
信息化管理是新农资流通业的重要标志，是现代化企业与传统企业之间最大的差别所在。近年来，我国农资流通企业的信息化意识有了相当大的提高，部分企业已经应用局域网和互联网进行企业经营与管理。企业信息化的本质应在于用信息技术优化企业业务流程和经营管理流程。
农资物流不同于工业或商业领域的物流。农用物资的运输受自然条件和运输条件的影响加大，例如，种子遇水后易发芽，化肥具有一定的腐蚀性，燃料具有易燃易爆性，食用物品高温下易变质等。农资种类繁多，各类农资对运输条件要求各不相同。同时，农资配送物流量大，成本也相对较高。农资配送网点分布具有广泛和分散的特点，因此，选择最优的行驶路径是能否降低农资物流成本、提高配送效率的决定性因素之一。由上述分析可知，在不同农资配送过程中，建立相应类型的监控系统不仅能够实现农资的安全配送，而且能够通过监控系统对路线的最优设计实现物流成本的降低。下面将以农资物流监控系统为例，介绍农资物流监控系统的运作方式。
10.5.2 物联网在农资物流领域的应用实例——农资物流监控黑箱系统
1.农资物流监控黑箱系统概述
农资物流监控黑箱系统（Agricultural Logistics Monitoring Black box System，ALMBS）是一个基于计算机技术、无线通信技术、GPS定位技术和传感器技术的农资产品运输在途信息获取、处理、记录、传输的监控系统。ALMBS对运输过程中农资产品的注册信息、运输环境监测信息、位置信息、用户操作等进行连续的黑箱记录，为农资产品的有效配送提供全程监控和信息追溯。整个信息的采集、传输、分析处理和记录过程是对用户透明的。在途运输过程中，运输工作人员可以查看农资产品运输环境分析结果、当前位置等信息，但不能修改。该系统由微型计算机系统和相关软件构成，可以广泛用于多种农资产品运输过程监控，是物联网技术的典型应用。
2.系统结构和功能
ALMBS是一个无线智能监控管理系统，主要面向无线网络传输（GSM/GPRS/Wi-Fi）的农资物流监控管理，在农资产品运输过程中对温度、湿度、含氧量等环境参数变化情况、车辆位置等进行全程的信息采集、分析、传输与记录，为农资产品的有效配送提供全程监控和信息追溯的手段。
（1）ALMBS网络结构
ALMBS主要包括物流监控中心、车载可视化本地监控端（简称本地监控端）、车载监控节点（简称监控节点）和短信报警模块，网络结构如图10.9所示。
图10.9 农资物流监控黑箱系统（ALMBS）网络结构
每辆农资物流运输车辆可配备一个本地监控端和多个监控节点。本地监控端具有GPS定位功能，农资运输车辆的位置信息通过本地监控端的GPS模块提供并记录到本地监控端，该车的位置信息和在途状态就是这一批货物的共同状态信息。本地监控端软件负责通过GPRS发送数据给物流监控中心，或通过GSM发送信息给农资产品供应商和物流企业相关负责人。
每辆农资物流货运车辆所配备的多个监控节点适用于农资物流运输环境信息的采集、传输、记录和超限报警。各个监控节点通过无线Wi-Fi通信方式与本地监控端进行通信和数据传输。
正常情况下，本地监控端可以通过GPRS向物流监控中心上传环境参数信息（如温度、湿度和含氧量等）和位置信息（如运输车辆的经纬度等），通过设定的环境参数限值（如温度、湿度、含氧量上下限）以及运输路线进行动态判断是否出现异常。本地监控端和监控节点一旦监测到环境参数超出设定范围，就自动进行系统报警，并可同时通过短信方式向设定的用户或物流监控中心发送报警信息。短信功能对于没有监控中心的中小型物流企业是一个理想的选择。物流监控中心根据本地监控端上传的位置信息判断运输路线的正确性，如果路线错误或者需要临时根据道路交通状况调整运输路线，物流监控中心可通过GPRS/GSM向本地监控端和农资物流运输人员发送路线调整指令。这样就实现了农资产品运输过程的全程监控。
（2）本地组网结构
ALMBS中本地监控端和各监控节点应用了组网技术中的星形网络拓扑结构（见图10.10），使多个监控节点和单个本地监控端进行双向无线通信，保证了数据信息的实时传输。
将多个监控节点放置在农资运输车辆的不同位置，监控节点周期性采集数据，并通过Wi-Fi方式将环境参数（如温度、湿度、含氧量等）数据信息传输至本地监控端，由本地监控端软件提取接收到的环境信息，进行处理后实时地显示在监控界面上，并进行历史数据记录。
图10.10 农资物流监控黑箱系统的星形网络拓扑结构
在星形网络中，本地监控端须同时能够与多个监控节点的任意一个或多个进行双向通信；系统采用了以1个char（8位）类型的字节来编制网络中各设备的地址：由于多个监控节点同时工作，故用位0～位7分别对应监控节点MN1～MN256，其中本地监控端自带的GPS占用一个地址。
（3）系统功能结构
ALMBS的本地监控端和监控节点部署在农资产品运输的车辆中，本地监控端可通过GPRS与物流监控中心互联，也可通过GSM短信的方式将农资产品的物流信息发送给农资产品供应商和物流企业相关负责人。系统框架如图10.11所示。
图10.11 农资物流监控黑箱系统框架
为了实现环境监控与定位的功能，系统网络中的各类设备需要相互通信、协调合作。监控节点利用自带的传感器周期性地监测运输环境参数，并向本地监控端发送环境监测数据，在屏幕上实时显示环境监测信息以供现场操作；本地监控端接收来自监控节点的数据，通过本地监控端软件或物流监控中心，集中对农资运输在途信息进行监控。ALMBS信息交互如图10.12所示。
图10.12 农资物流监控黑箱系统信息交互
1）监控节点。监控节点为低功耗的无线传感器节点，具有数据采集、数据处理和数据存储的能力。该节点可以从本地监控端获取农资产品的注册信息（如农资产品的种类、数量等）和车辆位置信息，并实时采集运输环境参数（如温度、湿度、含氧量等）。所有这些信息都可设定存储在监控节点。
由于不同的农资产品对运输环境的要求各不相同，物流监管人员可以实现运输环境报警限值的设置。运输环境报警限值设置的方式有两种：一是通过本地监控端的监控软件自主设定环境报警限值等系统参数，并向各监控节点发送报警设置指令；二是由物流监控中心发送报警限值设置给本地监控端，再由本地监控端向各个监控节点发送报警限值设置指令。一旦运输环境的报警限值设定完毕，运输人员在运输过程中只能查看而无权做任何修改。如在运输过程中运输环境出现异常，监控节点将自动蜂鸣报警。
根据监控节点的应用需求，监控节点包括可两种应用模式：单点模式和互联模式。
①单点模式。当处于单点模式时，监控节点部署在物流运输车辆车厢中，各监控节点独立工作，实现农资产品的注册信息和运输环境信息的本地存储，并不与本地监控端配合使用。
