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中图分类号:TP393.03 文献标识码:A
收录日期:2014年7月21日
物联网又称传感网,首次被提出是在1999年美国召开的移动计算机和网络国际会议上。物联网就是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。具体来说,物联网是一个基于互联网、传统电信网、移动设备网等信息承载体,建立互联互通的网络平台,使所有能够被独立寻址的普通物理对象相互连接。
物联网技术有三个重要方面:1、传感器技术:这也是计算机应用中的关键技术。现在绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理;2、传感器技术:融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景;3、嵌入式系统技术:是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。
上述物联网技术在应用过程中表现出如下特征:1、网络交互特征。物联网的核心内容就是物与物、人与物之间的信息交互,虽然终端总是呈现多样化。但终究还是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络;2、感知识别特征。现在一般采用在各种物品上植入微型感应芯片等方法,利用射频识别、二维码、传感器等感知,进行信息采集和获取;3、信息交互和共享特征。将物体接入信息网络,利用各种通信网络,进行信息交互和共享;4、智能处理特征。自动把获取到的信息传输到信息处理中心,然后对海量数据和信息进行分析后处理。
一、物联网技术的主要应用
我国于2009年正式提出建立传感信息中心,之后许多省市都快速发展物联网技术在诸多领域中的运用。但很长时间里,物联网概念几乎家喻户晓,看似发展迅速,实则缺乏理性且进展缓慢。随着2013年的《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》和《物联网发展专项行动计划》,才标志着物联网发展政策顶层架构设计基本完成,同时意味着物联网迈入实质性发展阶段。主要应用在以下方面:
(一)物流管理。当前物联网运用主要集中在生产领域和物流领域。特别是在物流领域,物流公司与物联网关系十分密切,通过物联网建设,企业不但可以实现物流的顺利运行,城市交通和市民生活也将获得很大的改观。物联网技术的应用将极大地提升物流的效率。不但可以减少仓储物流、人力成本、货物装卸等物流成本。而且贯穿全覆盖的物联网,可以使得整个供应链精准、透明和高效,实现了传统物流所不可能完成的目标。根据物流行业协会的2013年行业调研报告显示,中国物流行业物联网设备增长幅度超过60%,物流作业状况的物联网管理系统增幅在26%。物联网技术设备得到广泛运用。物联网技术对配送过程的透明化管理和信息追踪,效果十分显著。电子标签拣选系统出货量增长35%以上。物联网智能搬运系统在自动化物流中心的应用也很多,增长率在28%以上。在货物出入库方面,物联网系统根据信息指令对货物进行智能堆码跺,也是物流技术装备物联网技术的主要领域。总之,2013年是物联网在物流领域内高速增长和发展的一年。
(二)城市管理。随着网络化的普遍实施与发展,在城市建设、转型、发展已经演化成了动态时间管理和静态部件管理。城市管理迫切需要新的指导思想和综合解决方案。由于城市管理涉及不同网络、多个部门间的协作,因此必须建立一个综合的业务管理平台,通过充分运用通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,有效地将各种应用集中于一个系统,在此基础上为市民提供更加综合的服务,而物联网技术,恰恰能够有效解决城市发展中遇到的各种问题。在物联网技术的支撑下,在“数字城市”和“智慧城市”的理念指导下,我们通过传感器节点和城市基础设施感知环境、状态、位置等信息,在城市管理中所采集的分散、独立图像进行并网,进行远程的业务管理、监控、存储以及传输。把信息应用平台与各指挥中心的资源密切联系起来,有指向性地进行网络资源的连接和信息融合。在城市建立了EPC信息港、电子商务平台,构建了城市信息管理系统。在政府、企业和科研院校信息共享的基础上,进行科技、业务和应用创新,不断促进城市各个关键系统和管理者和谐高效地协作,为城市发展提供源源不断的动力,解决各种问题。目前,北京、上海等一些大城市已经在城市天然气、水、电网监控及应急处理、广告牌无线远距离识别管理系统、停车场智能监管系统、环卫作业车辆管理系统、危险源数据采集及监管系统等方面采用物联网技术管理城市,收到了良好的效果。
(三)智能交通。近些年交通拥堵、尾气排放、交通安全形势严峻,迫切需要借助新技术手段来改进。物联网技术可以大大改善现有状况,感知技术采集各种道路交通及各种服务信息,传感器将上述信息上传到处理中心,经过交通管理中心集中处理后,出行者可以进行实时的交通方式和交通路线的选择;交通管理部门可以自动进行交通疏导、控制和事故处理;运输部门可以随时掌握所属车辆的动态情况,从而实现了对交通环境和车辆的调整管理。这样,路上交通就会处于最佳状态,可以改善交通拥挤,提高路网的通行能力和生产效率,同时也可以减少交通事故发生,增强交通的安全性和机动性。在各终端上加装气体检测、温湿度监控和光控仪等多种传感器还能实时检测路面信息、汽车尾气情况和能见度等。与此同时,物联网也可以在公交系统的智能化中发挥作用,将传统公交站牌换成电子站牌,在公交车上安装GPS,各个站点设LED电子站牌,安装交通服务热线,建立移动掌上公交短信查询系统等多种渠道的公交车信息网络体系。这样既节省了时间,又最大化利用公交资源。
