基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)藥用品冷鏈監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳小花

【摘 要】部分醫(yī)藥用品存儲(chǔ)要求高，確保醫(yī)藥用品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程可靠，溫濕度符合要求，保證冷藏藥品質(zhì)量是藥品管理的重要環(huán)節(jié)。如何高效管理藥品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程，為過(guò)程監(jiān)控與追溯提供便利是本文研究目的。本文設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)藥用品冷鏈全程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域、不同廠家、不同類(lèi)型設(shè)備的溫濕度全程監(jiān)控，可實(shí)時(shí)了解醫(yī)藥用品存儲(chǔ)環(huán)境的溫濕度變化情況，超出正常閾值時(shí)報(bào)警提示，跟蹤各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置。通過(guò)該平臺(tái)能夠追溯藥品的運(yùn)輸過(guò)程，確保藥品運(yùn)輸安全，保證用戶(hù)安全使用。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；醫(yī)藥用品；冷鏈物流；監(jiān)控；報(bào)警

中圖分類(lèi)號(hào)： TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）23-0249-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.113

【Abstract】Some drug supplies have high storage requirements.To ensure reliable storage and transportation of drug， the temperature and humidity must meet the requirements.Now it is an important part of drug management.How to efficiently manage the process of drug storage and transportation，and facilitate the process monitoring and traceability is the purpose of this paper.It studies and designs a drug cold chain monitoring platform based on IOT technology.It can monitor temperature and humidity in different regions，different manufacturers and different types of equipment，understand the changes in temperature and humidity in the drug storage environment.It will alarm when the normal range is exceeded，track the location of each monitoring point，by using of the platform，the transportation process of the drug can be traced，ensure safe transportation of drug，safe for users.

【Key words】IOT；Drug；Cold chain；Monitor；Alarm

醫(yī)藥用品冷鏈物流指的是需要冷藏冷凍的醫(yī)藥用品從生產(chǎn)開(kāi)始，在貯藏、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、直到最終使用過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都必須保證在規(guī)定的低溫環(huán)境下，防止因升溫產(chǎn)生異變，從而確保醫(yī)藥用品有效的一項(xiàng)系統(tǒng)工程[1]。冷鏈物流系統(tǒng)中如何做到準(zhǔn)確、可靠及集中高效對(duì)地對(duì)儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)是行業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)問(wèn)題[2-4]。一旦冷鏈物流出現(xiàn)問(wèn)題，不僅會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，更會(huì)威脅到廣大用戶(hù)的生命健康。為加強(qiáng)醫(yī)藥用品管理工作，2015年第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議《關(guān)于修改中華人民共和國(guó)藥品管理法的決定》修正），第二十八條規(guī)定：醫(yī)療機(jī)構(gòu)必須制定和執(zhí)行藥品保管制度，采取必要的冷藏、防凍、防潮、防蟲(chóng)、防鼠等措施，保證藥品質(zhì)量[5]。2017年國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委、食品藥品監(jiān)管總局對(duì)《疫苗儲(chǔ)存和運(yùn)輸管理規(guī)范》修訂，規(guī)范中規(guī)定：有條件的地區(qū)或單位應(yīng)當(dāng)建立自動(dòng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其測(cè)量范圍、精度、誤差等技術(shù)參數(shù)能夠滿(mǎn)足疫苗儲(chǔ)存、運(yùn)輸管理需要，具有不間斷監(jiān)測(cè)、連續(xù)記錄、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示及報(bào)警功能[6]。各類(lèi)醫(yī)藥用品存儲(chǔ)環(huán)境要求高，但國(guó)內(nèi)對(duì)醫(yī)藥用品冷鏈的全程溫濕度自動(dòng)監(jiān)控的研究與應(yīng)用還較少。縱觀有基于壓縮感知技術(shù)的冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)[7]，有使用RFID溫濕度傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)；在網(wǎng)絡(luò)上有基于LoRa技術(shù)的無(wú)線(xiàn)通信方案[8]、有基于Zigbee的無(wú)線(xiàn)傳輸方案[9]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展及普及為醫(yī)藥用品冷鏈全程溫濕度監(jiān)控提供了技術(shù)支撐。本系統(tǒng)將利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)藥用品的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控，嚴(yán)格控制溫濕度，提高醫(yī)藥用品運(yùn)輸?shù)挠行浴?/p>

1 監(jiān)測(cè)平臺(tái)的物理部署

信息采集技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，目前主要采用傳感器和電子標(biāo)簽等方式完成[10]。本系統(tǒng)將溫濕度傳感器、RFID溫濕度電子標(biāo)簽放置于存儲(chǔ)設(shè)備，如冷庫(kù)、冷藏箱等。RFID溫度標(biāo)簽結(jié)合數(shù)字標(biāo)識(shí)與溫度測(cè)量，既可進(jìn)行身份識(shí)別又可測(cè)量記錄外部環(huán)境的溫濕度，廣泛應(yīng)用于冷鏈運(yùn)輸領(lǐng)域。

