物聯網技術在生鮮農產品配送中的應用

韓俊德，杜其光（1.天津大學管理與經濟學部，天津市300072；2.天津農學院管理學院，天津市300384）

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物聯網技術在生鮮農產品配送中的應用

韓俊德1、2，杜其光1、2
（1.天津大學管理與經濟學部，天津市300072；2.天津農學院管理學院，天津市300384）

摘要：傳統生鮮農產品物流配送存在數據采集效率低下、實時調度性差以及過程無法監控等一系列問題。為更好地提高生鮮農產品配送效率，降低生鮮農產品配送損失率，優化生鮮農產品整個物流環節，滿足終端客戶實時了解生鮮農產品物流過程的需要，文章將物聯網技術這一先進管理手段應用于生鮮農產品配送，提出了一種新型的生鮮農產品配送方案。該方案設計的配送信息構架，可通過物聯網綜合處理各類數據信息，如射頻識別電子標簽中的生鮮農產品物資基本數據、傳感器感知的環境數據、定位芯片處理的物資坐標信息等，方便配送中心對倉庫、配送車輛、人員等進行預處理，可實現生鮮農產品配送各環節在時間上的無縫對接，能夠顯著提高配送效率，縮短配送時間，降低配送成本。

關鍵詞：物聯網；生鮮農產品；配送優化

一、引言

為更好地貫徹落實李克強總理在政府工作報告中提出的“互聯網+”行動計劃，2015年5月商務部研究制定了《“互聯網+流通”行動計劃》。這是首個落實“互聯網+”的專項行動計劃，其目的在于加快互聯網與流通產業深度融合，推動流通產業轉型升級，創新服務民生方式，釋放消費潛力。[ 1 ]這一計劃主要面向廣大農村，并提出了具體目標。同時，針對總理的報告，不少專家提出了“物聯網+農業”的智慧農業發展方向，并預測該方向具有巨大的發展潛力，而農產品電商和農業物聯網在五個方面應用明顯，其中一個非常重要的方面就是農產品物流。在農產品物流研究中，生鮮農產品物流是十分重要的研究課題，本文對物聯網技術應用于生鮮農產品配送的階段進行研究，嘗試解決生鮮農產品配送過程中存在的一些問題。

1.生鮮農產品配送

生鮮農產品通常是指含水量高、保鮮期短、極易腐爛變質的果蔬、肉類及鮮活水產品。近年來，生鮮農產品產量逐年增長，特別是最近三年生鮮農產品總量每年都在11億噸左右，超過了農產品總量的一半。配送是整個農產品供應鏈非常重要的組成部分，這是因為農業生產和流通對自然環境及農產品個體生命特征的依賴性很強，使得農產品配送較工業產品難度更大。而生鮮農產品配送難度尤其大，因其本身具有鮮活性、生產地域性、季節性等特點，加之蔬菜、水產品等鮮活農產品又是日常生活必需品，需求彈性較小，具有產地分散性和消費普遍性等特點，[ 2 ]與玉米、小麥等其他農產品配送相比，生鮮農產品配送具有對運輸技術要求高、對物流時效要求高、對分揀包裝要求高、檢驗項目復雜等特點。[ 3 ]

“天津地產蔬菜物流標準化運作體系的構建研究”課題組對我國的一些重點生鮮農產品市場進行了深入調研，發現這些批發市場幾乎沒有高水平配送體系，沒有檢驗檢疫手段和設備，大多只是交易平臺，分揀和流通加工過程比較粗放，生鮮農產品特別是葉菜類農產品在這一環節損失嚴重，幾乎占到總損失的50%，按照這個比例計算，生鮮農產品僅配送環節的損失每年就要超過500億千克。

2.物聯網介紹

1999年，美國麻省理工學院Auto-ID實驗室的艾什頓（Ashton）教授提出了物聯網（Internet of Things）的概念，當時叫傳感網。在2005年國際電信聯盟（ITU）發布的報告中，這一定義和范圍已經發生了變化，即發展成了現在真正意義上的物聯網概念。物聯網概念是在互聯網概念基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，即在物與物之間進行信息交換和通信的一種網絡概念。[ 4-5 ]物聯網通過在物品上安裝識別裝置，通過無線處理設備，實時收發物品所有相關信息，實現完全的信息智能交互。當前，學術界比較認可的物聯網定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定協議把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。[ 6 ]因此，一個物聯網可以細分為標識、感知、處理和信息傳送四個環節，每個環節的關鍵技術分別為射頻識別二維碼、傳感器、智能芯片和電信運營商的無線傳輸網絡。

