5G技術在智慧物流行業應用及發展趨勢研究

劉曉菲，劉國強，于雪濤

（青島藍智現代服務業數字工程技術研究中心，青島 266061）

0 引言

作為二十一世紀的“第三利潤源”，物流行業的快速發展對于加快物流行業的產業結構轉型升級、提升物流行業綜合服務能力、促進國民經濟持續高速發展、提升國家綜合經濟實力等方面都具有相當重要的現實意義。近五年來，我國物流行業持續高速發展，據中國物流與采購聯合會發布的物流運行數據顯示：我國2020年社會物流總額超過300萬億元，同比增長3.5個百分點。

隨著5G技術、物聯網、大數據、云計算、數字孿生、人工智能等先進技術的高速發展，世界經濟步入智慧經濟時代。智慧經濟時代以創新性的知識為主導、以創意產業為龍頭，形成完整的、真正意義上的知識經濟形態[1]。新技術以及新經濟形態的迅猛發展，對物流業的發展提出新的挑戰，同時伴隨著新零售行業、智能制造業等行業對物流行業提出新的、更高的要求，傳統的物流模式已經無法跟隨技術和經濟發展的步伐，同時用戶需求也逐漸朝著個性化的方向發展，傳統的物流模式已無法滿足用戶個性化的需求，因此迫使物流企業進行物流行業商業模式的深度變革，將新一代的信息技術與物流行業進行全面融合，朝著智能化、個性化的方向發展，才能滿足經濟社會發展的需要和用戶的個性化需求，智慧物流模式應運而生。

5G技術具有數據傳輸速度高且網絡泛在能力強、功耗與傳輸時延低、傳輸安全性能高且終端接入量大、具備網絡切片化和移動邊緣計算功能等優勢，被譽為通向產業互聯網的高速公路，推動著物流行業進行智能化轉型與智慧變革。在此背景下，本文將基于智慧物流與5G技術的相關理論，研究5G技術在物流行業中的應用現狀、應用優勢，探討“5G+智慧物流”模式的發展策略和發展趨勢。

1 智慧物流的概念

2009年智慧物流的概念在國內被正式提出，智慧物流的概念是由“智慧地球”的概念衍生而來。目前，我國智慧物流相關的研究成果主要涉及智慧物流的發展現狀及發展趨勢[2,3]、智慧物流的發展面臨的問題及發展策略[4,5]、智慧物流信息系統的構建[6,7]、智慧物流平臺體系建設[8,9]、物流產業的轉型升級[10]、智慧物流的服務質量評估[]及智慧物流配送路徑優化[11,12]等。

國內智慧物流的發展雖然取得一定的成果，但仍處于起步階段，國內學者對智慧物流的概念尚未達成完全統一的認識。歐陽小迅[14]等學者認為智慧物流是將互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等先進技術和現代管理的理念應用于物流業，通過科學合理、動態精密的管理，實現物流全過程的可控化、可視化、信息化、網絡化、自動化和智能化發展，從而重構產業結構和商業模式，轉變發展方式，提高社會資源利用率和社會生產力水平，創造更多的社會價值。韋映梅[15]等學者認為智慧物流是一種依據互聯網技術的開放型商業配送模式，其核心本質是利用物聯網、云計算、大數據等先進信息技術，以自愿、有償的方式將傳統物的流配送環節外包給非特定的人群，實現資源的有效合理利用。伍杰寧[16]等學者認為：智慧物流是基于互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能等信息技術的綜合物流管理系統。將傳統物流中的采購、運輸、倉儲、配送等環節鏈接起來，及時處理、全面分析各個物流環節產生的信息與資源。李佳[17]等學者認為利用互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能等先進技術，融入在物流系統中，將整個物流體系像人腦一樣進行賦能，從而智能地收集并處理信息，保證物流體系中的各方主體都能高效、高質量地完成任務。

