物流信息一體化集成模式研究

王兆華

（蘇州科技學院環(huán)境科學與工程學院，江蘇蘇州215009）

物流信息一體化集成模式研究

王兆華

（蘇州科技學院環(huán)境科學與工程學院，江蘇蘇州215009）

為了解決物聯網環(huán)境下物流信息系統(tǒng)運行的可靠性問題，提出傳感網數據的一體化集成模式。依據傳感網數據的特點、集成環(huán)節(jié)和數據使用的要求，通過對現行技術的比較，探討了多層次上的深度集成方案，設計出以地理信息為核心的集成框架。這種從底層逐漸集成，追求標準化的集成方式，實現了特征級和決策級的一體化，從而提高傳感網數據的利用效率，保證物流系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

物聯網；物流信息化；一體化；地理信息

物聯網開創(chuàng)了物流管理的全新平臺，隨之而來的是應用穩(wěn)定性問題，這一問題的有效解決途徑之一便是傳感網的多傳感器數據的集成。目前的集成研究主要關注數據格式的轉換和具體的算法，且技術路徑不一[1-3]，導致物流信息系統(tǒng)（LIS，logistics Information System）開發(fā)的多樣性，帶來系統(tǒng)運行的低效率，迫切需要探討一種高效的集成模式。

1 物流信息集成環(huán)節(jié)

物流（Logistics）起源于二戰(zhàn)時的美國軍隊，當時指“貨物配送”，現在物流則是為物品及其信息流動提供相關服務的所有過程。物流信息化是運用現代信息技術對物流過程中產生的全部或部分信息進行采集、分類、傳遞、匯總、識別、跟蹤、查詢等一系列處理活動，以實現對貨物流動過程的控制，從而降低成本、提高效益的管理活動，物流信息化是現代物流的靈魂，是現代物流發(fā)展的必然要求和基石。

物流信息化之初抽象為基礎設施層和業(yè)務應用層的兩層結構，這種簡單的結構對功能有較大限制，存在諸多弊端[4]。海灣戰(zhàn)爭后十年的物資返運，足以證明這一點。

當代構建的對不同位置物理或環(huán)境狀況數據進行獲取、傳輸構成的傳感網，按約定的協議，與互聯網結合，進行信息交換和通訊，從而擴展為智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的綜合網絡，這就是物聯網（IOT，The Internet of Things）。

物聯網具備感知、傳輸、處理三個完整環(huán)節(jié)[3]。感知環(huán)節(jié)標識物體、獲取數據；傳輸則以互聯網為基礎，通過網絡傳輸數據到后臺進行處理；處理環(huán)節(jié)就是處理信息，服務于應用，如圖1所示。實踐證明多傳感器的數據處理，不僅局限于數據格式的統(tǒng)一，也涵蓋物聯網的各個環(huán)節(jié)，從而構成一種形式框架，其過程是用數學方法和技術工具綜合不同源信息，目的是得到高品質的有用信息。“高品質”的精確定義取決于具體的應用[5]。這就是數據融合。

圖1 物聯網和物流信息化環(huán)節(jié)

目前學者專注于融合具體算法，少見物聯網環(huán)境下多環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌規(guī)劃，呼喚集成一般模式的出現[6-7]。

物聯網技術促進了人與物的交流，加快了物品流通與網絡的融合，促進物流技術的進步，給物流帶來機遇和挑戰(zhàn)。物流信息化和物聯網結合，促生智慧物流。

一般認為現代物流信息化建設涉及數據采集、物流公共信息平臺、物流管理信息系統(tǒng)，其核心是信息的集成，集成必將涉及物聯網的完整環(huán)節(jié)，需要對物聯網環(huán)境下統(tǒng)一集成模式的探討。

2 物流數據特點

物流數據具備物聯網的固有特征，也蘊含自身的特點。物流領域專家認為物流具有活動范圍大、涉及面廣、信息種類多、動態(tài)性強、分類和篩選難度大等明確的特點[8]。

2.1 空間性與分布性

借助成熟的GPS和RFID技術的結合，物聯網能獲取物體的位置信息，監(jiān)測物體的移動，以此回答“我在哪里？”的問題。

空間位置是多傳感器獲取的諸多數據間的明顯關聯，將這些信息聯系到一起，讓人們有序地組織、整合、分解、應用它們。

通過實時感知物體位置及其狀態(tài)，對物監(jiān)測、監(jiān)管、監(jiān)控，讓物體“說話、聽話并按需行動”，從而實現物體的智能化。如智能交通和最近采用的區(qū)間車速監(jiān)測技術，在物流管控中，更顯示了位置數據無可替代的作用。

物流實質是物質的流動。但位置、空間關系數據和相關圖形處理的難度遠大于一般屬性和圖形，造就了管理的難度。而互聯網和一般的系統(tǒng)并不管理位置和空間關系數據。

