人工智能在物流行业中的应用前瞻.pdf
序 言 人 工 智 能 的 过 去 与 未 来随 着 新 科 技 和 产 业 变 革 交 汇 , 推 动 工 业 社 会 和 信 息 社 会 以 前 所 未 有 的 广 度 和深 度 融 合 并 发 生 新 的 跃 升 , 我 们 已 经 进 入 智 能 时 代 , 人 工 智 能 成 为 经 济 社 会 发 展的 新 引 擎 , 将 赋 能 所 有 传 统 行 业 。人 工 智 能 ( Artificial Intelligence) , 简 称 AI, 是 研 究 、 开 发 用 于 模 拟 、 延 伸和 扩 展 人 的 智 能 的 理 论 、 方 法 、 技 术 及 应 用 系 统 的 一 门 技 术 科 学 。 随 着 核 心 技 术突 破 、 利 好 政 策 加 持 、 资 本 不 断 涌 入 , 人 工 智 能 已 进 入 发 展 的 爆 发 期 。2017 年 7 月 20 日 , 国 务 院 印 发 了 新 一 代 人 工 智 能 发 展 规 划 , 据 乌 镇 智库 发 布 的 全 球 人 工 智 能 发 展 报 告 (2018) 指 出 , 中 国 已 在 全 球 范 围 内 拿 下 了 人工 智 能 领 域 的 多 项 第 一 ,成 为 当 之 无 愧 的 人 工 智 能 强 国 。 2019 年 3 月 19 日 , 中 央全 面 深 化 改 革 委 员 会 审 议 通 过 了 关 于 促 进 人 工 智 能 和 实 体 经 济 深 度 融 合 的 指 导意 见 , 根 据 搜 狐 科 技 和 天 眼 查 共 同 发 布 2019 中 国 AI 创 新 报 告 显 示 , 全 国人 工 智 能 企 业 总 量 近 82 万 家 , 约 占 全 国 企 业 总 量 的 0.43%。 2020 年 , 人 工 智 能作 为 新 基 建 的 重 要 组 成 部 分 , 再 一 次 被 提 上 日 程 。为 什 么 人 工 智 能 会 受 到 如 此 大 的 关 注 ? 首 先 我 们 回 顾 它 的 过 去 , 1950 年 ,人工 智 能 之 父 阿 兰 · 图 灵 发 表 论 文 计 算 机 器 与 人 工 智 能 ,开 创 了 人 工 智 能 学 科的 先 河 。 1956 年 , 以 麦 卡 赛 、 明 斯 基 、 罗 切 斯 特 和 申 农 等 为 代 表 的 一 批 年 轻 科学 家 在 达 特 茅 斯 共 同 研 究 和 探 讨 用 机 器 模 拟 智 能 的 一 系 列 问 题 , 首 次 提 出 了 “ 人工 智 能 ” 。 60 多 年 来 , 人 工 智 能 经 历 了 从 爆 发 到 寒 冬 , 再 到 野 蛮 生 长 , 伴 随 着人 机 交 互 、 机 器 学 习 、 计 算 机 视 觉 、 模 式 识 别 等 技 术 的 提 升 , 人 工 智 能 取 得 长 足的 发 展 , 成 为 一 门 涉 及 广 泛 学 科 交 叉 的 前 沿 科 学 , 能 广 泛 应 用 于 语 音 语 义 理 解 、智 能 控 制 、 专 家 系 统 、 庞 大 信 息 与 复 杂 任 务 处 理 等 方 面 。目 前 人 工 智 能 技 术 已 经 对 商 业 社 会 产 生 了 非 常 大 的 影 响 , 快 递 物 流 行 业 也 有了 新 的 发 展 需 要 。 我 们 欣 喜 地 看 到 人 工 智 能 技 术 在 快 递 物 流 行 业 的 应 用 和 推 广 ,如 园 区 无 人 收 派 车 , 智 能 快 递 柜 , 智 能 客 服 , 智 能 仓 储 机 器 人 ; 又 如 菜 鸟 智 能 路由 分 单 系 统 , 京 东 X 仓 储 大 脑 , 特 别 是 以 圆 通 速 递 有 限 公 司 为 牵 头 单 位 承 建 的物 流 信 息 互 通 共 享 技 术 及 应 用 国 家 工 程 实 验 室 , 在 产 学 研 用 方 面 , 联 合 生 态 企 业 、高 校 科 研 等 机 构 , 研 发 了 车 载 智 能 动 态 重 量 监 控 系 统 等 , 也 取 得 了 不 错 的 成 果 。