
摘要:針對瓜果產品種植分散、標準難以統一、溯源渠道不暢及信息不對稱導致消費者在網上購買率不高的問題,提出一種基于物聯網的生鮮瓜果電商與超市融合的方案。利用EPC編碼、射頻識別(RFID)、物聯網、數據庫等技術構建電商購物平臺、生鮮瓜果溯源系統、超市瓜果產品品質核心指標檢測系統、物流配送商品上下架管理等體系。其中,電商購物平臺集成了瓜果產品從種植到超市銷售各環節的溯源信息,尤其在超市銷售中,對衡量產品品質的理化特征指標進行了實時檢測,根據指標的變化動態調整產品的新鮮等級,并在電商購物平臺上實時顯示,為消費者提供網購決策,探討一種電商與實體店共營,種植戶、企業及超市共贏的新模式。為消費者網購提供了安全便捷的保障,為超市科學管理、確保產品安全銷售、推進農產品電商發展、構建產品安全起到示范作用。
關鍵詞:物聯網;生鮮瓜果;電商;超市;融合;溯源系統;品質;新鮮等級
中圖分類號: F3245文獻標志碼:
文章編號:1002-1302(2017)16-0299-05
收稿日期:2017-01-23
基金項目:云南省科學研究基金(編號:2013Y571)。
作者簡介:濮永仙(1976—),女,云南騰沖人,碩士,副教授,主要從事物聯網精準農業系統、農產品溯源、物聯網應用技術研究。E-mail:puyongxian115@163com。
生鮮瓜果能為人體提供多種維生素,是人們生活的必需品。生鮮瓜果購買渠道一般以農貿市場及超市為主,目前越來越多的消費者習慣于網上購物,同時很多大型超市也開辟了網上購物平臺。經調查,超市占據農產品市場份額的30%,但消費者很少在網上超市購買生鮮瓜果。究其原因:一方面,近年來農產品安全事故頻發,某些生產者、運營商法律意識與衛生意識淡薄,濫用農藥、化肥等,致使產品藥物殘留、重金屬等有害物質超標事件時有發生;另一方面,農產品經銷商沒有向消費者提供農產品質量方面的詳細信息,導致買方與賣方之間產品信息不對稱,消費者無法確保自己所購的產品新鮮可食用。這不僅降低了消費者在網上購買瓜果的信心,同時也給超市的正常經營帶來了一定的影響。要提高網購率,除了提高產品質量安全能力,為消費者營造一個放心的購物環境外,解決信息不對稱是問題的關鍵。物聯網是用射頻識別(RFID)、紅外感應、GPS、無線通信等按照一定協議把不同的設備與互聯網連接,實現物與物、人與物之間的信息交換,以實現對物體智能化的識別、定位、跟蹤、監控、管理的一種網絡[1-2]。將物聯網用于農產品安全問題的追溯,能起到識別、跟蹤、監控等作用。因此,很多學者將物聯網技術用于農產品溯源系統方面的研究,并取得了不少成果[3-11]。通過文獻研究和市場調研發現,針對生鮮農產品品質的研究主要是對溯源管理系統進行研究,向消費者展現產品溯源環節的基本信息,而完全針對超市生鮮農產品安全問題解決措施的研究還很少見。目前,國內超市對瓜果新鮮程度的判斷,主要取決于存放日期和人工看成色,而不是科學使用儀器和新技術進行測試與管理。因此,本試驗提出了基于物聯網的生鮮瓜果電商與超市融合的方案。利用物聯網、EPC編碼、射頻識別、數據庫等技術,構建瓜果電商購物平臺、溯源管理系統、超市瓜果新鮮度等級核心指標檢測管理系統、物流配送商品上下架管理等體系。電商購物平臺的信息來自于瓜果從種植到銷售的溯源信息,超市對產品理化性質特征實時檢測而動態調整產品新鮮等級以及各環節的監控畫面等,為消費者提供安全可靠的網購環境以提高其網購的信心。本研究為消費者網購提供了安全便捷的保障,也為超市科學管理、確保產品安全銷售、促進生鮮農產品電商快捷發展、構建產品安全起到了示范作用。
