2.2 智慧物流感知与识别技术

智慧物流领域常用的感知技术主要包括条码技术、RFID技术、传感技术、卫星定位技术、视频识别与监控技术和智能嵌入式技术等。

2.2.1 条码技术

条形码（条码）是一组黑白相间、粗细不同的条状符号，它隐含着数字信息、字母信息、标志信息、符号信息等，并能够用特定的设备识读，转换成计算机能够识别的二进制和十进制信息。条码可分为一维条码和二维条码，一维条码仅在横向上包含信息，而二维条码除了横向上左右条（条宽）的精细及黑白条线条有意义外，上下的条高也有意义。与一维条码相比，由于左右上下的线条皆有意义，故可存储的信息量就比较大。

条形码起源于20世纪40年代，应用于70年代，普及于80年代。条码技术是在计算机应用和实践中产生并发展起来的，广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域的一种自动识别技术，具有输入速度快、准确度高、成本低、可靠性强等优点，在当今的自动识别技术中占有重要的地位。条码技术的主要特点是快速、准确、成本低，可靠性高，误码率小，首读率可达98%，并且适应性强，应用领域广，推广普及方便。条码技术打破了计算机应用中数据信息采集的“瓶颈”，提高了数据信息获取和传输的速度及准确性，是信息管理系统和管理自动化系统的基础。条码技术有机地联系了各行各业的信息系统，使信息流可以同步于实物流，有效地提高了供应链管理的效率，是实现电子商务、物流管理现代化等的必要前提。

目前条码自动识别技术已被广泛应用于物流领域，物流条码已被人们广泛使用。如生产企业内部物流通常采用条码进行管理，运输企业也通常使用条码自动识别技术进行车辆调度，仓储、装卸、搬运、包装、加工、配送等环节都在广泛使用条码识别系统，组织形成物流节点信息。

2.2.2 EPC及RFID

EPC即电子产品码，是国际条码组织推出的新一代产品编码体系。目前，我们使用的产品条码仅是对产品分类的编码，不能对物品进行唯一标识，而EPC码可对每个单品都赋予全球唯一编码。EPC编码采用96位（二进制）方式的编码体系，96位的EPC码，可以为2.68亿个公司赋码，每个公司可以有1600万种产品分类，每类产品有680亿条的独立产品编码，形象地说，EPC可以为地球上的每一粒大米赋予一个唯一的编码。

RFID技术是利用射频信号及空间耦合和传输特性进行的非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动识别，并进行数据交换的一项自动识别技术。20世纪90年代，RFID技术开始应用于物品跟踪等民用领域。RFID具有识读距离远、识读速度快、不受环境限制、可读写性好、可同时识读多个物品等优点，随着RFID技术的不断进步和成本的不断降低，RFID技术开始进入物流、供应链管理领域。目前，RFID在汽车/火车等交通监控、高速公路自动收费系统、仓储管理、安全检查、车辆防盗等方面得到广泛应用。

RFID系统的数据存储在射频标签中，其能量供应以及读写器之间的数据交换不是通过电流而是通过磁场或电磁场进行的。RFID系统通常由电子标签和阅读器等组成。电子标签内存有一定格式的标识物体信息的数据。该技术能够轻易嵌入或附着于物体，并对所附着的物体进行追踪定位；可读取距离远，存取数据时间短；标签的数据存取有密码保护，安全性更高。RFID目前有很多频段，集中在13.56MHz频段和900MHz频段的无源RFID标签的应用最为常见。

RFID在短距离应用方面通常采用13.56MHz频段；而900MHz频段多用于远距离识别，如车辆管理、产品防伪等领域。射频读写器与电子标签可按通信协议互传信息，即读写器向电子标签发送命令，电子标签根据命令将内在的标识性数据回传给射频读写器。最后射频读写器通过天线向计算机系统发送射频信号，由计算机接收信号进行信息处理。

RFID可以用来追踪和管理几乎所有物理对象。采用RFID最大的好处是可以对物流进行高效管理，以有效降低成本。因此对于物流管理应用而言，RFID技术是一项非常适合的技术。

