冷鏈物流車輛狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)

胡江虹

摘 要：以低溫保鮮功能為主的冷鏈物流對運(yùn)輸車輛的要求較高，監(jiān)控冷鏈物流車輛狀態(tài)成為提升物流質(zhì)量的有力支撐，現(xiàn)階段仍然缺少有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控冷鏈物流車輛的監(jiān)控終端。為此設(shè)計(jì)了一種冷鏈物流車輛狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，通過該監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，該裝置主要由各類傳感器和攝像機(jī)等設(shè)備構(gòu)成，完成對運(yùn)輸車輛重要數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高效的收集與分析處理過程，詳細(xì)展示當(dāng)前車輛狀態(tài)信息并保留原始數(shù)據(jù)，根據(jù)嚴(yán)重等級(jí)發(fā)出警報(bào)信息以供工作人員及時(shí)處理。

關(guān)鍵詞：冷鏈物流;車輛狀態(tài)監(jiān)控;遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置;傳感器;實(shí)現(xiàn)路徑

中圖分類號(hào)：TP 277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-757X（2020）11-0133-04

Abstract：Cold chain logistics， which is mainly based on low-temperature fresh-keeping function， has higher requirements for transport vehicles. Monitoring the status of cold chain logistics vehicles has become a powerful support for improving the quality of logistics. At this stage， there is still a lack of effective real-time monitoring terminals for cold chain logistics vehicles. This article mainly designs a remote monitoring device for the status of cold chain logistics vehicles. Through this monitoring device， a comprehensive real-time monitoring function is implemented. The device is mainly composed of various sensors and cameras and other equipment. It can analyze the processing process， display the current vehicle status information in detail and retain the original data， and issue alarm information according to the severity level for timely processing by staff.

Key words：cold chain logistics;vehicle condition monitoring;remote monitoring device;sensors;implementation path

0?引言

隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展和完善，拓寬了對存儲(chǔ)溫度及環(huán)境要求較高的生鮮農(nóng)產(chǎn)品（包括奶制品、水果、蔬菜、禽畜等）的銷售路徑，近年來冷鏈物流業(yè)得到了迅速發(fā)展，但現(xiàn)階段國內(nèi)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)仍然面臨著運(yùn)輸環(huán)節(jié)損耗率較高、物流存儲(chǔ)及運(yùn)輸技術(shù)有待提高等方面的問題，冷鏈物流車輛作為鮮活農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸不可缺少的工具在確保產(chǎn)品品質(zhì)方面起到重要作用，研究確定最短運(yùn)輸線路，降低運(yùn)輸成本，使冷鏈物流車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)成為行業(yè)內(nèi)的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。為有效提高冷鏈配送車輛的管理水平及工作效率，同時(shí)降低配送方面的相關(guān)成本，本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上完成了車輛狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)。