在进行农资产品运输前，物流监管人员启动监控节点，根据产品的需求通过本地监控端对监控节点设置环境参数报警限值。在设置完毕后，物流监管人员将监控节点部署在物流车辆中，监控节点开始周期性采集存储运输环境的参数，一旦出现异常情况则蜂鸣报警。车辆运输人员可以根据报警提示，使用监控节点自带键盘查询异常的环境参数，并对运输环境做出调整（如调整运输车辆的温度等）。在运输结束时，关闭监控节点。
单点模式下监控节点的工作流程如图10.13所示。
图10.13 单点模式下监控节点的工作流程
②联网模式。当处于联网模式时，监控节点不仅可以实现农资产品运输环境信息的本地存储，还将通过Wi-Fi的无线通信方式将信息传输给本地监控端。本地监控端的用户（运输人员）可以根据自身的需要实时查询运输环境的信息。
在开始农资产品运输前，物流监管人员启动监控节点，根据产品需求通过本地监控端进行环境参数报警限值的设置、监控节点从本地监控端获取联网工作时的网络地址并设置数据传输模式。在设置完毕后，物流监管人员将本地监控端和监控节点部署在物流车辆中，监控节点开始周期性采集并存储运输环境的参数，并根据数据传输模式周期性地将数据发送给本地监控端。一旦监测到异常情况，本地监控端将自动报警。运输人员可以根据本地监控端的报警提示，通过本地监控端查询异常的环境参数，并对运输环境做出调整（如调整运输车辆的温度等）。在运输结束时，关闭监控节点。
联网模式下监控节点的工作流程如图10.14所示。
图10.14 联网模式下监控节点的工作流程
在单点模式或联网模式下，监控节点的主要功能如下：
●数据采集功能：通过监控节点自带的传感器对温度、湿度、含氧量等进行监测。
●数据处理功能：对传感器监测的环境数据进行分析，可进行超限报警；可接收本地监控端下发的指令，如量程与限值设置指令等。
●数据存储功能：对监测到的运输环境数据进行本地存储。
●黑箱日志功能：所有对监控节点的用户设置和操作行为、监控节点监测到的运输环
境数据、监控节点从本地监控端接收到的指令信息等都可以被记录在本地，并不能
被任何人员修改，可实现农资产品在途信息的可追溯管理。
●无线通信功能：支持Wi-Fi无线通信，通过Wi-Fi将运输环境数据传送给本地监控
端，接收来自本地监控端的信息。
●参数查看功能：运输人员可以通过监控节点自带的键盘和屏幕查看运输环境参数。
2）本地监控端。本地监控端是可视化的车载终端。一方面，它可以通过Wi-Fi无线通信方式从监控节点获取农资产品的环境参数信息，将自带的GPS获取的位置信息传输给监控节点；另一方面，它也可以通过GPRS/GSM将其所获取的信息传输至物流监控中心、农资产品供应商和物流企业。
本地监控端的主要功能如下：
●运输监控功能：接收监控节点的农资产品环境信息（如温度、湿度、含氧量等），
实时显示并进行存储（可根据需求设置农资产品在途信息的存储时间）；通过GPRS
接收物流监控中心发出的运输环境报警限值设置指令、路线调整等指令。
●用户权限管理：本地监控端作为ALMBS中的黑匣子，其用户根据其权限可分为系
统用户（物流监管人员）和普通用户（运输人员）。系统用户作为系统的管理人
员，可以通过本地监控软件实现时间同步或自主设定起始运行时间、写入农资产品
的注册信息，设置运输环境报警限值和数据传输模式。普通用户仅具有查看权限，
此类用户可以通过本地监控端实时查看农资产品的各类信息，并实时接收物流监控
中心发送过来的指令，但无权对本地监控端的信息做任何修改。
●参数设置功能：仅由物流监管人员通过本地监控端软件自主设定环境参数的报警限
值（如农资产品运输的温度范围等），并传输给监控节点。一旦设置完成，在运输
过程中不可修改。本地监控端报警信息的传输方式有两种：GSM方式，本地监控端
软件自动将报警信息通过短信的方式发送给农资产品供应商和物流企业；GPRS方
式，本地监控端采用GPRS方式连接至因特网，通过因特网将报警信息发送给物流
监控中心。
●报警功能：如果农资产品出现运输环境及位置的异常，本地监控端软件将自动报
警，并通过GPRS向物流监控中心，或通过GSM向农资产品供应商和物流企业相关
责任人发出警告。同时本地监控端软件具有预警功能，即当环境参数监测结果与报
警限值接近时，本地监控端软件将向运输人员发出预警信息。
●黑箱日志功能：所有对本地监控端的用户设置、操作行为（如环境参数限值设置）
和农资产品在途信息（如农资产品的注册信息、运输环境参数信息、位置信息等）
都可以被记录在本地监控端，并且不能被任何人员修改，可实现农资产品在途信息
的可追溯管理。
●时间同步功能：在本地监控端软件上，可通过网络与物流监控中心进行时间同步，
也可自主设定起始运行时间，以便记录事件发生的实时时间。
●GPS地图定位功能：本地监控端带有GPS芯片，可实现实时经纬度定位，以便物流
监控中心监测农资运输车辆的行驶路线并进行路线调整。
●网络通信功能：本地监控端与监控节点通过Wi-Fi通信，本地监控端与物流监控中心
通过GPRS/GSM方式通信。
●用户界面：实现与用户的交互，包括数据显示，用户指令的接收等。
3）物流监控中心。物流监控中心作为整个ALMBS的监控者，负责对接收到的数据进行处理、分析、统计、显示、存储，并根据用户的需要对运输网络中所有农资物流产品的运输状态进行查询、监控等。物流监控中心可采用专用的服务器，配备相关的操作系统和相关的应用软件。
物流监控中心系统的相关功能如下：
●数据处理功能：接收本地监控端的信息，包括农资产品的在途信息（如温度、含氧
量、经纬度等）；对接收到的数据进行分析、统计、显示等处理。
●控制指令下发处理功能：如路线调整指令，环境参数报警限值设置指令等。
●数据存储功能：用于存储数据（如农资物品物流的相关信息），提供历史数据查询
统计，存储系统农资物流状态动态数据等。
●网络通信：支持GPRS/GSM等无线通信方式。
●用户界面：负责与用户的交互，包括数据显示，用户指令的下发等。
3.系统设计
（1）监控节点
基于Wi-Fi技术的低功耗监控节点是以低功耗嵌入式模块为核心的多通道数据采集与信息传输系统，硬件选用微功耗器件，要求具有数据采集、存储和无线网络通信等功能。
监控节点由主板（包含SoC、传感器扩展板）和外围扩展（包括LCD、键盘等）构成。系统框架如图10.15所示。
图10.15 监控节点系统框架
（2）本地监控端
本地监控端可以与监控节点和物流监控中心进行数据通信。
（3）物流监控中心
物流监控中心可配备服务器来实现，应具有以下（硬件）模块：
1）通信网关：负责接收GPRS无线通信数据，如温湿度、含氧量、位置信息数据，并接收并转发来自代理的指令，如车辆定位、参数设置等。
2）代理服务器：负责分析处理前端数据，如报警分析、农资物品产品注册、控制指令下发处理。
3）数据库服务器：存储业务系统动态数据等。