1材料與方法
11對象
生鮮瓜果類產品一般由農戶分散種植,采收后批量賣給銷售商,再通過銷售商進入農貿市場及超市,這就很難監控產品質量,一旦有問題的產品進入市場,其源頭將無法定位。此外,瓜果在銷售、配送環節隨著擺放時間的推移,其品質也在發生變化。因此,只有準確記錄瓜果產品在每個環節的信息,當有問題時才能準確找到根源。針對瓜果類產品的特性,關鍵環節是基本質量控制、收購標準、配送監控、銷售過程中產品理化特征檢測、消費者權益等。基于物聯網的電商與超市融合系統,包含產品編碼標志、數據庫、信息傳遞3個基本要素。研究對象是生鮮瓜果,約20個品種,系統使用者分為企業管理員、超市管理員、消費者共3類。
12基于物聯網的電商與超市交互系統
基于物聯網的瓜果電商與超市融合體系中的電商服務平臺,與傳統電商平臺不同的是可在瓜果電商界面查看產品的溯源信息及隨時間變化的產品新鮮度等級信息。構建的電商與超市融合系統包括超市生鮮瓜果質量安全監管系統、基于物聯網的超市與電商融合交互、瓜果物流保鮮配送措施、超市上下架決策管理等4個部分(圖1)。
[FK(W13][TPPYX1tif][FK)]
系統采用B/S體系構架,該體系構架的兼容性較強,可滿足不同地域的用戶同時使用[12]。系統開發語言有Java JDK6、Eclipse SDK332、My Eclipse601、ASP和Html。數據庫選用Microsoft SQL Sever2005。服務器運行環境為Windows Sever2003、Apache-Tomcat60。
121物聯網與電商平臺融合模式
物聯網與電商平臺融合的工作原理:一是信息采集,在感知層利用各種傳感器采集生鮮瓜果的各種溯源信息,包括種植、收購到配送環節的基本信息以及銷售環節(超市環境狀態、實時檢測的新鮮度等級、監控攝像頭實時拍攝的畫面等)信息;二是信息傳輸,將感知層采集的各種信息通過GGSN網關、Internet網絡上傳至超市電商服務器數據庫,并完成相關分析處理;三是生鮮等級動態調整,通過硬度計測量產品果肉硬度、電子鼻測量香氣等得到的數據,分析后也存儲在數據庫中,結合實時監測到的產品理化性質特征,動態調整貨架上瓜果產品的新鮮等級;四是超市電商服務平臺與數據庫保持實時對接,以確保電商平臺的產品信息實時更新(圖2)。
122超市生鮮瓜果質量安全管理系統
新鮮瓜果質量安全管理系統由線上瓜果信息可追溯、瓜果新鮮度檢測與等級調整、超市瓜果新鮮度檢測過程監控等3個部分組成。
1221基于RFID標簽的線上瓜果信息溯源系統
RFID標簽能夠存儲可供識別的信息,主要由1塊晶片和天線組成,可用不同材質將外部封裝成各種造型,以適用各種場合,本試驗中RFID標簽制作成可粘貼形式(圖3)。針對生鮮瓜果類產品特征,除了在銷售環節實時檢測產品的理化特征確定新鮮等級外,還必須在種植環節、收購標準、運輸管理等進行質量控制。種植環節通常是農戶或種植基地進行種植,種植時可為每個地塊進行編號,利用EPC編碼規則生成編碼,并分配1個RFID標簽,將作物的基本狀態、農事操作與無線傳感器收集的信息錄入其中。在收購環節,收購人員掃描產品對應的射頻卡,讀取其中的信息,并將收購信息寫入其中。在后面的各環節可利用RFID讀寫器對射頻卡的信息進行對應更新,最后將EPC編碼轉換成對應的追溯碼(圖4)。