盡管國內學者對智慧物流的概念理解各不相同，但是不難看出，相比于傳統物流，智慧物流的本質是以5G技術、物聯網、大數據、云計算、人工智能等信息技術為基礎，通過技術與采購、運輸、倉儲、配送等物流過程的深度融合，構建以信息技術為邏輯支撐的綜合現代化智能物流管理系統，用智能信息管理替代傳統的人工操作控制的方式，獲得商品的相關信息數據，實現物流供應鏈中商流、物流、信流、資金流等各環節的信息和資源共享，提高了制造業和物流業的生產效率，降低了制造業、物流業的運營成本，實現社會資源的優化配置，達到綠色物流的目標[18]。

2 物流行業智能化發展現狀及存在問題

雖然近年來我國物流行業取得迅速發展，但與發達國家相比，我國物流行業智能化發展存在明顯不足：

1）物流數據管理智能化程度低

物流行業是一個隨時隨地產生大量數據信息同時也需要大量數據作為支撐的行業，因此需要在物流行業引入大數據、云計算等先進信息技術，以有效提升海量數據的處理速度和分析能力，從而應對市場動態變化，滿足用戶的個性化需求，提升物流企業的市場競爭力。近年來，雖然大數據技術在物流行業得到廣泛應用，但是物流行業產生的大量數據仍面臨著傳輸速度慢、動態監測水平低、數據的有效性和準確性有待提高等問題，導致大數據技術在物流行業的應用有限。此外，由于物流追蹤具有一定的延遲性，導致物流管理系統無法實現數據的高一致性與高準確性管理，從而影響物流行業的智能化管理水平。

2）物流運輸自動化程度低

隨著人工智能技術的快速發展，利用人工智能技術實現自動化的場景不斷涌現。在物流行業，機器人分揀、自動駕駛、無人配送等自動化場景已經構想多年，但是在5G技術出現之前，除了相關法律法規限制之外，物流行業的無人化、自動化發展遇到極大的技術阻礙。5G技術之前的移動通訊技術無法滿足自動駕駛、無人配送等對網絡的高傳輸效率的要求，因而無法實現對運輸車輛和物流裝備的精準控制。

3）物流數據共享程度低

物流作為企業供應鏈的關鍵環節之一，其運作流程、各環節的進度等都會為其關聯的上下游企業安排生產計劃、進行庫存管理等提供重要的信息。因此，物流數據信息的流通共享效率決定了物流行業供應鏈各環節的運營效率，物流供應鏈體系反應的敏捷性和協調性取決于物流供應鏈體系的智能化程度[19]。但物流行業應用場景相當復雜、涉及領域極為廣泛，并且物流行業供應鏈各企業使用的終端設備差異性較大，企業間數據傳輸、共享困難，尤其在數據傳輸過程中，無法根據不同場景進行業務切片化的方式對數據屬性進行調整，無法進行高精度的移動邊緣性計算，提升資源分配調度的合理性。因此，數據共享程度低成為制約物流行業供應鏈體系數據共享的主要阻礙之一。

3 5G技術在物流行業中的應用優勢

目前物流系統存在數據量大，信息傳輸速率低，信息的準確性和有效性有待提高等問題。例如在物流運輸的過程中，商品在運輸途中的位置信息無法實時共享；在配送的過程中，由于人工操作效率低導致大量商品無法及時入庫、出庫，導致商品爆倉甚至配送商品丟件等問題。因此，如何高效地利用數據，掌握數據在物流行業各流程、各環節、供應鏈各端的流動，實現信息共享，提高物流行業運行效率，降低運營成本，一直是物流行業深入研究的課題。

5G是第五代通信技術的簡稱，2019年10月，中國移動、中國聯通、中國電信等運營商相繼宣布5G技術正式商用，標志著我國正式進入5G時代。5G具有低時延、高帶寬、大容量、廣連接、高穩定性等特點。與4G技術相比，5G的時延不到10ms，速度可以達到1Gb/s，穩定性可以達到99.999%。5G的這些特點意味著數據的獲取將更加精準、快速、海量。

