基于物聯網技術的農產品冷鏈物流系統設計

陳曉鳳 祝 群

（1、2.龍巖學院經濟與管理學院，福建 龍巖364012）

物聯網是指建立在物品編碼、RFID技術以及互聯網的基礎上，按約定的協議，可以把任何物品與互聯網等網絡相連接，進行信息交換、通信、處理，實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種信息系統［1］。隨著居民生活水平的提高以及消費方式的變化，人們對農產品新鮮度和安全性的要求越來越高。不管是通過網購還是通過大型農產品批發市場、生鮮超市，生鮮農產品的需求滿足都要冷鏈物流系統的支持。如何將物聯網技術應用于冷鏈物流中，設計一個農產品冷鏈物流系統實現農產品冷鏈過程的信息化管理具有重要實際意義。

1 我國農產品冷鏈物流研究現狀

我國冷鏈物流自20世紀80年代興起，經過三十多年的發展，已初步形成一定規模，但與發達國家相比，仍有較大的差距，尚未形成規模化、系統化的冷鏈物流體系，無法滿足我國發展現代化農業、提高居民消費和擴大農產品出口的需求。

國內眾多學者對我國農產品冷鏈物流現狀進行分析和研究，認為與國外發達國家相比，我國農產品冷鏈物流還存在基礎設施建設不足，農產品冷鏈物流體系缺乏，專業人才少、保鮮技術落后和信息化水平較低等問題，并提出一系列相應對策。總體來說，對冷鏈物流研究主要集中在宏觀層面，對具體操作環節的實際應用和改進分析較少。針對我國農產品冷鏈物流發展的實際情況，如何利用現代化信息技術保證農產品的質量安全，提高農產品的流通率，減少農產品產后損失，建立完善的監控和追溯系統，實現冷鏈物流信息化是冷鏈物流發展亟待解決的重要問題。

2 基于物聯網技術的農產品冷鏈物流系統設計

冷鏈物流系統是利用計算機系統、GPS、GIS和物聯網技術等對農產品冷鏈物流過程中的信息進行采集、處理、傳輸、查詢、更新和維護，提高冷鏈管理的效率，與企業資源計劃、運輸管理系統和倉儲管理系統等的功能進行整合，為企業管理人員提供決策依據。基于物聯網技術的農產品冷鏈物流系統按照信息的處理過程，可分為農產品信息讀取模塊、農產品信息管理模塊、溫濕度控制模塊、用戶管理模塊和接口管理模塊。

2.1 農產品信息讀寫模塊

該模塊通過各個環節的RFID天線和讀寫器，獲取或寫入電子標簽中的農產品信息，并按照約定的方式發給系統，系統對收到的數據進行解碼，獲取農產品名稱、數量、保質期等數據，并根據不同的需求進行分離和歸類，最終存入數據庫，以便后期的處理和分析。數據庫作為系統運行的基礎部分，主要用于儲存農產品信息、溫濕度信息和用戶信息和這三者之間的聯系。

2.2 農產品信息管理模塊

該模塊主要是對數據庫中的農產品資料進行添加、查詢、統計、刪除和修改［2］。添加功能可以在數據庫中更新農產品信息，例如將新農產品的信息寫入電子標簽。查詢功能可以通過代碼或名稱查詢農產品產地信息、在途信息、在庫信息等，讓用戶了解農產品實時狀態。統計功能可查看每日農產品的進出庫量、運輸量等內容，方便用戶對農產品冷鏈物流數據進行統計分析。刪除功能是將一些不再需要的農產品信息進行刪除，減少數據冗余。修改功能可以對農產品的信息，如名稱、描述、代碼等進行修改。

2.3 溫濕度控制模塊

該模塊包括農產品溫濕度錄入、查詢和處理三個功能。溫濕度的錄入是通過無線傳感器WSN實時感應農產品所處環境的溫濕度，利用無線通信技術等傳輸到系統，系統根據接收的數據形成溫濕度變化曲線圖顯示在后臺監控中心。該模塊始終保存和更新農產品冷鏈過程中溫濕度的記錄，直至到最終消費者。溫濕度查詢功能，便于用戶了解農產品在某一環節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節，當錄入的溫濕度數據超出設定標準范圍，則系統自動生成指令，通過無線傳輸技術，控制相應的制冷設備或加濕器等，進行溫濕度調節；或者生成的警報發送到現場處理人員手持終端或手機，要求現場人員進行檢查和調節。

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作的各相關主體，包括農產品生產加工商、運輸商、倉儲商和批發零售商等，能登陸系統進行操作的人員，有添加用戶、刪除用戶、修改用戶功能等。根據實際需要，在系統中添加新的用戶、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，明確冷鏈相關人員的訪問權限和責任，提高管理的規范化程度。

2.5 接口管理模塊

該模塊旨在利用數據庫設計、輸入輸出設計等將本系統與其他物流子系統、公共信息平臺、終端相連接，實現系統功能的整合。通過與企業資源計劃（ERP）、倉儲管理系統（WMS）、運輸管理系統（TMS）、自動訂貨系統（EOS）等連接，節省信息化投入，拓展系統的功能，提高系統的兼容性和信息的共享性，避免“信息孤島”的出現。可通過手機、超市自助終端或政府的公共信息平臺等接入系統，使用權限內的功能，如查詢購買的產品的生產加工信息、冷藏、運輸信息等，實現農產品的跟蹤和追溯。