4）Web服务器：负责B/S模式的业务管理功能实现。
5）应用服务器：负责对数据库数据的操作访问控制。
10.6 物品标签系统
10.6.1 电子标签概述
电子标签是20世纪末迅速发展起来的射频识别技术。电子标签可以说是IC卡技术的延伸，是微电子技术与新型芯片封装技术相结合的产物。它通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备在不同状态（运动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。近几年电子标签发展迅速，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术。
电子标签技术具有非接触、无需光学可视、完成识别工作时无需人工干预、适于实现自动化且不易损坏、可识别高速运动物体、可同时识别多个射频卡、操作快捷方便等诸多优点，可以轻松满足现代物流信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需求。电子标签技术以其特有的优势，克服了条码识别需要光学可视、识别距离短、信息不可更改等缺点，在飞速发展的现代物流中得到了越来越广泛的应用。
物品标签系统是一个应用RFID标签技术，进行信息传输与信息管理的智能系统，可广泛用于物品物流各作业环节的信息标记、标识和信息使用。物品标签系统的核心是一个物品存储与运输、环境信息实时监测和物品信息追溯系统。物品标签系统可广泛应用于现代物流供应链的各个环节，是物联网技术的典型应用。下面将以高档艺术品智能物流系统为例，介绍物品标签系统的运作方式。RFID技术能够提高贵重物品在物流过程中的跟踪和追溯能力，及时地获取货物的有关信息，提高贵重物品物流过程中的安全，在贵重物品物流中的应用具有重要的意义。
10.6.2 物品标签系统的应用实例——高档艺术品智能物流系统
1.高档艺术品智能物流系统概述
高档艺术品智能物流系统（Intelligent Logistics System for Artwork，ILSA）是基于物联网技术来构建的高档艺术品智能物流追溯系统，它将具有RFID模块的智能标签与高档艺术品绑定。在运输过程中，物流运输人员可以通过手持设备（RFID读写器）扫描或者通过标签自带的USB接口获取该艺术品的身份信息（包括其名称、年代、特征和作者以及过往的交易记录等）和物流环境信息（包括其运输和保存过程的环境信息，如温度、湿度、加速度等，和相应的时间信息），并可将信息上传给物流信息管理中心。艺术品所有者可以通过在物流信息管理中心的查询系统中直接输入智能标签编号或者通过直接连接标签，从而查询追溯该件高档艺术品的身份信息和物流环境信息。
高档艺术品智能物流系统为收藏者在艺术品的运输和保存过程中更加准确地掌握艺术品的状态提供了有效、可靠的手段。
2.系统结构与功能
高档艺术品智能物流系统是一个基于计算机技术、无线通信技术、RFID技术和传感器技术的艺术品运输在途信息获取、处理、记录、传输的追溯系统，在艺术品运输和保存过程中对温度、湿度、加速度等环境参数变化情况等信息进行全程的记录，提供一个可信、可靠的艺术品追溯方式。
高档艺术品智能物流系统结构如图10.16所示，主要分为智能标签模块和物流信息管理中心。
图10.16 高档艺术品智能物流系统结构
每件艺术品都配备一个唯一的智能物流标签，该标签包含低功耗微处理模块、RFID模块、传感器模块和USB模块，可进行物流运输和存放过程温度、湿度、加速度等数据的采集记录和传输。艺术品的温度、湿度、加速度等数据等参数变化既可以选择保存在RFID模块中，也可以选择保存在低功耗微处理模块中。
在物流运输和仓储过程中，运输人员可以通过手持设备（RFID读写器）扫描或者USB接口获取该艺术品的身份信息（包括其名称、年代、特征、作者、过往的交易记录等）和物流环境信息（包括其运输保存的环境信息，如温度、湿度、加速度等，和相应的时间信息），并可通过GPRS或因特网将信息传输至物流信息管理中心。在物流运输和仓储过程中，艺术品所有者可在物流信息管理中心的查询系统中直接输入智能标签编号查询到该件高档艺术品的身份信息和物流环境信息；在艺术品的收藏过程中，艺术品所有者可以通过USB接口查询显示该艺术品的身份信息和物流环境信息。
3.系统设计
（1）智能标签
基于物联网技术的智能标签是以低功耗嵌入式模块为核心的多通道数据采集与信息传输系统，硬件选用微功耗器件，要求具有数据采集、存储和射频通信等功能。
智能标签由微控制模块（MCU）、传感器模块、RFID模块、USB模块、实时芯片模块和电源模块构成。智能标签模块如图10.17所示，外观如图10.18所示。
图10.17 智能标签模块
图10.18 智能标签外观（尺寸单位：mm）
1）智能标签结构如下：
●RFID模块：智能标签具备RFID射频通信模块，可通过低频收发器实现射频无线通信，低频无线收发器内存可读写，同时该收发器具有电池充电功能。
●传感器模块：标签自带温度、湿度传感器和加速度传感器，可实现温度、湿度和加速度信号的采集，用户也可以根据需要适当增加传感器。
●MCU模块：标签在MCU模块的控制下，可将采集的信息进行存储。
●实时芯片模块：标签可以通过该模块记录下采集信息的具体时间。
●电源模块：标签使用自身所带的纽扣电池供电，并带有一个电源开关，该模块可保证标签能连续工作2000h。
●USB接口：标签包含USB接口一个，用户可以通过USB接口与PC通信，实现FAT文件传输。
●节点封装：整个标签封装外观如图10.18所示。
2）智能标签程序功能如下：
●数据采集功能：通过标签自带的传感器模块采集温度、湿度和加速度等信息。
●数据存储功能：对监测到的运输环境信息以及采集的时间进行适量的本地存储。该标签可保存6000个采样点的信息，并将信息以TXT文件的格式保存在MCU的存储器中。同时该标签可将最近的100个采样点的数据写入RFID模块中，以方便用户通过RFID读写器进行信息的查询。
●射频通信功能：可通过低频收发器实现射频无线通信，低频无线收发器内存可读
写，同时该收发器具有电池充电功能。
3）智能标签工作流程。智能标签的工作流程如图10.19所示。物流信息管理中心运输管理人员在具有授权的情况下激活标签，并通过射频读写器往智能标签中写入艺术品的身份信息（包括其名称、年代、特征和作者、目前的收藏者等），并设置标签采集的周期以及采集的参数。在艺术品运输和保存过程中，智能标签周期性监测并记录艺术品的物流环境信息（包括其运输保存的环境状态信息，如温度、湿度、加速度等，和相应的时间信息）。在整个物流环节中，物流信息管理中心运输管理人员可以通过手持设备（RFID读写器）扫描获取艺术品的身份信息和物流环境信息，并可通过GPRS/因特网将数据发送至物流信息管理中心。