希 望 物 流 信 息 互 通 共 享 技 术 及 应 用 国 家 工 程 实 验 室 与 快 递 物 流 产 业 链 共 同努 力 , 伴 随 建 设 人 工 智 能 上 海 高 地 , 构 建 一 流 创 新 生 态 行 动 方 案 的 实 施 , 青浦 区 物 流 产 业 战 略 规 划 的 推 进 , 把 握 好 以 人 工 智 能 为 代 表 的 新 一 代 物 流 技 术 爆 发的 机 遇 , 利 用 好 内 外 部 智 力 资 源 和 政 策 支 持 , 研 发 智 能 装 备 和 创 新 应 用 , 提 高 快递 物 流 的 整 体 效 率 和 体 验 , 引 领 快 递 物 流 行 业 及 关 联 产 业 协 调 发 展 。本 研 究 报 告 由 物 流 信 息 互 通 共 享 技 术 及 应 用 国 家 工 程 实 验 室 与 华 东 师 范 大学 共 同 完 成 , 得 到 了 中 通 、 京 东 、 苏 宁 、 快 仓 、 海 康 威 视 等 知 名 企 业 的 案 例 支 持 ,为 行 业 提 供 了 很 好 的 参 考 , 是 物 流 行 业 产 学 研 合 作 的 又 一 典 范 , 为 行 业 企 业 及 产学 研 生 态 起 到 了 示 范 作 用 。 在 国 家 大 力 发 展 “ 新 基 建 ” 的 政 策 背 景 下 , 期 望 这 份报 告 能 够 对 新 一 代 物 流 技 术 的 行 业 应 用 落 地 应 用 产 生 良 好 的 推 动 作 用 。 感 谢 华 东师 范 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 学 院 的 大 力 支 持 !张 宏 洲 上 海 市 青 浦 区 科 学 技 术 委 员 会 主 任2020 年 6 月序 言 未 来 已 来 智 在 人 为未 来 已 来 , 随 着 高 性 能 计 算 的 蓬 勃 发 展 , 以 及 数 据 的 感 知 、 处 理 、 学 习 成 本已 到 达 技 术 普 及 的 临 界 点 , 中 国 物 流 业 在 若 干 年 后 将 迎 来 人 工 智 能 为 代 表 的 新 一代 物 流 科 技 爆 发 的 “ 奇 点 ” 。 中 国 以 及 世 界 物 流 业 将 有 一 个 全 新 的 面 貌 。5G 移 动 通 信 技 术 、 物 联 网 、 大 数 据 、 云 计 算 、 人 工 智 能 、 以 及 区 块 链 等 前沿 科 技 将 构 成 新 一 代 物 流 技 术 体 系 。 随 着 技 术 的 快 速 产 品 化 , 成 本 的 指 数 级 下 降 ,政 策 的 鼓 励 , 中 国 物 流 行 业 将 迎 来 全 面 智 能 化 时 代 。 人 工 智 能 作 为 引 领 未 来 的 战略 性 技 术 , 在 丰 富 的 应 用 场 景 和 海 量 的 数 据 支 撑 下 , 可 望 引 领 新 一 代 物 流 技 术 的发 展 方 向 。当 面 临 人 工 智 能 可 能 会 取 代 简 单 重 复 的 工 作 岗 位 , 我 们 对 此 不 必 悲 观 , 在 人口 红 利 消 失 、 劳 动 力 短 缺 的 大 背 景 下 , 人 工 智 能 将 补 充 劳 动 缺 口 , 解 放 人 们 双 手 ,并 提 供 更 需 创 造 力 的 就 业 机 会 , 改 善 劳 动 环 境 。 我 们 应 该 清 楚 划 分 “ 智 慧 ” 与 “ 智能 ” 的 区 别 , 把 “ 智 慧 ” 的 发 展 空 间 保 留 给 人 类 , 让 机 器 人 ( Robot 的 斯 拉 夫 语词 源 rob 意 为 “ 苦 力 ” ) 更 加 “ 智 能 ” 。