物流信息识别与信息采集技术设备

第8章　物流信息技术设备

学习目标

了解相关信息技术设备的概念。

掌握条码技术知识、RFID技术等信息采集设备的应用。掌握GIS，GPS，POS系统信息技术设备的应用。

知识点

信息技术设备的定义和特点；能运用条码技术，GIS，GPS，POS等信息系统。

案例导入

香港机场货运中心，现代化的综合性货运服务中心

香港机场货运中心的物流实现了高度的自动化，如在其1号货站，货运管理部对需要入库的货物按标准打包。之后，一般规格的包装通过货架车推到一列摆开的进出口，在电脑输入指令后。货架车就自动进入滚道，将货物运送到六层楼高、布满货架的库房，使其自动进入指定的仓位。

需从库房提取的货物，也是通过电脑的指令，自动从进出口输送出来。巨型的货架，则用高3 m，宽7 m的升降机运到仓库的货架。搬动货物主要用叉车、拖车，看不到人工搬运。

传统储运的基本要求是做好货物的保管和运输，现代物流则包括运输、装卸、保管、加工、包装、配送、信息网络等，其要求是通过整体科学管理，使物流过程做到最优化。这是传统的仓储运输业务与现代物流业的对比。基于此，社会化的、现代化的物流中心，必须是具备地点适中、有一定的规模、有完整的配套设施、拥有专业人才等条件，并不断提高信息化、现代化和国际化水平，以实现商流、物流、信息流、资金流的统一。香港机场货运中心可以说是现代化的综合性货运服务中心。

案例分析与讨论题

香港机场货运中心的物流水平为什么能在世界上处于领先地位？

8.1　物流信息识别与信息采集技术设备

8.1.1　条码技术设备

1）条码技术概述

条码技术是实现POS系统、EDI、电子商务、供应链管理的基础技术，是物流管理现代化的重要技术手段。条码技术包括条码的编码技术、条码标识符号的设计、快速识别技术和计算机管理技术，它是实现计算机管理和电子数据交换不可缺少的前端采集技术。

其原理是利用黑白条纹的不同反射效果转换为可传输的电子信息，常见条码有一维条形码（图8-1），二维条形码（图8-2）。

图8-1　一维条形码

图8-2　二维条形码

2）条码的分类

（1）按码制分

按码制分，可分为UPC、EAN（EAN-13，EAN-8）、ITF14（交叉25码）、EAN/ UCC-128码等。

（2）按维数分

按维数分，可分为一维条码和二维条码。

二维条码与一维条码相比，其优点如下。

①高密度编码，信息容量大。可容纳多达1 850个大写字母或2 710个数字或1 108个字节或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。

②编码范围广。该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等所有可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来。它可以表示多种语言文字，也可表示图像数据。

③容错能力强，具有纠错功能。这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以得到正确识读，损毁面积达50%时仍可恢复信息。

④译码可靠性高。它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。

⑤可引入加密措施，保密性、防伪性好。同时它成本低，易制作，持久耐用。条码符号形状、尺寸大小比例可变。还可以使用激光或CCD阅读器识读。

复合码是由一维条码和二维条码叠加在一起，从而构成的一种新的码制，能够在读取商品的单品识别信息时，获取更多商品物流特征的信息。

3）物流领域中的常用条码

（1）商品条码——零售商品条码

商品条形码是指由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标志，用以表示一定的商品信息的符号。其中条为深色、空为纳色，用于条形码识读设备的扫描识读。其对应字符由一组阿拉伯数字组成，供人们直接识读或通过键盘向计算机输入数据使用。这一组条、空和相应的字符所表示的信息是相同的。

目前我国使用的是EAN-13码制。EAN-13通用商品条形码一般由前缀部分、制造厂商代码、商品代码和校验码组成。商品条形码中的前缀码是用来标志国家或地区的代码，赋码权在国际物品编码协会，如，00-09代表美国、加拿大，45-49代表日本，690-694代表中国内地，471代表我国台湾地区，489代表我国香港地区等。制造厂商代码的赋权在各个国家或地区的物品编码组织，我国由国家物品编码中心赋予制造厂商代码。商品代码是用来标志商品的代码，赋码权由产品生产企业自己行使，生产企业按照规定条件，自己决定在自己的何种商品上使用哪些阿拉伯数字为商品条形码。商品条形码最后用1位校验码来校验商品条形码中左起第1—12位数字代码的正确性。见图8-3。

商品条码编码原则，是指同一商品项目的商品应分配相同的商品代码，不同商品项目的商品必须分配不同的商品代码。稳定性指商品代码一旦分配，只要商品的基本特征没有发生变化，就应保持不变。无含义性是指商品代码中的每一位数字不表示任何与商品有关的特定信息。