結(jié)合冷鏈物流實(shí)際情況，為保證醫(yī)藥用品質(zhì)量安全可靠。一般情況下，在冷藏車(chē)、冷庫(kù)、冷藏箱或醫(yī)藥用品包裝內(nèi)部放置溫濕度傳感器或者RFID電子標(biāo)簽。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境中放置自主研發(fā)控制器，通過(guò)該控制器讀取傳感器及RFID標(biāo)簽溫濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后展現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況，當(dāng)溫濕度超標(biāo)時(shí)，在監(jiān)控平臺(tái)上報(bào)警，記錄報(bào)警日志，根據(jù)嚴(yán)重程度及報(bào)警機(jī)制設(shè)置，推送短信到處理人員手機(jī)上。同時(shí)廠家、冷鏈物流配送機(jī)構(gòu)、監(jiān)管部門(mén)等可登陸平臺(tái)查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前溫濕度情況，也可查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史溫濕度變化記錄。圖1是本平臺(tái)的物理部署示意圖。

平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，引入自主設(shè)計(jì)的控制器。該控制器具備RFID標(biāo)簽讀卡器功能；GPRS網(wǎng)絡(luò)功能，內(nèi)置物聯(lián)卡用于通訊；GPS定位功能，用于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位；多個(gè)溫濕度傳感器接口功能，直接讀取溫濕度數(shù)據(jù)；預(yù)留通過(guò)Zigbee方式達(dá)到對(duì)冰柜、冷庫(kù)、冷藏車(chē)內(nèi)的制冷設(shè)備調(diào)溫等功能。通過(guò)該控制器定時(shí)讀取RFID標(biāo)簽的溫濕度數(shù)據(jù)，也可直接讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù)。另在冷庫(kù)類(lèi)大型存儲(chǔ)環(huán)境下，當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)，首先是醫(yī)藥用品所處的外部環(huán)境溫度異常，逐漸影響到包裝內(nèi)的醫(yī)藥用品自身溫度，此種情況下，當(dāng)監(jiān)測(cè)到醫(yī)藥用品溫度超出范圍時(shí)實(shí)際已對(duì)醫(yī)藥用品質(zhì)量有影響，為能達(dá)到對(duì)醫(yī)藥用品外部環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)，起到預(yù)警作用，盡早提醒維護(hù)人員處理，在此通過(guò)控制器對(duì)醫(yī)藥用品外部環(huán)境的溫濕度傳感器讀取，在外部環(huán)境變化導(dǎo)致醫(yī)藥用品溫濕度超范圍之前，先行報(bào)警。

通過(guò)預(yù)留的Zigbee對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)溫目前已完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)控制器對(duì)通用的智能家居設(shè)備，如燈控、空調(diào)、送風(fēng)機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，證明技術(shù)上可行。但由于冷鏈物流中的制冷設(shè)備多為傳統(tǒng)設(shè)備，因此智能溫控的進(jìn)一步使用需待冷鏈物流中制冷設(shè)備智能化改造后進(jìn)行。

在控制器入網(wǎng)方面，考慮到冷鏈物流的可移動(dòng)性，蜂窩網(wǎng)絡(luò)4G＼NB-IOT具有覆蓋廣、移動(dòng)性能佳、終端聯(lián)網(wǎng)部署便捷等特點(diǎn)，是本系統(tǒng)的首選方案。利用控制器的GPS定位功能，可查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的當(dāng)前位置，有利于快速定位，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警或者設(shè)備故障時(shí)可快速處理。也為后續(xù)的醫(yī)藥用品運(yùn)輸路徑跟蹤查看提供數(shù)據(jù)支持。

2 平臺(tái)主要功能設(shè)計(jì)

為提高用戶(hù)使用便捷性及減少系統(tǒng)維護(hù)成本，平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，廠家、監(jiān)管人員、物流配送管理人員瀏覽器方式即可登錄查看對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中管理。當(dāng)用戶(hù)使用平臺(tái)進(jìn)行查看時(shí)，首先會(huì)提醒用戶(hù)登錄，根據(jù)用戶(hù)賬號(hào)信息，與服務(wù)器進(jìn)行用戶(hù)鑒權(quán)，鑒權(quán)通過(guò)后系統(tǒng)賦予該用戶(hù)對(duì)應(yīng)的可操作權(quán)限列表。

