RFID技術在農產品物流系統中應用現狀與展望

陳錦斌，林宇洪，邱榮祖

（福建農林大學，福建 福州 350002）

隨著我國經濟不斷發展，人民生活水平不斷提高，對農產品需求量越來越大，對其品質要求也越來越高。但是，長久以來，我國農產品物流以常溫物流或自然物流形式為主，且存在運輸周期長、效率低下、損耗率高和缺失監管等問題，造成“豐產歉收”、“難賣”和農產品質量安全事故頻發的局面。因此，必須采取必要的技術手段對農產品的生產、運輸和流通全過程進行監管，并實現農產品的追溯，確保農產品質量安全。

近些年，隨著物流技術不斷的發展，特別是信息技術的廣泛運用，有效地推動了物流系統的變革與創新，不僅提高了物流企業的生產效率，同時保證了產品的質量和品質。RFID無線射頻識別技術作為20世紀90年代興起的一種自動識別技術，其可在非接觸狀態下，通過射頻信號自動識別目標對象并且獲得相關數據，比目前市面上所采用的條形碼，具有信息存儲量大，可對多目標和移動目標進行遠距離讀取和識別以及數據可加密解密等優點，且抗干擾性強、識別精度高，它被認為是21世紀最重要的技術之一，受到了廣泛的關注。目前，RFID技術已在國外農產品物流中得到廣泛的應用，作為農業生產大國的中國，雖然已經逐步展開了RFID技術的相關研究和應用開發工作，并且在一些領域開始運用；但仍處于研究和應用的初級階段。本文將通過總結RFID技術在農產品物流系統中的國內外研究現狀，分析存在的主要問題，并展望RFID技術的未來研究和應用前景。

1 RFID技術在農產品物流系統中應用研究現狀

1.1 國外應用現狀。在國外，RFID技術廣泛運用于交通、車輛管理、生產線自動化控制、身份識別、物流配送管理以及倉儲管理等領域，其中物流配送管理領域是其研究的熱點之一。Tajima[1]通過收集大量資料，歸納出了RFID在物流配送應用中包括降低成本、節約勞動時間、提高訂單完成率、減少庫存成本等15項優點，如圖1所示。

作為科技強國的日本，早在2004年就在千葉縣制定了政府運營重點舉措“千葉2004行動計劃”，成功地將RFID技術應用于農產品物流系統中。農產品在系統各個網點間的每次移動均寫入相應的RFID標簽，在生產、流通環節所生成的數據信息經Internet傳輸到中央服務器，進行綜合管理。該次試驗的成功表明，運用RFID技術能夠讓農產品在物流配送中的速率有很大程度的提高，而且通過配送中反映出來的問題也為之后的再生產提供了客觀的參考依據[2]。此后美國則在此基礎上更進一步，將RFID技術與傳感應技術相結合。2005年夏，Ballantine果品公司利用了一種主動式RFID物流配送系統，利用電池驅動RFID標簽與溫度傳感應相連接，準確記錄了葡萄從被采摘到運送至零售商的過程中的溫度數據[3]。在歐洲，一些公司將全球定位系統（GPS）與RFID技術結合在一起，有效地監測農產品運輸車輛的位置及其工作狀態，并實現實時對路徑進行走向分析決策，從而提高了交通運輸的效率，減少能量的損耗，保證農產品的新鮮和品質[4]。

1.2 國內應用現狀。我國在RFID領域的應用和研究起步要晚于西方國家，直到21世紀初葉，中國才開始對RFID技術進行探索性的研究，并很快獲得了政府的關注和支持，至2004年我國RFID已經擁有了13億元人民幣的市場規模，僅僅標簽一項就達到9.33億元人民幣。信息產業部在2005年把基于RFID的電子標簽產業產品列為重大的招投標項目，2006年6月9日發布的《中國RFID技術政策白皮書》，標志著我國將RFID技術提高到國家產業發展戰略的層面[5]。截止2010年底，中國生產RFID的企業就達數百家，已經大體形成了一條從標簽及設備制造到軟件開發集成較為完整的RFID產業鏈，并將在未來5～10年保持較快速度的發展。而且，國內科研單位對于RFID的應用研究也取得了很大的進展，極大地促進了RFID技術在我國物流中的發展[6]。