(1)EPC編碼。EPC系統是由國際物品編碼協會提出的最[CM(25]新編碼規則,它與EAN/UCC編碼體系相兼容,具有容量大、安全性好、可擴展性強等特點。目前EPC結構有 EPC-64、EPC-96、EPC-256等3種(表1)。EPC編碼由標頭字段、EPC管理者、對象分類及序列號組成的一組數字,因容量大,可為物理世界中的每個對象分配1個唯一的標志符。
(2)瓜果溯源EPC編碼設計。編碼設計是否合理是溯源系統能否高效運行的關鍵因素之一。瓜果產品從種植戶手中到超市,中間經過收購、加工、物流等環節。本研究依據《EPC電子產品編碼》《農產品追溯編碼導則》等規定,結合瓜果特性,采用EPC-96編碼及RFID標簽識別。并將種植階段的編碼稱為種植編碼,收購和檢驗合格后的編碼稱為收購編碼,運輸環節產生的信息存儲編碼稱為物流碼,倉儲環節的編碼稱為位置碼。這4種編碼段總稱為溯源碼(種植編碼段+收購編碼段+物流編碼段+位置編碼段)[14],總長度96位,各段位的長度分配分別為26、38、20、13位。
1222種植標志編碼
用RFID技術對種植地塊進行標志,記錄其種植信息。利用EPC編碼信息規范中的GID-96編碼格式26位十進制標志(圖5)。種植編碼=產地編碼(7位)+管理者編碼(3位)+種植項目代碼(6位)+生產批號(10位)。產地編碼由7位組成,前4位為基地編號,后3位為該基地不同地塊編號。批號用10位表示,前6位標志種植日期,后4位標志順序號。其中,年編碼范圍為00~99,月范圍為01~12,日范圍為01~31。
1223收購標志碼
收購編碼采用GTIN-14結構,結合應用標志符(AI)對瓜果編碼,采用GS1-128條碼標準打印,將其張貼到包裝上的固定位置(圖6)。該編碼通過產地編碼或交易號與種植編碼標志建立關聯,在標簽上能查到準確的種植信息。其中,加工批號(AOT)由加工日期(如170123)與2位流水號組成,規定同一地塊、同一類產品、同一采收日期為同一批次。
1224物流標志編碼
物流編碼利用SSCC-18編碼標志,并用GS1-128條碼標準打印。SSCC-18編碼結構由18位十進制編碼組成(圖7)。其中,N1是擴展位,第8位至第17位為系列號,由生產商根據當天的流水號分配唯一編碼,校驗碼由系統根據規則自動生成。
1225位置編碼
倉儲編碼標志反映的是產品倉儲的位置,其信息來源是倉儲操作。編碼采用GIN-13編碼,倉儲編碼由廠商識別碼和位置識別碼組成(圖8)。
123電商界面生鮮瓜果顯示信息檢測原理
1231電商界面生鮮瓜果檢測信息顯示
果實品質不僅取決于其果形、大小、顏色、硬度、糖酸含量等,還與其產生的香氣和風味有關。香氣作為果實感官品質重要的組成部分,不僅是影響消費者選擇的重要因素之一,同時和人類營養與健康緊密相關[15]。超市通常會根據果形、大小、色澤等參數將瓜果分成一級品、二級品、三級品,將一級上風冷保鮮柜,二級上一般貨架,三級特價處理(表2)。不管是何種瓜果,隨著擺放時間的推移都會腐爛變質,同時果肉硬度值下降,香氣越來越少[16]。如剛采收的富士蘋果,初始硬度為791 kg/cm2,在低溫下存儲30 d后下降為51 kg/cm2,同時香氣也減少。因此,以往僅憑外觀特征判斷的等級也應伴隨核心指標參數的改變而改變。本研究以果肉硬度及香氣變化測定衡量瓜果產品的新鮮度,以動態調整其新鮮等級,并將溯源信息,實時檢測的理化特征及最新等級信息在電商界面顯示。