基于5G技術功耗與傳輸時延低的特點，5G技術在部署了大量物聯網、傳感器、射頻設備的物流行業得到廣泛應用，使得物流供應鏈各端對數據的獲取更加及時、準確、直觀，物流信息在各端的傳遞達到真正的無縫連接。基于5G技術的終端接入量大、網絡泛在能力強的特點，使得物流行業各端實現萬物互聯，5G帶動設備的高承載率和高速率，將海量設備連入網絡，為物流行業帶來新的技術變革，推動物聯網技術在物流行業跨越式發展，全面地獲取物流信息，將原本碎片化的物流信息變成應用價值更高的“數據鏈”，大大提高物流服務的質量和效率。此外，5G的網絡切片化和邊緣計算功能也在物流行業得到廣泛應用，網絡切片功能可以使得物流行業企業根據具體的應用場景和設備，按需調整使用網絡屬性，在確保網絡通訊要求的情況下避免資源浪費，在優化效率的同時降低成本；5G技術的邊緣計算功能已在穩定性和可靠性方面展開研究，確保實際應用的安全性和可靠性，同時優化資源配置。總之，5G技術對物流行業的轉型升級起到推動作用，為智慧物流的發展提供動力，也決定著大數據、物聯網、云計算等技術在物流行業的應用程度。

4 5G技術在智慧物流中的應用趨勢

5G技術的迅速發展和應用為智慧物流的發展提供了動力，加快了物流企業智慧化轉型的進度，對智慧物流領域的智能倉儲、智能裝備、自動化運輸以及智能配送等過程都產生深遠影響。

4.1 5G技術在物流倉儲中的應用

物流倉儲作為物流行業的關鍵環節之一，其面臨著碎片化倉儲利用率低、多倉聯合管理困難、高標準倉占比少、商品分揀準確率低等“效率泥潭”。為提升倉儲效率、解決倉儲瓶頸問題需要加強數字物流基礎設施建設，使得倉儲管理朝著自動化、智能化方向發展。5G技術是構建新型數字化基礎設施的關鍵技術之一，在物流倉儲的發展中發揮重要價值，推動信息技術、智能技術在物流倉儲中的應用，助力倉儲物流裝備的規模化發展和倉儲物流軟件的智慧化發展。

4.1.1 可靠連接類和具備AI能力的倉儲裝備規模化

倉儲裝備的大規模應用是提升倉儲效率的關鍵途徑之一。目前我國物流倉儲的發展已經進入自動化階段，以AGV（Automated Guided Vehicle,自動導引車）、堆垛機、穿梭車等主要連接類倉儲裝備在搬運、分揀、存取等場景已實現廣泛應用[20]。5G技術的數據傳輸速度高、網絡泛在能力強、傳輸時延低、傳輸安全性能高、終端接入量大等特點，不僅可以支持大規模倉儲設備連接、擴大倉儲設備移動范圍，還可以保證倉儲設備連接的穩定性和可靠性[21]，提高倉儲裝備的運行效率。

隨著AI技術的高速發展，視覺機械臂、智能叉車等具備AI功能的高科技倉儲裝備紛紛涌現，實現大規模智能機器人集群調度的需求日益緊迫，亟需進行倉儲裝備智能化升級。5G技術利用MEC（Multi-access Edge Computing，多接入邊緣計算）的究竟計算和邊緣存儲能力，上移了倉儲裝備的算力，縮短開發周期，節省終端硬件成本，提高具備AI能力的倉儲裝備的運行效率、準確性和靈活性，保證物流管理系統的工作效率和工作質量。

在規模化協同使用過程中，可靠連接類倉儲裝備和具備AI能力的倉儲裝備的通訊需求存在明顯的差異。因此，需根據特定切片用戶組對無限資源分配和隔離要求，通過5G專用網絡的網絡切片技術，進行靈活地定制，并且合理部署倉儲裝備智能硬件設備和5G網絡資源[22]。

