農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中物聯(lián)網(wǎng)應用體系的構建

程文

（浙江交通職業(yè)技術學院 運輸管理學院，浙江 杭州 311112）

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中物聯(lián)網(wǎng)應用體系的構建

程文

（浙江交通職業(yè)技術學院 運輸管理學院，浙江 杭州 311112）

以我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流現(xiàn)狀和存在的問題為背景，依托物聯(lián)網(wǎng)技術的結構和農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流流程，從物聯(lián)網(wǎng)的信息感知層、網(wǎng)絡傳輸層和應用服務層出發(fā)，對各層次中涉及農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各環(huán)節(jié)的信息和數(shù)據(jù)采集、傳輸、反饋等需求進行了具體的物聯(lián)網(wǎng)應用體系設計。最終形成了一個以物聯(lián)網(wǎng)各項信息技術為依托，以冷鏈物流各環(huán)節(jié)相互聯(lián)通為要求，以農(nóng)產(chǎn)品全程監(jiān)控為目的的物聯(lián)網(wǎng)應用體系，從而有效地實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各環(huán)節(jié)的有效監(jiān)控和數(shù)據(jù)實時反饋，保障了農(nóng)產(chǎn)品在冷鏈物流中的產(chǎn)品質(zhì)量和安全。

物聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)產(chǎn)品；冷鏈物流

1 引言

各種食品安全事件的頻發(fā)，使得人們對當前市場上流通的生鮮農(nóng)產(chǎn)品和各種食品產(chǎn)生了越來越多的質(zhì)疑，這進一步提高了全社會對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全的要求，也使得加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流成為保障消費安全、提高生活品質(zhì)的必然要求。在當前信息化快速發(fā)展的階段，要保障農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和安全，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流領域，是實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品流通各個環(huán)節(jié)的追蹤和監(jiān)控的有效途徑。

2 相關概念

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的含義

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things），是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合形成的一個巨大網(wǎng)絡[1]。其目的是實現(xiàn)物與物(Thing to Thing,T2T)、人與物(Human to Thing,H2T)、人與人(Human to Human,H2H)以及所有的物品與網(wǎng)絡的連接，以方便識別、管理和控制。目前，物聯(lián)網(wǎng)領域主要應用到射頻識別、視頻監(jiān)控、傳感器、移動GIS等多項關鍵技術。隨著信息技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術也成為了經(jīng)濟快速發(fā)展的關鍵力量，在整個社會也引起了高度的重視。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流泛指水果、蔬菜、肉類等物品在生產(chǎn)、貯藏、運輸、銷售等一系列過程中始終處于規(guī)定的儲藏溫度環(huán)境下，以保證商品的品質(zhì)和安全的一項系統(tǒng)工程[2]。它是冷鏈物流的一種，在實際運作中需要考慮農(nóng)產(chǎn)品的特性和冷鏈物流各環(huán)節(jié)的要求，充分協(xié)調(diào)各要素間的關系，以保障農(nóng)產(chǎn)品在各環(huán)節(jié)運轉、貯藏的高品質(zhì)和安全性，防止農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)營養(yǎng)降低、腐蝕、變質(zhì)的問題。

3 我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的配送現(xiàn)狀

據(jù)報道，我國每年僅運輸途中腐爛變質(zhì)的水果、蔬菜等食品價值約為700億元，這一巨大的浪費和損失主要歸因于不合理的物流運輸方式[3]。目前，我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流主要存在如下幾方面的問題：

（1）信息收集不及時，不能實時跟蹤監(jiān)控。我國目前擁有智能化溫控冷鏈的物流企業(yè)相對較少，而能夠?qū)崿F(xiàn)冷鏈物流全程一體化低溫控制的企業(yè)更是少之又少。這必然導致了農(nóng)產(chǎn)品在采集、加工、包裝、存儲、分揀、配送和運輸?shù)倪^程中存在溫度控制不統(tǒng)一的問題。與此同時，采用原始的冷鏈設備和設施也不能實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的全程實時監(jiān)控，從而導致農(nóng)產(chǎn)品在途運輸監(jiān)管不力，需求信息無法及時傳遞的問題。

