第七讲--物流标识、跟踪、定位技术

物流信息自动采集技术物流作业效率的提高，在很大程度上取决于物流信息的通畅程度与管理系统的先进程度。在物流系统的运行过程中，时刻都会产生这样或者那样的数据，这些数据包括人员的、物质的、财务的，并存于采购、生产和销售过程中。这些数据的采集与分析对于生产决策来讲是十分重要的。如果没有这些实际工况的数据支持，生产和决策就将成为一句空话，将缺乏现实基础。可以用来作为物流信息采集的技术非常多，包括各种自动识别技术和物流应用的电子信息技术。自动识别技术自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。例如，商场的条码扫描系统就是一种典型的自动识别技术。售货员通过扫描仪扫描商品的条码，获取商品的名称、价格，输入数量，后台POS系统即可计算出该批商品的价格，从而完成顾客的结算。当然，顾客也可以采用银行卡支付的形式进行支付，银行卡支付过程本身也是自动识别技术的一种应用形式。自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，归根到底，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括条码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、光学字符识别、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的高新技术学科。完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统（AutoIdentificationSystem,简称AIDS），应用程序接口(ApplicationInterface,简称API)或者中间件（Middleware）和应用系统软件（ApplicationSoftware）。自动识别系统中间件或者接口应用软件系统自动识别系统模型图自动识别系统完成系统的采集和存储工作应用系统软件对自动识别系统所采集的数据进行应用处理，而应用程序接口软件则提供自动识别系统和应用系统软件之间的通讯接口包括数据格式，将自动识别系统采集的数据信息转换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行数据传递条码技术条码技术简称条码。是由一组规则排列的条、空以及相应的数字组成，这种用条、空组成的数据编码可以供条码阅读器识读，而且很容易译成二进制数和十进制数。这些条和空可以有各种不同的组合方法，构成不同的图形符号，即各种符号体系（也称码制），适用于不同的应用场合。条码成本最低、适于大量需求且数据不必更改的场合。例如商品包装上就很适宜，但是较易磨损、且数据量很小。而且条码只对一种或者一类商品有效，也就是说，同样的商品具有相同的条码。光学字符识别OCR光学字符识别OCR(ImageCharacterRecognition)人眼可视读、可扫描，但输入速度和可靠性不如条码，数据格式有限，通常要用接触式扫描器。OCR的主要的应用领域是：办公室自动化中的文本输入；邮件自动处理；与自动获取文本过程相关的其它领域，这些领域包括：零售价格识读，定单数据输入、单证、支票和文件识读，微电路及小件产品上状态特征识读等。由于在识别手迹特征方面的进展，目前探索在手迹分析及鉴定签名方面的应用。磁条(卡)技术磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理。对自动识别设备制造商来说，磁条就是一层薄薄的由定向排列的铁性氧化粒子组成的材料(也称为涂料)，用树脂粘合在一起并粘在诸如纸或者塑料这样的非磁性基片上。磁条技术的优点是数据可读写，即具有现场改写数据的能力；数据存储量能满足大多数需求，便于使用，成本低廉，还具有一定的数据安全性；它能粘附于许多不同规格和形式的基材上。这些优点，使之在很多领域得到了广泛应用如信用卡、银行ATM卡、机票、自动售货卡、会员卡、现金卡(如电话磁卡)。磁卡的价格也很便宜，但是很容易磨损，磁条不能折叠、撕裂，数据量较小。IC卡识别技术IC是将可编程设置的IC芯片放于卡片中，使卡片具有更多功能。通常所说的IC卡多指接触式IC卡。和磁卡相比较，IC卡（接触式）具有安全性高、存储容量大、抗干扰能力强、可靠性高、使用寿命长等特点。但由于其触点暴露在外面，有可能因人为的原因或静电损坏。IC卡的应用也比较广泛，有电话IC卡、购电（气）卡、手机SIM卡、牡丹交通卡（一种磁卡和IC卡的复合卡）、以及即将大面积推广的智能水表、智能气表等。声音识别技术声音识别的迅速发展以及高效可靠的应用软件的开发，使声音识别系统在很多方面得到了应用、这种系统可以用声音指令实现“不用手”的数据采集、其最大特点就是不用手和眼睛，这对那些采集数据同时还要完成手脚并用的工作场合，以及标签仅为识别手段，数据采集不实际或不合适的场合尤为适用。如汉字的语音输入系统就是典型的声音识别技术，但是误码率很高。再如，GSM手机上的语音电话存储也是一个典型的语音识别的例子，但电话号码的语音准确呼出距实用还有一段相当长的视觉识别视觉识别系统可以看作是这样的系统：它能获取视觉图像，而且通过一个特征抽取和分析的过程，能自动识别限定的标志、字符、编码结构或可作为确切识断的基础呈现在图象内的其它特征。随着自动化的发展，视觉技术可与其他自动识别技术结合起来应用。射频识别技术(RFID)射频标签最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预、适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便。射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，短距离的射频标签可以在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距离的产品多用于交通上，可达几十米，如自动收费或识别车辆身份。RFID识别的缺点是标签成本相对较高，而且一般不能随意扔掉，而多数条码扫描寿命结束时可扔掉。