4.1.2 云邊端協同的物流軟件智慧化

智能倉儲的物流軟件主要包括倉庫管理系統（Warehouse Management System，WMS）、分揀管理系統（Distributed Management System，DMS）、倉庫控制系統（Warehouse Control System，WCS）和倉庫數據系統（Warehouse Date System，WDS）等系統。

WMS主要為倉儲作業過程和物流倉儲的上下游環節提供快速、精細、準確的信息服務和系統支持。因此WMS需利用云計算、大數據等信息技術解決集中管理問題，以滿足倉儲管理的全局性、精細化要求，使得倉儲管理朝著集中化、一體化、柔性化的目標發展。

DMS主要進行物品的分揀計劃調度和分撥管理等。隨著物流行業的發展以及人們對快遞、物流實效性要求的提高，對倉儲分揀的實效性、準確性和協同性提出新的、更高的要求，導致DMS需要在調度算法和管理效率上不斷優化和提高，逐步朝著智慧化方向發展。

WCS是一層位于業務系統生產管理層與設備執行層之間的管理控制系統。其不同的底層平臺是根據不同的底層電氣硬件來進行選擇的，常見的煙囪式WCS支持大規模協同作業的能力有限，需要在持續增強算力保障能力的同時保障實時調度能力的可靠性，以確保WCS逐步向智能化演進。

WDS主要是對倉儲數據進行備份與匯總，并且挖掘出數據之間的潛在關系，尤其是監控數據、運營數據、運維數據等的管理，進而提升數據管理效率。

由此可見，智能倉儲物流軟件的智能化升級對網絡的計算能力和存儲資源提出更高的要求。而5G廣域網架構中的邊云協同基礎設施可以提供按需付費的資源分配和計算能力保障服務。WCS和本地WDS主要服務于智能物流園區的智能終端設備，對業務處理的時延要求較高，因此適合部署在本地MEC中。WMS和集中WDS主要服務于不同智能物流園區和全局系統，智能化升級需求相對復雜，并且其對成本的敏感性較高，因此適合部署在低成本的公有云中。通過利用邊緣云和公有云之間的協同策略，實現資源的有效配置和高效利用，大大降低倉儲物流軟件的運營成本，提高物流軟件智慧化進程的效率。

4.2 5G技術在物流運輸中的應用

除物流倉儲外，物流運輸也是物流產業鏈中不可或缺的重要環節，物流的運輸效率直接決定了整個物流的成本。5G技術在物流運輸中的成功應用，推動車聯網和自動駕駛技術的發展，提升智能交通系統的運行效率，降低了運輸過程中對人的依賴，進一步完善了物流運輸模式，優化配送路徑。

在物流領域，車聯網已成為智慧物流的剛需，也是5G技術在物流領域的重要賦能方向。車聯網，顧名思義就是以車內網、車際網和車載移動互聯網等為基礎，融合智能感知傳感器、設備識別技術，采集車輛和車外環境之間產生的交互信息，實時上傳5G云服務器，利用數據挖掘技術、大數據分析技術等對數據進行分析，將分析后的數據傳送給運輸車輛，實現運輸車輛和交通流量的遠程控制。

5G技術主要應用于物流運輸車輛、物流應用服務及遠程運控中心間的信息交互和通信。終端主要負責采集路況信息、車輛狀況信息等數據，發送信息，接受指令。由于在實際的運輸過程中物流運輸的車輛很多并且周圍的路況環境也相當復雜，導致傳輸的數據量會急劇增加。因此5G技術的超高帶寬、超高可靠性、超低延時等特性發揮優勢，通過對周圍車輛間距離的自動化監測，感知車流量，從而規劃車輛最佳行駛路線。