3.相關研究現狀和擬解決的問題

在中國知網上，我們以“物聯網+農產品”作為關鍵詞，對核心期刊論文進行篇名搜索，截至2014年底，發現了十幾篇相關論文，數量較少，但至少可以說明，已有學者對物聯網在農產品管理中的應用進行了初步探索；接下來，我們以“物聯網+配送”作為關鍵詞，對核心期刊論文進行篇名搜索，只找到了很少的幾篇文章，說明有關物聯網技術在配送中應用的研究相對較少；進一步，我們以“物聯網+生鮮農產品+配送”和“物聯網+生鮮農產品配送”作為關鍵詞進行篇名搜索，沒有發現類似的文獻，說明有關物聯網在生鮮農產品配送中應用的研究幾近于零。因此，考慮到相關研究的重要性，課題組在這方面進行了探索。

課題組在走訪調研及對調研數據進行整理分析時，發現了幾個比較典型的問題：一是配送屬于流通環節，不易監控，是假冒偽劣產品魚目混珠的重要環節；二是現代化管理手段在農產品配送管理中應用較少，導致生鮮農產品配送效率低下，農產品流通過程浪費嚴重，成本居高不下，且生鮮農產品在這一環節腐爛變質嚴重，污染環境；三是作為連接上游生產和下游零售環節的重要紐帶，配送環節信息管理的好壞直接影響著物流企業對生鮮農產品物流過程的監控，影響著用戶能否方便快捷地追溯生鮮農產品來源。因此，本文引入物聯網概念，嘗試建立農產品配送環節的物聯網構架以解決上述問題。

二、生鮮農產品配送管理中的主要信息技術

隨著社會的不斷進步，我國農業現代化水平也迅速提高，農產品物流取得長足發展，但由于生鮮農產品易腐爛、數量大、種植區域性等特點，對物流過程要求更加苛刻，尤其是物流過程中的重要一環——配送，傳統物流方式很難適應人們對生鮮農產品的品質要求。隨著物聯網概念的提出，生鮮農產品配送信息化有了新的發展趨勢，即向著自動化、網絡化、智能化方向演進。這些物聯網信息技術主要包括：配送過程追溯和跟蹤技術、包裝標識識別技術、信息交換和處理技術。[ 7 ]

1.配送過程追溯與跟蹤技術

主要包括兩個方面，即農產品配送環節的追溯系統和物流跟蹤技術。

農產品追溯系統包括生產追溯、管理追溯兩個部分，但配送環節的追溯主要涉及管理追溯的內容，是供應鏈管理追溯的研究內容。在農產品供應鏈管理中，把農產品初加工、倉儲、庫存以及供應商和客戶的數據合并，用標準化的方法和統一的規范對農產品供需、倉儲、庫存、分銷等物流過程進行全程管理。而農產品追溯體系的設計正是在供應鏈管理的基礎之上發展來的，它遵循GS1條碼規則，在分揀包裝時給生鮮農產品貼上產品唯一碼，將產品配送信息與下游供應鏈系統整合，使消費者可以在終端進行供應鏈全程追溯，包括產品信息、運輸環境、流通環節等消費者關注的信息，一旦買到的產品有問題，即可迅速明確問題產生的根源，在一定程度上保障食品安全。

物流跟蹤技術主要指3S技術，這里的“3S”是全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、地理信息系統（Geographical Information System，GIS）、遙感技術（Remote Senescing，RS）三個詞語的英文縮寫。全球定位系統、地理信息系統、遙感技術與其他技術集成，可以很好地應用于農產品物流管理。例如，與全球移動通信技術（Global System for Mobile Communication，GSM）集成，車輛可通過全球定位系統定位，可通過全球移動通信系統發送車輛位置、在途貨物相關信息到管理監控中心，監控中心管理員可通過車載系統向駕駛員發送查詢、控制及調度指令，實現對配送過程中生鮮農產品的實時監控；與射頻識別技術集成，可應用于農產品配送管理系統，實現對物流車輛的集成化可視化管理。