在物流运输和仓储过程中，艺术品所有者可在物流信息管理中心的查询系统中直接输入智能标签编号查询到该件高档艺术品的身份信息和物流环境信息；在艺术品的收藏过程中，艺术品所有者可以通过USB接口查询显示该艺术品的身份信息和物流环境信息。
图10.19 智能标签工作流程图
（2）物流信息管理中心
物流信息管理中心可以接收运输管理人员采集的艺术品身份信息和物流环境信息，并提供查询平台供艺术品所有者进行追溯查询。
物流信息管理中心可配备服务器来实现，应具有以下（硬件）模块：
1）通信网关：负责接收运输管理人员在运输环节中采集的数据。
2）数据库服务器：存储业务系统动态数据等。
3）Web服务器：负责B/S模式的业务管理功能实现，并为用户提供实时查询功能。
4）应用服务器：负责对数据库数据的操作访问控制。
10.7 CPS实验教学系统
10.7.1 CPS实验教学系统架构
在宏观上，CPS是由运行在不同物理空间范围的分布式的异构系统组成的动态混合系统，包括感知、决策和控制等各种不同类型的资源和可编程组件。CPS通过嵌入式计算机与网络，实现对各种物件和工程系统的实时感知、远程协调、精确与动态控制和信息服务。各个子系统之间通过有线或无线通信技术，依托网络基础设施相互协调工作，未来CPS将广泛应用于重要基础设施的监测与控制、国防武器系统、环境监控、智能家居与生活辅助、航天与空间系统、智能物流系统、医疗保健和智能高速公路等诸多领域。
针对CPS在智能物流系统中的应用，CPS实验教学系统包括用户层、CPS节点层和物件层。CPS节点层由若干CPS节点构成，提供了一种通过互联网与各种物件和服务进行数据交换的方法。用户层，用户可以通过互联网，利用各种终端设备与CPS节点层通讯，也可以直接与CPS节点交互。物件层，包括各种生产加工机器、仪器仪表、仓储设备等。如图10.20所示。
图10.20 CPS实验系统架构
各种物件可以通过有线（TCP/IP）、无线（Wi-Fi、GPRS/GSM）、A-D接口、D-A接口、USB接口连接CPS节点。用户可以利用浏览器通过因特网或直接本地访问CPS节点，通过控制页面传递控制命令，访问控制连接物件。
10.7.2 CPS节点功能与内部结构
在物流领域中，现有基础或专用设施、包括各种生产加工机器、仪器仪表、仓储设备等物件，要实现基于因特网的过程监控、数据交换、自动报警等功能十分困难。不仅需要在各种不同的物件中实现因特网通信协议及服务，同时还要实现物件本身的控制，实施复杂度高。为此，提出一种双MCU结构的CPS节点。其中一个MCU作为因特网服务器与用户交互，称为IMCU（Internet MCU），支持TCP/IP协议栈并运行因特网服务程序，形成一个用户可以通过浏览器进行交互的服务器；另一个MCU专门用于接入物件，称为OMCU（ObjectMCU），处理数字和模拟信号的输入/输出，并且负责和物件的有线或无线通信。通过连接CPS节点，使得物件可访问、可监控，具有一定的智能性，成为智能物件。
CPS节点功能与内部结构如图10.21所示。
图10.21 CPS节点内部结构
基于以太网环境，CPS节点能够通过WWW服务提供对连接物件的访问接口，用户通过因特网可以监控连接物件，进行操作指令下达、参数设置和数据采集等操作。
1）MCU：选择低功耗的MCU。采用双MCU结构，IMCU主要作为Web服务器与用户交互，OMCU专门用于物件的实时感知、远程协调、精确与动态控制和信息交互等。IMCU只是在有用户请求时，与OMCU通信。
2）共享RAM：作为双MCU的数据共享区。
3）EEPROM：用于存放系统引导程序、监控程序、预置工作参数等。
4）显示模块：采用4.3inLCD屏，显示CPS节点各种信息。该模块可以独立关闭，以节省能耗。
5）键盘模块：采用4键模式（包含上下方向键、确认键和取消键），可通过键盘完成向CPS节点输入命令和参数。
6）电源模块：包括电源开关和电源接口单元，支持便携式高容量电池供电。
7）USB模块：可以使用USB接口连接CPS节点，或通过USB接口实现与物件的串口通信。
8）SD卡模块：可用于存放联机程序和需要长期存储的数据。
9）DI/DO模块：可以提供多路数字信号的输入/输出，用于连接各种数字设备，提供2路DI和2路DO。
10）ADC/DAC模块：可以提供多路模拟/数字信号的输入/输出，用于连接各种传感器、仪器仪表等物件，提供2路A-D采集接口，2路D-A输出接口，精度为10位以上。
11）GPS模块：提供CPS节点的位置信息。
12）GPRS模块：具有1个GSM接口，可插入SIM卡。
13）Wi-Fi模块：支持802.11a/b/g协议。
14）以太网模块：支持TCP/IP，支持IPv4、IPv6通信，具有2个RJ45网络接口，提供以太网通信功能。
10.7.3CPS实验教学系统软件体系结构
CPS实验教学系统软件体系结构如图10.22所示，包括因特网服务器、物件服务引擎、操作系统、存储管理、电源管理、I/O管理、设备管理和网络管理模块。
图10.22 CPS实验教学系统软件体系结构
1.操作系统
由于系统的资源有限，CPS节点基于多任务操作系统Contiki。Contiki支持IPv4/IPv6通信，提供了uIPv6协议栈，支持TCP/UDP，还提供了线程、定时器、文件系统、I/O管理、网络驱动等功能。Contiki同时提供完整的IP网络和低功率无线电通信机制。
2.因特网服务器
在操作系统Contiki之上构建因特网服务器，管理并存储不同的控制页面，通过访问控制页面可以实现远程用户与CPS节点的交互。
3.物件服务引擎
在操作系统Contiki之上构建物件服务引擎，提供对接入物件的访问控制和数据交换服务的开放式API，基于这些API开发不同的物件服务应用程序，具有可扩展性。服务引擎可以接收来自因特网服务器对物件的控制命令、参数设置和数据交换请求，处理和物件的有线/无线连接控制、数据传输等功能。
如图10.23所示，物件服务引擎将用户请求派发给相应的物件服务应用程序。
图10.23 物件服务引擎请求处理示意图
4.队列结构
为了实现高效率的数据处理和数据交换，在共享RAM中创建两个环形队列，一个队列用于存放用户请求，另一个队列用于存放与物件交换的数据。每一个环形队列的结构如图10.24所示（图中阴影部分为存有数据的区域，非阴影部分为空闲区域）。
图10.24 队列结构
5.双MCU数据处理流程
图10.25说明了用户通过浏览器发送HTTP请求给CPS节点，请求数据交换的处理流程，比如，用户要读取传感器数据、生产加工设备状态等。相反地，用户可以下达控制命令和任务参数给物件，数据处理流程是类似的。