（2）冷鏈標準不統(tǒng)一，產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)性較弱。農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的要求比一般的常溫物流系統(tǒng)更高、更復雜。而在整個冷鏈物流過程中，要保證物流的時效性，則需要冷鏈各環(huán)節(jié)能夠高度協(xié)調(diào)。然而，中國冷鏈的設施沒有國家或行業(yè)的專項標準，只有一些大型食品生產(chǎn)加工企業(yè)自己制定了一些標準，這使得農(nóng)產(chǎn)品在流通過程中缺乏統(tǒng)一的標準，從而導致整個農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)各環(huán)節(jié)銜接不暢[4]。

（3）冷鏈流通率低，產(chǎn)品腐損率高。我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流冷鏈流通率與發(fā)達國家之間存在著較大的差距。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國的果蔬、肉類冷鏈流通率僅為5%、15%，而在歐美日本等發(fā)達國家，農(nóng)產(chǎn)品進入冷鏈流通均在95%以上[5]，如圖1所示。根據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會發(fā)布的數(shù)據(jù)，我國的果蔬、肉類腐損率分別達到25%、12%，遠遠高于歐美日本等發(fā)達國家水平。這一巨大的差距也正反映了我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流現(xiàn)狀的不佳。

圖1 我國與發(fā)達國家農(nóng)產(chǎn)品冷鏈流通率比較

4 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中物聯(lián)網(wǎng)應用體系的構建

物聯(lián)網(wǎng)技術結構可以分為三層，即感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層即為采集數(shù)據(jù)、獲取信息的過程，需要相應的數(shù)據(jù)采集設備；網(wǎng)絡層即為數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)倪^程，主要將感知層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信息進行加工處理；應用層即為數(shù)據(jù)應用、信息反饋的過程，主要結合行業(yè)實際和消費者需求，提供相應的信息查詢，實現(xiàn)企業(yè)應用[6]。

將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流，可以從物聯(lián)網(wǎng)技術的結構入手，結合農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各個環(huán)節(jié)的要求，對每層結構進行合理的設計和應用，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術在整個農(nóng)產(chǎn)品冷鏈系統(tǒng)中得到有效應用。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)應用服務層

應用服務層作為整個冷鏈物流系統(tǒng)與外界相聯(lián)系的渠道，發(fā)揮著信息傳遞的重要作用。而外界對該系統(tǒng)的相關信息需求較多的主體則主要表現(xiàn)在政府、冷鏈相關企業(yè)和消費者三個方面。

4.1.1 政府監(jiān)管部門的需求。政府作為整個市場的監(jiān)管者、行業(yè)的監(jiān)督者，肩負著打擊違法犯罪、保障市場安全的責任。農(nóng)產(chǎn)品作為人們?nèi)粘５幕臼澄?，其品質(zhì)的好壞直接影響著人們的身體健康和生活質(zhì)量。因此，對農(nóng)產(chǎn)品流通的各個環(huán)節(jié)，政府部門都必須實時監(jiān)控，全程監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的各個環(huán)節(jié)，監(jiān)督冷鏈企業(yè)的行為舉措，保障食品安全。這使得可視化的溯源成為了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流過程中必須實現(xiàn)的功能。