2.1 實(shí)時(shí)查看

考慮系統(tǒng)安全性及信息保密性，平臺(tái)為廠家、監(jiān)管人員配置不同的權(quán)限，廠家權(quán)限僅限于可查看歸屬于本廠家的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息；而監(jiān)管人員根據(jù)其對(duì)應(yīng)的監(jiān)管區(qū)域，賦予歸屬該區(qū)域內(nèi)的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)查看權(quán)限。用戶(hù)可在指定權(quán)限內(nèi)查看某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)、當(dāng)前的溫濕度值及采集時(shí)間。如圖2所示，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，可翻頁(yè)顯示各點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)讀取到溫濕度超出該類(lèi)設(shè)備的正常范圍時(shí)，在實(shí)時(shí)查詢(xún)界面中會(huì)以紅色標(biāo)識(shí)以示提醒，正常范圍內(nèi)的則以綠色標(biāo)識(shí)。

圖2 監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)查看

2.2 地圖查看

冷鏈物流的特性決定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)很多情況下不會(huì)有固定位置，會(huì)根據(jù)運(yùn)輸需要在流轉(zhuǎn)，加大監(jiān)管難度。因此安裝在冷藏車(chē)、冷庫(kù)或冷藏箱各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制器具備GPS定位功能，將極大提高監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理便利性。在監(jiān)控平臺(tái)上點(diǎn)擊地圖查看時(shí)，平臺(tái)將顯示當(dāng)前用戶(hù)權(quán)限范圍內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處位置，可縮放地圖，擴(kuò)大顯示范圍，如圖3所示。系統(tǒng)會(huì)定時(shí)讀取位置信息刷新地圖。通過(guò)此定位功能方便設(shè)備維護(hù)人員、廠家進(jìn)行跟蹤檢修，同時(shí)也有利于監(jiān)管人員快速定位對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)施檢查指導(dǎo)，也為跟蹤醫(yī)藥用品的運(yùn)輸路徑提供數(shù)據(jù)支持。

圖3 監(jiān)控平臺(tái)地圖查看

2.3 統(tǒng)計(jì)查詢(xún)

平臺(tái)支持統(tǒng)計(jì)查詢(xún)功能，可設(shè)置不同的查詢(xún)條件，如指定企業(yè)或片區(qū)管轄的監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表顯示并導(dǎo)出。如選擇指定時(shí)間段某些片區(qū)、企業(yè)編號(hào)、企業(yè)名稱(chēng)、設(shè)備類(lèi)型、溫濕度超標(biāo)與否進(jìn)行查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)。

2.4 報(bào)警處理

當(dāng)平臺(tái)監(jiān)測(cè)到設(shè)備超出正常值范圍滿(mǎn)足報(bào)警條件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，在數(shù)據(jù)庫(kù)中寫(xiě)入報(bào)警記錄。并根據(jù)短信報(bào)警設(shè)置決定是否發(fā)送短信到指定手機(jī)號(hào)。報(bào)警記錄中包含監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)、所屬企業(yè)、區(qū)域、發(fā)生時(shí)間、當(dāng)前溫濕度值。可設(shè)置搜索條件，查詢(xún)指定報(bào)警日志記錄并導(dǎo)出。對(duì)發(fā)送的報(bào)警，可點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)記錄的處理按鈕，添加處理結(jié)果及發(fā)生報(bào)警的原因分析。

2.5 設(shè)備管理

平臺(tái)維護(hù)不同片區(qū)、不同廠家、不同類(lèi)型的設(shè)備。在添加設(shè)備前首先要登記企業(yè)，企業(yè)信息包括：企業(yè)編號(hào)，企業(yè)名稱(chēng)，所屬片區(qū)，企業(yè)類(lèi)型如生產(chǎn)企業(yè)、冷鏈物流企業(yè)等，負(fù)責(zé)人，聯(lián)系電話(huà)等。設(shè)備管理包括：設(shè)備類(lèi)型（如冷庫(kù)、冷藏車(chē)、冷藏箱等）、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備歸屬企業(yè)、所屬區(qū)域、對(duì)應(yīng)的處理負(fù)責(zé)人，如不設(shè)置處理負(fù)責(zé)任則默認(rèn)為該企業(yè)負(fù)責(zé)人。平臺(tái)將對(duì)設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)編制類(lèi)型ID。根據(jù)管理規(guī)范定義不同的物品其存儲(chǔ)的設(shè)備類(lèi)型不同，其要求的溫濕度范圍不同。當(dāng)這些設(shè)備超出其允許的溫濕度范圍時(shí)，系統(tǒng)將上報(bào)提醒，并短信報(bào)警。各類(lèi)設(shè)備的溫濕度具體標(biāo)準(zhǔn)由系統(tǒng)管理員設(shè)置。