(四)移动通信。移动通信网络发展,大体可以分成三个阶段:1、传感网阶段:传感器+近距离无线通信,只能实现物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储等服务;2、M2M(Machine-To-Machine)阶段:机器对机器的无线通信,存在以下三种方式:机器对机器,机器对移动电话(如用户远程监视),移动电话对机器(如用户远程控制)属于移动运营商无线网络低速平台。M2M应用可以遍及电力、交通、工业控制、零售、公共事业管理、医疗、水利、石油等多个行业,对于车辆防盗、安全监测、自动售货、机械维修、公共交通管理等,可以说是无所不能。目前,中国移动的M2M发展非常好,在全国部署了420万台M2M终端,几乎所有大、中城市展开了M2M的业务;3、物联网阶段:物质实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件,使之成为“智能物体”,同时内置移动通信模块,通过移动网络设施实现信息传输、协同和处理,从而实现物与物、物与人之间的互联。我国处于物联网初级阶段。目前,上海移动率先成为首先运用物联网技术,为多个行业客户定制打造具有不同针对性的整套无线综合应用解决方案,包括数据传输、采集和业务管理等多个方面。如今移动网络进入4G时代,几乎所有可以在互联网平台上实现的业务都可以在4G网络上运行。随着4G网络的普及,进入TD-LTE时代后,直接促进智能办公、家居系统通信技术,从有线升级到无线,既省钱,还省掉了布线的麻烦,为无线遥控操作提供了保障。用户可在飞驰的汽车上开高清视频会议,智能系统分析各种商业数据,决策支持系统直接提供多套可行方案;也可迅速传输大文件(如X光片),为医生远程会诊支持,农村社区也将更加容易地建设远程医疗中心,医生可通过视频会议为病患“看”病……。可以预见,随着移动通信网络技术的发展,物联网技术必将得到更为广泛、深入的应用。
二、物联网技术应用的制约因素
目前,我国物联网技术应用处于发展的初级阶段,纵观物联网技术应用的现状,它必定有着广阔的发展空间,只是现在还受到诸多因素的制约。
(一)技术落后。这是制约物联网发展水平的决定性因素。目前,在物联网技术中,相对已较为成熟,商业化程度比较高的是卫星定位技术和网络传输技术,但作为物联网技术核心的RFID和传感器技术,还未能产业化、规模化。而且,我国还没有掌握物联网中的核心芯片和传感器技术,在这个领域的整体技术水平相对落后,尤其是在传感器、智能通信、智能控制、批量数据处理、核心芯片等技术上,仍然落后于欧美等发达国家。还有很大的提升空间,应用过程中存在不少问题和障碍,解决方案还需要进一步完善。同时,技术落后还导致我国物联网产业规模小而分散,没有形成成熟的商业模式。
(二)物联网技术缺乏统一标准。物联网技术的建设包括对各种资源建立一个规范统一的编码,信息的采集渠道和方式要规范、通畅、稳定,要科学、合理、深入地研究各种工作流程方式。标准不统一,影响物联网的推进。现有各行各业的管理信息系统中,对物品的编码结构形式各异,对构建互联互通的物联网带来了很大的障碍,这是物联网技术应用所面对的难题。
(三)安全问题。物联网技术应用要求信息化,需要信息的开放,而安全性要求信息的独立,因此需要做到信息化和安全性的统筹兼顾。由于物联网是由大量设备构成,所以影响通信网络、传统网络、移动网络的安全。在物联网技术应用中,如果网络安全无保障,那么个人隐私、物品信息等随时都可能被泄露。而且如果网络不安全,物联网的应用为黑客提供了远程控制他人物品,甚至有造成危害社会公共安全的可能性。
(四)法律法规不完善。物联网法律问题的复杂性在于和我们生活的方方面面结合所产生的复合性问题。物联网建设涉及到交通、环境、政府工作、公共安全、财务安全、个人健康和情报搜集等多个领域,完善它需要多种力量的整合。当前,物联网法律法规不完善,这些新型问题是对现有法律体系的挑战,同时并不排斥复合传统的法律。传统法律体系中的侵权、违约、个人隐私、公共安全等问题全部都会再现,物联网法律法规的不完善又会在其中得到延伸。
三、完善物联网技术应用的对策建议
(一)技术和标准方面。由政府部门牵头,组织有关科研教育单位的专业力量,制定物联网建设和应用的具体计划。这样有利于政府结合各种资源,建立统一的物联网技术标准。同时,推动高校联合、委托高校定向培养、组织专家研讨会、互派学习,加快物联网技术专业人才体系的建设。研究增强政府、高校、企业之间的合作,形成产学研合作的良性循环。这样,既解决了物联网成本高、标准不统一、人才缺乏的问题,高校也可以在物联网技术应用的单位或部门建立教育基地、实践基地等,有针对性地进行培养专业的物联网人才;同时理论联系实际,促进物联网专业建设,提高我国自主物联网技术的发展,降低物联网建设、改造和应用的成本,解决物联网在实际操作中存在的具体问题,也为教育部门提供有价值的参考依据。
(二)安全方面。首先,建立一个远程的设备控制操作管理的平台,对于那些节点被破坏的,网络之中能够自动地愈合,网络相关的功能也就不会受到任何影响;其次,由于物联网终端类型过于多元化,加之分布广泛、节点移动性、网络异构性和业务复杂性等特点。我们可以施行身份认证以及访问限制的有机组合进行控制。同时,使用云计算技术,用云储存来存储物联网那些海量资源数据;最后,在加密环节上,可以仅在感知和应用端产生明文,在网络中的其他节点都是密文传送,减少信息泄漏的节点,同时对于感知对象以及传感设备方面可以适当地进行互相的认证,在合法的情况以及环境之中才能够顺利地进行。这样针对物联网技术特点,从安全层面上可以保障了物联网的有效应用。
(三)法律法规方面。建立物联网核心技术的知识产权保护的相关法律。保护知识产权就是保护企业的合法利益,法律就是保护这一利益的最有效的手段。保护物联网的知识产权就是保护物联网企业的利益和生产研发积极性的有效措施。与此同时,也要加强保护个人隐私方面的法律规范。防止个人隐私信息被随意取得,避免人们担心隐私泄露而拒绝接受物联网的可能,这就要靠国家出台相应的法律政策,鉴于法制在我国的不断完善和人们法律意识的不断提高,相信相关法律的出台将为这一问题的解决提供方案。
主要参考文献:
[1]刘云浩.物联网导论[M].科学出版社,2010.12.1.
[2]中国物联网2013研究报告.中国物联网产业推广中心,2014.3.
