物联网及其在物流产业中的应用研究，本文主要内容关键词为：物流论文,产业论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
随着全球化、信息化、工业化进程的不断深入，“物联网”(The Internet of Things,IOT)的概念悄然产生，并逐渐引起了国际社会的广泛关注。物联网的概念是在2005年被正式提出的，它是指通过射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把所有物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网能够有效整合通信基础设施资源和行业基础设施资源，使得通信基础设施资源更好地服务于各个行业业务系统，提高各个行业业务系统的信息化水平。
物联网的出现正在改变着社会的生产方式、生活方式和生存方式，成为经济和社会发展的又一个增长点[1]。“物联网”被称为继计算机、互联网与移动通信之后的世界信息产业第三次浪潮，其市场潜力巨大。据统计，2007年全球物联网市场规模达到700亿美元，2008年达到780亿美元，年增长率在10％以上，而未来几年全球物联网产业市场将呈现快速增长的态势，预计2015年将接近3500亿美元，年均增长率近25％[2]。
由于物联网具有广阔的发展前景，美国、欧盟、日本等主要发达国家已加强对物联网及其相关技术的研究和推广，并纷纷将物联网提升到国家战略层面。我国在物联网领域的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。中科院在1999年启动了传感网研究，与其他国家相比具有同发优势。2010年3月5日，国务院总理温家宝在十一届全国人大三次会议上作政府工作报告时指出，大力培育战略性新兴产业，积极推进“三网”融合取得实质性进展，加快物联网的研发应用，加大对战略性新兴产业的投入和政策支持。从此，物联网在我国上升到国家战略层面，对于我国经济的长足发展将发挥重要作用。
从体系架构看，物联网包含感知层、网络层和应用层三个层次。感知层是物联网的基层，其任务在于识别物体和采集信息。感知层所采集的信息主要分为环境信息(如温度、湿度、亮度等)、状态信息(如事物的开关、进出、运转情况等)和属性信息(如物品名称、型号、特性等)三类，环境信息和状态信息的采集通常依靠传感器来完成，而属性信息的采集通常依靠RFID技术来完成[3]。网络层是由各种通信网络和互联网等网络组成的融合网络，它连接了感知层和应用层，其主要任务在于实现信息的传送。按信息传送方式的不同可以将网络层的信息传送手段分为无线通信和有线通信。应用层是将物联网技术与行业专业技术相结合。实现广泛智能化应用的解决方案集，其关键问题在于信息的社会化共享和信息安全的保障一。
作为一个功能强大、结构复杂的综合信息系统，物联网体系架构中的各个层面都涉及许多关键技术，这些技术对于物联网的构建与应用起到至关重要的作用，并且一直是学术界和业界所共同关注的焦点。
二、物联网的关键技术构成
实现物联网由概念向实际应用的转变需要对物联网的关键技术进行整合，物联网的关键技术主要包括RFID技术、无线传感网技术、中间件技术和云计算技术等。这些技术的集成与使用使得物联网能够在许多行业中得以应用，为实现行业智能化提供了必要条件。
1.RFID技术
RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它可以通过射频信号自动识别目标对象，进而获取目标对象的相关数据。由于其识别工作自动完成，对水、油和化学药品等物质具有较强的抗污性，因此适用范围较广，可在较为恶劣的黑暗或肮脏的环境下工作。