感 谢 报 告 编 纂 过 程 中 华 东 师 范 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 学 院 专 家 的 大 力 支 持 。感 谢 中 通 、 苏 宁 、 京 东 、 海 康 威 视 、 快 仓 等 企 业 给 予 的 案 例 支 持 。 人 工 智 能 技 术发 展 日 新 月 异 , 本 报 告 在 成 文 过 程 中 难 免 忙 中 有 失 , 敬 请 各 位 读 者 批 评 指 正 。相 峰 物 流 信 息 互 通 共 享 技 术 及 应 用 国 家 工 程 实 验 室 主 任2020 年 6 月目录摘 要_7一、物流技术的现状与发展历程_11 .1 物流行业的发展进程_11 .2 物流的基本职能_21 .3 物流行业的技术现状_41 .4 新一代物流发展趋势_6二、人工智能技术研究及应用场景分析_92 .1 人工智能发展历程_92 .2 人工智能架构与关键技术_1 22 .2 .1 人工智能架构_ 1 32 .2 .2 人工智能关键技术_ 1 52 .2 .3 可信人工智能_ 1 72 .3 人工智能主流应用场景分析_1 82 .3 .1 计算机视觉_ 1 82 .3 .2 自然语言处理_ 2 02 .3 .3 智能无人系统_ 2 1三、人工智能下的新一代物流_2 43 .1 人工智能在物流行业中应用的优势分析_2 43 .2 基于人工智能的智能物流体系_2 83 .2 .1 智能化物流仓储体系_ 2 93 .2 .2 智能化物流运输体系_ 3 13 .2 .3 智能化物流配送体系_ 3 23 .3 基于人工智能的新一代物流应用场景_3 33 .3 .1 计算机视觉实现物流信息可视化_ 3 33 .3 .2 智能工卡_ 3 53 .3 .3 智能“四合一”隧道机_3 53 .3 .4 无人驾驶配送体系_ 3 53 .3 .5 智能分拣_ 3 63 .3 .6 智能调度_ 3 73 .4 人工智能下新一代物流行业优质案例_3 83 .4 .1 圆通车载智能动态重量监控系统HD-TLS0 1 _3 83 .4 .2 京东智能网络规划系统_ 4 03 .4 .3 京东X仓储大脑_4 23 .4 .4 快仓智能仓储机器人_ 4 53 .4 .5 苏宁物流智能决策系统_4 63 .4 .6 中通智能寄件桶-小蓝桶_4 93 .4 .7 圆通速递智能语音客服_ 5 03 .4 .8 其它案例_ 5 33 .5 人工智能助力物流行业实现科学抗疫_5 53 .5 .1 圆通科学战疫_5 53 .5 .2 京东科学战疫_5 63 .5 .3 顺丰科学战疫_5 73 .6 基于人工智能的新一代物流行业未来_5 8四、总结与展望_6 0参考文献_6 7致谢_7 1关于我们_7 2摘 要随 着 我 国 经 济 持 续 发 展 , 维 持 着 稳 中 向 好 的 发 展 趋 势 , 物 流 业 获 得 了 长 足 的发 展 。 科 学 技 术 是 第 一 生 产 力 , 物 流 业 的 发 展 离 不 开 技 术 的 支 持 , 科 技 创 新 对 产业 升 级 具 有 重 要 作 用 。 物 流 技 术 水 平 的 高 低 决 定 了 物 流 业 发 展 的 速 度 和 质 量 。 而目 前 人 工 智 能 技 术 的 研 究 与 发 展 已 经 取 得 了 阶 段 性 的 成 果 , 随 着 人 工 智 能 技 术 的不 断 落 地 商 用 , 物 流 行 业 也 必 将 借 助 人 工 智 能 实 现 产 业 升 级 , 进 入 智 能 物 流 新 时代 。 本 文 跟 随 当 下 人 工 智 能 技 术 与 物 流 行 业 发 展 的 趋 势 , 展 望 新 一 代 物 流 的 发 展趋 势 与 关 键 智 能 , 重 点 分 析 了 人 工 智 能 技 术 与 物 流 发 展 结 合 的 场 景 , 具 体 描 绘 了智 能 物 流 的 蓝 图 。 