2.包裝標識識別技術

包裝識別技術是農產品追溯系統中的重要一環，主要通過數據載體——條碼、二維碼及射頻識別標簽，整合物流與信息流，以便配送過程各環節進行數據交換。二維碼和射頻識別技術是目前主流的農產品配送過程自動識別技術，該技術在生鮮農產品配送管理中的應用極大地提高了生鮮農產品配送管理中數據與信息采集的準確性和效率。

條碼和二維碼是目前農產品配送管理過程中應用最廣的自動識別技術，借助這種技術我們可以快速而準確地采集流通過程中的農產品信息。條碼和二維碼是農產品在基地或初級加工廠加工包裝后，由生產線的管理及工作人員將產品配送信息輸入系統后自動生成的，然后再將之打印出來貼在包裝上。在產品配送過程中，通過讀取設備掃描產品包裝上的條碼及二維碼，能夠迅速讀取農產品所有的配送信息。這樣就極大地提高了生鮮農產品配送管理的效率，降低了生鮮農產品配送過程中的運營成本。

射頻識別是近幾年迅速發展起來的自動識別技術，與條碼和二維碼相比，它具有防水、耐高溫、遠距離讀取、存儲容量大、芯片可重復使用等優點。將全球定位與射頻識別技術集成使用，對農產品進行動態跟蹤，可實現在途貨物信息收集和傳輸，實現實時監控和跟蹤。當整車貨物通過配送中心或物流站道口時，可以對整車產品進行信息收集，免去裝卸過程，避免生鮮農產品裝卸過程中的損失，與條形碼技術相比，其信息收集效率又有了很大提高。

3.信息交換和處理技術

（1）無線局域網技術。近幾年，網絡技術發展迅速，為農產品配送管理帶來了極大的便利，物流信息系統通過網絡技術將分散在不同地理位置的分支機構、供應商和客戶聯系起來，使得供應鏈上的節點信息可以實時交互和共享。無線局域網就是基于這一理念發展起來的，它與條碼技術、移動終端技術相結合，應用于農產品物流管理，如電子標簽揀選系統、無線終端揀選系統、自動揀選系統等，這些系統可對物流信息進行實時而準確的交換和處理，并將所儲存數據與處理結果共享，使生鮮農產品在配送過程中可以更加便利地進行收發、盤點、分揀等工作。

（2）電子數據交換技術。電子數據交換（Elec?tronic Data Interchange，EDI）是指商業合作伙伴間或自身各管理模塊間，按照某種標準，在各自的數據終端對規范化、格式化的信息數據進行自動交換和處理，這項技術是農產品物流信息平臺建立的基礎。對農產品配送過程中每天收發的訂單信息進行程序化處理，再通過電子數據交換技術將這些經過編譯的交易數據規范化、格式化，然后匯總到數據庫，各物流節點也按照同樣的格式和規范對數據進行處理，然后進行網絡數據共享。

農產品種類繁多，品質不一，產地不同，如何高效而準確地進行信息交換和共享，是實現農產品高效配送管理的關鍵，因此農產品配送過程中的信息處理系統是農產品配送管理的核心與中樞神經。在生鮮農產品配送管理過程中，集成了條碼（二維碼）技術、射頻識別技術、3S技術、電子數據交換技術、網絡技術等，實現了物流、資金流、信息流的實時交互和共享，并且可對信息進行實時處理，大大提高了生鮮農產品配送管理水平，方便了用戶，降低了社會成本。

三、配送環節的網絡結構

1.配送環節與前后各環節間的信息網絡

在農產品物流日常管理中，配送環節一般是上游與農產品加工企業和生鮮農產品基地相連，下游與銷售終端相連，因此物聯網的信息傳遞與交換也基于這種管理中的緊密聯系而設計。通過物聯網的信息平臺，前后環節間的數據交換幾乎并不占用寶貴的流通時間，同時政府部門和消費者也可很方便地進行監管和查詢。[ 8 ]配送環節與農產品物流其他環節間的信息交換如圖1所示。