[3]2012-2013年中国物联网发展年度报告.新华社,2013.9.
[4]刘强.物联网关键技术与应用.计算机科学,2010.6.
关键词:物联网技术;环境监测;应用分析
物联网技术的应用及发展,大大推进了环保监测信息化的进程。物联网作为一种相对新兴的技术,是符合社会发展的潮流的,在环境监测中具有其它事物不可替代的作用,是政府及其相关部门必须大力支持和鼓励的,特别是在当今环境问题更加突出的摆在人们面前的背景下,应该大力支持物联网技术在环保行业的技术发展,并加大投资力度,推动环保行业朝向高度信息化、网络化、智能化的方向迈进。
1 物联网的概念
物联网(The Internet of things,简称 IOT),顾名思义,为“物物相连的互联网”。物联网是在互联网基础上的发展与延伸。物联网的定义早在 1999 年由美国麻省理工学院的一位专家提出,定义为:通过射频识别(RFID)、红外感应器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。换言之,物联网就是通过信息传感系统(如 RFID、传感器等)将各种物体与互联网建立连接,从而达到智能化识别和管理的目的,实现人类生产、生活与网络的结合,使人类生产、生活更高效化、智能化、网络化,可充分利用资源,提高劳动生产率。
物联网系统分为三层:感知层、网络层及应用层。感知层指物联网系统中的传感设备,包含 RFID 标签、摄像头、GPS、传感器、识读器、终端等,作用类似于人体的表层皮肤和五官,收集身体感受到的信号,感知层主要是感知并识别物体、采集物理信息。网络层指物联网系统中的通信信号及网络中心,包括信息处理中心、智能控制中心等,其作用类似于人体的神经中枢和大脑,对信息进行传递、处理以及判断。应用层指的是物联网的实际运用方向,相当于人类社会的各行各业的分工,目前物联网被广泛应用于各行各业,通过与行业特点相结合,实现了行业网络化、智能化。
2 物联网在环境监测中的应用
物联网技术可应用于监测环境中的有毒、有害物质的浓度、排放速度以及排放量等,为环境监测部门、环境管理部门提供了动态实时信息,可做到及时发现污染并采取相应措施,使污染情况在短时间内得到有效控制。物联网技术在环境监测中的应用,前景十分广阔。
物联网技术在我国环保行业中已开始初步推行。1999年,原国家环保总局第一次在全国开始推广环境在线监控系统是物联网的最早探索和实践;2008 年开始在全国 31个省、自治区、直辖市,6 个环保督查中心和 333 个地级市部署了国控污染源在线监控系统,该系统是物联网在环保领域的规模建设和行业级实践。近年来,由国家财政投资,全国约 7000 多个重点污染企业安装了自动监测设备,通过互联网建成全国重点污染源监控系统。目前,物联网已被应用于大气监测、水质监测、生态监测、海洋监测等多个方面。
2.1 大气监测
大气常用监测方法主要有固定在线监测和流动监测,其中在线监测因其具有同步实现监测和预报的功能使其可能成为未来大气监测的主要方式。固定在线监测是在污染源排放口处安装固定在线监测设备,在监控范围内按网格形式布置特定污染物传感器。我国多个城市已建成环境空气自动监测系统,对环境空气常规监测指标进行实时监测。以武汉为例,近年来,武汉市在全市建立了 8 个监测子站,通过各种传感设备对大气环境中的二氧化硫、氮氧化合物、可吸入颗粒物等因子进行数据采集,并通过网络将实时数据传输到监控中心,实现环境空气自动监测。
2.2 水质监测
水质在线监测的种类主要有饮用水监测和水质污染监测两种。在线监测在在两种监测中的方法类似,主要是在监测目的地布置各种传感器、视频监视等传感设备,形成感知层,然后经过网络层将数据传输至应用层,应用层根据传感器的位置、数据采集时间等信息综合分析监测数据组成监测体系,从而实现对于水质、水污染源的监测和综合监管。杨宏伟等人采用物联网技术,建立了基于三层网络传输结构的监测体系,在原有的中程无线传感网络技术和藻类水华预测预警模型基础上进行了改进,开发了太湖蓝藻预测预警平台,实现了蓝藻水华 3 天平均预测精度80%以上,并确保了数据的时间连续性。
2.3 生态监测
生态在线监测技术主要是将监测区域分为若干个不同的分簇,每个分簇可根据监测需要设定如噪声、湿度、温度等不同类型的传感器来采集、搜集各种类型的监测数据;搜集采集到的数据发给控制中心。该技术不仅实现对环境监测远程数据采集和传输的实时性和可靠性,且在监测区域内设置移动 Agent 节点,根据网络能耗建立实时二维定位表,选择最优路径传输数据,使得网络整体能耗较低。
2.4 海洋监测
海洋监测主要是将传感网与互联网综合运用到海洋环境监测中,通过在监测海域搭建无线传感器,利用传感器节点监测并采集营养盐、重金属有机污染物、化学耗氧量、有机磷农药等多种海洋环境参数,经无线发射装置实时传输采集数据,在数据接收端完成数据的接收与处理,从而构建一种基于物联网的海洋环境智能监测系统。每一个节点可以连接不同的传感器,而且传感器安装位置可以水下水上调整,以适应不同监测点的要求。
2.5 对重金属等污染的监控
随着各国工业化进程的加快,重金属污染也更加突出的摆在人们的面前,这种污染一般造成的影响具有持久性,不容易被消除。对它更应该实行实时的监控,由物联网发现问题或者是造成重大污染的时候可以发出预警,相关部门与工作人员可以在预警机制的提醒下进行样本的采集与整理研究,一旦发现问题应立即采取措施对重金属进行清理,并对已经造成的污染采取一定的补救措施。
3 存在问题及发展趋势
现阶段,物联网技术应用尚存在一些问题。首先,传感器、云技术等存在的技术问题。传感性的灵敏度及稳定性导致数据失实,传感器的速率低造成信息延后等,云计算技术也限制了物联网的发展。其次,技术标准统一化问题。目前,物联网三个基本层次感知层、网络层、应用层均有各自的标准化组织,但三者并不统一,导致物联网整体系统不稳定。再次,安全性问题,网络黑客、漏洞可能会造成数据泄漏、遗失等安全隐患。