常用的自动识别技术的属性比较表7-2系统参数条码光学字符语音识别生物识别磁卡接触IC卡射频识别信息载体纸、塑料薄膜、金属表面物质表面NANA磁性物质（磁条）EEPROMEEPROM信息量小小大大较小大大读写性能RRRRR/WR/WR/W读取方式CCD或激光束扫描光电转换机器识读机器识读电磁转换电擦写无线通信人工识读性受约束简单不可不可不可不可不可保密性无无好好一般好好智能化无无NANA无有有环境适应性不好不好NANA一般一般很好光遮盖全部失效全部失效NA可能NANA没有影响方向位置影响很小很小NANA单向单向没有影响识别速度低低很低很低低低很快通讯速度低低低较低快快很快读取距离近很近很近直接接触接触接触远使用寿命一次性较短NANA短长很长国际标准有无无无有有有成本最低一般较高较高低较高较高多标签同时识别不能不能不能不能不能不能能物流电子信息技术所谓物流电子信息技术可以理解为应用在物流系统中的以电子通信手段为基础的物流一系列信息技术。物流电子信息技术的种类很多，而且大多也得到了比较广泛的应用。从比较广义的意义上看，物流电子信息技术包括卫星定位系统（GPS）、电子数据交换技术（EDI）、地理信息系统（GIS）、智能交通系统（ITS）、短信呼叫系统（SMS）、电子自动订货系统（EOS）、销售实点系统（POS）等。此外，还包括电子商务手段等等。物流自动识别传统标签物流条码电子标签电子信息技术电子数据交换(EDI)卫星定位系统(GPS)地理信息系统(GIS)智能交通系统(ITS)呼叫中心与物流短信系统(SMS)电子自动订货系统(EOS)销售实点系统(POS)物流信息采集技术电子商务(EB)半自动电子标识射频识别(RFID)RFID概述无线射频识别技术（RFID，RadioFrequencyIdentification）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的空间耦合（电感耦合或者电磁耦合），实现对被识别物体的自动识别。其基本工作方法是将无线射频识别标签安装在被识别物体上（粘贴、插放、挂佩、植入等），当被标识物体进入无线射频识别系统阅读器的阅读范围时，标签和阅读器之间进行非接触式信息通讯，标签向阅读器发送自身信息如ID号等，阅读器接收这些信息并进行解码，传输给后台处理计算机，完成整个信息处理过程。图7-3所示为典型的RFID系统配置示意图。RFID系统配置示意图为了完成RFID系统的主要功能，RFID系统具有两个基本的构成部分，即电子标签（Tag）和阅读器(Reader)。图7-4为RFID系统的工作原理示意图。RFID系统工作原理简图RFID系统工作原理简图表7-3RFID系统的分类分类依据分类方式主要特征标签供电形式有源无源半有源系统有源标签依靠电池供电无源标签电磁耦合供电电池只起到激活的作用数据调制方式主动式被动式半主动式有源系统无源系统半有源系统系统工作频率低频高频超高频微波LF：30～300kHzHF：3～30MHzUHF：300～968MHzμW：2.45～5.8GHz标签的可读写性可读写(RW)只读卡(RO)一次写入多次读出(WORM)标签可读写，实时修改数据不能写入数据，作为标识卡用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变标签和读头之间的通信工作时序TTF：标签先讲RTF：读头先讲速度快、防冲撞性能强相对TTF速度、防冲撞性能稍弱RFID基本参数可以用来衡量无线射频识别技术的技术参数比较多，包括使用的频率、读头的发射功率、识别距离的远近、执行的协议标准、识别速度、数据传输速率、芯片内存大小、标签封装标准、识别速率、可同时识别的标签数、防冲撞性能及其他一些非量化性能如可读写性能、接口形式等等。有的参数是针对标签的，有的是针对读头的，有的是共同的。这些技术参数有的相互影响和相互制约的，如识别距离就可以表示成若干个其他参数的集合函数。工作频率RFID系统工作频率的选择在很大程度上决定了射频标签的应用范围，技术可行性以及系统成本的高低。在无线通讯信道中，射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来。因此，射频系统的工作性能必定要受到电磁波空间传输特性的影响。射频识别系统属于无线电的应用范畴，因此，其使用不能干扰到其他系统的正常工作。工业、科学和医疗使用的频率范围（ISM，Industrial，Science，Medical）通常是局部的无线电通讯频段，因此，通常情况下，无线射频识别使用的频段也是ISM频段。电磁波在物理特性上，从识别距离、穿透能力等特性来看，不同射频频率的表现存在较大的差异。特别是在低频和高频两个频段的特性上，具有很大的不同。即，低频具有较强的穿透能力，能够穿透水、动物包括人的躯体等导体材料，同时对金属具有较好的绕射效果。但是在同样功率下，传播的距离非常近，另外，由于频率低，可以利用的频带窄，数据传输速率较低，并且信噪比低，容易受到干扰。相对低频段而言，得到相同传输效果，高频系统发射功率较小，设备较简单，成本较低。和低频相比，高频系统数据传播速率较高，无低频的信噪比限制，但是，其“绕射”能力或者“穿透”较差，很容易被水等导体媒介所吸收或者反射，因此，对于可导障碍物的敏感性很强。超高频系统具有较远的识别距离、很高的速度（可达500公里/小时）和很好的防冲撞能力，但同样能够被液态可导介质吸收和被金属介质反射。如何利用他们各自的长处来设计识别距离较远又具有较强穿透能力的产品，这就用到了所谓的双频技术，即将低频和高频两个频率特征集成到一枚芯片上。使其具有低频的穿透能力，又有高频的识别距离和通信速度。能够广泛地运用在动物识别，导体材料干扰的环境及潮湿的环境等作用距离无线射频识别系统的作用距离指系统的有效识别距离。读头可以识别到标签的距离的影响因素很多，包括读头的射频发射功率、系统工作的频率、标签的封装形式等等。其他条件相同时，低频系统识别距离最短，其次是高频，微波，最远的是超高频系统。标签芯片可以设计成全频段的，因此，只要读头频率发生改变，系统工作频率随之改变。RFID系统的有效识别距离和读头模块的射频发射功率（通过天线发射）成正比。发射功率越大，识别距离越远。但是电磁波产生的辐射超过一定的范围就会对环境和人体产生有害的影响，称之为电磁