1.2.1 在物流追溯的應用。近些年來，老百姓在生活中最為關心的是農產品安全問題，而確保農產品安全的重要手段之一就是實施農產品追溯機制，由于RFID技術的上述優點，上海在2005年正式投入使用的基于RFID技術的“安全豬肉監控追溯系統”，能夠實時獲得的生豬的飼養、過往病例、喂藥、轉欄、檢疫等信息[7]；孫旭東等以構建柑桔安全可追溯信息系統目的，以贛南臍橙為研究對象，借助RFID技術，解決每個贛南臍橙信息的可完整性、追溯性以及贛南臍橙在種植、流通、交易等環節的信息交換所涉及的關鍵技術，實現該農產品質量安全信息可追溯[8]；施亮等基于RFID技術構建肉牛養殖的可追溯系統，通過使用RFID技術，實現了對每個個體養殖信息的自動采集，同時針對每頭肉牛形成了可在網絡上進行在線查詢的質量追溯檔案，從而解決了在養殖環節上進行以個體為單位實施質量監管和實現可追溯的問題[9]。

1.2.2 在物流運輸的應用。傳統物流過程存在信息不及時、不對稱等弊端，難以達到實時協同與動態調配的需求，已經不再適應現代物流行業的需求。隨著貨物調配量的急劇增加，物流全過程各環節的信息通暢變得日益迫切，實時物流跟蹤和精細任務調度已經成為物流企業的核心競爭力。RFID技術可有效地解決物流協同調度、物流跟蹤和路徑優化的問題。目前國內專家學者在吸取外國先進經驗的基礎上進行了相關研究。王亞東基于RFID技術、數據采集技術以及Web技術設計的化工物品物流安全監控系統，對危險品的使用、運輸、跟蹤和溯源實時地、全方位地進行自動化管理。極大地提高了危險品的管理水平，降低了對環境和生命安全的危害及相關物流鏈的成本，縮短了事故應急反應時間[10]。宿曉利采用RFID技術構建了一個分別以制造商和回收處理中心為核心的正逆向物流系統模型，該仿真能夠有效地處理物流過程中產生的大量信息，提高資源利用效率[11]。周曉光等主張在農產品運輸時將RFID技術與GPS（全球定位系統）結合起來，不僅為物流公司提供實時監控和跟蹤服務，對于業主而言，則可通過計算機網絡查詢自己的貨物所處的位置。在經過一些道口接受檢查時，執法單位也無需打開農產品包裝，只需通過電子標簽閱讀終端就可以知道包裝的具體內容，大大提高了道口檢查速度和通關能力[12]。

1.2.3 在物流倉儲的應用。RFID技術具有批次管理、動態盤點和快速出入庫功能，大幅度減少了現行模式下查找貨位信息花費的時間，提高了查詢和盤庫精度，大幅度提高了倉儲管理效率。杜曉明等構建了一個基于RFID和條碼技術的系統模型，該系統具有操作性強、成本低、效率高等優點[13]；李雯等針對目前管理中存在的問題和不足，提出了將RFID技術引入到木材倉儲管理中，指出了木材倉儲中應用RFID技術的注意事項[14]。在農產品倉儲管理方面，段翠芳等基于51單片機和RFID技術開發的硬件，實現了農產品倉儲數據管理的部分功能模塊[15]。王麗芳等利用RFID技術和數據庫技術，通過在嵌入式讀寫器上控制RFID標簽，實現數據的實時采集，并將數據通過Internet傳輸到控制系統進行農產品質量監管[16]。此外，宋豫曉等利用RFID技術、手機網絡技術和藍牙，構成由服務器和工作站所組成的農產品智能存儲系統。通過該智能系統，倉庫管理人員和其他相關人員（如農戶、零售商、已經廣大客戶）都可以通過Internet查詢相關商品的庫存信息[17]。