随着物联网技术的不断完善,其在在环境保护方面的仍有广阔的前景,发展方向有两方面:横向和纵向。横向方面,目前物联网在环境保护方面的应用较为单一,物联网在土壤监测、噪声监测、电磁监测、化学组成、海洋生态系统等方面具有广阔的前景。纵向方面,随着物联网技术的不断完善,其在运用技术方面可更深层次的实现网络化、智能化,使得物联网系统在各个领域中配备更为齐全、完善,更大化的提高生产效率,为环境事业作出贡献。
4 结论
随着科学技术突飞猛进的发展,物联网技术应用于环保行业是信息时代不可逆转的大趋势。目前,物联网技术在环保行业的应用已初见成效,但仍处于起步阶段。物联网技术在环保行业的应用中仍存在标准化组织协调性、关键技术突破问题、安全隐患等一些亟待解决的问题。我们应该清醒的认识,任何一种技术都是一把双刃剑,除了具有积极的价值和意义,还必将存在着技术伦理、网络权力滥用、个人隐私保护等社会道德风险,值得进一步的研究和规避。
总之,对于这项新技术,我国应从政府层面大力支持物联网技术在环保行业的技术发展,并加大投资力度,推动环保行业朝向高度信息化、网络化、智能化的方向迈进。
参考文献:
[1]蒋燕敏.环境监测在环境管理中的地位和作用[J].仪器仪表与分析监测,2004(4):44~46.
[2]杨宏伟,吴挺峰,张唯易.基于物联网技术的太湖蓝藻水华预警平台[J].计算机应用,201131(10):2841-2843.
[关键词]物联网、仓储、物流
中图分类号:TH692文献标识码: A
1、引言
我们认为,物联网的发展并不是一个突变的过场,而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逐步深化的过程。物联网的理念最初是基于RFID/EPC的技术而提出的,后来物联网的理念又是随着各种感知技术与网络技术的突破而提升和完善。
2、目前仓储物流业应用的主要物联网技术
物联网是“物物相连的互联网”,是通过各类传感装置、RFID技术、视频识别技术、红外感应、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,根据需要实现物品互联互通的网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的智能网络系统。
物联网主要有三层架构:即:感知层、网络层和应用层,根据这一物联网架构,物联网主要有三大技术体系,一是感知技术体系;二是通信与网络技术体系;三是智能技术体系。
在智能仓储中,为了对仓储货物实现感知、定位、识别、计量、分拣、监控等,主要采用传感器、RFID、条码、激光、红外、蓝牙、语音及视频监控等感知技术。
在以仓储为核心的物流中心信息系统中,常采用企业内部局域网直接相连的网络技术,并留有与互联网、无线网扩展的接口;在不方便布线的地方,一般采用无线局域网技术;
现代仓储系统内部不仅物品复杂、形态各异和性能各异,而且作业流程复杂:既有存储、又有移动;既有分拣,也有组合。因此以仓储为核心的智能物流中心,常采用的智能技术有:自动控制技术、智能机器人堆码跺技术、智能信息管理技术、移动计算技术、数据挖掘技术等等;
3、物联网技术在仓储业应用状况分析
3.1感知技术应用情况
在普通的仓储系统中,除了基于条码的自动识别技术具有广泛应用外,“电子标签辅助拣选系统”也有一定的应用。这里所谓的电子标签指的不是RFID标签,而是指采用电子指示标签进行拣选作业的系统。利用这一系统,将出入库订单经计算机系统分解,传输到货架各货位,用电子显示技术引导拣货的辅助拣选系统。这一系统简洁实用,应用较广。近两年出现了采用无线网络技术传输拣选数据,不用现场布线搭建系统,大大方便了技术的应用。
在制造业一些先进的仓储配送系统中,全自动输送分拣系统也常用激光、红外等技术进行物品感知、定位与计数,进行全自动的快速分拣。此外为了使仓储作业做到可视化,对仓库实行视频监控,部分仓储系统采用了视频感知监控系统,取得了良好的效果。
2010年,一种基于辅助语音拣选的系统也开始在国内得到应用。这一系统由仓储信息系统将出入库的订单进行分解处理,形成语音提示信息,借助无线网络和戴在拣货员头上的耳机,向拣货员发出拣货指令,完成拣选作业。
3.2智能仓储的网络与传输技术应用情况
现代物流的最大趋势就是网络化与智能化。在制造业企业内部,现代仓储配送中心往往是与企业生产系统相融合,仓储系统作为生产系统的一部分,在企业生产管理中起着非常重要的作用。企业内部系统的网络架构,往往都是以企业内部局域网为主体建设的独立的网络系统。
物流公司面对大范围的物流网络,各网点仓储信息管理往往是借助于互联网系统与企业局域网相连接进行传输。物流中心与门店、配送点的信息传输也往往借助于互联网技术。近几年来,基于无线局域网的技术在仓储业物联网系统也得到了应用。
3.3智能仓储作业与管控技术
根据对相关资料的统计分析,目前仓储业智能终端技术有机器人技术、RF手持终端、语音提示终端、视频监控终端、无人搬运车等技术。借助这些技术,实现了物品的自动搬运、机器人自动堆码跺、物品自动识别、智能辅助人工拣选等作业。在智能仓储管控系统中,物联网技术与WMS技术相结合,实现了仓储业智能化与自动化。
目前能够实现对物流全过程智能控制与管理的还不多,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、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。
在企业物流系统中,部分物流系统还可以做到与企业生产管理系统无缝结合,智能运作;部分智能化和自动化的物流中心,可以做到全自动化与智能化物流作业。