3 基于物聯網技術的冷鏈物流系統實現

農產品冷鏈物流系統的實現要與農產品冷鏈流程相結合，在低溫加工、冷藏倉儲、冷藏運輸和低溫銷售這四個環節中應用并發揮其功能。

3.1 低溫加工應用

農產品采收、捕獲或屠宰后，進入加工環節前，為每一單位的農產品配備攜帶溫濕度傳感器的EPC電子標簽，利用農產品信息讀寫模塊寫入相關信息，如農產品名稱、數量或重量、品種、產地等。在進入加工場所后，利用溫濕度控制模塊，制冷設備控制溫度，加濕器控制濕度，攜帶無線傳感器的產品電子標簽實時收集和傳輸溫度和濕度信息，并傳輸給EPC信息網絡系統，當溫濕度高于設定溫度時，發出警報，工作人員檢查和調整制冷設備運作情況，直至溫濕度達到設定標準。加工結束后，將農產品放入標準的物流箱或保溫箱，在EPC標簽上相應寫入產品品質等級、保質期、加工企業名稱、加工過程等信息。

3.2 冷藏儲存應用

農產品離開生產加工場所，進入倉庫、配送中心或物流中心等，實現低溫儲存。該環節由冷藏倉庫、溫濕度監測設備、信息采集和傳輸設備構成的信息讀寫模塊和溫濕度控制模塊完成管理。當農產品進入冷藏倉庫，由RFID識別系統根據RFID天線采集農產品EPC標簽攜帶的所有產品信息，顯示于后臺系統，監控農產品的儲存環境。在存儲過程中，系統實時獲取攜帶無線傳感器的農產品的溫濕度信息，保證產品所在區域的溫濕度處于設定范圍內。利用接口管理模塊連接倉儲管理系統獲得產品信息，為農產品安排適當的儲位并生成指令，將產品存放到指定貨位。EPC電子標簽寫入倉儲信息如入庫時間、貨架位置、溫濕度要求信息等。根據客戶訂單需求，對儲存的農產品進行人工分揀或自動化分揀，并做好農產品相應信息的更新。

3.3 冷藏銷售應用

農產品根據消費需要，離開冷藏倉庫，進入銷售過程，由批發商、零售商保證銷售環節的產品保鮮。這個環節利用農產品信息讀寫模塊、農產品信息管理、溫濕度控制和接口管理等模塊實現保鮮銷售。到達銷售點，系統將收集每個農產品上EPC標簽的信息，并寫入產品入店時間、存放位置等信息。在銷售環節，冷柜和貨架上的制冷和加濕設備，調節農產品所需要的溫濕度；電子標簽向后臺傳輸溫濕度記錄，連接系統，根據溫濕度情況控制制冷和加濕設備；銷售人員根據產品信息、溫濕度變化記錄和產品的保質期等，及時做出促銷或下架的決策。

3.4 冷藏運輸應用

在農產品冷鏈物流過程中，冷藏運輸貫穿始終。在運輸過程，借助溫濕度控制模塊，控制車廂的溫度和濕度，使農產品不變質、不受污染。利用接口管理模塊連接GPS、WSN、無線傳輸技術GPRS、GIS集成系統，更好地規劃運輸線路。農產品進入車廂，車廂上的天線獲得所裝入的農產品的信息，與送貨單核對是否正確；制冷設備工作，保證車廂內的溫度處于設定標準；無線傳感器將溫度變化通過無線傳輸技術傳輸到后臺監控中心，當溫度接近溫度設定標準時，發出警報，后臺中心遠程控制車廂制冷設備的運作或者發出指令到司機手機，由司機處理；GPS和GIS技術實現冷藏車輛的實時跟蹤和定位，規劃最佳運輸和配送該路線，提高運輸效率。

4 系統的實施建議

4.1 軟硬件設備準備

冷鏈物流系統的實現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電子標簽、RFID讀寫器、計算機硬件、無線傳感器、制冷設備和濕度控制器、GPS導航設備等。軟件方面，操作系統、數據庫管理系統、冷鏈物流系統功能實現（程序編譯）、GIS軟件等。通訊網絡方面，采用NFC近場通信技術、ZigBee技術和無線電波傳輸技術等。

4.2 數據準備

數據準備是一個耗時較長和比較復雜的工作，要求將原有的手工系統或者分散的子系統所使用的各類數據按照本系統所要求的規范進行收集和整理，滿足系統的輸入輸出設計，如進行農產品、用戶的代碼設計、屬性設計等，對數據進行組織，使數據按照一定的方式儲存于數據庫中。

4.3 人員準備

人員包括業務人員和系統設計、實施人員等。業務人員主要包括農產品生產加工人員、倉儲人員、司機、調度人員等。系統實施人員是指保證系統能夠正常運作的相關人員，包括系統分析人員、設計人員、操作人員和維護人員等。一是招聘引進冷鏈、計算機專業等相關人才，使系統的運行更加專業和高效；二是對現有員工進行培訓，熟練掌握該系統的操作知識和技巧，保障系統的順利實施。

4.4 運作主體準備

由于冷鏈系統的實施需要較大的資金投入，一些中小企業無法承擔，無法全范圍普及。立足當前農產品冷鏈發展的實際，一是以農產品供應鏈中的核心企業為主導，如某些農產品加工龍頭企業、大型冷鏈物流中心、冷鏈物流企業為試點，先使用該系統，再擴展到上下游企業，逐漸完成冷鏈信息系統的銜接和實施；二是中小企業合作共建共用一個冷鏈系統，或借助物流公共信息平臺，實現資源的合理配置和信息的共享互通。

［1］馬婷，李芳，單大亞·基于物聯網技術的食品冷鏈物流跟蹤及追溯問題研究［J］.上海理工大學學報，2013，35（6）：557－561.

［2］張志紅·河北省農產品冷鏈物流網絡的現狀與發展趨向［J］.廊坊師范學院學報，2013，13（6）：60－62.