RFID系统主要包括三个部分，分别是标签、读写器和后台数据处理系统。标签由耦合元件和芯片组成，它是RFID系统中存储可识别信息的电子装置，通常嵌入或附着在目标对象上。按照标签的能量来源不同可将其分为有源标签(主动式)和无源标签(被动式)。有源标签自身携带电源，具有识别距离长、寿命短、成本高等特点；无源标签需要由读写器发射电磁波提供能力，具有识别距离较近，寿命长，成本低等特点。读写器由软件部分(控制软件、导入软件和解码器软件)和硬件部分(控制模块、射频处理模块、天线等)组成，主要负责数据信息的写入与读取。根据读写器模块与天线是否分离，可以将其分为集成式读写器和分离式读写器。集成式读写器的天线与射频模块集成在一起，具有体积小、成本低、安装容易等特点；分离式读写器的天线与射频模块是分开的，具有适用范围广、体积大、成本高等特点。后台数据处理系统主要涉及数据库、网络和各种应用软件，其任务在于借助读写器和网络来实现数据库系统与标签之间的信息交换，并采用相关应用软件对信息进行加工处理，为系统服务提供支持。
作为物联网体系架构的基层，感知层需要实现对物体的识别与感知，这是实现物联网应用的必要前提之一。由于物体大小不一，形状各异，所处的环境、状态等千差外别，因而这为物体的识别提出了挑战。作为主要的传统物体识别技术，条码技术为物体的识别提供了技术支持。然而，随着对物体信息存储的不断增多和被识别物体范围的不断扩大，以及对识别精度要求的不断提高，条码技术无法很好地满足现实需求。与条码技术相比，RFID技术具有信息存储量大、识别精度高、适应环境能力强、操作快捷等优点，其识别工作无需人工干预，因此是物体识别的最佳选择。随着RFID技术的不断成熟和应用范围的逐渐扩大，其为物联网的实现和推广起到了关键性的推动作用，使其从概念阶段逐渐转变为实际应用，对物联网产业的发展发挥了巨大作用。
2.无线传感网技术
无线传感网是由大量固定传感器节点以无线通信方式形成的一个多跳自组织网络[5]。它综合了微电子、无线通信和嵌入式计算等先进技术，可以实现信息的感知、采集、传输与汇总，对覆盖范围内的物理或环境状况进行监测与控制，并为智能化信息处理提供信息来源。
无线传感网是一个新兴的技术领域，具有广阔的发展前景。2003年，美国《技术评论》杂志评选出影响人类未来生活的十项新兴技术中，无线传感网技术位居首位。同年，美国《商业周刊》未来技术专版评选出了四大新技术，无线传感网技术名列其中[6]。我国对于无线传感网技术的研究开始较早，研究水平处于世界前列。在无线传感网技术领域，我国是标准主导国之一。
由于无线传感网在数据安全性、可靠性、动态性和抗干扰性等方面具有良好的特性[7]，现已逐渐应用于医疗、物流、农业、安防等领域。无线传感网在医疗领域的应用可以全方位地提高健康监护和疾病检测水平，有效提高医疗机构的工作效率，更好地满足人们对医疗卫生服务的多层次需求。无线传感网在物流领域的应用显著地提高了物流企业的信息化水平和运作效率，有效地降低了企业物流成本，使物流能够更好地满足生产和生活中的各种服务需求。无线传感网在农业中的应用有效地促进了农业从粗放型向集约型的转变，提升了农业信息化水平，提高了农民收入，改善了农业生态环境，从而极大地促进了社会的和谐和农业的可持续发展。无线传感网在安防方面的应用使安防人员有效地应对外来人员入侵，显著地降低了人力、物力、财力投入，有力地改善了特殊行业的工作环境，从而有效地保障了公共安全，提高了人们的幸福感知水平。作为物联网的核心技术之一，无线传感网技术的逐渐应用与推广有效地促进了物联网产业的发展，为物联网各项智能化应用的实现提供了重要基础。
3.中间件技术
中间件技术是处于技术设备层与业务应用层之间的一种软件，它是连接信息感知与采集设备和业务应用程序的桥梁，其对相关技术的封装使得程序设计人员可以避开不熟悉的问题，为程序的开发提供了有利条件。由于中间件技术在促进设备开发和技术集成方面具有重要作用，因此逐渐受到了人们的关注与重视。