2.配送環節內部功能間的信息網絡

生鮮農產品配送效率除需要配送中心與上游加工環節、下游銷售環節進行信息共享和同步管理外，配送中心自身的入庫、分揀、包裝、出庫、盤點等操作環節也同樣需要信息共享，只有對每一個操作環節的信息做好記錄，發布到數據平臺上，才能對產品進行快速配送與質量溯源。[ 9 ]配送環節內部功能間的數據信息平臺如圖2所示，至于數據庫所需的具體內容，接下來將專門進行解釋。

圖1　配送環節與農產品物流其他環節間的信息交換

圖2　配送環節內部功能間的數據信息平臺

圖3　基于物聯網的農產品配送系統構架

四、基于物聯網的配送系統設計

1.系統框架

根據物聯網技術特征與農產品物流配送特點，設計農產品配送系統構架，[ 10 ]如圖3所示。它主要包括數據采集、數據傳輸、配送管理三個環節。[ 11 ]其中，數據采集主要是通過傳感器等無線感知設備獲取農產品物流過程中的信息，便于對配送環節的管理；數據傳輸主要是借助通信網絡等基礎設施將信息傳送到互聯網上；配送管理主要是對互聯網傳輸的相關數據進行實時的管理和控制。三個環節無縫銜接，構成了基于物聯網的配送系統。

2.系統功能設計

（1）實時監控。這一功能主要是無線接收設備可以實時接收到全球定位系統的信號傳輸，并通過以太網將數據傳輸到配送數據庫中心，配送中心管理端發出查詢指令，即可定位被查詢車輛位置、車輛狀況、車內溫度、濕度等信息，同時配合服務器中的地圖，在地圖中顯示車輛位置。

（2）過程追溯。對于射頻識別信息，在農產品流通過程中，每經過一個環節，都會加載該環節信息，如企業名稱、產品流通加工記錄、產品檢驗數據、操作員姓名等，無論產品到達任何一個環節，配送中心都可在管理系統中進行查詢并監管。

（3）路徑尋優。系統內配有地圖軟件和路徑優化軟件，配送中心在地圖上標注訂貨客戶的地點，由系統根據訂貨量與路徑長短，自動計算最優路徑。配送車輛在城市進行配送的過程中，系統可實時監控車輛所在的地點和車上的貨物量，車輛一旦發現原路徑擁堵嚴重，可及時向管理中心反饋，中心可通過路徑優化系統重新安排車輛剩余部分的行駛路線。另外，一旦原訂單客戶在車輛出發后對訂貨量進行調整，管理中心也可及時通知該配送車輛，同時對所有配送車輛的運行路線進行重新規劃并發出指令，以達到總體配送路徑最優。[ 12 ]

（4）數據管理。傳統的物流配送過程由于不能實時操作，一般采取以下處理方式：一是分批配送，配送中心對每天的訂貨進行一到兩次統計，根據統計結果分批安排發貨，不能實時根據客戶要求進行調整；二是對于突發配送任務，要進行特殊處理，如利用專門的車輛進行配送等。對于物聯網配送系統，其數據傳輸、統計、分析、管理等都是實時的。例如，車輛出發后又有新訂單或原訂單有變化時，中心可隨時通知在途車輛進行調整，從總體上分配所有已經出發的車輛，及時根據車輛位置和訂單變化調整配送路線與未出發車輛配載，實現整體配送效率最高，成本最低。配送車輛在貨物送達并簽收后，會通過車輛配載的終端配送信息采集系統將到貨簽收通知實時傳到總部，客戶一旦完成簽收，總部的訂單狀態就會由配送自動修改為配送完成，并對產品配送批次、零售客戶簽收批次、客戶信息等進行同步修正，使產品生產加工、配送、零售的所有信息數據對應起來。