为 新 一 代 物 流 如 何 实 现 降 本 增 效 , 增 加 智 能 化 程 度 提 供 合 理 建议 , 加 快 物 流 行 业 的 发 展 与 人 工 智 能 技 术 的 落 地 。首 先 , 回 顾 了 物 流 行 业 的 发 展 历 程 , 以 史 为 鉴 , 分 析 了 物 流 产 业 发 展 的 经 济 、政 策 、 环 境 条 件 正 逐 步 向 好 , 并 迎 来 了 互 联 网 时 代 带 来 的 新 的 机 遇 与 挑 战 , 总 结认 为 物 流 的 重 大 发 展 离 不 开 技 术 的 提 升 。 同 时 , 介 绍 了 物 流 行 业 的 基 本 职 能 和 发展 现 状 , 对 智 能 物 流 的 趋 势 进 行 了 分 析 , 指 出 智 能 物 流 发 展 离 不 开 人 工 智 能 技 术 。其 次 , 介 绍 了 人 工 智 能 的 起 源 与 发 展 , 展 现 了 人 工 智 能 技 术 不 断 发 现 问 题 并突 破 桎 梏 的 过 程 。 介 绍 了 许 多 人 工 智 能 的 最 新 技 术 和 应 用 , 从 而 引 出 人 工 智 能 体系 的 架 构 和 关 键 技 术 , 并 描 述 了 主 流 的 应 用 场 景 , 探 析 人 工 智 能 技 术 为 基 础 的 多类 场 景 与 物 流 行 业 密 切 相 关 , 说 明 物 流 行 业 的 技 术 升 级 必 需 由 人 工 智 能 来 推 动 。再 次 , 分 析 了 人 工 智 能 在 物 流 行 业 中 的 应 用 优 势 , 介 绍 了 基 于 人 工 智 能 的 智能 物 流 体 系 ( 包 括 智 能 化 物 流 仓 储 体 系 、 智 能 化 物 流 运 输 体 系 及 智 能 化 物 流 配 送体 系 ) , 详 细 地 描 述 了 若 干 个 体 系 中 基 于 人 工 智 能 的 局 部 架 构 , 并 展 示 了 人 工 智能 下 新 一 代 物 流 的 典 型 案 例 及 应 用 场 景 。 人 工 智 能 作 为 数 据 底 盘 的 核 心 技 术 , 必将 通 过 影 响 这 些 场 景 和 相 关 技 术 间 接 地 促 进 新 一 代 物 流 的 智 能 化 发 展 。最 后 , 本 文 对 基 于 人 工 智 能 的 新 一 代 物 流 进 行 了 总 结 和 展 望 。 在 人 工 智 能 的引 导 下 , 物 流 将 从 供 应 链 和 价 值 网 络 等 全 局 形 式 重 新 规 划 行 业 间 、 物 流 企 业 间 的分 工 , 实 现 协 同 化 发 展 。1一 、 物 流 技 术 的 现 状 与 发 展 历 程物 流 是 物 品 从 供 应 地 向 接 收 地 的 实 体 流 动 过 程 中 , 根 据 实 际 需 要 , 将 运 输 、储 存 、 装 卸 搬 运 、 包 装 、 流 通 加 工 、 配 送 、 信 息 处 理 等 功 能 有 机 结 合 起 来 实 现 用户 要 求 的 过 程 41。 物 流 业 是 融 合 运 输 业 、 仓 储 业 、 货 代 业 和 信 息 业 等 的 复 合 型 服务 产 业 , 是 国 民 经 济 的 重 要 组 成 部 分 , 涉 及 领 域 广 , 吸 纳 就 业 人 数 多 , 促 进 生 产 、拉 动 消 费 作 用 大 , 在 促 进 产 业 结 构 调 整 、 转 变 经 济 发 展 方 式 和 增 强 国 民 经 济 竞 争力 等 方 面 发 挥 着 重 要 作 用 。 目 前 , 由 于 国 内 外 物 流 设 备 、 系 统 、 服 务 等 基 础 设 施均 日 渐 完 善 , 物 流 运 行 环 境 也 不 断 改 善 , 促 使 物 流 技 术 水 平 有 了 长 足 的 进 步 。