1?現(xiàn)狀分析

冷鏈物流過程的關(guān)鍵在于保持低溫環(huán)境，不斷發(fā)展進(jìn)步的科學(xué)技術(shù)及制冷技術(shù)促使基于冷凍工藝學(xué)的冷鏈物流（使用制冷技術(shù)構(gòu)建的一種低溫供應(yīng)鏈系統(tǒng)）得到快速發(fā)展。隨著物質(zhì)生活水平的提高及市場需求的多樣化，促使冷鏈貨物的種類及數(shù)量不斷增多，冷鏈物流的復(fù)雜程度隨之不斷提高，這就對冷鏈物流的監(jiān)控和管理提出了更高的要求。確保冷鏈商品質(zhì)量的關(guān)鍵在于嚴(yán)格的溫度控制過程，冷鏈貨物在貯藏、運(yùn)輸過程不符合規(guī)定要求的情況下極易降低產(chǎn)品的新鮮甚至變質(zhì)，影響了產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值及口味。特別是對車輛運(yùn)輸過程中的數(shù)據(jù)采集記錄與問題的及時(shí)處理能力不足，從而進(jìn)一步提升貨物交接質(zhì)量及效率，同時(shí)簡化了后續(xù)的責(zé)任追溯與索賠等工作流程。冷鏈物流在國內(nèi)起步相對較晚，發(fā)展水平仍有待提高，冷鏈運(yùn)輸業(yè)尚處于起步階段，相比于發(fā)達(dá)國家我國的冷鏈運(yùn)輸率較低，現(xiàn)階段我國每年消費(fèi)的易腐食品已達(dá)到上億頓，這些商品中超過一半需冷鏈運(yùn)輸，已實(shí)現(xiàn)的冷鏈運(yùn)輸供給同市場需求間仍存在一定的差距，尤其是肉類、水產(chǎn)品、牛奶和豆制品普遍存在冷鏈運(yùn)輸能力不足的問題，流通環(huán)節(jié)中易腐食品的損失率較高（25%～30%左右）。這些具備易腐易變質(zhì)特點(diǎn)的商品增加了冷鏈物流使用成本及監(jiān)管難度，目前監(jiān)控冷鏈物流車輛狀態(tài)已成為進(jìn)一步提升冷鏈環(huán)節(jié)效率的重要環(huán)節(jié)。如何兼顧滿足客戶需求及物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效率受到越來越多的學(xué)者的關(guān)注。近年來為滿足冷鏈運(yùn)輸需求部分企業(yè)加大了購置冷藏車的力度，在運(yùn)輸環(huán)節(jié)溫度控制方面數(shù)量不斷增加的冷藏車大多采用傳統(tǒng)粗放型的控制手段，缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的溫度控制及操作流程，監(jiān)控與管理能力不高，限制了各環(huán)節(jié)運(yùn)輸信息的有效銜接和使用，不利于提高產(chǎn)品運(yùn)輸品質(zhì)并且自出現(xiàn)問題后難追溯[1]。

2?冷鏈物流車輛監(jiān)控終端功能描述

在實(shí)際物流運(yùn)輸過程中部分商品要求低溫冷藏，部分藥品、奶制品、保鮮食品受到低溫保鮮運(yùn)輸條件的限制極易出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器、單片機(jī)、電子信息等在內(nèi)的技術(shù)為冷鏈物流的建立、管理、跟蹤監(jiān)控提供了有力的支撐，促使冷鏈物流向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、智能化方向發(fā)展。隨著冷藏車數(shù)量的不斷增多，多種冷鏈車監(jiān)控系統(tǒng)不斷投入到市場中以滿足市場運(yùn)輸監(jiān)管需求，但這些監(jiān)控系統(tǒng)大多難以實(shí)現(xiàn)對冷鏈車的全方位監(jiān)控，導(dǎo)致難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決出現(xiàn)的相關(guān)問題，為有效滿足低溫冷藏產(chǎn)品的運(yùn)輸要求保證產(chǎn)品品質(zhì)，本文針對冷鏈物流運(yùn)輸環(huán)境完成了一種車輛遠(yuǎn)程終監(jiān)控終端裝置的設(shè)計(jì)，用于全程監(jiān)控車輛運(yùn)輸過程，全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員、車輛及貨物信息（同時(shí)保留原始數(shù)據(jù)），及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并加以追溯，確保整個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的運(yùn)輸質(zhì)量和效率[1]。本文所設(shè)計(jì)的車載冷鏈物流車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的顯示主界面，如圖1所示。