图10.25 用户请求数据处理流程
6.用户访问权限管理
为了CPS的安全性，允许合法的用户访问CPS节点，进而访问所连接物件。可以在CPS节点中存储授权的用户名、密码，甚至存储其固定的IP地址及MAC地址。远程用户访问CPS节点时，要比较用户、密码，只有合法用户才可以通过因特网访问CPS节点。
10.7.4 CPS实验教学系统体系结构
通过CPS实验教学系统全面地展现CPS技术，将各个技术点分解到不同的软硬件实验模块中，完成CPS在感知层、网络层和应用层的应用实践教学。CPS实验教学体系结构如图10.26所示。
图10.26 CPS实验教学系统体系结构
10.8 物联网在物流领域的应用展望
目前，物联网尚处于概念、论证、试验与初级应用阶段，很多关键技术尚需进一步研究，标准规范仍需进一步制定。但是，物联网引发了继计算机、互联网与通信网络之后世界信息产业的第三次浪潮，具有广阔的应用前景。物联网技术为全球发展提供了动力，一些源于物联网的技术在各行业中的应用有助于产业发展，促进经济增长。同时，物联网的应用可以改善人们的生活质量，使人们能以更精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”的状态，提高资源利用率和生产力水平。物流业是物联网技术应用的重要领域。随着经济的发展，物流业对信息化水平的要求越来越高，传统的物流服务已经不能满足市场需求，物联网在物流业的应用势在必行。
10.8.1 物联网时代的智能物流
1.智能物流
智能物流（Intelligent Logistics）是基于互联网、物联网技术的深化应用，利用先进的信息采集、信息处理、信息流通、信息管理、智能分析技术，智能化地完成运输、仓储、配送、包装、装卸等多项环节，并能实时反馈流动状态，强化流动监控，快速、高效地将货物从供应方送达需求方，从而为供应方提供最大化利润，为需求方提供快捷的服务，大大降低自然资源和社会资源的消耗，最大限度地保护自然生态环境。智能物流的智能性体现在：实现监控的智能化，主动监控车辆与货物，主动分析、获取信息，实现物流过程的全监控；实现企业内、外部数据传递的智能化，通过电子数据交换（EDI）等技术实现整个供应链的一体化、柔性化；实现企业物流决策的智能化，通过实时的数据监控、对比分析，实现对物流过程与调度的不断优化，对客户个性化需求的及时响应；在大量基础数据和智能分析的基础上，实现物流战略规划的建模、仿真和预测，确保未来物流战略的准确性和科学性。
2.应用于智能物流的物联网技术体系
（1）感知技术
在中国物流信息化领域，应用最普遍的物联网感知技术首先是RFID技术。RFID标签及智能手持RF终端产品有比较广泛的应用，RFID技术主要用来感知定位、过程追溯、信息采集、物品分类拣选等。物联网的发展给RFID在物流业应用带来良好的发展机遇。随着物联网技术的发展，RFID在物流领域的应用将会由点到面，逐步拓展到更广的领域。据中国RFID产业联盟和计世资讯预测，物流领域的应用将是中国RFID市场增长最快的领域之一，主要体现在医疗与药品的智能追溯、食品卫生和动物疾病防疫、智能物流与供应链的市场需求、资产与物品仓储管理的闭环应用等方面。
其次是GPS/GIS技术。物流信息系统采用GPS/GIS感知技术，用于对物流运输与配送环节的车辆或物品进行定位、追踪、监控与管理；尤其在具有运输环节的物流信息系统，大部分均采用这一感知技术，为驾驶员提供当前道路交通信息、路线导航信息，为物流企业的优化运输方案提供决策依据，为物流企业甚至客户提供车辆预计到达时间，指导物流中心配送计划、仓储存货战略的制定。随着中国物流产业的振兴，基于GPS/GIS的移动物联网技术将获得巨大发展。预计未来几年，中国物流领域对GPS具有巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，对GPS的需求量将以每年30%以上的速度递增。
视频与图像感知技术居于第三位。该技术目前还停留在监控阶段，需要人来对图像分析，不具备自动感知与识别的功能，在物流系统中主要作为其他感知的辅助手段，也常用来对物流系统进行安防监控，用于物流运输中的安全防盗等，这一系统往往会与RFID、GPS等技术结合应用。
传感器的感知技术居于第四位。传感器感知技术及传感器网络技术是近几年才在物流领域得到重视与应用的技术。目前，传感器感知技术也是与GPS、RFID等技术的结合应用，主要用于对危险物流系统、粮食物流系统、冷链物流系统的物品状况及环境进行感知。传感技术丰富了物联网系统中的感知技术手段，在食品、冷链物流和危险品物流具有广泛的应用前景。
扫描、红外、激光、蓝牙等其他感知技术在物流领域也有少量应用，主要用在自动化物流中心自动输送分拣系统。
（2）网络与通信技术
现代物流的特点是系统化和网络化。目前，物流系统全部是网络化的运作，很少有物流系统是点对点的单线管理与优化。一般地，物流企业内部的信息管理系统多采用互联网和局域网技术。在物流中心，物流网络往往基于局域网技术，同时采用无线网络技术，组建物流信息网络系统。在货物运输方面，在车辆上配置便携式计算机或专门开发的信息处理和无线发射接收装置，将移动车辆信息纳入物流运作的信息链中，使移动信息系统与物流中心系统构成统一整体，对确定的合同数据、运输路线数据、车辆数据和行驶数据进行收集、存储、交换和处理。在数据通信方面，往往采用无线通信与有线通信相结合。新的物流信息系统还大量采用了3G等先进的技术手段。WSN技术在物流中具有巨大的应用潜力，但是大规模的应用还有待时日。
（3）智能应用技术
目前，能够实现对物流过程智能控制与管理的物流信息系统还不多，物联网及物流信息化还仅仅停留在对物品自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪和在线调度等一般的应用，专家系统、数据挖掘、网络融合与信息共享优化、智能调度与线路自动化调整管理等智能管理技术应用还有很大差距。只是在企业物流系统中，部分物流系统可以做到与生产管理系统无缝结合、智能运作，部分全智能化和自动化的物流中心的物流信息系统可以做到全自动化与智能化物流作业。
3.物联网关键技术在智能物流中的具体应用
（1）RFID技术