4.1.2 冷鏈相關企業(yè)的需求。冷鏈企業(yè)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的整個過程中需要實現(xiàn)很多方面的功能需求。一是數(shù)據(jù)采集和傳輸，從農(nóng)產(chǎn)品的采收，到農(nóng)產(chǎn)品的加工、包裝、存儲、分揀、配送，以及運輸?shù)较M者手中，這一系列過程產(chǎn)生了很多數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品編碼、存儲的溫度、出入庫環(huán)節(jié)的溫度和流程等，這些數(shù)據(jù)對企業(yè)日常的運營十分重要；二是實現(xiàn)實時監(jiān)控，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各環(huán)節(jié)所處的溫度是否達到要求、目前農(nóng)產(chǎn)品正在進行哪個階段、是否按照要求在進行相應的作業(yè)操作，這些都是冷鏈企業(yè)需要掌握和控制的；三是實現(xiàn)預警功能，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流最重要的要素是溫度，當某一環(huán)節(jié)農(nóng)產(chǎn)品所處的溫度超過了設定的溫度，可以向監(jiān)控平臺發(fā)出預警，監(jiān)控平臺便可根據(jù)預警及時做出相應的調(diào)整，保障農(nóng)產(chǎn)品在物流環(huán)節(jié)的質(zhì)量和品質(zhì)。

4.1.3 消費者的需求。消費者最關注的是農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量。而如何讓消費者對農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量放心，目前最有效的辦法是讓消費者可以查詢到農(nóng)產(chǎn)品從采集到送到消費者手中都經(jīng)歷了哪些過程和環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又是在怎樣的環(huán)境下進行的。以果蔬為例，消費者可以在終端查詢果蔬的采集地，采集的土壤環(huán)境、土壤所含的元素，加工環(huán)節(jié)的處理流程和環(huán)境，存儲的場所、時間、溫度，配送環(huán)節(jié)的設備、溫度等，這一可視化的追蹤可以讓消費者對農(nóng)產(chǎn)品更加放心食用。與此同時，還可以實現(xiàn)產(chǎn)品的動態(tài)查詢，了解產(chǎn)品目前所處的狀態(tài)和環(huán)節(jié)，掌握實時動態(tài)信息。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)信息感知層

信息感知層作為信息獲取的源頭，需要從冷鏈物流的各個環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)采集。

4.2.1 采收階段信息采集。在果蔬冷鏈物流的過程中，果蔬采集是整個流程的起始環(huán)節(jié)，也是品質(zhì)控制的源頭，只有從果蔬采集的環(huán)節(jié)保證果蔬的品質(zhì)和質(zhì)量，方能保障整個冷鏈流程的安全性。將物聯(lián)網(wǎng)應用于果蔬冷鏈物流，在此階段可以用RFID標簽記錄果蔬的生長過程，從最開始的播種、澆水、施肥，到種子的發(fā)芽、生根、出苗、長大、開花、結果，這一系列的過程中果蔬的生長狀態(tài)和相關數(shù)據(jù)都記錄在此RFID標簽中，以便后續(xù)追溯。

果蔬采摘完畢，需要立即控制溫度，即進行預冷處理，這是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的第一個環(huán)節(jié)，也是必須進行的環(huán)節(jié)。預冷主要是指食品蔬菜從常溫（30℃左右）降到0℃到15℃利于冷卻冷藏的一個過程。如果采集后及時地把溫度降至0～10℃范圍，果蔬的呼吸強度降低，水分蒸發(fā)減緩，乙烯的產(chǎn)生和病原微生物的繁殖受到抑制，因而可以延長果蔬的貨架期或貯存期[7]。表1即為生鮮果蔬在經(jīng)過普通冷藏、真空預冷等處理后的保質(zhì)期對比。

表1 生鮮果蔬的保質(zhì)期對比

4.2.2 加工階段信息采集。在產(chǎn)地采集、預冷完畢后，果蔬會被運送到加工車間，進入加工階段。圖2即為果蔬的加工流程。

在加工過程中，為了確保加工過程信息的透明化和信息的可追溯性，在各個環(huán)節(jié)均應用RFID讀寫器、攝像頭、溫度傳感器進行實時信息收集和數(shù)據(jù)采集，如圖2所示。將此數(shù)據(jù)與果蔬采集階段的信息進行融合，形成新的數(shù)據(jù)信息庫，可將其先保存到企業(yè)本地，然后再將相關信息傳至政府監(jiān)管平臺，接受政府監(jiān)管部門的監(jiān)督和管理。