主要由主界面、視頻界面和導(dǎo)航界面構(gòu)成，可完成對運(yùn)輸車輛重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高效的采集過程，主要通過使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，該監(jiān)控裝置界面的右邊包括導(dǎo)航、視頻、退格、確認(rèn)和重啟5個(gè)功能鍵，實(shí)時(shí)顯示地理位置、當(dāng)前時(shí)間、車內(nèi)貨物信息、車廂內(nèi)溫度、油量、車門狀態(tài)和服務(wù)器指令等信息，通過可觸摸液晶屏完成對溫度范圍與采集間隔的設(shè)置（在溫度顯示區(qū)域?qū)崿F(xiàn)），在指令顯示區(qū)域可對具體服務(wù)器指令進(jìn)行查看與回復(fù)，可對服務(wù)器時(shí)間進(jìn)行手動(dòng)讀取和設(shè)置（在時(shí)間顯示區(qū)域），在貨物顯示區(qū)域可上下翻頁查看列表中的貨物信息。車載終端的視頻界面需駕駛員調(diào)用啟動(dòng)（包括安裝于車輛上的全部攝像頭），主要用于特殊情況下幫助駕駛員查看具體情況（如收到提示/警告信息時(shí)不便停車檢查），點(diǎn)擊退出該界面后相關(guān)進(jìn)程和各攝像頭會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，返回至顯示主界面。駕駛員切換到該監(jiān)控裝置的導(dǎo)航界面即可開啟導(dǎo)航軟件，以貨物目的地信息（可由駕駛員輸入）和GPS 信息為依據(jù)完成最佳行車路線的計(jì)算和確定，有效縮短前往目的地的耗時(shí)。該裝置配合服務(wù)器使用以便更好的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度功能，在保證貨物運(yùn)輸質(zhì)量、提高運(yùn)輸效率的同時(shí)節(jié)省了運(yùn)輸成本[2]。

3?冷鏈物流車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)

該智能監(jiān)控裝置主要由車廂溫度、車門狀態(tài)、油量、GPS 定位和物品幾大功能監(jiān)控模塊構(gòu)成，為提升后續(xù)的使用、升級(jí)和維護(hù)的便利性，采用模塊化開發(fā)思想實(shí)現(xiàn)各模塊功能。

3.1?車廂溫度監(jiān)控模塊

溫度監(jiān)控模塊的具體流程，如圖2所示。

根據(jù)實(shí)際采集需要在車廂內(nèi)布置溫度采集節(jié)點(diǎn)（確定數(shù)量和位置），大型運(yùn)輸車輛可能需要對其不同廂體位置的溫度進(jìn)行采集，然后向車載監(jiān)控裝置傳輸已采集到的溫度信息，在此基礎(chǔ)上完成對相關(guān)信息的保存、顯示、上傳及異常判斷功能，報(bào)警器在檢測溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍的情況下會(huì)向駕駛員發(fā)出調(diào)節(jié)溫度的提示信息。溫度采集模塊根據(jù)采集到的溫度信息在車載終端顯示（以折線圖方式），以便駕駛員快速直觀的掌握車廂溫度變化情況，用戶可根據(jù)實(shí)際需要自由選擇手動(dòng)控制（需駕駛員以顯示溫度為依據(jù)通過調(diào)控冷氣壓縮機(jī)完成）和自動(dòng)控制（由車載終端主動(dòng)控制冷氣壓縮機(jī)完成）這2種溫度調(diào)節(jié)方式。可自行設(shè)定每次采集溫度的間隔（如1 min），并在硬盤中存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)信息后上傳給服務(wù)器，最終在終端主界面上顯示，同時(shí)對比已保存的預(yù)設(shè)合理溫度范圍，超出范圍則發(fā)出“請注意，車廂溫度異常”的報(bào)警信息，駕駛員據(jù)此通過調(diào)節(jié)冷壓機(jī)實(shí)現(xiàn)對車廂溫度的有效控制[3]。

3.2?視頻監(jiān)控模塊

視頻監(jiān)控模塊具體流程，如圖3所示。

主要通過車載攝像頭實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，主要負(fù)責(zé)對駕駛員、車廂門口、油箱的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和壓縮處理。圖像數(shù)據(jù)采集主要包括圖片（jpg 格式）和視頻（H264 格式）兩種形式，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像數(shù)據(jù)，顯示于車載終端的視頻數(shù)據(jù)可按需選擇相關(guān)攝像頭的視頻開啟（包括全屏顯示某個(gè)攝像頭信息），圖像數(shù)據(jù)會(huì)在車載終端的硬盤及上級(jí)服務(wù)器中分別保存。車載終端對車門開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行判斷（通過限位開關(guān)完成），攝像頭（安裝于后車門車頂）在車門打開時(shí)開始采集視頻。以車速為依據(jù)（由GPS 獲得）對車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行判斷，監(jiān)控油箱和車門的攝像頭在車輛行駛時(shí)關(guān)閉，此時(shí)開啟攝像頭采集駕駛員照片和視頻;車輛停止時(shí)則開啟油箱的監(jiān)控?cái)z像頭，并停止拍攝駕駛員。保存和上傳處理全部采集到的視頻數(shù)據(jù)信息，結(jié)合駕車時(shí)間將駕駛員照片通過圖像處理及關(guān)鍵特征提取完成對其是否為疲勞駕駛的判斷，判斷為疲勞駕駛時(shí)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的提示音并做好歷史記錄[4]。