注:品質基本要求(適用于所有等級):果實完整良好、新鮮無病害,有本品種的特有風味,色澤純正,果面光潔,發育充分,適于市場或貯存要求的成熟度,果形端正或較端正。
1232瓜果果肉硬度的檢測
瓜果硬度計產品共分GY-1、GY-2、GY-3等3種型號,用來測量蘋果、梨、西瓜、香蕉等多種瓜果的硬度,用來判定水果的成熟程度。測量果肉硬度時,將硬度計均勻緩慢插入,不能轉動壓入,更不能沖擊測量,壓頭與水果表面應垂直。瓜果硬度計的檢測屬于有損檢測。
1233電子鼻檢測
電子鼻是一種模仿動物嗅覺的仿生電子系統,可快速、無損地獲得所測樣品揮發性物質的整體信息,能實現對瓜果香氣的持續實時監測。本試驗采用的電子鼻為德國AIRSENSE公司生產的PEN3型電子鼻。檢測方法是將單個瓜果果實放置于500 mL燒杯中,用保鮮膜封口,靜置30 min,待樣品頂部揮發性物質達到平衡后,使用電子鼻檢測。電子鼻檢測瓜果香氣屬于無損檢測。
1234基于存放時間與測試結果比對判斷瓜果新鮮度
果肉硬度檢測有損檢測,如果每次都檢測會損傷到產品品質。超市工作人員在產品柜臺實際測試瓜果新鮮度前,會先在實驗室以硬度計和電子鼻檢測相結合的方法對各類瓜果樣品存放的具體時間、理化性質特征等進行測試,最終將測試結果建成瓜果新鮮度結果對比表,方便超市工作人員日后用電子鼻儀器進行無損測試,根據對比表可快速判斷瓜果果肉硬度所處范圍,以全面判斷瓜果的新鮮度等級。
124超市瓜果新鮮度等級檢測過程監控
考慮到多個用戶同時登錄超市電商平臺,查閱檢測瓜果場景畫面,為減輕服務器負荷,超市瓜果等級檢測監控體系由流媒體采集直播服務器、流媒體發布服務器、電商Web服務器組成(圖9)。攝像機選用網絡攝像機,流媒體采集直播服務器負責將采集的產品場景信息傳遞到發布服務器的同時,也將其發布到局域網內的用戶以均衡負載。電商Web服務器負責將視頻直播系統中的視頻嵌入到電商服務平臺的購物界面中,當用戶向Web服務器請求界面信息時,視頻信息由流媒體發布服務器提供。
125電商服務平臺生鮮瓜果商品界面
當消費者登錄超市電商平臺訪問某瓜果購物界面時,超市電商平臺會向數據庫服務器發出請求信息,數據庫服務器處理完后迅速將所請求的信息返回電子商務平臺某瓜果頁面,此時消費者可從購物界面清楚地查閱到想購買瓜果的綜合信息。其中,電商瓜果商品界面主要集成了瓜果溯源信息、新鮮度等級、理化性質特征、超市瓜果新鮮等級檢測監控畫面等。消費者在購買瓜果時通常會從視覺、嗅覺、觸覺方面判斷瓜果品質,基于消費者的購物習慣,用視頻場景代替消費者的視覺感受,用電子鼻檢測香氣信息代替消費者嗅覺體驗。觸覺感官一般用來判斷瓜果的水分,用濕度傳感器采集的數值可代替水分指標。
126基于物聯網的生鮮瓜果物流配送
基于物聯網的配送是依托GIS、GPS、GSM等技術集成,包括遠程移動設備,如GSM模塊、GPS設備、顯示屏等組成車載終端。考慮到生鮮果實在配送途中易發生腐爛變質現象,在配送車中采用車載冰箱或半導體溫控冷柜對產品保鮮,并在配送車中安裝溫濕度傳感器。GPS可定位物流車輛所處地理位置坐標,GSM模塊將車輛坐標信息上傳至超市物流配送監控中心服務器,與GIS系統的電子地圖相匹配,在電子地圖上可同步顯示車輛的動態信息。同時將生鮮瓜果的物流配送環境、車載內溫濕度,在不同閾值時刻發送相應的報警信息等,實時傳給超市物流配送監控中心,以便超市能隨時掌握產品配送情況,以保障產品食用的安全性。基于物聯網的物流配送能實現運單跟蹤及車輛控制。