3.系統數據庫

配送中心一般靠近城市，通常是規模化采購，并根據消費地點的客戶訂單進行分揀和零散配送。另外，農產品生產受氣候、地理位置等自然條件限制，一般其產地和初級加工廠距離配送中心較遠，在途物流時間較長，運輸過程中可能會導致產品變質，因此入庫前需要經過嚴格的檢測，為達到前面設計的系統功能，配送環節的數據庫應包括配送中心信息、中心工作人員信息、農產品檢測信息、配送環節追溯信息四個部分，具體數據項目參見表1。

當然，對系統數據庫而言，這些信息是最基本的，我們還可根據具體的企業、行業等對數據進行修正，以達到促使系統更有效運行的目的。

表1　農產品配送中心數據庫的數據項目

五、基于物聯網的配送系統應用

具體實踐中，為完成整個生鮮農產品物流配送，基于物聯網的配送系統主要包括如下幾個子系統：

1.智能包裝子系統

生鮮農產品在實際流通過程中，長距離運輸多數情況下并不采用小包裝運輸。這是因為，即使采用小包裝，經過長距離運輸后也會產生腐爛變質的枝葉，到達物流節點時仍然需要重新清理，所以長距離運輸大多采用比較粗獷的包裝，甚至沒有包裝。這樣，配送環節的流通加工和包裝對物流效率和產品品質的影響就顯得尤為重要了。智能包裝是指在包裝上嵌入自動讀取和存儲數據的芯片，以便實時存儲包裝物內與產品內容、品質、運輸及銷售過程有關的信息，利用物聯網技術在配送節點高效地進行數據交換，從而達到提高物流效率的目的。

2.智能流通加工子系統

流通加工環節是在配送節點對生鮮農產品進行輔助性加工生產，以提高效率，提高資源使用率，方便用戶和促進銷售，同時也可提高產品的附加值和配送環節操作的便利性。這項工作主要是品種的組合、黃葉及腐爛部分的處理、清洗、標識制作、稱重等，同時配合智能化包裝，方便配送管理。

3.智能裝卸搬運子系統

配送環節的裝卸和搬運效率直接影響著整個配送環節的效率。這個環節主要包括裝車、卸車、移送、堆垛、出入庫等操作，根據生鮮農產品類別和裝卸搬運要求，其智能裝卸系統主要由輸送系統、智能搬運車、控制系統、通信系統等部分組成。

4.智能倉儲管理子系統

智能倉儲管理與傳統倉儲的不同之處在于，傳統倉儲以儲存為主要工作內容，而智能化倉儲是通過現代化技術，結合庫存理論，來實現合理高效的倉儲服務，解決生產與消費節奏不一致的問題，減少浪費并保障物流的及時性。在物聯網技術下，智能倉儲可以做到準確而實時地記錄并保存庫存信息，自動分配貨位，實時盤點庫存，實時查詢產品位置，匯總各類庫存信息，并且可以統計各品類產品的出入庫數量和信息，對生鮮農產品需求的季節性和周期性進行預測等。

5.智能分揀子系統

智能分揀系統是配送中心根據顧客訂單要求或配送計劃，迅速、準確地將商品從其儲位或其他區位揀取出來，并按照一定的方式進行分類與集中的作業過程。自動分揀機一般由輸送機械部分、電器自動控制部分、計算機信息系統聯網組合而成。它可以根據用戶要求及場地情況，根據訂單對產品種類、數量、出庫時間、用戶、地名等進行自動分揀、裝箱、封箱等連續作業。智能分揀系統不受氣候、時間、人的體力等限制，可以連續運行。同時，智能分揀系統單位時間內分揀件數多，且誤差率極低。分揀誤差率的高低主要取決于所輸入分揀信息的準確性，如果采用人工鍵盤或語音識別方式輸入，誤差率在3%左右；如果采用條形碼掃描輸入，除非條形碼印刷本身存在差錯，否則不會出現差錯。因此，目前智能分揀系統主要采用條形碼技術來識別貨物。分揀作業基本可實現無人化，建立智能分揀系統的目的之一就是減少人員的使用，降低人員的勞動強度，提高人員的工作效率。