4、物联网技术在仓储业应用的发展趋势
4.1RFID技术在仓储业应用将快速发展
RFID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技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
物联网的发展给RFID在仓储业应用带来良好的发展机遇。随着物联网技术的发展,在仓储领域,RFID的应用将会由点到面,逐步拓展到更广的领域,并与产品智能追溯物流系统融合,产生更大的效益。
4.2感知技术集成应用将成为一个潮流
随着物联网技术发展,随着人们对物品物理性能越来越关注,将推动仓储业各类感知技术的集成应用。如RFID技术与传感器技术的集成,可以对粮食、水果、蔬菜、药品等具有特殊要求的仓储物品进行更深度感知,为人们提供更便利的服务。2010年这一趋势已经开始出现,无锡粮食物流中心和济宁物联网冷库系统的成功案例被广泛报道,也必然会带动这一感知技术集成应用成为一个发展潮流。
借助感知技术集成应用,在特殊品仓储的监测系统中,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;在危险品的物流管理中应用无线传感器网络能够实时监测危险品以及其容器的状态,一旦超过警戒值可以及时报警,这样就能为危险品物流过程的跟踪、监控、管理等提供安全保障。在冷藏物流系统中,就可以全程监控冷冻环境中的产品温度以及湿度,及时调控温湿度,保证产品的质量。
4.3无线网络与通信技术将得到全面应用
随着3G无线通信技术发展,为仓储配送中心搭建无线网络系统创造了条件。目前在仓储系统,无线技术已经得到了较多应用。如无线电子标签辅助拣选系统可以省却布线环节,大大方便了系统建设;此外,叉车、拣选车等移动设备移动终端,也采用无线通信技术实时通信和移动计算,以便于实现仓储智能化作业等等。未来预计无线网络技术和移动通信技术将在仓储物联网领域获得更大应用。
4.4无人搬运车与智能机器人将融入仓储物联网
随着传感技术和信息技术的发展,AGV也在向智能化方向发展,因此也称AGV为智能搬运车。近年来,随着物联网技术的应用,在全自动化智能物流中心,无人搬运车作为物联网的一个重要组成部分,成为一个具有智慧的物流终端,与物流系统的物联网联网作业、智能运作,实现了智慧物流。相信随着物联网技术发展和智能化技术的应用,一定会使AGV面临一个更广阔的发展。
4.5仓储物联网将出现互通互联的大趋势
目前,物联网技术还只限于在独立的仓储配送中心内部联网应用,还是独立的、局域的智能仓储系统。借助物联网技术,将这些独立的智能仓储系统联网,打破信息孤岛,实现互通互联,组成真正的仓储物联网,就是在智能仓储基础上产生新的变革,这会带来仓储信息化的革命。
如果真正实现仓储物联网,在此基础上,就可以在更大的仓储物流网络实现仓储系统中的“物”联网与智能化,使物在仓储物联网大系统中具有一定智能,让物流中的物自己知道自己要到哪里去,自己应该存放在什么位置等等,在这一理念下建立物流的物联网系统,就与原来的物联网系统大不一样了。这样将完全打破原来的物流信息系统架构,甚至会对物流运作过程中的现代物流技术装备带来巨大影响,会对现代仓储、物流中心的结构带来革命的变化。这将是真正的“智慧物”流,也真正实现了智慧物流的变革。
5.结语
当前物联网作为一个新兴的产业展现在世人面前,各国也纷纷将物联网作为下一个时代的经济增长点,正在积极筹备和发展以占领这个领域的至高点。物联网技术在仓储物流领域的应用也有待进一步探索和研究。
[参考文献]
[1] 孔晓波,物联网概念和演进路径[J];电信工程技术与标准化;2009年12期
物联网技术发展迅速,预计将成为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。社会经济的发展与产业的转型是物联网发展的巨大推动力,经济全球化使得所有企业面临着激烈竞争的局面,企业需要及时获取世界各地对产品的销售情况和需求信息,为全球的采购、生产制定合理的计划,为了提高企业的核心竞争力,需要推进信息化与工业化的融合。人民生活水平的提高,也需采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级社会管理和民生服务行业,以提高社会管理、公共服务和家居生活的质量和效率。当前,世界各国的物联网基本都处于起步阶段:美、日、韩、欧盟等都正投入巨资深入研究探索物联网,并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。在中国,工信部于2012年2月正式了《物联网“十二五”发展规划》,规划的为物联网产业的发展提出了指导思想和发展目标。规划指出,“十二五”期间,我国将攻克一批物联网核心关键技术,在感知、传输、处理、应用等技术领域取得500项以上重要研究成果;研究制定200项以上国家和行业标准;培育和发展10个产业聚集区,100家以上骨干企业,一批“专、精、特、新”的中小企业,建设一批覆盖面广、支撑力强的公共服务平台,初步形成门类齐全、布局合理、结构优化的物联网产业体系。物联网技术正逐渐从实验室阶段走向实际应用,目前,物联网在工业制造、国家电网、机场安保、现代物流、医疗卫生领域、数字农林、环境保护、智能交通、智能家居、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等各个领域都得到了广泛的推广和应用。而从产业规模来看,据工信部预测,2015年我国物联网市场规模将超过5000亿元,2020年将达到万亿元级,预计未来5年复合年均增长率超过30%。