基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)設(shè)計

陳曉鳳 祝 群

（1、2.龍巖學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，福建 龍巖364012）

物聯(lián)網(wǎng)是指建立在物品編碼、RFID技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，按約定的協(xié)議，可以把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)相連接，進(jìn)行信息交換、通信、處理，實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息系統(tǒng)［1］。隨著居民生活水平的提高以及消費(fèi)方式的變化，人們對農(nóng)產(chǎn)品新鮮度和安全性的要求越來越高。不管是通過網(wǎng)購還是通過大型農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場、生鮮超市，生鮮農(nóng)產(chǎn)品的需求滿足都要冷鏈物流系統(tǒng)的支持。如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流中，設(shè)計一個農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈過程的信息化管理具有重要實(shí)際意義。

1 我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流研究現(xiàn)狀

我國冷鏈物流自20世紀(jì)80年代興起，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，已初步形成一定規(guī)模，但與發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大的差距，尚未形成規(guī)?；⑾到y(tǒng)化的冷鏈物流體系，無法滿足我國發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、提高居民消費(fèi)和擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品出口的需求。

國內(nèi)眾多學(xué)者對我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流現(xiàn)狀進(jìn)行分析和研究，認(rèn)為與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流還存在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系缺乏，專業(yè)人才少、保鮮技術(shù)落后和信息化水平較低等問題，并提出一系列相應(yīng)對策?？傮w來說，對冷鏈物流研究主要集中在宏觀層面，對具體操作環(huán)節(jié)的實(shí)際應(yīng)用和改進(jìn)分析較少。針對我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展的實(shí)際情況，如何利用現(xiàn)代化信息技術(shù)保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，提高農(nóng)產(chǎn)品的流通率，減少農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損失，建立完善的監(jiān)控和追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流信息化是冷鏈物流發(fā)展亟待解決的重要問題。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)設(shè)計

冷鏈物流系統(tǒng)是利用計算機(jī)系統(tǒng)、GPS、GIS和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等對農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流過程中的信息進(jìn)行采集、處理、傳輸、查詢、更新和維護(hù)，提高冷鏈管理的效率，與企業(yè)資源計劃、運(yùn)輸管理系統(tǒng)和倉儲管理系統(tǒng)等的功能進(jìn)行整合，為企業(yè)管理人員提供決策依據(jù)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)按照信息的處理過程，可分為農(nóng)產(chǎn)品信息讀取模塊、農(nóng)產(chǎn)品信息管理模塊、溫濕度控制模塊、用戶管理模塊和接口管理模塊。

2.1 農(nóng)產(chǎn)品信息讀寫模塊

該模塊通過各個環(huán)節(jié)的RFID天線和讀寫器，獲取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽中的農(nóng)產(chǎn)品信息，并按照約定的方式發(fā)給系統(tǒng)，系統(tǒng)對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲取農(nóng)產(chǎn)品名稱、數(shù)量、保質(zhì)期等數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的需求進(jìn)行分離和歸類，最終存入數(shù)據(jù)庫，以便后期的處理和分析。數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)部分，主要用于儲存農(nóng)產(chǎn)品信息、溫濕度信息和用戶信息和這三者之間的聯(lián)系。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品信息管理模塊

該模塊主要是對數(shù)據(jù)庫中的農(nóng)產(chǎn)品資料進(jìn)行添加、查詢、統(tǒng)計、刪除和修改［2］。添加功能可以在數(shù)據(jù)庫中更新農(nóng)產(chǎn)品信息，例如將新農(nóng)產(chǎn)品的信息寫入電子標(biāo)簽。查詢功能可以通過代碼或名稱查詢農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地信息、在途信息、在庫信息等，讓用戶了解農(nóng)產(chǎn)品實(shí)時狀態(tài)。統(tǒng)計功能可查看每日農(nóng)產(chǎn)品的進(jìn)出庫量、運(yùn)輸量等內(nèi)容，方便用戶對農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。刪除功能是將一些不再需要的農(nóng)產(chǎn)品信息進(jìn)行刪除，減少數(shù)據(jù)冗余。修改功能可以對農(nóng)產(chǎn)品的信息，如名稱、描述、代碼等進(jìn)行修改。

2.3 溫濕度控制模塊

該模塊包括農(nóng)產(chǎn)品溫濕度錄入、查詢和處理三個功能。溫濕度的錄入是通過無線傳感器WSN實(shí)時感應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品所處環(huán)境的溫濕度，利用無線通信技術(shù)等傳輸?shù)较到y(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)形成溫濕度變化曲線圖顯示在后臺監(jiān)控中心。該模塊始終保存和更新農(nóng)產(chǎn)品冷鏈過程中溫濕度的記錄，直至到最終消費(fèi)者。溫濕度查詢功能，便于用戶了解農(nóng)產(chǎn)品在某一環(huán)節(jié)或過程的溫濕度情況。溫濕度控制功能可分為人工操作和自動調(diào)節(jié)，當(dāng)錄入的溫濕度數(shù)據(jù)超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)范圍，則系統(tǒng)自動生成指令，通過無線傳輸技術(shù)，控制相應(yīng)的制冷設(shè)備或加濕器等，進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)；或者生成的警報發(fā)送到現(xiàn)場處理人員手持終端或手機(jī)，要求現(xiàn)場人員進(jìn)行檢查和調(diào)節(jié)。