4.2.3 配送運輸階段信息采集。配送運輸階段即為將加工好的果蔬產(chǎn)品冷藏、配送和運輸?shù)倪^程，其過程可以分為三個階段（如圖3所示）：一是產(chǎn)品交接，即果蔬產(chǎn)品在加工完畢后入庫交接的過程；二是冷藏儲存，即對果蔬產(chǎn)品進行冷藏儲存的過程，其溫度一般保持在-18℃左右，濕度保持在85%-95%；三是運輸配送，即根據(jù)訂單將產(chǎn)品配送至客戶手中的過程。在此過程中，可將物聯(lián)網(wǎng)等技術應用其中，實現(xiàn)冷鏈物流的全程控制和追蹤，以保障冷鏈配送的安全性。

在此階段，最關鍵的內(nèi)容是控制車廂的溫度和濕度，可通過溫/濕度傳感器及時將車廂內(nèi)的信息傳回至在途監(jiān)控平臺，并寫入RFID標簽，便于企業(yè)管理者及時了解車廂內(nèi)的溫度、濕度信息，并可以在此監(jiān)控平臺上設置溫/濕度的范圍，一旦車廂內(nèi)的溫/濕度超過此閾值，則會向監(jiān)控平臺發(fā)出警報，并根據(jù)實際條件調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫/濕度，以保障產(chǎn)品在途運輸?shù)陌踩浴?/p>

4.2.4 銷售階段信息采集。在銷售終端，一個部門里果蔬可能會直接進行售賣，另一部門果蔬則可能需要超市或水果店的工作人員進行加工（如削皮、切分等），此時，需要用攝像頭記錄加工過程和加工人員信息，并記錄在RFID標簽中，如圖4所示。在最終銷售環(huán)節(jié)，最重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)消費者的查詢，即當果蔬產(chǎn)品到達消費者手中，消費者可以通過掃描商品上的一維條碼（將RFID標簽中的信息轉換到一維條碼上），即可獲知該產(chǎn)品的產(chǎn)地信息、生長信息、加工信息、儲存信息、在途運輸信息等一系列流程信息，真正做到可追溯、可追蹤，從而讓消費者放心購買和食用。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸層

網(wǎng)絡傳輸層是連接信息感知層和應用服務層的重要環(huán)節(jié)，在數(shù)據(jù)傳輸、信息傳遞方面發(fā)揮非常重要的作用。

圖2 果蔬冷凍加工階段流程及各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集

4.3.1 數(shù)據(jù)傳輸體系。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，不僅有農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)、配送中心、超市等固定場所的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，還有冷藏車、RFID讀寫器等移動工具的網(wǎng)絡傳輸。因此，在本系統(tǒng)中，在固定場所間的數(shù)據(jù)傳輸用有線網(wǎng)絡連接，移動工具間的數(shù)據(jù)傳輸用4G等無線網(wǎng)絡連接。其網(wǎng)絡傳輸架構體系如圖5所示。

4.3.2 數(shù)據(jù)存儲方式。由于傳統(tǒng)的存儲方式為集中式存儲，存在存儲過于集中、不利于系統(tǒng)升級和信息安全的問題。本文的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流項目的數(shù)據(jù)存儲容量較高，負荷較大，且要求數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步動態(tài)更新，其對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊筝^高，故選用分布式的存儲方式進行數(shù)據(jù)存儲。

對于物聯(lián)網(wǎng)技術下的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈系統(tǒng)，可以采用三層分布式存儲。下面層為監(jiān)控前端，主要由攝像頭、溫度傳感器、RFID讀寫器組成，這些設備記錄的數(shù)據(jù)（如溫度、濕度、車輛行駛信息等）可以暫時存儲在本地硬盤上；中間層為冷鏈企業(yè)監(jiān)控中心接收下面層的數(shù)據(jù)，主要用于監(jiān)控該企業(yè)冷鏈流程各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息；上面層為政府監(jiān)控中心，接收中間層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，主要用于對全程的冷鏈行為和過程進行監(jiān)控。