物联网“十二五”规划的颁布,中国将物联网产业的发展提高到了国家战略层面,物联网作为新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有知识密集度高、成长潜力大、带动力强、综合效益好的特点。巨型产业的发展都离不开人才的培养,没有人才的支撑,这个行业就不能兴旺繁荣,人才的培养是产业发展的基石。物联网领域人才需求的大量增长,给高校专业的发展与改造带来了机遇和挑战。2011年,在《教育部关于公布2010年度高等学校专业设置备案或审批结果的通知》(教高[2010]4号)中,新增批准的物联网工程专业25所,传感器技术专业2所。两年来共获批准的专业64个,涉及高等院校59所。除了本科院校设置物联网专业外,目前,多所高职高专院校设置了物联网技术应用专业。从无锡职业学院周志德教授对无锡物联网创新示范区中的30多所企业的调研报告及其中的人才需求分析表(表1)可以看出,高职学生除了在研发、设计、测试岗位中,从事测试与辅助设计工作外,可以作为物联网设备维护、解决方案撰写、项目实施管理、售后服务与维保、项目与产品市场营销等多种工作岗位的中坚力量。
1增设物联网课程的可行性分析
物联网技术既代表新一代信息技术的发展趋势,又立足于传统的学科之上,物联网融合了计算机技术、网络技术、电子技术、测控技术、电气工程及自动化和通信技术等多个技术领域,其中,物联网工程专业的主干学科为计算机科学与技术、通信工程、网络工程。物联网的技术架构被公认有三个层次:感知层、网络层和应用层。感知层利用RFID,传感器,二维码等及时地获取物体的信息;网络层则通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去;应用层是利用云计算,数据存储与数据挖掘等各种智能计算技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。由于新增物联网专业需要较长时间的论证和审批,而基于物联网的体系架构和目前就业市场对物联网方向人才的岗位需求,优化并调整现有计算机网络技术专业课程,适当地增加物联网方向的专业课程,既可以补充学生在信息技术前沿领域的技能,又可拓宽毕业生在物联网方向的就业市场。目前的计算机网络技术专业开设的核心课程主要有:计算机网络技术,网络服务器的配置与管理,网络设备安装与调试,局域网组建与管理,网络安全与维护,网络综合布线与工程实施,C语言软件开发,网络存储规划与实施,网络数据库管理与应用等,这些课程已经涵盖了物联网的传输层和应用层的大部分技术要点,但是对于感知层的技术的学习相对较少。由于目前学生的学时较紧张,建议在高职的第四学期或第五学期开设一门物联网基础课程,一方面用来拓宽学生的专业知识,另一方面作为网络技术专业的后续物联网课程设置研究的试点。
2物联网课程建设的构想
2.1课程定位
根据调研,目前物联网方向的就业岗位主要集中在物联网系统集成,产品设计、研发和测试,物联网工程项目的实施、管理以及物理网的应用等。各相关企业也列举了从事物联网相关职位的职责信息(表2)。在计算机网络专业增设《物联网技术》课程,该课程是计算机网络技术专业根据专业培养目标和所面向的企业职业岗位要求而拟开设的一门专业课程,是基于物联网相关工作任务的项目化课程。本课程设置的主要目的是结合企业和劳动市场的需求,培养学生从事物联网设计、管理与维护的核心职业能力,使学生能够分析、设计、部署中小型企业物联网的网络结构和应用服务,维护网络安全,监控网络性能,具备管理物联网所需要的技术基础和能力基础。
2.2课程内容开
发《物联网技术》课程既是一门物联网方向的基础课程,又是一门涵盖内容广,技术综合性强的课程,它涉及了物联网的概念、架构、设计、组建、维护、应用等各个领域,采用工学结合模式的项目教学法进行设计,课程的开设将促进高职学生对新技术的理解与学习,又将在拓宽学生的就业领域等方面起到较好的作用。《物联网技术》课程按照学习领域认知、项目教学和综合实训的思路共设计了6个项目,18个任务,56个子任务,涵盖了物联网中的关键技术,主要包括:物联网的概念与应用,物联网的架构与技术体验,基于无线射频识别RFID的应用,无线传感网的组建与维护,现场总线网络的组建与维护,远程网络传输与多网络融合,小型物联网项目的设计与实施等内容。在每个项目中又提炼出各项关键技术的重要内容来设计成多个学习任务,例如在无线传感网的组建与维护项目中,包含了:感受短距离通信网和无线传感网,基于WiFi技术的传感网络,基于ZigBee的自组织网络,基于蓝牙技术的传输网络,无线传感网应用等任务,基本涵盖了无线传感网的重要知识点。图1为本课程的项目及任务,其中项目6中的四个任务为任选其一即可。
2.3教材开发
在对多家物联网企业进行调研和对人才需求的充分分析的基础上,准确把握物联网人才的培养目标、就业岗位、典型工作任务及专业知识与技能,由学校和公司共同开发工学结合模式的校企合作教材。
2.4师资培养
由于《物联网技术》课程涵盖的内容较广,涉及到无线传感网络(WSN)、传感器的应用与检测、无线射频技术(RFID)、现场总线技术、移动通信技术、物联网的设计与应用等多种技术,教师可能难以在较短的时间内深入的把握各项技术的内涵,可以请企业的专家与学校的教师共同讲述该课程,来培养教师的在教学内容和教学方法上的技能。学校创造条件支持教师参与企业培训、项目合作开发,做到教学信息和市场同步。
2.5实训室建设
物联网技术实训室的建设采用校企合作的模式,根据教学项目模块,采用先进的物联网产品进行设计、开发。它既可以为学生提供综合实训,也可以开展对外技术培训、职业技能鉴定工作。
3结论及展望
【关键词】物联网;物流配送中心;信息系统
一、物联网简介
(一)物联网基本概念