空間性應為物聯網信息的最顯著特性。

2.2 多樣性與異構性

對象、組織、概念、標準、設備、采集方式、載體形式，等等的不同，帶來了物聯網信息的千差萬別，其類別、形式、內容多種多樣，還混雜有大量的模糊數據、隱性數據。物聯網信息按大類就可分管理對象信息、感知設備信息和實時信息三類[9]。

多樣性帶來物聯網數據的異構性，包括系統(tǒng)平臺異構性、數據庫異構性和數據語義異構性多方面[10]。數據結構、操作系統(tǒng)、編程語言和管理方式等存在巨大差異。

這要求網絡和終端的管理能力具備相當的彈性，即管理能力可配置，這是目前物聯網發(fā)展廣泛應用的一個瓶頸。因此，大范圍的物聯網應用，需要完整的后端管理平臺。

2.3 直觀性與可視化

為應對海量級數據，提高信息、知識的理解和傳播效率，提供人們應用的便利性，要求將數據進行直觀化的科學可視化。

除此之外，感知數據還具有實時性、交互性、流動性等特點[11]。

因此，物流信息的處理除置于物聯網的背景下，還需要考慮數據的特點，其復雜性呼喚著物流信息處理的全新技術路線。而GIS（地理信息系統(tǒng)）的多元空間數據融合思路，技術成熟，能充分滿足這一特點的要求。

3 物流信息一體化技術方案

首先，物聯網背景存在多感知器、多數據源、多種獲取手段、多時空、多語義、多格式、多尺度、多樣性，對信息交換和高效運行帶來挑戰(zhàn)，需要對多傳感器數據統(tǒng)一格式。

其次，物聯網的感知、傳輸、處理環(huán)節(jié)，對應于實用的表示層（軟件平臺）、業(yè)務層和數據層三個層次結構[12]。表示層主要用做數據定義、數據傳遞；業(yè)務層對表示層的指令進行解釋，并對相應數據信息進行獲取、處理、檢驗以及寫入，等等工作，實現數據信息資源在業(yè)務邏輯層面上的流動；而數據層則主要是用來實現數據信息的管理與存儲，同時提供數據訪問接口，因此，數據層也是整個信息系統(tǒng)的核心層。需要以滿足應用為導向，在應用尺度上集成，以消除異構和語義差異的不利影響。

第三，當代智慧物流的信息物理融合系統(tǒng)（CPS，Cyber Physical System）要求信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)深度融合，信息處理過程和物理過程緊密集成，讓計算對象和物理對象形成一個整體[13-14]。

故完整的數據集成應包括物聯網結構的三個層次。第一層對應傳感網內的特征級融合，后兩層對應于決策級融合。這種涉及三個完整層次的深度集成可稱之為一體化。其涵義就是指多個相互獨立的實體通過某種方式逐步結合成為一個單一實體的過程。一體化正是數據融合的終極目標，它是一種動態(tài)融合。如圖2所示。

圖2 物聯網信息集成層次

而目前的技術與標準并不成熟，據權威預測，到2015年左右才會看到成熟的物聯網框架，出現成熟的標準[15]。因此，需要探討一體化的模式。

3.1 數據集成

數據的集成就是對多源數據進行集成，是多傳感器信息的必然要求，又是實際應用集成的前提。相比于其他的集成層次，它屬于物理級集成。其關鍵點是數據組織的一致性與共享。

針對眾多數據格式，現階段主要采用數據交換方法[16]。不同格式數據中最難處理的是空間特征和可視化圖形，現有的空間信息集成分別采用基于轉換器、數據標準——即借助統(tǒng)一的中間格式、數據標準來實現數據文件格式轉換，并實現了難度較大的柵格、矢量間的轉化。

雖然能解決數據交換與共享，但頻繁的轉換影響系統(tǒng)效率。

最近學者提出了物聯網異構信息集成方案。模型對不同傳感器或RFID的信息進行歸一化及數據清洗，在傳輸和應用環(huán)節(jié)，對異構信息進行信息融合及智能處理，主要借助了數據挖掘的思路[17]。

3.2 軟件平臺層集成

軟件集成平臺是多個業(yè)務功能應用組件協同的支撐軟件系統(tǒng)，是將當前的用戶界面當做集成塢，對各子系統(tǒng)繼續(xù)更高等級的整合，以實現界面操作、顯示等方面的統(tǒng)一，提供多個應用軟件系統(tǒng)或組件間的信息共享與互操作所需的通用服務，對應于物流信息化的公共信息平臺。支撐平臺用來支持系統(tǒng)內部信息系統(tǒng)之間的數據交換及互操作，進而實現系統(tǒng)內信息集成和過程集成。

軟件平臺是對信息更高層次的集成，屬于邏輯級集成。

目前系統(tǒng)集成的方式主要包括面向信息的集成、面向過程的集成和面向服務的集成3種方式。面向信息的集成主要指數據共享和交換，實現方式有常規(guī)的數據復制和交換接口等。面向過程的集成則通過工作流讓數據在不同應用之間流動。面向服務集成主要支持公共業(yè)務的松散耦合集成[18]。不難看出，集成的實現技術越來越重視開放性和標準化[19]。