1.1 物 流 行 业 的 发 展 进 程(一)社会物流需求进入到中高速发展阶段社 会 物 流 需 求 总 体 保 持 平 稳 增 长 , 但 增 速 有 所 趋 缓 , 进 入 中 高 速 发 展 阶 段 。从 规 模 总 量 看 , 2019 年 我 国 社 会 物 流 总 额 达 到 298.0 万 亿 元 , 从 增 速 看 , 全 年 社会 物 流 总 额 可 比 增 长 5.9%, 增 速 比 上 年 回 落 0.5 个 百 分 点 ; 从 年 内 走 势 看 , 一 季度 、 上 半 年 增 速 仍 维 持 6%以 上 , 前 三 季 度 回 落 至 6%以 内 , 年 底 两 个 月 小 幅 回升 。2011-2019 年 社 会 物 流 总 额 (单 位 :亿 元 )从 “十 三 五 ”时 期 来 看 , 2016-2018 年 社 会 物 流 总 额 增 速 均 高 于 6.0%, 保 持在 6.1-6.7%之 间 , 2019 年 回 落 至 6%以 内 。 与 同 期 GDP 相 比 , 十 三 五 以 来 社 会物 流 总 额 已 连 续 多 年 低 于 GDP 增 长 , 显 示 当 前 经 济 增 长 方 式 已 从 物 化 劳 动 为 主向 服 务 化 活 劳 动 为 主 转 变 。22010-2019年 社 会 物 流 总 额 与 GDP 可 比 增 长 对 比 (单 位 :%)(二)物流需求结构优化调整,消费物流新动能不断壮大从 2019 年 变 化 趋 势 看 , 工 业 物 流 需 求 贡 献 率 进 一 步 趋 缓 , 内 需 对 物 流 需 求增 长 的 拉 动 继 续 增 强 , 进 口 、 消 费 相 关 等 新 动 内 物 流 需 求 贡 献 率 继 续 提 升 , 转 型升 级 态 势 持 续 发 展 。 以 新 产 业 、 新 业 态 、 新 模 式 为 主 要 内 容 的 新 动 能 正 在 快 速 集聚 , 持 续 发 展 壮 大 , 成 为 支 撑 物 流 需 求 结 构 调 整 的 重 要 力 量 。单 位 与 居 民 物 流 总 额 保 持 较 快 增 长 , 新 业 态 新 模 式 仍 是 重 要 引 擎 。 2019 年消 费 相 关 物 流 需 求 仍 保 持 平 稳 较 快 增 长 , 单 位 与 居 民 物 品 物 流 总 额 同 比 增 长16.1%, 增 速 比 社 会 物 流 总 额 高 出 10.2 个 百 分 点 。新 业 态 新 模 式 仍 是 拉 动 增 长 的 重 要 引 擎 。 物 流 需 求 稳 中 向 好 , 结 构 不 断 改 善 。新 型 产 业 表 现 出 强 盛 的 增 长 趋 势 , 物 流 需 求 新 功 能 不 断 增 加 , 高 新 技 术 产 业 、 消费 品 行 业 、 装 备 制 造 业 PMI 指 数 均 在 52%以 上 。 2019 年 , 直 播 电 商 、 社 交 电 商 、生 鲜 电 商 等 新 业 态 快 速 壮 大 , 相 关 物 流 需 求 继 续 保 持 快 速 增 长 。 全 国 实 物 商 品 网上 零 售 额 比 上 年 增 长 19.5%, 增 速 比 社 会 消 费 品 零 售 总 额 快 11.5 个 百 分 点 , 实 物商 品 网 上 零 售 额 的 贡 献 率 超 过 45%。 快 递 业 务 量 完 成 630 亿 件 , 同 比 增 长 24%。全 球 产 业 链 地 位 继 续 巩 固 , 进 口 物 流 量 质 齐 升 。 2019 年 我 国 货 物 贸 易 规 模迈 上 新 台 阶 , 全 年 货 物 进 出 口 总 额 31.5 万 亿 元 , 增 长 3.4%, 出 口 占 国 际 市 场 份额 稳 步 提 升 , 根 据 世 界 贸 易 组 织 统 计 , 2019 年 前 三 季 度 我 国 出 口 增 速 比 全 球 高2.8 个 百 分 点 , 国 际 市 场 份 额 比 2018 年 提 高 0.3 个 百 分 点 至 13.1%。