EPC产品电子码及EPC系统的出现，使RFID技术向跨区域、跨国界物品识别与跟踪领域的应用迈出了划时代的一步。EPC与RFID之间既有共同点，也有不同之处。从技术上来讲，EPC系统包括物品编码技术、RFID技术、无线通信技术、互联网技术等多种技术，而RFID技术只是EPC系统的一部分，主要用于EPC系统数据存储与数据读写，是实现系统其他技术的必要条件；对RFID技术来说，EPC系统应用只是RFID技术的应用领域之一，EPC的应用特点，决定了射频标签的价格必须降低到市场可以接受的程度，而且某些标签必须具备一些特殊的功能（如保密功能等）。所以，并不是所有的RFID射频标签都适合做EPC射频标签，只有符合特定频段的低成本RFID射频标签才能应用到EPC系统。

RFID技术与互联网、通信等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。但其技术发展过程中也遇到了一些问题，主要是芯片成本，其他的如RFID反碰撞防冲突、工作频率的选择及安全隐私等问题，都在一定程度上制约了该技术的发展。

智慧物流可以通过RFID技术实现物资从仓储到使用者的全程管理。任何商品在生产后，都存在着商品的自身信息，这些信息可以以条码和RFID电子标签的方式存储。在物资的流通过程中，可以通过扫描枪或RFID读卡器等方式读取这些信息，通过物资流通中的信息的获取，可以完全跟踪物资的位置，直接使物资流通到最终使用者手中。

随着RFID技术的不断成熟及其使用成本日益降低，它必将代替条码技术，真正让万物都具有唯一的身份标识，让万物真正可以联网，使现代物流真正成为智慧物流。

2.2.3 传感器技术与无线传感网

1.传感器技术

传感器是人类五官的延长，又被称为“电五官”。传感器是获取信息的主要途径与手段。在工业领域和国防领域，高度自动化装置、控制系统、工厂和设备都离不开传感器。从工业自动化中的柔性制造系统、计算机集成制造系统、几十万千瓦的大型发电机组、连续生产的轧钢生产线、无人驾驶汽车、多功能武器指挥系统，直至宇宙飞船或星际、海洋探测器等，无不装置着数以千计的传感器。传感器昼夜发出各种各样的工况参数，以达到监控运行的目的，成为运行精度、生产速度、产品质量和设备安全的重要保障。

根据输入量类型，传感器分为物理传感器和化学传感器两类。按传感器用途分类，可分为压敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器和视频传感器等。

现在使用的传感器一般是无线传感器，如图2-2所示。和传统传感器不同，无线传感器节点不仅包括了传感器部件，还集成了微型处理器和无线通信芯片等，能够对感知的信息进行分析处理和网络传输。

传感器技术是智慧物流发展的基础技术之一，是实现智能化管理的关键。如今，传感器技术已经在物流的各个环节实现广泛应用。就仓储作业来说，自动化仓储系统应用正不断增加，而其依靠的核心技术之一便是传感器技术；除此之外，传感器技术在输送分拣环节的应用更是不可或缺，例如，采用光电传感技术或者光幕传感技术对输送线上的物品扫描进行信息读取、检测及复核已得到了广泛应用。

2.无线传感网

无线传感网是基于无线通信、数字电子学、微机电系统等的综合技术。无线传感网由大量分布的无线传感器节点组成。节点装有嵌入式传感器，彼此间互相合作，其位置不必预先确定，协议和算法支持自组织。无线传感网的关键技术首先是功能部件，包括处理单元、电源、通信单元。其次是核心问题的解决方案，包括能源及其管理、定位、仿真等。无线传感网的结构包括应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。应用层是根据任务构建的应用软件；传输层维护数据流；网络层关注数据路由；数据链路层的MAC协议用于了解能量消耗，并减小与邻点广播的冲突；物理层包括简单可靠的调制、发射、接收技术。

无线传感网的通信系统可以按照功能划分为三个平面：能量管理平面、移动管理平面、任务管理平面。能量管理平面管理节点如何利用能量，如节点收到消息后可断开接收器。当节点能量较低时，节点对邻点广播，报告不能路由信息。剩余能量保留作传感用；移动管理平面监测和注册节点的移动，维持到用户的路由，节点可跟踪它的邻节点；任务管理平面平衡和调度在给定区域的传感任务，根据能量水平决定哪些节点执行传感任务。