6.智能產品可追溯子系統

它以產品追溯碼為信息傳遞工具，以追溯標簽為表現形式，以查詢系統為服務手段，實現對生鮮農產品原料來源、流通加工、倉儲及零售各環節的全程監控，并對追溯信息進行整理、分析、評估、預警，完善生鮮農產品流通過程質量安全監管體系。配送是整個物流過程中非常重要的一環，對生鮮農產品全產業鏈的追溯是保障配送環節生鮮農產品質量的基礎，可保障對配送環節信息的全面收集，保障配送環節的可監管性，使配送環節信息更加透明，使生鮮農產品配送行業更加規范。[ 13 ]

上述幾個子模塊的有機結合，使物聯網技術在生鮮農產品配送中得以實現，推動了生鮮農產品配送的自動化和智能化。物聯網配送系統的應用始于生鮮農產品由生產基地和初級加工廠發貨的那一刻，盡管貨物還沒有到達配送中心，但此時配送中心已經可以實時接收到產品在途的一些信息，如氣候、溫度、車輛狀況等，便于配送中心提前安排人員、物資與倉儲場地。貨物到達配送中心之前，檢驗人員就已經對產品數量、品種、來源、在途情況等有了一個詳細的了解，并對檢驗所需的設備、材料等進行了準備，貨物一旦到達即可馬上進行產品檢驗，并通過掃描產品的射頻識別電子標簽，記錄檢測指標和檢驗結果，根據系統提示判斷是否合格，進而安排入庫或退貨。產品入庫、出庫、調撥、移庫、越庫、盤點等各環節操作都是通過射頻識別電子標簽和傳感器進行自動化整批采集的，不需要對單個產品進行掃描，可確保配送中心各環節數據輸入的高效性和準確性，大大縮短生鮮農產品配送環節的物流時間，同時確保企業及時、準確地掌握真實庫存數據，幫助配送中心合理安排進貨并控制庫存。

六、結論

物聯網技術這一最先進管理手段在生鮮農產品配送中的應用，可大大改善生鮮農產品配送現狀，提高生鮮農產品配送效率，降低生鮮農產品配送損失率，同時可對整個生鮮農產品物流過程進行優化。另外，終端客戶可實時了解生鮮農產品整個物流過程，很好地阻止假冒偽劣農產品在配送環節進入農產品市場，從根本上解決我們在實際調研中發現的問題。

＊本文系天津市哲學社會科學基金項目“天津地產蔬菜物流標準化運作體系的構建研究”（項目編號：TJYY13-026）的部分研究成果。

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責任編輯：陳詩靜

Research on the Internet of Things Application in Fresh Agricultural Product Distribution

HAN Junde1，2and DU Qiguang1，2
（1.Tianjin University，Tianjin300072，China；2. Tianjin Agricultural University，Tianjin300384，China）

Abstract：At present，there are some problems existing in the logistic process of traditional fresh products，such as the inefficient data acquisition，the poor real-time scheduling，and the difficult controlled process. To better improve the distribution efficiency，reduce the loss rate in distribution，optimize the whole logistic process，and make the end users to obtain the real time logistic information of fresh agricultural products，the authors apply the Internet of Things，the most advanced management measure，to the distribution of fresh agricultural products，and put forward a new plan for the distribution of fresh agricultural products. The plan shows an information architecture of distribution：the Internet of Things is used to handle all types of data and information，such as basic information of fresh agricultural products in the RFID electronic tags，environmental data from sensor’s sensing，the coordinated information of the products from GPS. The result is that the distribution center can easily pretreat all the data from the warehouses，the vehicles，and the workers. And the final purpose is to realize the seamless delivery of fresh agricultural products. It will be sure that，with the use of the Internet of Things，we can significantly improve the efficiency of distribution，shorten the delivery time and reduce the cost.

Key words：the Internet of Things；fresh agricultural products；distribution optimization

[作者簡介]韓俊德（1976—），男，河北省阜城縣人，天津大學管理與經濟學部博士后，天津農學院管理學院教師，主要研究方向為農產品物流；杜其光（1982—），男，山東省青島市人，天津大學博士，天津農學院管理學院教師，主要研究方向為物流供應鏈管理、生產運營管理。

中圖分類號：F252.24

文獻標識碼：A

文章編號：1007-8266（2015）12-0054-07