4.3 5G技術在物流配送中的應用

物流配送環節是傳統物流運輸的最后一個環節，伴隨著互聯網和移動互聯網的發展，物流配送與互聯網電商的關系越來越密切。而在5G技術的發展和商用過程中，物流企業也開始著手研究5G技術在物流配送環節的應用和價值。菜鳥驛站將5G與AR技術相結合，研制AR智慧物流系統。其借助5G超高帶寬、邊緣計算等特性和功能，結合大規模MIMO技術，配送人員僅需要佩戴AR眼鏡即可在系統中獲取客戶訂單，獲取收貨人地址信息，再利用邊——云服務器配置規劃處最佳配送路線。京東利用5G網絡，聯合廈門公交集團建立城市級5G智能物流場景化應用。BRT公交將貨物運送至智能配送站，再由智能機器人將貨物從配送站取出并自動配送至目的地。整個配送過程中，通過5G網絡對智能機器人進行高精度地圖導航并利用高清視頻設備進行實時監控，將采集的視頻數據實時回傳后臺，對視頻信息進行數據分析，從而對配送車輛進行優化調度，對配送路線進行規劃。

5 “5G+智慧物流”模式的發展策略和發展趨勢

“5G+智慧物流”模式是5G技術與物流行業專業知識、物聯網技術、大數據技術、人工智能技術等多行業、多領域知識和技術的綜合運用、完美結合的產物。目前還存在著需求匹配困難、行業間存在技術壁壘、投入與回報不對等等諸多問題。尤其是解決網絡切片技術、邊緣計算技術、融合網絡架構技術、物流信息安全等技術問題，制定互聯互通標準、5G業務應用標準、測試認證標準等，才能實現5G技術在物流行業真正的廣泛應用。

5.1 “5G+智慧物流”模式發展策略

通過對數據信息的獲取、感知、統計、分析，實現判斷、推理、決策等解決物流過程中的實際問題，提升物流行業的智能化水平；在信息和資源共享的基礎上，進一步將智慧物流和先進的經營管理理念相融合，促使物流管理信息系統中的信息流與物質流能夠快速、高效地流通，打破傳統物流工序以及流程上的限制，實現物流政務與物流服務一體化，推動物流產業發展。

5.2 “5G+智慧物流”模式發展趨勢

雖然5G技術定義了增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）和低時延高可靠性通信（uRLLC）等三大應用場景，但5G網絡的實施和部署不是一蹴而就的，需要分段部署、分布打開和分階段引入，在物流場景中的應用也是不斷完善、迭代提升的發展過程。

第一階段，基于5G高帶寬的特點，主要的服務場景集中在增強移動寬帶。構建基于5G技術的物流倉儲和智慧物流園區，實現數字化生產與管理，優化配送線路，保障“最后一公里”的精準、高效配送。

第二階段，基于5G海量接入的特點，主要的服務場景集中在海量機器類通信。具體主要的應用場景包括物流智能倉儲、物流智能能源供給、工業級物流監控等。5G技術為智能倉儲提供通訊保障，助力智能機器人、AGV、分揀裝備等的使用，提高智能倉儲的作業效率和智能化水平。

第三階段，基于5G低時延的特點，主要服務場景集中在低時延高可靠性通信。具體主要的應用場景包括全自動化物流運輸和工業級視覺系統。5G技術的發展使得無人駕駛、無人機運輸成為可能。

第四階段，基于5G的切片技術，結合人工智能、物聯網等技術，將物流行業各種業務場景融入一體化物流體系，實現物流體系的高智能、自決策功能，進一步提升物流行業的智能化、自動化水平。

6 結語

本文重點分析了物流行業智能化發展的現狀及存在的主要問題，聚焦5G技術在物流行業中的應用優勢，分析了5G技術的發展對智慧物流領域的智能倉儲、智能裝備、自動化運輸以及智能配送等過程的影響，并剖析了5G技術在智慧物流中的應用趨勢，總結探討“5G 智慧物流”模式的發展策略和發展趨勢。根據物流行業智慧化的發展趨勢，5G技術通過分段部署、分階段引入的方式，其在智慧物流倉儲、智慧物流園區、智能配送等場景中的應用將不斷完善，其與大數據技術、云計算、人工智能等新一代信息技術的深度融合，將不同物流業務場景融入一體化物流體系，將進一步提升物流行業自動化、智能化水平。