2.4 用戶信息管理模塊

該模塊面向的用戶主要是冷鏈物流運(yùn)作的各相關(guān)主體，包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工商、運(yùn)輸商、倉儲商和批發(fā)零售商等，能登陸系統(tǒng)進(jìn)行操作的人員，有添加用戶、刪除用戶、修改用戶功能等。根據(jù)實(shí)際需要，在系統(tǒng)中添加新的用戶、刪除已有用戶信息和修改用戶信息等。通過用戶信息管理模塊，明確冷鏈相關(guān)人員的訪問權(quán)限和責(zé)任，提高管理的規(guī)范化程度。

2.5 接口管理模塊

該模塊旨在利用數(shù)據(jù)庫設(shè)計、輸入輸出設(shè)計等將本系統(tǒng)與其他物流子系統(tǒng)、公共信息平臺、終端相連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的整合。通過與企業(yè)資源計劃（ERP）、倉儲管理系統(tǒng)（WMS）、運(yùn)輸管理系統(tǒng)（TMS）、自動訂貨系統(tǒng)（EOS）等連接，節(jié)省信息化投入，拓展系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的兼容性和信息的共享性，避免“信息孤島”的出現(xiàn)?？赏ㄟ^手機(jī)、超市自助終端或政府的公共信息平臺等接入系統(tǒng)，使用權(quán)限內(nèi)的功能，如查詢購買的產(chǎn)品的生產(chǎn)加工信息、冷藏、運(yùn)輸信息等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的跟蹤和追溯。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的冷鏈物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要與農(nóng)產(chǎn)品冷鏈流程相結(jié)合，在低溫加工、冷藏倉儲、冷藏運(yùn)輸和低溫銷售這四個環(huán)節(jié)中應(yīng)用并發(fā)揮其功能。

3.1 低溫加工應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品采收、捕獲或屠宰后，進(jìn)入加工環(huán)節(jié)前，為每一單位的農(nóng)產(chǎn)品配備攜帶溫濕度傳感器的EPC電子標(biāo)簽，利用農(nóng)產(chǎn)品信息讀寫模塊寫入相關(guān)信息，如農(nóng)產(chǎn)品名稱、數(shù)量或重量、品種、產(chǎn)地等。在進(jìn)入加工場所后，利用溫濕度控制模塊，制冷設(shè)備控制溫度，加濕器控制濕度，攜帶無線傳感器的產(chǎn)品電子標(biāo)簽實(shí)時收集和傳輸溫度和濕度信息，并傳輸給EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)溫濕度高于設(shè)定溫度時，發(fā)出警報，工作人員檢查和調(diào)整制冷設(shè)備運(yùn)作情況，直至溫濕度達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。加工結(jié)束后，將農(nóng)產(chǎn)品放入標(biāo)準(zhǔn)的物流箱或保溫箱，在EPC標(biāo)簽上相應(yīng)寫入產(chǎn)品品質(zhì)等級、保質(zhì)期、加工企業(yè)名稱、加工過程等信息。

3.2 冷藏儲存應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品離開生產(chǎn)加工場所，進(jìn)入倉庫、配送中心或物流中心等，實(shí)現(xiàn)低溫儲存。該環(huán)節(jié)由冷藏倉庫、溫濕度監(jiān)測設(shè)備、信息采集和傳輸設(shè)備構(gòu)成的信息讀寫模塊和溫濕度控制模塊完成管理。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入冷藏倉庫，由RFID識別系統(tǒng)根據(jù)RFID天線采集農(nóng)產(chǎn)品EPC標(biāo)簽攜帶的所有產(chǎn)品信息，顯示于后臺系統(tǒng)，監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品的儲存環(huán)境。在存儲過程中，系統(tǒng)實(shí)時獲取攜帶無線傳感器的農(nóng)產(chǎn)品的溫濕度信息，保證產(chǎn)品所在區(qū)域的溫濕度處于設(shè)定范圍內(nèi)。利用接口管理模塊連接倉儲管理系統(tǒng)獲得產(chǎn)品信息，為農(nóng)產(chǎn)品安排適當(dāng)?shù)膬ξ徊⑸芍噶?，將產(chǎn)品存放到指定貨位。EPC電子標(biāo)簽寫入倉儲信息如入庫時間、貨架位置、溫濕度要求信息等。根據(jù)客戶訂單需求，對儲存的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行人工分揀或自動化分揀，并做好農(nóng)產(chǎn)品相應(yīng)信息的更新。