3.3?油量監(jiān)控模塊

油量監(jiān)控模塊的工作流程，如圖4所示。

主要用于檢測油量使用量、剩余量、偷油情況，以供服務(wù)器后期處理使用，車輛當(dāng)前油量由安裝在車輛上的油量傳感器完成信息讀取后，上傳并保存油量數(shù)據(jù)，比較以往上傳的歷史測得數(shù)據(jù)判斷油量異常情況存在與否，在油量的減少同車輛正常行駛時(shí)的油耗不符及停車仍耗油等情況下自動(dòng)打開油箱的視頻監(jiān)控，同時(shí)發(fā)出報(bào)警提示信息（“請注意，油量異常”）[5]。

3.4?RFID 物品監(jiān)控模塊

RFID 物品監(jiān)控模塊工作流程，如圖5所示。

使用RFID主要實(shí)現(xiàn)了：在標(biāo)簽中錄入準(zhǔn)確全面的包括貨物品種、類型、裝貨及卸貨地點(diǎn)、重量、數(shù)量、錄入操作員信息等在內(nèi)的貨物信息（包裝貨物或裝車貨物時(shí)）;根據(jù)采集到的標(biāo)簽信息在貨物上放置用于記錄信息的 RFID 標(biāo)簽并上傳至服務(wù)器，以供出入車廂時(shí)登記貨物信息及服務(wù)器端調(diào)度指揮使用;貨物上下車時(shí)通過讀卡器可隨時(shí)對標(biāo)簽信息進(jìn)行讀取、顯示，幫助駕駛員掌握運(yùn)輸目的地。未關(guān)閉車門前會(huì)持續(xù)讀取并記錄貨物信息，關(guān)閉車門后則對車上貨物進(jìn)行歸類分析處理（以 GPS導(dǎo)航信息及服務(wù)器指令為依據(jù)）獲取所載貨物目錄（包括已運(yùn)達(dá)貨物，顯示在終端主界面上），根據(jù)貨物要求設(shè)定溫度范圍，以便準(zhǔn)確排序、更新運(yùn)輸目的地和導(dǎo)航[6]。

3.5?車門狀態(tài)監(jiān)控和GPS定位

未避免車門非正常開關(guān)、貨物丟失等問題的出現(xiàn)，由車門狀態(tài)監(jiān)控模塊根據(jù)限位開關(guān)的斷開與接通情況完成車門狀態(tài)的檢測和判斷并在車載終端進(jìn)行與實(shí)時(shí)顯示，檢測到異常開啟的車門及時(shí)主動(dòng)的發(fā)出報(bào)警信息同時(shí)上傳服務(wù)器，提醒駕駛員及時(shí)處理，并供服務(wù)器端整體監(jiān)控使用，如圖6所示。

打開車門時(shí)根據(jù)駕駛員操作、貨物接貨和卸貨地點(diǎn)（ GPS 信息）信息完成車門開啟情況的判斷。GPS定位功能通過直接安裝相關(guān)導(dǎo)航軟件或使用開源軟件代碼完成GPS 導(dǎo)航功能的移植實(shí)現(xiàn)，接收到的定位信息分別存儲(chǔ)于終端硬盤和上級(jí)傳服務(wù)器中，以供其他模塊讀取使用[7]。

4?終端功能的實(shí)現(xiàn)

傳感器作為實(shí)現(xiàn)本文車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置功能的關(guān)鍵部分，為使監(jiān)控裝置更加靈活方便，其在車輛上的安裝示意，如圖7所示（可根據(jù)實(shí)際需要靈活變換傳感器位置及數(shù)量）。