2.6 用戶(hù)管理

平臺(tái)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)，允許創(chuàng)建監(jiān)管人員賬號(hào)和企業(yè)用戶(hù)管理賬號(hào)，由管理員對(duì)賬號(hào)進(jìn)行權(quán)限分配、刪除、啟停等管理。用戶(hù)權(quán)限管理提供了系統(tǒng)管理員、普通管理員和普通用戶(hù)多級(jí)權(quán)限，系統(tǒng)會(huì)記錄用戶(hù)所有操作日志。系統(tǒng)管理員擁有最高權(quán)限，可以管理用戶(hù)賬號(hào)；而普通管理員只能修改、查看本區(qū)域或本企業(yè)數(shù)據(jù)和設(shè)備；普通用戶(hù)只能查看本區(qū)域或本企業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，無(wú)修改權(quán)限。用戶(hù)權(quán)限包括用戶(hù)的增刪改。權(quán)限設(shè)置包括：基本資料維護(hù)、用戶(hù)與權(quán)限、監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置、設(shè)備參數(shù)設(shè)定、查詢(xún)、歷史數(shù)據(jù)保存、情況歷史記錄等。

2.7 系統(tǒng)管理

此模塊功能僅對(duì)系統(tǒng)管理員賬號(hào)開(kāi)放。用于設(shè)置個(gè)各類(lèi)設(shè)備的溫濕度正常范圍；報(bào)警靈敏度等，如為避免環(huán)境的溫濕度波動(dòng)，造成誤報(bào)，系統(tǒng)可設(shè)置連續(xù)檢測(cè)到多次超出范圍后觸發(fā)報(bào)警。用戶(hù)登錄后的自動(dòng)注銷(xiāo)功能、是否允許遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)制冷設(shè)備溫濕度等功能。

3 結(jié)論

在冷鏈管理中應(yīng)遵循3T原則，即產(chǎn)品的最終質(zhì)量取決于冷鏈的儲(chǔ)藏與流通時(shí)間（Time）、溫度（Temperature）和產(chǎn)品耐藏性（Tolerance）[11]。據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)我國(guó)需冷藏冷凍的醫(yī)藥用品將持續(xù)增長(zhǎng)，市場(chǎng)潛力大。且冷鏈物流不僅限于醫(yī)藥用品領(lǐng)域，伴隨消費(fèi)者對(duì)食品安全意識(shí)的提高，冷鏈物流在農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸方面也有很大應(yīng)用空間，未來(lái)冷鏈物流會(huì)進(jìn)入快速發(fā)展期。冷鏈物流的監(jiān)控平臺(tái)功能，目前更多在監(jiān)視上，從監(jiān)視過(guò)渡到高效控制及預(yù)防將是其中一個(gè)重要發(fā)展方向，結(jié)合設(shè)備智能化發(fā)展趨勢(shì)，利用智能家居技術(shù)，通過(guò)對(duì)制冷設(shè)備智能化改造，如何對(duì)儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的制冷設(shè)備進(jìn)行智能控制精準(zhǔn)調(diào)節(jié)溫濕度，使儲(chǔ)運(yùn)物品能夠穩(wěn)定保持在有效溫濕度范圍內(nèi)，這將是技術(shù)重點(diǎn)。醫(yī)藥用品的冷鏈物流管理及監(jiān)控將日趨完善。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陸建美.冷鏈物流在醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2009.

[2]賈科進(jìn)，錢(qián)春陽(yáng)，韓瑜，等.冷鏈運(yùn)輸監(jiān)測(cè)中無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（2）：136-141.

[3]Lakshmil V R，Vijayakumar S.Wireless sensor network based alert system for cold chain management[J].Proc.Engin.，2012（38）：537-543.

[4]齊林，韓玉冰，張小栓，等.基于WSN的水產(chǎn)品冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（8）：134-140.

[5]中華人民共和國(guó)藥品管理法（2015年修正）[S].新華社 第二十八條，2015.

[6]疫苗儲(chǔ)存和運(yùn)輸管理規(guī)范（2017年版）[S].中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院公報(bào)，第二章第七條，2018.

[7]黃輝，邰于，李哲.基于壓縮感知技術(shù)的冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（11）：1-5.

[8]張錚.基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018，26（7）：82-90.

[9]R Jedermann，T Potsch，C Lloyd.Communication techniques and challenges for wireless food quality monitoring[J].Philosophical Transactions of the Royal Society A Mathematical Physical & Engineering Sciences，2014，372（2017）：20130304.

[10]歐文.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)，2015.

[11]王海燕.基于供應(yīng)鏈的食品冷鏈監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)建研究[J].湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，15（2）：58-77.