1261車輛運單跟蹤
根據貨運單與車輛的車牌號可實時監控車輛的地理位置、運行軌跡、運行速度和油耗的信息,利用溫度傳感器、監視器等追蹤車內的物理環境。
1262車輛控制
通過訂單管理子系統,預先規劃配送車輛、配送路線、速度等。一旦與設定程序沖突,系統自動報警提示。監控人員可隨時向遠端車上的人員發送信息,如果發生緊急情況,司機可通過按緊急按鈕的方式直接向監控中心發報警信息。此外,當遇到不可抗拒的原因如天氣或車輛故障導致運輸出現問題時,可根據實際情況在原先設定路線的基礎上,按照一定要求和規定,自動調整最快或最佳路線,具體路線規劃算法見參考文獻[17]。
127生鮮瓜果上下架決策管理
關于超市貨架商品上下架的策略很多,有先進先出、定位倉儲、庫存分類、等級分類、隨機存放等。由于生鮮瓜果的生命周期短,當消費者從超市電商平臺購買生鮮瓜果時,超市采用先進先出的方法可將貨架上存放時間長且快接近生命周期的瓜果及時下架,以延緩貨架上瓜果的變質時間,若僅采用先進先出,通常情況下難以保證下架瓜果的新鮮程度。此外,瓜果新鮮度可按相關規定,將其分為一級品、二級品、三級品3個等級,將瓜果存放時間和新鮮度等級結合起來,方便超市分類管理,有效區分新鮮瓜果和腐敗瓜果存放區域,既能確保消費者購買到新鮮的瓜果,又能避免超市瓜果經營虧本。因此,本研究采用先進先出和等級分類相結合的方法。
1271先進先出
不同瓜果的保質期不同,如蘋果在適宜的溫度下保質期可達30 d,而香蕉才10 d。考慮到生鮮瓜果保質期這一主要因素,按照先進先出的方法為不同的生鮮瓜果上下架設置對應周期。生鮮瓜果在超市電商購物平臺上架前,工作人員會先在超市倉儲管理系統中錄入上架瓜果入庫單以及瓜果的生產日期、產地等基本信息,系統發出入庫上架指示,工作人員對瓜果進行入庫處理,系統會自動將每一批瓜果商品按到貨順序依次存儲于預留的貨架0001、0002、0003等貨位中,記下各自到貨的具體時間,并生成看板。
生鮮瓜果在入庫處理后,工作人員在電商平臺后臺將該批次生鮮瓜果上架到電商購物平臺,消費者便可在購物平臺查詢到該批瓜果的信息。超市每隔2 d用電子鼻儀器對超市貨架上的瓜果進行檢測,以保證瓜果的新鮮度等級。當檢測到某瓜果新鮮度不符合相關標準時,系統會根據設置的閾值進行報警,方便超市下架不新鮮的瓜果。當消費者在超市電商平臺購買生鮮瓜果商品時,在新鮮度得到保障的情況下超市倉儲管理系統根據接收到的訂單指令,按照先進先出的原則自動生成分揀列表,工作人員依據分揀列表,參照看板,對上架時間最早的瓜果先出庫。
1272庫存等級分類
庫存等級分類法是依據貨物在質量、經濟等方面的主要特征進行分析,找出主次,從而有區別地管理物品的一種方法,通常把對象分為一級、二級、三級共3類。本研究結合先進先出與庫存等級分類方法,將存儲時間接近瓜果生命周期且新鮮度接近閾值的瓜果歸于三級,將存儲時間處于中間水平且新鮮度良好的瓜果歸于二級,將存儲時間較短且新鮮度較好的歸為一級。消費者在超市電商平臺購買瓜果產品時,超市倉儲管理系統按照三級、二級、一級的順序依次出貨。待超市倉儲貨架三級瓜果商品出庫完成后,倉儲系統重新將剩余的瓜果商品進行三級分類,原來的二級類瓜果變為三級類,當需要從倉儲貨架出庫時,系統會優先將其下架等待出庫。