1.2 物 流 的 基 本 职 能物 流 职 能 可 以 分 为 三 类 , 分 别 是 物 流 主 体 职 能 , 包 括 运 输 职 能 、 仓 储 职 能 和3配 送 职 能 ; 物 流 辅 助 职 能 , 包 括 包 装 职 能 、 装 卸 搬 运 职 能 、 流 通 加 工 职 能 ; 物 理信 息 管 理 职 能 , 也 即 信 息 处 理 职 能 。 图 1.2 为 物 流 职 能 结 构 图 。运 输 职 能 是 指 用 设 备 和 工 具 , 将 物 品 从 一 地 点 向 另 一 地 点 运 送 的 物 流 活 动 。其 中 包 括 了 集 货 、 分 配 、 搬 运 、 中 转 、 装 入 、 卸 下 、 分 散 等 一 系 列 操 作 41。 运 输的 基 本 方 式 有 铁 路 、 航 空 、 公 路 、 水 运 、 管 道 等 。 运 输 方 式 的 选 择 需 要 考 虑 的 因素 有 物 品 种 类 、 运 输 量 、 运 输 距 离 、 运 输 时 间 、 运 输 费 用 等 , 以 求 运 输 的 合 理 化 。运 输 在 物 流 活 动 中 处 于 中 心 地 位 , 是 物 流 的 支 柱 。图 1.2 物 流 职 能 图仓 储 是 物 流 的 另 一 大 支 柱 , 不 但 缓 解 了 物 质 实 体 在 供 求 之 间 时 间 和 空 间 上 的矛 盾 , 创 造 了 商 品 的 时 间 效 用 , 同 时 也 是 保 证 社 会 生 产 连 续 不 断 运 行 的 基 本 条 件 。与 仓 储 有 关 的 重 要 决 策 有 仓 库 数 目 、 仓 库 选 址 、 仓 库 大 小 、 存 货 量 等 , 决 策 者 需要 对 优 化 配 置 进 行 权 衡 , 用 最 经 济 的 方 法 实 现 储 存 的 功 能 , 实 现 储 存 合 理 化 。配 送 是 物 流 的 一 种 特 殊 的 、 综 合 的 活 动 形 式 , 它 集 包 装 、 装 卸 搬 运 、 保 管 、运 输 为 一 体 , 通 过 这 些 活 动 完 成 将 物 品 送 达 的 目 的 。 配 送 问 题 包 括 配 送 方 式 、 配送 中 心 选 址 、 配 送 管 理 等 41。包 装 是 指 在 物 流 过 程 中 保 护 产 品 、 方 便 储 运 、 促 进 销 售 , 按 一 定 技 术 方 法 采用 容 器 、 材 料 及 辅 助 物 等 将 物 品 包 封 并 予 以 适 当 的 装 潢 和 表 示 的 工 作 总 称41。 包装 存 在 于 物 流 的 多 个 环 节 中 , 如 产 品 的 出 厂 包 装 、 生 产 过 程 中 的 换 装 、 物 流 过 程中 的 包 装 、 分 装 与 再 包 装 等 。 包 装 按 形 式 可 以 分 为 出 厂 包 装 、 物 流 包 装 两 类 。装 卸 搬 运 是 指 在 一 定 的 区 域 内 , 以 改 变 物 品 存 放 状 态 和 位 置 为 主 要 内 容 的 活动 。 装 卸 搬 运 的 主 要 目 的 在 于 提 高 生 产 力 , 使 人 力 获 得 有 效 利 用 并 减 少 设 备 限 制 ;降 低 成 本 , 减 少 延 迟 、 损 坏 和 浪 费 ; 提 高 库 存 周 转 率 , 降 低 总 作 业 时 间 , 以 降 低存 货 成 本 ; 改 善 工 作 环 境 , 减 少 产 品 的 损 毁 , 使 产 品 品 质 提 升 , 增 加 人 员 、 货 品搬 运 的 安 全 性 ; 促 进 配 销 成 效 , 通 过 增 进 系 统 作 业 效 率 来 缩 短 产 品 总 配 销 时 间 ,提 高 客 户 服 务 水 平 , 提 高 空 间 利 用 率 , 最 终 可 以 提 高 企 业 的 营 运 水 平 。