（2）储运单元条码——非零售商品的条码ITF14码

ITF14码是专门表示储运单元编码的一种条码，这种条码常见于搬运、仓储、订货和运输过程中，一般由消费单元组成的商品包装单元构成。在储运单元条码中，又分为定量储运单元（由定量消费单元组成的储运单元）和变量储运单元（由变量消费单元组成的储运单元）。

图8-3　商品条码结构

定量储运单元一般采用13位或14位数字编码。当定量储运单元同时又是定量消费单元时，应按定量消费单元进行编码，如电冰箱等家用电器，其定量消费单元的编码等同于通用商品编码。当含相同种类的定量消费单元组成定量储运单元时，可给每一定量储运单元分配一个区别于它所包含的消费单元代码的13位数字代码，也可用14位数字进行编码。

储运单元设备与商品条码区别如表8-1所示。

表8-1　商品条码与储运单元设备的区别　

（3）EAN/ UCC-128码——物流单元条码（图8-4）

4）条码系统设备

条码系统是由条码符号设计、制作及扫描阅读仪器组成的自动识别系统。见图8-5。

①条码打印机

②条码扫描设备（图8-6和图8-7）

图8-4　物流单元条码

图8-5　条码打印机

图8-6　工业固定式条码扫描仪

图8-7　手持式条码扫描仪

8.1.2　RFID设备

1）RFID技术简介

射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125～134. 2 K）、高频（13. 56 MHz）、超高频，无源等技术。RFID读写器分移动式和固定式两种。目前RFID技术应用很广，如图书馆、门禁系统、食品安全溯源等

2）RFID的基本组成部分

①标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标志目标对象。见图8-8。

②阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。见图8-9。

③天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。

图8-8　RFID标签

图8-9　RFID阅读器

3）RFID工作原理

RFID技术的基本工作原理并不复杂。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统，是由阅读器与电子标签及应用软件系统3个部分所组成的，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序作相应的处理。

以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通信及能量感应方式来看，RFID大致上可以分成感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的RFID大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，它是RFID系统的信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是用耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。

4）RFID应用领域

RFID技术广泛应用于进出管理、门禁管理、考勤、车辆管理、巡更、汽车钥匙、动物晶片、固定设备等；也可用于防伪、物流、人员识别等领域，如供应链、生产管理与产品跟踪、货架、智慧卡（身份证、医保卡与交通卡等）、运输、门禁、票务（门票、电子票务等）、图书和旅游卡等；还可应用于国土安全、移动商务、电子牌照、仓库管理、机场行李管理、定位跟踪、自动收费系统、移动车辆识别等领域。

8.2　POS系统及其设备

8.2.1　POS机概述

图8-10　POS机

销售终端——POS（Point of Sale）是一种多功能终端，把它安装在信用卡的特约商户和受理网点中，与计算机联成网络，就能实现电子资金自动转账。它具有支持消费、预授权、余额查询和转账等功能，使用起来安全、快捷、可靠。见图8-10。

POS“销售点”——供应链管理的定义为：对于某个销售点某一时间的销售数据的计算和存货的支出，通常使用条形码或磁介质设备。POS机有消费与转账两种：消费POS，具有消费、预授权、查询支付名单等功能，主要用于特约商户受理银行卡消费。转账POS，具有财务转账和卡卡转账等功能，主要用于单位财务部门。

8.2.2　POS机功能

POS机适用于大中型超市、连锁店、大卖场、大中型饭店及一切高水平管理的零售企业。它具有IC卡功能，可使用会员卡、内部发行的IC卡及有价证券等进行消费、支付。可外接扫描枪、打印机等多种外部设备，具有前、后台进货、销货、存储和配送等大型连锁超市的管理功能。餐饮型POS机具有餐饮服务功能，可外接多台厨房打印机、手持点菜机等各种外部设备。可实现无人看管与PC机远程通信、下载资料等功能。具以太网通信功能，能通过ADSL宽带构成总、分店网络即时管理系统。

8.2.3　POS机设备构成

图8-11　POS机构件

整套的POS机价格比较贵，除了硬件之外还需要一套收款用的软件。软件包括录入、销售、统计、打印、钱箱控制等功能，其实就是一个特定用途的小型数据库应用软件。POS硬件构成见图8-11。

POS机分品牌POS和DIYPOS两种。DIYPOS相对来讲价格会低许多，因为采用的外设不同价格也相对有浮动，最近的POS价格在3 000～3 500元，DIYPOS与电脑是有所不同的，有不同的机箱、不同的显示器等，但将电脑连接上POS外部设备，即可实现POS功能。