在物流领域，RFID电子标签可以应用于自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面。将RFID技术应用于商品零售环节，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，减少差错。同时，智能标签能对某些时效性强的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。在库存管理中，RFID技术广泛应用于存取货物与库存盘点。将RFID技术应用于生产制造环节，可以实现生产线上对原材料、零部件、半成品和成品的自动识别与跟踪，降低人工识别成本和出错率，从而提高生产效率和经济效益。将RFID技术应用于配送和运输环节，不仅可以准确、高效地对配送中的货物进行分拣、中转、及时送达，还可以方便、快捷地记载货物配送信息，提高物流业的管理和服务水平，降低配送成本。
（2）GPS/GIS技术
GPS应用于车辆运行管理中，不仅可以对运输的车辆和货物进行实时定位、跟踪和监控，还可以对车辆进行调度，同时提供车辆报警等功能。在基于GPS的物流配送监控系统中，GPS主要辅助实现车辆跟踪、路线的规划导航、话务指挥、信息查询、紧急救援与应急物流等物流配送监控功能。在基于网络的GPS中，通过在互联网上构建公共GPS监控平台，可以免除物流运输公司自身设置监控中心所导致的大量费用。网络GPS使降低投资费用和获取无地域性限制的信息成为可能，提高了GPS的普及率，从而增加了物流业的利润。
GIS具有强大的数据分析功能，将GIS运用于处理订单信息、处理查询信息、优化配送路线、数据维护管理、统计分析中，能在很大程度上解决物流配送服务存在的问题，从而降低物流配送成本、提高工作效率、提高服务质量。
（3）WSN技术
WSN技术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、冷链物流管理等。WSN技术在物流中具有巨大的应用潜力，但是大规模的应用还有待时日。目前，WSN在物流业中的应用十分有限，大部分还停留在学术研究或是开发实验阶段。
10.8.2 物联网在物流领域的应用展望
1.物联网在物流业中应用的发展历程
物联网的发展是一个从信息自动提取、信息整合、物品局域联网、局部系统的智能服务与管控等向全网融合的逐步深化的过程。在我国，物流行业物联网技术的应用经历了三个阶段。
（1）启蒙阶段（2003—2004年）
在启蒙阶段，物流行业物联网的应用是从两个独立的技术路线开始探索的，一是基于RFID/EPC的技术路线，二是基于GPS/GIS的技术路线。
1999年，国际上在RFID/EPC的基础上提出了物联网概念。2003年1月，EPCglobal成立。同年，基于RFID/EPC的物联网概念引入我国，在我国成立了EPCglobal的分支机构。2004年4月，我国举办了第一届EPC与物联网高层论坛，10月，举办了第二届EPC与物联网高层论坛。同年，关于物联网的图书首次在我国出版。在这一时期，我国物流领域掀起了第一轮物联网概念宣传与应用的小高潮，组织了一系列关于RFID/EPC的会议，一些关于RFID技术与应用的杂志与网站开始创办，人们对RFID技术在物流行业应用也寄予厚望。在物流领域，基于RFID技术的解决方案、应用案例不断涌现，智能物流系统开始出现。
GPS/GIS技术与物流可视化管理系统的理念，从1999年前后在国内物流领域开始探讨和报道，自2001年开始探索GPS在物流货运监控与联网管理上的应用，2003年开始出现一些成功的应用案例。这一阶段是应用GPS/GIS感知与定位技术结合互联网技术，对移动中的物流运输车辆与货物实现联网、跟踪、定位、调度、配货等智能管理与运作，初步具备了物联网的特征。但是，当时这一技术路线及其应用案例并未纳入物联网的理念范畴。
（2）起步发展与探索阶段（2005—2009年）
虽然物联网在物流行业的发展一开始就遇到了很多问题，但是人们并没有停止物联网在物流行业应用的探索。例如，针对RFID芯片成本问题，一方面通过加快技术创新，不断降低RFID芯片成本；另一方面，物流行业也结合实际探索RFID技术应用模式，消除成本带来的影响。
其中最为典型的应用是“集装箱电子标签系统”在航运物联网项目中的应用。“集装箱电子标签系统”通过RFID技术与互联网的有机结合，可为货主、港口、船公司、海关、商检等相关单位提供集装箱实时状态信息，对提高集装箱运输的安全水平和运输效率具有重要意义。
除了以集装箱为单元的物联网应用，很多企业还在探索以更小的物流单元——托盘物流单元为终端节点的物流行业物联网系统。例如，烟草行业对全行业使用的托盘均要求嵌入RFID标签，实现烟草物联网应用。在GPS/GIS方面，为了实现智能调度、可视化运输管理，很多企业建立了基于互联网的物流运输GPS追踪系统，从而实现对全公司所有车辆在全国各地移动过程中的感知、定位、追踪与智能调度管理。社会的物流信息平台也借助这一技术，对在途车辆提供在线配货信息服务，实现回程空车可就近配货、在线监控与管理，从而实现货运物联网应用。
（3）理念提升阶段（2009年至今）
2005年11月17日，国际电信联盟（ITU）借用了原来基于RFID/EPC技术提出的“物联网”概念，从更广泛的角度提升了物联网理念，发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，宣布了无所不在的“物联网”通信时代来临。得益于ITU在2005年发布的以物联网为标题的年度报告，物联网理念得到了全面提升，形成目前以感知技术、网络通信技术和智能应用技术为核心的三大物联网本质特征。
围绕三大本质特征，物联网感知技术体系更加丰富，除RFID技术以外，面向所有感知技术开放。凡是能够起到自动感知的技术体系都可以纳入物联网感知技术体系。目前常用的传感技术、RFID技术、GPS卫星定位与识别技术、视频识别或机器视觉技术等都可纳入物联网终端感知技术体系；网络方面，互联网、传感网、局域网、电视网、电信网也在走向融合，可纳入物联网网络技术体系；智能应用则更加广泛，打开了智能物流发展创新的空间，一个智能物流的时代正向我们走来。
2.物联网技术在我国物流业的应用现状
目前，从概括来讲，相对成熟的物联网在物流业的应用主要体现在以下四个方面：
（1）产品的智能可追溯网络系统
运用物联网技术可以实现对多种产品的追溯。产品的智能可追溯系统有食品的可追溯系统、药品的可追溯系统等。这些智能的产品可追溯系统为保障食品、药品等的质量与安全提供了坚实的物流保障。
（2）物流过程的可视化智能管理网络系统
可视化智能管理网络系统是基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术等多种技术，在物流过程中实现实时车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送可视化与管理的系统。目前还没有全网络化与智能化的可视管理网络，但初级的应用比较普遍，如有的物流公司或企业建立了GPS智能物流管理系统，有的公司建立了食品冷链的车辆定位与食品温度实时监控系统等，初步实现了物流作业的透明化和可视化管理。