4.4 物聯(lián)網(wǎng)應用總體架構

將基于物聯(lián)網(wǎng)技術的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流應用體系分為三層，即感知層、網(wǎng)絡層和應用層，其結構框架如圖6所示。在感知層，通過RFID標簽、溫度傳感器、濕度傳感器和攝像機等設備，采集農(nóng)產(chǎn)品的基本信息和在整個冷鏈物流過程中各環(huán)節(jié)的信息。在網(wǎng)絡層，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈的流程，其主體主要有農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)、第三方物流中心和零售終端，將物聯(lián)網(wǎng)應用在各主體，即產(chǎn)生了各自的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)，主要用于接收、存儲和處理感知層采集的信息，這些信息也會通過各主體的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)上傳至政府監(jiān)管平臺，以保障政府實時監(jiān)管。在此過程中，冷藏車、RFID標簽等移動設備主要通過3G/ 4G等無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，其他固定設備則采用有線網(wǎng)絡進行信息傳輸。在應用層，主要實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各環(huán)節(jié)信息的查詢和追溯，并實現(xiàn)在途預警和報警。通過政府監(jiān)控平臺，消費者可以查詢到所購買農(nóng)產(chǎn)品的全程信息和相關視頻。

圖3 配送運輸階段信息采集及設備

圖4 銷售階段信息采集及設備

圖5 網(wǎng)絡傳輸架構體系

5 結論

在物聯(lián)網(wǎng)應用服務層，從政府監(jiān)管部門、冷鏈相關企業(yè)和消費者的角度出發(fā)，細致分析了各自對物聯(lián)網(wǎng)技術不同的需求，構成了物聯(lián)網(wǎng)應用體系的最終目標。

在物聯(lián)網(wǎng)信息感知層，通過分析農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的流程，在各環(huán)節(jié)充分應用物聯(lián)網(wǎng)的智能化工具和設施設備，構成了物聯(lián)網(wǎng)應用體系的基層信息獲取通道。

在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸層，通過在冷鏈物流的中間節(jié)點構建物流網(wǎng)應用系統(tǒng)，實現(xiàn)整個物流網(wǎng)應用體系的數(shù)據(jù)傳輸和平臺監(jiān)管，保障系統(tǒng)的可傳輸性和數(shù)據(jù)交互性。

通過將農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的流程與物聯(lián)網(wǎng)技術的結構相融合，從物聯(lián)網(wǎng)的應用服務層、信息感知層和網(wǎng)絡傳輸層進行合理設計，構建了一套較為完整的物聯(lián)網(wǎng)應用體系，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各環(huán)節(jié)的信息及時反饋和物品追蹤，保障了農(nóng)產(chǎn)品在整個冷鏈物流環(huán)境的流通質(zhì)量和最終安全性。

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Establishment of IOT App lication System in Agricultural Product Cold Chain Logistics Industry

ChengWen
(SchoolofTransportationManagement,Zhejiang InstituteofCommunications,Hangzhou 311112,China)

In this paper,in view of the current status and existing problems of the agricultural product cold chain logistics industry in China,relying on the structure of the IOT technologies and the process of the agricultural product cold chain logistics activities and starting from the information perception layer,internet transmission layer and application service layer of the IOT,we designed specifically the IOT application system for the collection,transmission and feedback,etc.,of the information and data of the agricultural product cold chain logistics links involved in the layers.Next,we formed an IOT application system relying on the various IOT technologies and aimed at the interconnectivityofthevariouscold chain logistics linksand thewholeprocessmonitoringoftheagriculturalproducts.

IOT;agriculturalproduct;cold chain logistics

圖6 物聯(lián)網(wǎng)應用體系的總體結構

F253.9;F762

A

1005-152X(2017)05-0133-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.05.029

2017-03-06

程文（1989-），女，湖北隨州人，碩士研究生，浙江交通職業(yè)技術學院教師，研究方向：冷鏈物流。