物流领域是无线传感网技术发展最快的应用领域。在智慧物流系统中，无线传感网技术已经在仓储管理、仓库安防、库存管理和运输监控等领域得到广泛应用。例如，大粒度商品物流管理，集装箱和集卡车的智能化管理，封闭仓库中的货物定位等。

2.2.4 跟踪定位技术

跟踪定位技术是对物品进行准确定位并实现对其位置状况进行监控的技术。随着科技的进步，现代物流对定位服务的要求越来越高。提到定位技术，我们首先想到的是卫星定位技术，这种技术已经在户外环境的定位中得到广泛应用。然而，由于混凝土等障碍物对电磁波的阻挡，它在室内环境中完全失效。随着无线通信技术的发展，新兴的无线定位技术逐渐填补了这一空白。

1.卫星定位技术

卫星定位技术的典型代表是美国的GPS。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军用目的。经过20余年的发展，到1994年，耗资达300亿美元、全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星已布设完成。

1994年，我国启动了北斗卫星导航试验系统的建设，在2000年形成了区域有源定位服务能力；2004年启动了北斗卫星导航系统建设，在2012年形成了区域无源定位服务能力；截至2018年年底，北斗三号基本系统建成并提供全球服务，包括“一带一路”国家和地区在内的世界各地均可享受到北斗系统服务；在2020年，北斗卫星导航系统将形成全球无源定位服务能力。

卫星定位技术特性能够与物流特性有机结合，并有效实现4个方面的物流功能：物流实时监控、双向通信功能、动态调度功能、数据存储和分析功能。

2.红外线室内定位技术

红外线室内定位技术的定位原理是，红外线IR标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收后对携带标识的物体进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使红外射线仅能视距传播，直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁或其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。

3.超声波定位技术

超声波定位技术主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标下的位置。超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传输影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本很高。

4.RFID定位技术

RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米，但它可在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。RFID标识的体积比较小，造价比较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统中。

5.超宽带定位技术

超宽带定位技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带定位技术可用于室内精确定位，如战场上士兵的位置发现、机器人的运动跟踪等。

超宽带系统与传统的窄宽带系统相比，具有穿透能力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带定位技术可以用于室内静止或者移动物体及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。

6.Wi-Fi定位技术

无线局域网络（WLAN）是一种全新的信息获取平台，可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的Wi-Fi定位是基于无线局域网络系列标准的IEEE 802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要的基站很少，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。

不管是卫星定位技术，还是利用无线传感网或其他定位手段进行的定位都有其局限性。未来室内定位技术的趋势是将卫星定位技术与无线定位技术相结合，发挥各自的优点，既可以提供较好的精度和响应速度，又可以覆盖较广的范围，实现无缝、精确定位。

2.2.5 区块链技术

从本质上讲，区块链是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有不可伪造、全程留痕、可以追溯、公开透明和集体维护等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制。

区块链技术是比特币最基本的技术，虽然各个国家对比特币持有不同的看法与态度，但区块链技术得到了普遍认可。

目前，金融、医疗、公证、通信、供应链等多个领域都开始意识到区块链的重要价值，并尝试开发相应的落地应用。

区块链技术在物流领域的应用也越来越广泛。在物流过程中，利用数字签名和公私钥加解密机制，可杜绝快递员通过伪造签名来逃避考核的行为，防止货物的冒领，可充分保证信息安全以及寄、收件人的隐私。利用区域链不可篡改、数据可完整追溯以及时间戳功能，可有效解决物品的溯源防伪问题，可用于食品、药品、艺术品、收藏品、奢侈品等的溯源防伪。在供应链管理方面，区块链作为一种分布式账本技术，能够将传统供应链上原料采购、生产加工、仓储物流、分销零售等独立节点有效连接，形成完整的链条，促进供应链健康发展。

案例2-1 揭秘京东区块链开源项目——JD Chain

2019年4月9日，京东发布《京东区块链技术实践白皮书（2019）》，总结了京东区块链在五大类应用场景中的技术实践，介绍了京东区块链的技术优势、体系架构与未来规划。同时，京东区块链底层引擎JD Chain正式对外开源并同步上线开源社区，聚焦解决区块链底层的关键技术问题，旨在为企业级用户和开发者提供开源服务，帮助他们提高研发效率，加速技术创新。（资料来源：segmentfault，2019年4月）