从1946年世界上首台计算机(ENIAC)诞生,到1969年世界上首个互联网(AR以NET)的调试运行,再到1999年物联网概念的首次提出,世界信息产业产生了三次技术性革命浪潮,并将在未来深刻地影响社会各行各业的发展和人们的外工作与生活。物联网指的是通过传感器、射频识别、全球定位等技术,实时采集需要连接、会话和监控的物体或过程,通过各种方式连入网络,基于物品与物品之间和物品与人之间的广泛链接,实现对物品和过程的智能化识别与管理。
(二)物联网的基本特点
1、全面感知
全面感知也就是利用RFID、传感器、二维码以及未来可能的其他类型传感器,能够随时即时采集物体动态。接入对象更为广泛,获取信息更加丰富。当前的信息化,接入对象虽也包括PC、手机、传感器、仪器仪表、摄像头、各种智能卡等,但主要还是需要人工操作的PC、手机、智能卡等,所接入的物理世界信息也较为有限。未来的物联网接入对象包含了更丰富的物理世界,不但包括了现在的PC、手机、智能卡,传感器、仪器仪表、摄像头和其他扫描仪也会得到更为普遍的应用,而行业当中获取和处理的信息不仅包括人类社会的信息,也包括更为丰富的物理世界信息,包括毒性、长度、压力、温度、湿度、体积、重量、密度等。
2、安全传递
感知的信息是需要传送出去的,通过网络将感知的各种信息进行时时传送,现在无处不在的无线网络已经覆盖了各个地方,在这种情况下,感知信J自、的传送变得非常现实。网络可获得性更高,互联互通更为广泛。当前的信息化建设当中,虽然网络基础设施己日益完善,但距离物联网的信息接入要求显然还有很长一段的距离,并且,即使是已接入网络的信息系统很多也并未达到互通,信息孤岛现象较为严重。未来的物联网,不仅需要完善的基础设施,更需要随时随地的网络覆盖和接入性,信息共享和互动以及远程操作都要达到较高的水平,同时信息的安全机制和权限管理需要更高层次的监管和技术保障。
3、智能处理
物联网的智能处理是利用云计算等技术及时对海量信息进行处理,真正达到了人与人的沟通和物与物的沟通。信息处理能力更强大,人类与周围世界的相处更为智慧。由于当前的信息化由于数据、计算能力、存储、模型等的限制,大部分信息处理工具和系统还停留在提高效率的数字化阶段,一部分能起到改善人类生产、生活流程的作用,但是能够为人类决策提供有效支持的系统。未来的物联网,不仅能提高人类的工作效率,改善工作流程,并且通过云计算,借助科学模型,广泛采用数据挖掘等知识发现技术整合和深入分析收集到的海量数据,以更加新颖、系统且全面的观点和方法来看待和解决特定问题,使人类能更加智慧地与周围世界相处。
(三)物联网中RFID系统组成及其原理
(l)系统组成
最简单的RFID系统一般由阅读器(Reader)和标签(Tag)组成。标签放置在需要被识别的物体上,阅读器根据所使用的结构和技术的不同,既可以是读装置也可能是读/写装置。射频标签与阅读器之间通过各自的天线,架起空间电磁波传输的通道。空间传输通道中发生的过程可归结为三种事件模型,即以数据交换为目的的事件模型、以能量提供为基础的事件模型和以时序方式实现数据交换的事件模型。
通常而言,阅读器一般包括控制单元、高频模块以及祸合元件,其中控制单元主要包括发送器和接收器,藕合元件主要与标签相连。为了实现与计算机网络系统的通讯,一些阅读器往往还附带有RS232或Rs485接口。
标签是射频识别系统中最重要的数据载体,一般由祸合元器件及芯片组成,其中祸合元件主要包括对射频信号的收发和处理的电路,而标签中的芯片则带有天线。电子标签往往贮存与待识别物体有关的数据信息,比如物体的编号、分类、品名等。电子标签工作时所需的能量,主要是通过接收阅读器发出的射频脉冲而获得,此过程主要依赖于祸合元件并且以非接触的方式获得。
(2)工作原理
射频标签与阅读器之间通过各自附带的天线系统,在双方之间架起了一个传递电磁波信号的通道。在这个通道内,根据时序关系,实现着能量由阅读器到电子标签的传递和数据由电子标签到阅读器的交换。阅读器在加电工作后,会利用自身的天线系统发出一定频率的射频信号,该信号具有一定的覆盖范围;当RFID电子标签通过自动或人工方式进入到该覆盖范围后,电子标签自身的天线在接收到阅读器发出的射频信号后会产生感应电流,从而可以让电子标签接收到来自阅读器的能量并开始工作,电子标签会通过自身的天线系统向阅读器发射出包括自身编码、产品序列号、产品分类等众多信息;阅读器在接收到来自电子标签的信号后,会通过内部的处理芯片和电路对所接收到的载波信号进行解调或解码,然后送到阅读器所连接的计算机系统进行相应处理。
二、基于物联网技术的物流配送中心系统的构建
(一)配送中心系统的物联网架构设计
配送中心系统物联网的组成架构包括:末梢节点、接入层、传输网络、应用控制层和用户,其中传输网络层一般是由现有的互联网络和通信网络所组成。
(l)末梢节点层由各种类型的采集和控制模块组成,如温度感应器、声音感应器、振动感应器、压力感应器、射频识别读写器、二维码识读器等,主要是用在配送中心物联网应用的数据采集(货物信息、车辆信息、车辆位置、仓库货物信息等)和设备控制功能。
(2)接入层由基站节点和接入网关组成,完成末梢节点层相关信息的组网控制和信息汇集,或者向末梢节点层发送上端传来的信息。
(3)承载网络是指现行的通信网络,可以是互联网络、移动通信网络、广电网、企业内部专网,短程的传感网络等等,主要完成配送中心物联网接入层与应用控制层之间的信息通信功能。
(4)应用控制层由各种应用服务器组成,主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析等。由于从末梢节点获取大量的原始数据(如二维码)本身不能为用户所识别和使用,只有经过转换、筛选、分析处理后才“有价值”,这些信息将通过相关的应用服务器进行适配,同时在需要完成对末梢节点物体的远程控制时,该层通过下放相应的控制指令完成相关任务。
(5)用户层为用户提供物联网应用Ul接口,包括用户设备、客户端应用软件等。