為滿足冷鏈車的控制需求，在車廂頂部和底部各安裝1個(gè)性價(jià)比較高的溫度傳感器DS18B20，冷鏈車通常不會(huì)超過8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，為簡化冷鏈車內(nèi)的布線情況，可在唯一的三線上并聯(lián)多個(gè)溫度傳感器（單線上并聯(lián)不超過8個(gè)，以確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性），該傳感器可測量-55～125 ℃區(qū)間內(nèi)的溫度，固有測溫誤差為 1 ℃，為提高分辨率，可使用公式TEMP_READ-0.25=（COUNT_PER_C-REMAIN）/CONT_PER_C 提高溫度測量的精度，該監(jiān)控裝置（無需備用電源）的電壓在3～5.5 V區(qū)間內(nèi)，對于單開門的冷鏈車可使用一個(gè)安裝于車廂頂部靠右的限位開關(guān)完成對車門狀態(tài)的監(jiān)控（可靈活變動(dòng)限位開關(guān)的安裝位置），對于雙開門的冷鏈車則使用 安裝于車廂頂部的2個(gè)限位開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控，選用的限位開關(guān)具有自定義升降桿更易于安裝和調(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏[8]。使用3～4個(gè)攝像頭實(shí)現(xiàn)對駕駛員、車門（將廣角球型攝像頭安裝于車廂頂端后部，實(shí)現(xiàn)整個(gè)車門視角的全覆蓋，以監(jiān)控車門和貨物）、油箱的視頻監(jiān)控功能，在車內(nèi)駕駛員正對面安裝隱式夜視監(jiān)控?cái)z像頭（不會(huì)遮擋駕駛員視線）用于檢測和判斷疲勞駕駛。可在有油箱側(cè)的后視鏡上安裝隱式夜視攝像頭，便于對暗光線下的油箱進(jìn)行監(jiān)控。將油量傳感器（通常由冷鏈車自帶）通過連接線連接控制終端完成對油量數(shù)據(jù)的讀取和監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)全程油量的監(jiān)控目的由終端負(fù)責(zé)為停車后的油量傳感器供電。采用 RFID 記錄貨品信息，在貨物側(cè)面粘貼RFID 標(biāo)簽將RFID 遠(yuǎn)距離讀卡器安裝于車后兩側(cè)實(shí)現(xiàn)對裝卸貨物信息的自動(dòng)讀取和上傳，并在服務(wù)器端同步貨物信息，使信息讀取的準(zhǔn)確率、工作效率、貨物的安全性得到顯著提升。從而有效提高了車輛整個(gè)運(yùn)輸過程的管理及調(diào)度的自動(dòng)化及智能化。物流企業(yè)可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的獲取車輛運(yùn)輸過程中的運(yùn)輸貨品信息及實(shí)際流動(dòng)方向，根據(jù)貨品銷售地確定采購源，為實(shí)現(xiàn)對物流運(yùn)輸?shù)男畔⒐蚕怼⒑暧^調(diào)控提供支撐[9]。

5?總結(jié)

本文主要對冷鏈物流車輛狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，該監(jiān)控終端通過傳感器的使用完成對各類重要信息的全面采集，再通過單片機(jī)完成采集信息的實(shí)時(shí)處理，各原始監(jiān)控信息及操作信息均保存到存儲(chǔ)硬盤，以便后續(xù)使用及問題追溯，并據(jù)此發(fā)出相應(yīng)提示及警報(bào)信息，并在觸摸液晶屏上顯示，該監(jiān)控裝置具備集成度高、操作便利、監(jiān)控功能全面的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了對物流車輛的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警功能，并可遠(yuǎn)程調(diào)度冷鏈車輛（通過遠(yuǎn)程服務(wù)器指令完成），在滿足貨物物流運(yùn)輸需求的同時(shí)節(jié)省運(yùn)營成本，最大程度減少運(yùn)輸損失。

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（收稿日期：2020.04.11）