物联网中间件通常遵循面向服务架构(Service Oriented Architecture,SOA)原则，该原则的采用使得物联网中间件可以将复杂庞大的系统分解简化，在实现物联网的智能化应用方面具有巨大优势[8]。基于面向服务架构原则的物联网中间件架构通常包括五层，从下到上依次是实体对象层、对象抽象层、服务管理层、服务融合层和应用层。实体对象层位于底层，它由众多具有不同特定功能的设备组成，这些设备构成了架构的基础；对象抽象层采用相同的语言和程序将不同设备进行抽象和整合，为上层服务提供条件；服务管理层对物联网中实体对象进行管理，确保其在物联网的应用中发挥作用；服务融合层对单独的服务进行组合，进而实现特定的应用；应用层位于顶层，它通过利用标准网络服务协议和服务组合技术对不同的系统和服务进行集成，进而实现物联网的智能化应用。中间件是数据管理和设备管理的重要技术，在物联网应用集成技术中处于核心地位[9]，对物联网的实施与推广起到至关重要的作用。
4.云计算技术
近年来，云计算作为信息技术领域一种新兴的计算模式被提了出来，并迅速引起了人们的广发关注。云计算是一种基于互联网的计算方式，它是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物[10]，旨在利用远程服务器的分布式计算为互联网用户提供计算、存储和搜索等各项服务[11]。
物联网的应用服务建立在现实世界的数据采集之上，这些数据涉及环境、状态、属性等诸多方面，由此产生的数据量将比互联网的数据量提升几个数量级，因此，物联网应用的实现离不开功能强大的信息技术的支持。云计算技术具有较强的信息处理能力，其超大规模、虚拟化、多用户、高可靠性和高扩展性等特点为物联网的智能化应用提供了信息技术支持[12]。
此外，位置识别技术(如全球定位系统)、地理识别技术(如地理信息系统)、机器对机器通信(machine to machine,M2M)技术等也是物联网中的重要技术，对物联网规模化、智能化应用与推广具有重要作用。
三、物联网在物流产业中的应用
物联网能够有效整合通信基础设施资源和各产业基础设施资源，使通信基础设施资源更好地服务于各产业的发展。目前，物联网已经在现代物流、医疗健康、环境保护等诸多领域有所应用。物联网在物流产业的应用促进了物流产业的发展。物流产业是指物流以及与物流密切相关的行业和企业的集群[13]，在国民经济中，物流产业与诸多产业密切相关，物流消耗了这些产业的产品和服务，同时也为其关联产业提供产品和服务。物联网在物流产业中的应用极大地促进了物流产业又好又快地发展。物联网在物流产业中的应用主要体现在运输、仓储、配送和物流信息平台建设等方面，对于提高物流效率、降低物流成本具有重要意义。
1.物联网在运输中的应用
运输是国民经济的基础，是社会再生产过程中的重要环节，同时也是现代物流的重要组成部分。运输主要包括公路、铁路、水路、航空和管道五种运输方式，其发展水平是国家整体发展水平的重要标志之一。按运输对象的不同可以将运输分为货物运输与旅客运输，本文所探讨的物流运输针对的是货物运输。
近年来，随着我国经济的持续快速发展，各项经济活动对运输服务需求不断增加，我国运输业得到了快速发展。然而，当前货物运输中存在诸多问题，这在一定程度上制约了运输的快速发展和运输效率的不断提高。首先，货物运输过程中损失严重，货物运输安全得不到保障。在运输过程中，由于运输工具自身条件的限制(如生鲜食品的运输工具缺少必要的冷藏保鲜装置)、运输线路选择不合理等原因，许多时效性较强、对运输条件要求较高的货物很容易发生变质或腐败，从而造成严重的经济损失；同时，由于运输过程中缺乏监控，货物丢失现象屡见不鲜，在一定程度上造成了货物损失。