2 存在的主要問題

2.1 安全風險高，技術應用受阻。安全問題將是影響RFID在物流領域大規模應用的主要障礙，目前主要集中在技術風險和隱私安全兩個方面。

首先，技術風險，RFID系統大部分使用的是被動式標簽，在工作的時候，可能會出現1個以上的應答器同時處于閱讀器的作用范圍內，此時當有2個或2個以上的應答器同時發出數據給閱讀器的時候就會出現數據上的干擾，即碰撞問題（collision），其結果將會導致一次傳輸的失敗。通過實驗發現，RFID的系統誤讀和漏讀率總和高達20%～50%，可見其技術風險之高。為此，胡建赟等在研究RFID的系統碰撞問題時引進馬爾可夫鏈來為時隙ALOHA法建模，并根據此模型對時隙ALOHA法的性能進行分析，得到時隙數、RFID系統中所含的應答器數與識別成功率的關系，從而對實際應用提供理論指導[18]。王雪等在基于二叉樹的RFID防碰撞算法的研究中指出，BLBO防碰撞算法與其他二叉樹算法相比性能有明顯提高，更適用于RFID防碰撞協議[19]。雖然，防碰撞算法的研究可降低碰撞的概率，但并不能從根本上解決碰撞問題，應該從技術設備上進行改進，如采用多通道技術或數據排隊技術，方能根本解決碰撞問題。

其次，隱私安全，由于RFID標簽的體積可以小于1mm2，在現實生活中有可能被不法商家利用，將其黏貼于商品之上，通過RFID標簽固定的標識符來惡意的追蹤該商品。不僅如此，RFID標簽內攜帶的產品信息或者私人數據一旦遭到黑客攻擊，則很有可能造成商業泄密，給企業的發展帶來不利的影響。另外，不法份子也有可能通過技術手段截獲RFID標簽與讀寫器直接的敏感信息來重構RFID標簽，達到偽造標簽的目的。

2.2 無統一標準，技術發展受限。我國在RFID標準制定上主要有三大難題。

（1）RFID標簽的使用頻率還沒有開放。目前國際上在UHF頻段的RFID技術多使用860～960MHz或430MHz左右的頻率。而在我國，860～960MHz頻段主要運用于固定或移動通訊業務，430MHz則屬于專用頻段，目前開放此頻段的RFID業務條件還不夠成熟。（2）RFID產業發展的滯后嚴重影響了標準的制定，而標準的不統一又反過來制約RFID產業的發展。（3）應用的落后。由于標準不統一，導致廠家在研制的過程中只能制造兼容多個標準的產品，嚴重地影響未來應用的發展。

2.3 技術成本高，技術普及困難。成本因素是制約任何一項新技術普及的重要因素，RFID技術也不例外。由于條碼具備簡便快捷、價格低廉等優勢，在我國農產品物流領域受到極大的青睞。相比之下，RFID技術要發揮作用，就必須從產地開始，對農產品的采摘、加工、運輸、倉儲各個環節進行改進，增設相應的數據自動采集設備，并且為每個/批農產品增貼RFID標簽，由此帶來的高昂成本不是所有企業都能承擔的。此外，農產品的利潤額度有限。從目前的發展狀況看，雖然RFID技術對提高農產品品質的管理具有巨大優勢，但是高技術成本仍是其推廣普及的巨大障礙。

3 RFID技術未來的應用研究展望

當前RFID技術在研究和實際應用之間仍存在巨大的鴻溝，尤其是我國，RFID技術研究大多停留在技術本身或應用領域的介紹方面，可見RFID技術具有較大的發展空間和發展潛力，現今亟待關注的問題如下。

3.1 統一標準的制定。迄今為止仍未正式形成一個統一的RFID國際標準，成為制約RFID技術發展的重要因素，而數據格式問題又涉及到國家的自身使用和安全[20]。促進國家和地域之間RFID標準的兼容或統一，是有效降低RFID技術成本，推動其在全球農產品物流配送系統快速成長的主要動力。

3.2 技術的進一步完善。RFID標簽的單項技術已經日趨成熟，但其在許多方面的應用仍處于不斷發展和完善之中，如一個讀寫器同時識別多個RFID電子標簽或高速運動的RFID電子標簽時，就難免出現多個電子標簽和閱讀器之間通訊碰撞問題，而碰撞問題是RFID在應用中必須解決的核心問題之一。為解決此類問題，需要在設計系統時尋求最佳的防碰撞算法。從而合理地劃分信道，以實現多路徑無沖突存儲信道。

3.3 與新技術相結合。RFID技術可以與許多新技術相結合，從而衍射出許多功能強大的新產品。當容易腐敗的農產品在接觸陽光或者高溫時間過長時，溫度傳感器會向RFID標簽發送信息同時改變自身的顏色，相關人員收到RFID的傳輸過來的指令后，能立即采取有效措施，避免其他農產品因為此類原因而發生變質。

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