GIS作為統(tǒng)一的集成軟件平臺，已能完美融合GPS、RS等數據，人們稱這樣的系統(tǒng)為“S3S”集成，分別采用基于公共接口和直接訪問——借助統(tǒng)一的接口函數規(guī)范和強大的文件讀取插件，以松散、緊密和完全方式實現一體化應用，因此，以GIS作為參照體系，進行標準化的擴展，將是構建IOT環(huán)境物流支撐平臺的有效手段。

3.3 業(yè)務平臺層集成

業(yè)務層集成主要完成離散化業(yè)務的功能銜接，它是根據用戶的表達需求，實現行業(yè)信息的整合，提供大量數據的存儲、分析和挖掘，提供開放接口，自動匹配適合的傳感器資源，提供簡單、快速的業(yè)務開發(fā)環(huán)境。從而讓業(yè)務提供者專注于業(yè)務應用的開發(fā)，關注業(yè)務數據上傳、下載和業(yè)務流程的處理，無需分散精力處理不同的傳感器、不同的電信能力以及不同的門戶系統(tǒng)。并服務于產業(yè)鏈上的各參與方的集成。實質是對信息概念級的集成。以GIS為基礎的LIS往往采用二次開發(fā)，將物流業(yè)務管理功能加以整合，在數據和平臺層共享數據，并遵循業(yè)務級的統(tǒng)一原則。

有些學者認為，系統(tǒng)對接采用的協議盡量采用目前運營系統(tǒng)的通用協議，而沒有必要使用制定新的協議規(guī)范[20]。但業(yè)界還是普遍認為建設統(tǒng)一的物聯網業(yè)務運營支撐平臺標準迫在眉睫[15]。

所以物聯網信息集成關鍵在感知、存儲和應用的標準化問題。

3.4 一體化技術方案

綜上，IOT環(huán)境下需要對物流信息進行更有效的集成，物流信息一體化模式必須與IOT相一致，應包括：①數據格式統(tǒng)一化；②處理層次全面化；③網內處理集中化；④表現形式可視化；⑤融合算法智能化[11]。

針對物聯網架構、物流管理的要求和“S3S”技術，可構造物流系統(tǒng)四層架構，如圖3所示。

由此概括出物流信息一體化集成模型，如圖4所示。

方案中涉及兩個系列的集成技術：（1）物流3S集成，即GPS、S3S、GIS技術的綜合應用。GPS的位置和其他多傳感器數據，特別是位置數據，需要從底層開始融合；空間信息S3S集成平臺，通過松散、緊密和完全等方式，實現信息的集成，具備同時管理各類數據的能力，成為集成平臺的必然技術；應用層LIS需要可視化的管理型GIS架構。（2）3D應用集成，即DW（數據倉庫）、DM（數據挖掘）、DSS（決策輔助系統(tǒng)）集成。海量信息需依賴公共信息平臺的數據倉庫，數據關聯、知識發(fā)現需要數據開采，業(yè)務運營則需要決策支持的功能，它實際是一個空間決策支持系統(tǒng)（Spatial Decision Support System）。

圖3 S3S信息集成框架

圖4 物流信息集成框架

4 結語

空間位置特征是物聯網信息的重要特征，是傳感網數據集成的關鍵，借鑒空間信息集成技術，從底層開展集成，是一體化方案的基礎，后續(xù)的深度集成能推動LIS效率與穩(wěn)定性的全面提升，這種構架和信息物理融合系統(tǒng)是一致的，符合當今技術發(fā)展趨勢。

從物聯網發(fā)展和系統(tǒng)集成的角度，物聯網需要系統(tǒng)的開放、傳輸的順暢及運行的高效，亟需加強的是各類標準的建設，特別要重視信息底層集成標準制定，這樣才能建立有效的高層集成和應用，從而減少物流信息化的盲目性。

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Study on the model of logistics information integration

WANG Zhaohua
（School of Environmental Science and Engineering，SUST，Suzhou 215009，China）

To solve the reliability problem in the running of logistics information system in the environment of Internet of Things,the author put forward a model of data integration in sensing network.In accordance with the characteristics of multi-sensor's data in sensing network and the requirements in integration links and data use, and by comparing it with the current technology,the author discussed the deep integration method at multi-levels and worked out a reasonable implementation framework for geographic information.This integrated approach seeking after standardization from the primary level makes it come true the integration of multi-sensor at featurelevel and decision-level.It improves the utilization efficiency of sensing network data and secures the operation stability of logistics information system.

IOT；logistics informatization；integration；geographic information

P208

A

1672－0687（2015）03－0065－05

責任編輯：謝金春

2014－10－22

住房和城鄉(xiāng)建設部研究開發(fā)項目（2011-k9-23）

王兆華（1964-），男，安徽宿州人，副教授，研究方向：地理信息系統(tǒng)。