其次，运输工具监控能力较弱，调度不合理现象严重。由于当前运输企业尚未大范围的采用较为先进的定位技术对运输工具进行跟踪与监控，无法有效地对运输工具进行动态调度与指挥，往往造成运输工具利用率低、调配方案不合理、应急措施不及时等问题，从而导致了严重的资源浪费和货物损失，进而提高了货物运输成本，降低了货物运输效率。第三，先进的识别技术应用水平和信息采集效率较低。货物运输过程中往往涉及货物的装卸与转运，从而需要对货物种类、规格、数量等信息进行采集与登记。由于当前这些工作基本都由人工完成，因而往往造成工作繁琐、花费时间长、信息准确度低等问题，进而影响了货物运输效率的提高。此外，运输对能源的大量消耗、环境污染、安全事故的频发等问题也在一定程度上制约着物流运输的发展，在发展低碳经济、实现社会可持续发展的宏观背景下为运输提出了更高的要求。
物联网在运输中的应用有效地解决了运输中所存在的上述诸多问题。首先，RFID、传感器与无线传感网等物联网相关技术在运输中的应用可以有效地监控货物运输状态，按照货物的运输要求进行运输，保障货物的价值不被破坏；同时可以实现对货物的安全监控，有效地降低货物丢失概率。其次，位置识别技术和地理识别技术的应用可以及时地掌握运输工具的位置状态信息，对运输工具进行动态合理调度，提高设备利用率。第三，RFID技术的应用可以有效地对货物进行识别，快速、准确地实现货物信息采集，从而提高货物运输效率。此外，物联网的应用催生了智能交通系统，可以有效地解决拥堵和交通运输安全事故问题，从而更好地促进运输业的发展，进而带动整个物流产业的健康快速发展。
2.物联网在仓储中的应用
仓储是在指定场所对物品进行储藏和保管的行为。作为现代物流的重要组成部分，仓储是现代化大生产和国际、国内商品货物流转中不可或缺的环节。
近年来，在国家相关政策支持和仓储企业自身努力下，我国仓储业得到了稳步发展，物流园区规模进一步扩大，仓库自动化水平不断提高，货物周转率逐渐提升。然而，当前我国物流仓储中仍面临很多问题，主要体现在货物保管不合理、货物信息传递缺乏有效性、出入库及盘点工作效率低下、货物丢失问题时有发生等，这些问题的存在致使货物损失严重，仓储管理效率低下，仓储成本居高不下，进而制约了物流仓储的长远发展。
物联网在仓储中的应用可以有效地解决上述问题。首先，温度、湿度传感器等物联网相关技术的应用使得对货物的实时监控成为了可能，从而可以按照相关货物的储藏要求对货物进行保管，进而可以有效地降低货物损失。其次，RFID技术的应用有效地实现了货物信息采集，提高了货物出入库速度和盘点速度，使得连续性库存盘点成为了可能，同时可以快速准确地查找所需货物，提高仓储管理效率。第三，无线传感网等技术的应用可以实现货物的动态监控，进而可以有效地解决仓储货物丢失问题。仓储机械自动化水平的提高和相关物联网技术的应用实现了仓储管理的信息化和智能化，有效地提高了仓储管理效率，降低仓储成本。
3.物联网在配送中的应用
配送是指根据客户要求，在经济合理区域范围内对物品进行拣选、加工、包装等作业，并按时送达指定地点的物流活动[14]。作为物流的一种综合的活动形式，配送体现了贸易中商流与物流的紧密结合[15]，对于保障各项商贸活动的顺利进行发挥了重要的作用。
近年来，随着我国经济的飞速发展，我国物流配送业日益得到了重视和发展。物流中心、配送中心的纷纷建立和物流基础设施的不断完善为物流配送的发展提供了有利条件，物流配送可及范围逐渐扩大，配送周期显著缩短，配送成本明显降低。然而，当前我国配送业发展仍然面临很多问题，配送业整体发展水平较低，配送中的诸多环节依然存在巨大的成本和时间浪费。