POS外部设备有如下几种：

①客显，分LED和VFD两种——给顾客显示所收金额和找零金额。

②票据打印机——打印收款小票的打印机。有针式打印机和热敏打印机两种。针式打印机价格较高，价格在500～700元，低于500元的打印机故障率较高。

③刷卡器——刷磁卡的设备，主要用于会员积分与店内会员储值。

④钱箱——装钱的设备，打印机打完小票后自动弹开。

⑤扫描设备——扫描商品条码的设备，从样式上分扫描枪和激光平台两种。建议使用扫描枪（平台价格较高），扫描发射器分为红外线与激光两种，红外线也叫“CCD”。

8.3　GPS，GIS设备应用

8.3.1　GPS设备的应用

1）GPS概述

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。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、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已布设完成，见图8-12。

图8-12　GPS卫星分布图

GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台3个要素，这3个要素缺一不可。通过这3个要素，可以提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。

2）GPS设备组成部分

（1）空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星、3颗备用卫星），它位于距地表20 200 km的上空，均匀分布在 6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时候都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，其导航精度会逐渐降低。

（2）地面控制系统

地面控制系统由监测站（Monitor Station）、主控制站（Master Monitor Station）、地面天线（Ground Antenna）组成，主控制站位于美国科罗拉多州的春田市（Colorado Spring）。地面控制站负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。

（3）用户设备部分

用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包一起构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分，一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池会自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。

3）GPS设备应用

GPS设备主要是为船舶、汽车、飞机、行人等运动物体进行定位导航。例如，船舶远洋导航和进港引水，飞机航路引导和进场降落，汽车自主导航，地面车辆跟踪和城市智能交通管理，紧急救生，个人旅游（导航、导游、导览一体机）及野外探险，个人通信终端（与手机、PDA、电子地图等集成一体）。常见的GPS导航仪如图8-13所示。

图8-13　GPS导航仪

8.3.2　GIS设备的应用

1）GIS技术概述

GIS是一个基于数据库管理系统（DBMS）的分析和管理空间对象的信息系统，即地理信息系统（Geographic Information System），以地理空间数据为操作对象是它与其他信息系统的根本区别。

经过了40年的发展，GIS到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极为广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单地说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。

2）GIS的组成部分

图8-14　GIS系统设备组成

从应用的角度来看，地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；方法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其他几个组成部分。

硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等。如图8-14所示。

①软件主要包括以下几类。操作系统软件、数据库管理软件、系统开发软件、GIS软件，等等。GIS软件的选型，直接影响着其他软件的选择，影响着系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。

②数据是GIS的重要内容，也是GIS系统的灵魂和生命。数据组织和处理是GIS应用系统建设中的关键环节。

③人是GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分齐心协力、分工协作是GIS系统得以成功建设的重要保证。

3）GIS的应用

地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，被广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融、测绘、应急、石油石化等领域。

GIS在各自领域内的作用如下：

（1）资源管理（Resource Management）

主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源（如土地、森林、草场）的分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。

（2）资源配置（Resource Configuration）

在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配，全国范围内能源保障、粮食供应，到各机构在各地的配置等，都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。

（3）城市规划和管理（Urban Planning and Management）

空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布，如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面等。

（4）土地信息系统和地籍管理（Land Information System and Cadastral Applicaiton）

土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。

（5）生态、环境管理与模拟（Environmental Management and Modeling）

包括区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等问题的管理与模拟。

（6）应急响应（Emergency Response）

解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线，并配备相应的运输和保障设施的问题。

（7）地学研究与应用（Application in GeoScience）

地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等工作，都可以借助地理信息系统工具完成。

（8）商业与市场（Business and Marketing）

商业设施的建立应充分考虑其市场潜力。例如，大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构（年龄构成、性别构成、文化水平）、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。

（9）基础设施管理（Facilities Management）

城市的地上、地下基础设施（电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等）广泛分布于城市的各个角落，且这些设施明显具有地理参照特征。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。

（10）选址分析（Site Selecting Analysis）

根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。

（11）网络分析（Network System Analysis）

建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、制定交通规则、处理地下管线突发事件（爆管、断路）等应急处理。警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。

（12）可视化应用（Visualization Application）

以数字地形模型为基础，建立城市、区域或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。

（13）分布式地理信息应用（Distributed Geographic Information Application）

随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。

复习思考题

1.常见的信息识别与采集设备有哪些？

2. RFID设备的基本组成有哪些？

3.简述GIS及GPS的应用范围。