3.3 冷藏銷售應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品根據(jù)消費(fèi)需要，離開冷藏倉庫，進(jìn)入銷售過程，由批發(fā)商、零售商保證銷售環(huán)節(jié)的產(chǎn)品保鮮。這個環(huán)節(jié)利用農(nóng)產(chǎn)品信息讀寫模塊、農(nóng)產(chǎn)品信息管理、溫濕度控制和接口管理等模塊實(shí)現(xiàn)保鮮銷售。到達(dá)銷售點(diǎn)，系統(tǒng)將收集每個農(nóng)產(chǎn)品上EPC標(biāo)簽的信息，并寫入產(chǎn)品入店時間、存放位置等信息。在銷售環(huán)節(jié)，冷柜和貨架上的制冷和加濕設(shè)備，調(diào)節(jié)農(nóng)產(chǎn)品所需要的溫濕度；電子標(biāo)簽向后臺傳輸溫濕度記錄，連接系統(tǒng)，根據(jù)溫濕度情況控制制冷和加濕設(shè)備；銷售人員根據(jù)產(chǎn)品信息、溫濕度變化記錄和產(chǎn)品的保質(zhì)期等，及時做出促銷或下架的決策。

3.4 冷藏運(yùn)輸應(yīng)用

在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流過程中，冷藏運(yùn)輸貫穿始終。在運(yùn)輸過程，借助溫濕度控制模塊，控制車廂的溫度和濕度，使農(nóng)產(chǎn)品不變質(zhì)、不受污染。利用接口管理模塊連接GPS、WSN、無線傳輸技術(shù)GPRS、GIS集成系統(tǒng)，更好地規(guī)劃運(yùn)輸線路。農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入車廂，車廂上的天線獲得所裝入的農(nóng)產(chǎn)品的信息，與送貨單核對是否正確；制冷設(shè)備工作，保證車廂內(nèi)的溫度處于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)；無線傳感器將溫度變化通過無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控中心，當(dāng)溫度接近溫度設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，發(fā)出警報，后臺中心遠(yuǎn)程控制車廂制冷設(shè)備的運(yùn)作或者發(fā)出指令到司機(jī)手機(jī)，由司機(jī)處理；GPS和GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)冷藏車輛的實(shí)時跟蹤和定位，規(guī)劃最佳運(yùn)輸和配送該路線，提高運(yùn)輸效率。

4 系統(tǒng)的實(shí)施建議

4.1 軟硬件設(shè)備準(zhǔn)備

冷鏈物流系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要大量的軟硬件投入。硬件方面，包括了冷藏物流箱、冷庫、冷藏車、冷柜和貨架等；EPC電子標(biāo)簽、RFID讀寫器、計算機(jī)硬件、無線傳感器、制冷設(shè)備和濕度控制器、GPS導(dǎo)航設(shè)備等。軟件方面，操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、冷鏈物流系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)（程序編譯）、GIS軟件等。通訊網(wǎng)絡(luò)方面，采用NFC近場通信技術(shù)、ZigBee技術(shù)和無線電波傳輸技術(shù)等。

4.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是一個耗時較長和比較復(fù)雜的工作，要求將原有的手工系統(tǒng)或者分散的子系統(tǒng)所使用的各類數(shù)據(jù)按照本系統(tǒng)所要求的規(guī)范進(jìn)行收集和整理，滿足系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)計，如進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品、用戶的代碼設(shè)計、屬性設(shè)計等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，使數(shù)據(jù)按照一定的方式儲存于數(shù)據(jù)庫中。

4.3 人員準(zhǔn)備

人員包括業(yè)務(wù)人員和系統(tǒng)設(shè)計、實(shí)施人員等。業(yè)務(wù)人員主要包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工人員、倉儲人員、司機(jī)、調(diào)度人員等。系統(tǒng)實(shí)施人員是指保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作的相關(guān)人員，包括系統(tǒng)分析人員、設(shè)計人員、操作人員和維護(hù)人員等。一是招聘引進(jìn)冷鏈、計算機(jī)專業(yè)等相關(guān)人才，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加專業(yè)和高效；二是對現(xiàn)有員工進(jìn)行培訓(xùn)，熟練掌握該系統(tǒng)的操作知識和技巧，保障系統(tǒng)的順利實(shí)施。

4.4 運(yùn)作主體準(zhǔn)備

由于冷鏈系統(tǒng)的實(shí)施需要較大的資金投入，一些中小企業(yè)無法承擔(dān)，無法全范圍普及。立足當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品冷鏈發(fā)展的實(shí)際，一是以農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的核心企業(yè)為主導(dǎo)，如某些農(nóng)產(chǎn)品加工龍頭企業(yè)、大型冷鏈物流中心、冷鏈物流企業(yè)為試點(diǎn)，先使用該系統(tǒng)，再擴(kuò)展到上下游企業(yè)，逐漸完成冷鏈信息系統(tǒng)的銜接和實(shí)施；二是中小企業(yè)合作共建共用一個冷鏈系統(tǒng)，或借助物流公共信息平臺，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置和信息的共享互通。

［1］馬婷，李芳，單大亞·基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品冷鏈物流跟蹤及追溯問題研究［J］.上海理工大學(xué)學(xué)報，2013，35（6）：557－561.

［2］張志紅·河北省農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報，2013，13（6）：60－62.