二、物流配送中心信息系统设计
(一)采购入库管理系统
1、入库作业处理系统:具有预定入库资料处理、入库资料处理、入库检验作业、入库上架作业、直接出库作业、退货入库作业功能。
2、存货控制系统:具有产品分类、经济批量及订购时间确定、存货管理及存货追踪、盘点作业系统功能。
3、采购管理系统:具有采购数量、时间和品名、供应商报价资料管理打印采购单并向供应商订货功能。
4、应付账款系统:具有应付账单核定、收支登记及建档、已付款统计表、收支状况一览表功能。
(二)销售出库管理系统
1、订单资料处理系统:具有订单的自动接受与转换、客户信用调查、报价系统、存货数量查询拣货能力查询、包装能力查询、运送设备能力查询、配送人力查询、订单资料建档维护、退货信息处理功能。
2、销售分析与销售预测:具有销售分析、销售预测、商品管理功能。
3、拣货规划系统:具有拣货订单批次规划、打印拣货单据、补货计划及补货排程、拣货资料建档维护功能。
4、包装流通加工规划系统:具有包装流通加工订单批次规划、打印包装、流通加工排程、批次包装、流通加工排程、补货计划及补货排程、包装流通加工资料建档维护与自动包装机间的信息转换及传递功能。
5、派车计划:具有发货订单装车计划、装车排序、批次装车排程、装车资料建档维护功能。
6、发货配送系统:具有发货文件印制、配送路径选用系统、配送货品追踪系统、配送途中意外状况处理、发货配送资料建档维护功能。
7、仓库管理系统:具有月台使用计划及排程、仓库规划布置、拣货区规划、仓储区规划、托盘管理系统、托盘装卸方式规划及重叠方式设计、车辆保养维护系统、燃料耗材管理系统功能。
8、应收账款系统:具有应收账单发票开出、收支登记及建档、收款统计表、收支状况一览表功能。
(三)财务会计系统
1、一般会计系统:具有会计总账、分类账、财务报表、现金管理支票管理、银行自动转账系统功能。
2、从事工资管理系统:具有从事资料管理、工资报表、印制工资单与银行的工资转账系统、人力评估及人力使用建议功能。
(四)运营成绩管理系统
1、配送资源计划:具有仓库设置地点及数量规划系统、多仓存货控制、多仓机器设备规划控制、多仓人力资源计划、多仓产品线规划多仓产品分配计划、多仓产品配送调配计划功能。
2、运营管理系统:具有车辆设备租用采购计划、销售策略计划、运费制定系统、配送成本分析系统、外车管理系统功能。
3、绩效管理系统:具有业务人员管理系统、用户管理系统、订单处理成效报告、存货周转率评估表、缺货金额损失管理、拣货成效管理报表、装车作业成效管理报表、入仓作业成效管理报表、包装成效管理报表、车辆使用率评估表、月台使用率评估表、人力使用成效报表、机器设备使用率评估表、仓库使用率评估表、货品保管率功能。
三、物联网技术在配送中心系统中的应用分析
在包装环节上,RFID技术可以帮助对生产线上的原材料、半成品和成品进行自动识别与跟踪。此外,还可以基于物联网系统管理软件,快速地从包装车间仓库中找出某个生产工位所需要的各种半成品或者零部件,并且通过物联网系统准时地送达该工位。采用RFID技术之后,可以明显减少通过包装车间工作人员进行人工识别的比例,减少生产成本和人工出错概率,并且可以实现包装车间管理人员根据物联网系统提供的包装进度信息来及时通知上游供应链补货的功能要求。
在存储环节上,RFID技术可以实现对库存货物存货和取货的自动化操作,还可以在指定的盘存周期内(比如一周、一个月)进行库存货物的自动盘整,并将盘货信息传送到物联网系统中。在先进的供应链管理系统中,RFID技术还可以实现定时收货、定时取货、定时装运、定位上货、定位取货等先进功能,从而最大限度地提高了生产企业原材料仓库与产成品仓库的自动化管理
在配送环节上,RFID技术可以提高整个货物的分拣速度和配送速度,并且有效地提高配送的准确率。在生产企业物联网系统中,中央配送中,自可以根据传送带上传递过来的商品的RFID标签中的信息,与配送计划进行核对,检测出错误地进入配送环节的商品并报警由工作人员人工处理或自动分流处理。在运输车辆上,可以给每辆货车贴上独立的RFID标签,而在企业配送各个环节和企业运输途中设置一些中转检测站,中转检测站检测到车辆信息后将自动进行识别处理并上传到企业物联网系统中,辅之以GPS定位系统,实现配送的完美管控。
四、物联网技术在物流中心的应用中存在的问题
①标准化问题。物联网标准都还处于研究制定阶段,而且标准的制定通常又涉及各方利益的博弈和协调,制定过程极其复杂,标准难以统一,制约了物联网的规模化发展。
②商业模式问题。产业链较为零散,缺乏推动行业物联网的主导力量,利益分配和成本分摊问题难以达成共识,难以形成共赢的、规模化的产业链,使物联网技术难以得到广泛推广的应用。
③成本问题。一方面是研发成本高,小企业难以参与; 另一方面是实现远距离扫描的标签、解读器等应用器件的成本高,增加了应用成本。
④行业壁垒问题。壁垒是物联网技术推广的巨大难题,要发展物联网应用,最大的问题是如何打破行业、地区、部门之间的壁垒。
⑤信息安全问题。一旦网络被非法入侵,破坏了信息的合法有序使用,可能导致人们的生活、工作完全崩溃。
五、结束语
物联网代表了下一代信息技术发展的方向。随着各方面的共同努力,相信物联网技术会对中国乃至整个世界经济的发展起到积极的推动和促进作用。本文首先介绍了物联网的概念、RFID系统组成及其原理,随后探讨将物联网技术运用于业配送中心,并将物联网技术充分结合到配送中心物流信息系统建设之中。最后分析物联网技术应用于配送中心物流信息系统的可行性和可能存在的问题。物联网技术作为一个新技术,很多方面的实际应用还存在问题,其发展还需依赖于政府的支持、企业的研发和创新。
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