2結果與分析
21自動采集環境信息
把設施監控系統與溯源系統有機結合起來,從一定程度上解決了產品質量追溯的源頭信息。利用物聯網技術,在瓜果種植大棚內安裝各種傳感器、攝像頭、可控設施等,用以監測與調控棚內溫濕度及各種養分參數,使其生長在最佳環境中。各種傳感器、攝像頭獲取到的環境參數、視頻、圖片等通過ZigBee網關,再通過3G、GPRS等網絡傳至遠程服務器中,這些數據經整理后存入指定的溯源數據庫,為最終的瓜果產品溯源提供重要的源頭信息。通過物聯網實時感知技術,除了可以采集種植信息,還可對加工、配送、倉儲以及超市銷售環節實時感知、檢測衡量產品品質等,將信息處理后上傳至服務器并寫入溯源數據庫。
22原始檔案電子數字化
將瓜果在種植、采購、加工等過程的信息進行人工檔案記錄,并存入溯源數據庫。如記錄種植基地所購買的農藥、化肥等基礎資料,記錄采購的時間、地點、數量以及對應瓜果檢測的農藥殘留情況,有種植編碼的可直接錄入相應的收購信息,對于沒有種植碼的須要先建立相應的交易號,再錄入收購信息以便收購后可查等。在銷售階段,將瓜果按相關規定劃分等級,并利用水果果肉硬度計及電子鼻測量瓜果的產品品質,生成對照表存儲到服務器中,每隔2 d測量1次并存入數據庫中,以便消費者購買商品時查看。
23消費者溯源信息
消費者登錄瓜果電商平臺時,除了可查看產品的新鮮等級等綜合信息,還可查詢產品在種植、收購等環節的信息,實現對瓜果產品從種植到銷售全程的追溯。消費者除了可查詢產品的基本文字信息、驗證產品真偽、舉報偽劣產品、留言評價外,還可以在線觀看產品生產現場的監控視頻及圖片,監督瓜果產品的生產。
24應用效果
系統通過使用物聯網、FRID、EPC編碼、互聯網、數據庫等技術,通過生產過程及銷售過程的電子化監管,實現了從農田到餐桌多維安全信息的追溯。這樣為消費者提供實時查閱購物平臺上產品的品質信息,為超市提供上下架決策,確保瓜果產品的安全銷售。在實際推廣應用中用戶反映良好,一方面保障了消費者對產品的知情權,另一方面增加了瓜果產品的信任度和附加值。
3結語
本研究在借鑒國內外同類技術的基礎上,針對消費者在網上購買新鮮瓜果的心理因素,結合生鮮瓜果類產品的生產特點,提出基于物聯網的電商與超市融合的模式。該模式采用RFID、EPC編碼,物聯網、數據庫、互聯網等技術,針對網購構建了產品從種植到銷售各環節的溯源系統,超市銷售環節對瓜果新鮮度等級理化性質特征檢測及監控體系、基于物聯網的電商服務平臺、產品物流配送及產品上下架決策管理等電商與超市融合的模式。該模式創新性地將超市、電商與產品質量安全信息系統融合在一起,彌補了傳統超市及電商僅單獨依靠線下實體店,線上平臺單獨經營的缺陷,通過整合,利用電商優勢為超市實體店進行商品營銷,同時超市實體店為電商提供商品供應和物流配送。將消費者關心的產品質量安全信息融合在電商與超市模式中,消費者可通過電商平臺或超市大屏幕查詢所購買產品的新鮮等級、產品質量監控畫面等信息,既增加了消費者對瓜果網購的體驗度,又為超市管理員對產品上下架提供決策支持。探討了一種企業、超市、農戶合作的新模式,以新技術為向導,致力于實現種植戶增收、企業獲利的雙贏局面,對新企業生產管理模式具有指導意義。
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