（3）智能化的企业物流配送中心
智能化的企业物流配送中心是基于传感、RFID、声、光、机、电、移动计算等各项先进技术，建立全自动化物流配送中心，建立物流作业的智能控制、自动化操作的网络，可实现物流与生产联动，实现商流、物流、信息流、资金流的全面协同。例如，一些先进的自动化物流中心就实现了利用机器人进行码垛与装卸，利用无人搬运车进行物料搬运，在自动输送分拣线上开展分拣作业，出入库操作由堆垛机自动完成，物流中心信息与ERP系统无缝对接，整个物流作业与生产制造实现了自动化、智能化。这也是物联网的初级应用。
（4）企业的智能供应链
在竞争日益激烈的今天，面对着大量的个性化需求与订单，怎样能使供应链更加智能，怎样才能做出准确的客户需求预测？这些是企业经常遇到的现实问题。这就需要智能物流和智能供应链的后勤保障网络系统支持。
此外，基于智能配货的物流网络化公共信息平台建设，物流作业中手持终端产品的网络化应用等，也是目前很多地区推动的物联网在物流领域应用的模式。物联网虽然在我国物流领域得到一定的应用，但它仍然是一个新生事物，物联网在国内物流业的发展还处于起步阶段，还只是局部的应用，形成实质性全局的运用还有很长一段路要走。
3.物联网在物流业中的发展趋势
与历史上任何一次技术浪潮一样，物联网的发展之路也是渐进的、曲折的，未来的物联网在物流业中的应用将经历以下几个阶段：
1）2015—2020年，物体实现互联，物流业逐渐实现全球管理，物流企业之间实现开放式互通。传感技术、RFID技术、GPS技术、纳米技术、视频监控技术、移动计算技术、无线网络传输技术、基础通信网络技术和互联网技术得以发展应用；各企业都将建立并配备这一网络系统，实现物流作业的透明化、可视化管理。
2）2020—2025年，物体进入半智能化，物联网在全球范围内得以广泛应用。执行标签、智能标签、自制标签、合作标签、低耗能与可再生的新材料在物流业中得以推广应用；声、光、机、电、移动计算等各项先进技术得到应用；实现物流作业的智能控制和自动化操作；实现整个物流作业系统与环境的全自动与智能化。
3）2025年以后，物体进入全智能化时期，完全开放的物联网时代形成。物流业将实现统一标准的人、物及物流服务网络的产业整合；周边的环境高度智能，虚拟世界与物理世界相互交错；全球物品都将处于物联网的覆盖范围之内，所有物品都能远端感知和控制，并与现有网络连接，形成一个完全智能的物流运作体系，实现人与自然的和谐发展。
4.物流业应用物联网技术的制约因素
虽然物联网会给物流业带来很多积极的影响，但总体上我国物联网的应用还是处于初级阶段，运用过程中存在许多问题，其中主要的制约要素有以下几个方面。
（1）技术不成熟或者存在缺陷
物联网在物流业中运用的关键技术是射频识别技术。而射频识别技术的支持技术十分复杂。仅以简单的自动销售为例，所涉及的技术就包括射频识别系统制造、自动数据收集与数据挖掘、无线数据通信、网络和数据加密等。为了能够使用信用卡进行结算，还必须安装POS收费系统和发卡结算系统。将销售系统与ERP和仓库管理系统（WMS）结合起来实现整个供应链的无缝连接和自动化管理，则需要一套全新的、功能强大的软件系统的支持，这对系统集成是个极大的挑战。值得注意的是：由于液体和金属箔片对无线电信号的影响，射频识别标签的准确率只有80%左右，离“放心使用”的要求相距甚远。虽然射频识别技术的应用环境得到了极大的改善，但离大规模实际应用所要求的成熟程度尚有一定的差距。如何解决识别的精确性，也是个非常重要的问题。
我国不具备RFIDUHF频段产品的生产能力，有源RFID产品领域还没有形成整体的生产能力，RFID中间件产品与国外相比有较大差距，ZigBee等短距离通信产品芯片主要依靠国外。目前市场上超高频电子芯片大都以国外公司（如德州仪器、NXP、日立、英特尔等）为主，此频段的标签天线受工艺、标签面积以及基底材料的限制和影响较大，存在天线和芯片不能很好适配的问题。此外，标识物体本身的形状、物理特性以及包装介质都会对标签在使用过程的识别率产生影响，尤其是在金属和液体物品运输中，会产生干扰问题。物联网属于通用技术，而物流业是个性需求最多、最复杂的行业之一，甚至在一些领域，应用要求比技术开发难度还大。因此，要充分考虑物联网通用技术如何满足物流产业的个性需求。此外，信息如何及时、准确地采集，如何使信息实现互联互通，如何及时处理海量感知信息并把原始感知数据提升到信息，进而把信息提升到知识等，都是物联网运用到物流行业需要重点研究的问题。
目前物流信息系统能够实现对物流过程智能控制与管理的还不多，物流信息化的应用还仅仅停留在对物品自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪、在线调度等一般应用，专家系统、数据挖掘、网络融合与信息共享优化、智能调度与线路自动化调整管理技术应用还有很大差距。
（2）应用成本高的问题
当前制约物联网技术在物流产业中应用的一大障碍就是成本价格高，包括电子标签，接收设备、系统集成、计算机通信、数据处理平台等综合系统的建设等。沃尔玛2004年强行推行电子标签，普通消费品供应商每年要花费（130～250）万美元，这是众多中小企业无法承受的，直到2007年才有少数大型供应商陆续完成，这给低利润率的物流企业带来沉重的负担。所以若没有急迫需求，企业很少会主动应用电子标签。目前物联网标签技术的应用主要分布在身份证件和门禁控制、供应链和库存跟踪、汽车收费、防盗、生产控制、资产管理等。
（3）物流信息的安全问题
虽然物联网为物流智能化发展提供了很多帮助，但还存在着很多技术上不成熟和设计缺陷，带来一些安全问题，主要是信息或隐私泄露问题。由于RFID的基本功能要保证任意一个标签的标识（ID）或识别码都能在远程被任意地扫描，但标签自动地、不加区别地回应阅读器的指令并将其所存储的信息传输给阅读器。RFID的安全保护主要依赖于标签信息的加密，因为成本问题，大多数芯片内部没有加载安全防护模块，如果信息安全措施不到位或者数据管理存在漏洞，嵌入射频识别标签的物品可能不受控制地被跟踪、被定位和被识读，势必带来对物品持有者个人隐私的侵犯或企业机密泄露等问题。
即使是进行安全加密也并非绝对安全。传统的网络层加密机制是逐跳加密，需要不断地在每个经过的节点上解密和加密，由于每个节点上都是明文的，而物联网各个节点又无人看守，所以各节点都有可能被解读，信息有泄露的可能。业务层加密机制则是端到端的，即信息只在发送端和接收端才是明文，而在传输的过程和转发节点上都是密文。这种端到端的加密方式可以根据业务类型选择不同的安全策略，从而为高安全要求的业务提供较高安全等级的保护。但其弊端则是加密不能对消息的目的地址进行保护。这就导致端到端的加密方式不能掩盖被传输消息的源点与终点，可能威胁到网络与业务平台之间的信任关系，并容易受到对通信业务进行分析而发起恶意攻击。