物联网在物流配送中的应用和推广可以逐渐实现物流配送的智能化，有效地提高货物配送速度，降低管理成本，实时监控货物状态，更好的保证货物在配送过程中的安全，达到全局资源利用的最大化[16]。首先，RFID、传感器等物联网技术在配送中的应用可以实时监控货物状态，从而可以有效地保障货物价值，降低货物丢失概率。其次，位置和地理识别技术在配送过程中的应用可以实时掌握运输工具的位置状态信息，实现对运输工具的动态合理调度，提高工具利用率。第三，RFID技术在配送中心的应用可以准确有效地采集货物信息，实现货物的自动化拣选，提高配送中心的运作效率。物联网在配送中的应用可以有效地提高物流配送效率，降低物流配送成本，为相关行业提供更好的服务与支持。
4.物联网在物流信息平台建设方面的应用
物流信息平台是利用现代信息技术建立起来的网络平台，以实现企业间、企业与政府间以及企业与客户间物流信息和物流功能共享[17]。物流信息平台建设可以有效地提高参与方的物流运作效率，为顾客提供更好的信息服务。
在当前我国物流产业中，虽然各级政府、行业组织和相关企业等均在推进物流信息平台建设，但这些平台并非全面的物联网应用。基于物联网的物流信息平台不仅可以提供物流信息管理、信息挖掘和信息服务，还能实现整个信息系统与物流各环节的实时交互，从而可以有效地促进物流信息资源的共享和物流资源的整合，最终提高物流运作效率。同时，物流信息平台的建设可以有效地对产品进行跟踪与监控，促进产品追溯机制的建立与完善，更好地保障产品的安全。
四、结语
近年来，物联网的提出和发展引起了世界范围内的广泛关注。物联网体系架构涉及许多关键技术，主要包括RFID技术、无线传感网技术、中间件技术和云计算技术等，这些技术的应用对于物联网的建立发挥了关键性作用。物联网各种关键技术的集成与使用为物联网在物流产业中的应用和推广提供了必要条件。
物联网在物流产业中的应用主要体现在运输、仓储、配送、信息平台建设等方面，对于提高物流效率、降低物流成本具有重要意义。然而，物联网在物流产业中的应用与推广仍然存在很多困难与挑战，主要表现在技术研发与标准的建立、成本降低、信用体系的健全、相关法律法规的完善以及利润分配与成本共担等方面。
首先，在技术研发与标准的建立方面，物联网的相关技术研发与标准化工作目前已经取得了一定成果，但信息安全问题尚未解决，全球化的标准化编码体系尚未建立，这在一定程度上制约了物联网在物流产业中的应用层次与应用范围。
其次，在成本方面，由于物联网的相关技术(如电子标签)生产成本仍然较高，且尚未形成规模，不具备规模效应，在物流产业中的应用与推广成本较高，难以使企业在短期获得较高经济效益，反而会提高企业经营成本，不利于在实力较低、盈利能力较差的企业中应用。
第三，在信用体系方面，目前社会信用体系尚未健全，要想发挥物联网在物流产业中应有的作用，信息共享是一个必要条件。然而，许多信息涉及企业机密，一旦泄露给竞争者可能会导致企业竞争优势的削弱或丧失，直接关乎企业的盈利能力与未来发展。在信用体系尚未健全的情况下，很难在物流产业中大范围的应用和推广物联网。
同时，由于物联网的相关技术涉及到信息隐私与信息安全，而处理相关事件的法律体系尚未健全，所以其在食品供应链中应用与推广的法律环境尚不具备，这也制约了物联网在食品供应链中的应用。
此外，由于物流产业中不同参与主体的实力不同，所获利润与其贡献不成比例，利润分配机制尚不健全，难以实现利润公平分配。物联网的应用与推广涉及资金投入与收益共享，当前环境下很难实现成本与利润的公平分担与分配。
物联网在物流产业中具有广阔的应用前景，随着物联网相关技术的发展、标准体系的完善、投入成本和使用成本的降低以及信用体系和法律体系的建立与不断完善，物联网将在物流产业中得以广泛应用，并在运输、仓储与配送效率的提高和物流信息平台建设方面发挥巨大的作用。
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