（4）缺乏可持续的商业模式
物联网的产业链构成复杂，涉及终端制造商、应用开发商、网络运营商和最终用户等诸多环节，各环节利益分配困难，难以实现共赢，进而导致商业模式的不可持续。以RFID为例，目前不论是交通、出入控制、电子支付还是公路、铁路等物流领域，都是在行业系统内部和企业内部的闭环应用，开环的应用还涉及不同行业间的利益纠葛以及隐私问题。绝大部分应用业务仍然是数据采集应用的扩展，很难实现“物与物对话”。行业融合不够，缺少有利于整个产业化推进的组织方案，这些迫切需要进行商业模式的创新和多元化。
除上述问题外，还有其他如物联网的管理及技术标准的统一问题、国际合作协调问题、公众的普及问题等也都制约着物联网在物流领域的应用。
5.加快物流业应用物联网的措施
在物流业中运用物联网是一个长期的复杂的过程，牵涉的层面很多，但应重点抓好以下几方面的工作。
（1）加强物联网技术创新
首先在RFID技术应用开发上，要针对物流行业应用RFID技术进展缓慢的现状，大力开发适用于各种物流环境的特种电子标签，包括各种材质的托盘、周转箱标签、集装箱标识标签、堆场定位标签、车辆标签等；研究RFID技术与现有物流装备的整合，开发支持多协议读写器，同时能与现有的物流仓储、运输等管理系统无缝对接的RFID中间件系统；实现跨区域、跨行业的RFID信息的识别、采集、传输与信息应用服务，与现有物流信息公共平台互联互通；开展应用标准的研究和制定，包括RFID物流技术操作规范和数据规范，RFID技术与物流装备的整合标准、RFID中间件与物流系统、数据平台的数据交换标准等。
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检测、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、冷链物流管理等。要使其在物流业获得广泛应用，有很多关键技术还需加强研究，如能量管理、节点定位、拓扑控制、MAC协议和路由协议等技术。
基于网络的GPS中，要进一步研究如何通过在互联网上构建公共GPS监控平台，既免除或降低物流企业自身设置监控中心所导致的大量费用，又无地域性限制地获取所需信息，从而增加物流业的效益。
（2）创新商业模式——构建大型物流数据中心
建立一个多方共赢的商业模式是推动物联网长远有效发展的核心。大型物流数据中心是物流智能化的关键。中心的功能主要是基于RFID、WSN、移动通信、互联网、云计算等技术，进行物品的数据采集、数据加密模块设计、数据传输、数据应用等；中心的组织基础是全国现有分散的物流信息机构；数据中心的运营主体是以专业化从事物联网的龙头企业为主，政府予以支持和监督。
（3）多渠道降低成本
1）构建M2M业务平台，通过资源共享节约成本。随着物联网业务的推广，针对中小企业客户自建物联网业务应用系统存在初期投资较大、后期维护需要持续投入大量资源的情况，可以基于物联网的总体规划，建立M2M业务共享平台，平台由运营管理模块和用户业务应用模块集合两大部分构成。各中小企业采取平台租用的方式，无需自己建立应用系统。
2）采取组合识别策略降低成本。将UHF-RFID、HF和条形码等区别用于物流管理系统中。对车辆、集装箱等需要快速识别的物体采用UHF电子标签，对于酒箱、仪器箱等只需近距离识别的物体采用HF电子标签，对于服装、日用品等一般商品采用廉价的条形码即可。采用组合识别系统，其读写装置也应具有读取UHF、HF和一般条形码数据信息的能力。这种“组合识别”既能完成对各目标物的识别，又降低了系统的成本，有利于RFID技术的推广应用。
另外，政府或行业协会要积极组织企业加入物联网的运用。物流企业在建设、设计及购买专业信息化管理技术和硬件设施时，应当预留兼容物联网技术的接口，减少后续发展的启动成本和时间。
（4）建立和完善安全机制
建立和完善安全机制可以采取以下四项措施。
1）加强认证和访问控制。对用户访问网络资源的权限进行严格的多等级认证和访问控制，例如，对用户进行身份认证，对口令加密、更新和鉴别，控制网络设备配置的权限等。
2）完善数据加密。加密可保障信息不能被破译和窃听，但需要一个灵活、强健的密钥交换和管理方案。密钥必须具有容易部署及适合感知节点资源有限的特点。不同物联网业务对安全级别的要求不同，可使用不同的加密方式。
3）进行技术改进。在运用物联网的过程中，为防止相关信息的泄露，RFID读写器读取标签可以采用授权读取模式，可以根据需要终止EPC标签服务。
4）完善信息安全监管体系。制定有关规范物联网发展的法律、政策，通过法律、行政、经济等手段，有效调节物联网技术引发的各种新型社会关系，规范物联网技术的合法应用。
（5）加快培育高层次专业人才
由于物联网还是新兴技术，这方面的成熟人才奇缺，要采取引进、合作和内部培育等多种方式，培养物流网技术与物流技术兼通的复合型人才。
我国物流业应借助物联网的东风，搭乘新一轮技术革新的高速列车，形成物畅其流、快捷准时、经济合理、用户满意的智能物流服务体系。物联网的发展将促使我国物流业进行技术变革，为我国物流业的发展提供新的市场机遇。相信，随着物联网的深入发展，一个智能物流的美好前景会很快出现。
本章小结
本章简要叙述了供应链与物流、物流信息技术和物流信息管理系统的概念、特点，主要介绍了现代物流信息技术，分析了物流信息技术的发展历程，同时对物流管理信息系统进行了相关描述与分类，给出了基于物联网的信息技术体系，详细叙述了农资物流监控黑箱系统以及高档艺术品智能物流系统两个物联网系统在物流领域的典型应用，最后对物联网在物流领域的应用前景进行了展望。
对于未来的物联网时代，物流领域的物联网应用必将进入快速发展通道，同时，物联网的应用也必将成为现代物流的第一要素，物联网技术也将成为物流信息化的核心技术。任何一个新物流业务的开展，离不开物联网技术的支撑。发展物联网技术是未来信息科技的大势所趋，是未来国际新一轮科技竞争的前沿。
思考题
1.什么是供应链？它具有什么样的结构？
2.简述现代物流管理的概念及特征。
3.现代物流信息技术有哪些？
4.简述物流信息技术的发展趋势。
5.物流信息管理系统有哪些分类？
6.简述物流信息系统的演化过程。
7.基于物联网的物流信息技术体系的构成有哪些？
8.农资物流监控黑箱系统有什么样的结构和功能？
9.高档艺术品智能物流系统有什么样的结构和功能？
10.CPS实验教学系统软件体系结构有什么样的结构和功能？
11.简述物联网在物流领域应用的制约因素及解决方式。