基于物聯網技術的冷鏈物流現狀及展望

許倫輝 吳興偉

摘? 要：完善基于物聯網技術的冷鏈物流體系有利于縮短冷鏈產品到達消費者手中的時間，提高冷鏈物流運輸效率。文章分析并探討了冷鏈物流國內外的發展現狀，并從政府機構、企業以及個人的角度構建起物聯網在冷鏈物流行業的應用體系，針對農產品流通過程的冷鏈物聯網體系運作原理進行剖析，闡釋物聯網對于提高冷鏈效率的作用并提出了政府應加快冷鏈物聯網統一追溯編碼和完整冷鏈體系的建設意見。

關鍵詞：冷鏈物流;物聯網技術;應用體系

中圖分類號：F259.22? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）26-0146-04

Abstract： A complete cold chain logistics framework is beneficial to improving the transportation efficiency of cold chain， as well as shortening the time for cold chain products that are delivered on the road. In this paper， an application framework in the cold chain logistics with IoT technology is demonstrated. At last， this paper analyses the four major steps by which the agricultural products are circulated and proposes that government should unify the tracing code between separate logistic link to build a complete and supportive cold chain system.

Keywords： cold chain logistics; IoT technology; application framework

1 概述

近年來，我國的供應鏈物流發展迅猛，冷鏈物流需求總量已達1.8億噸。盡管人們對生鮮產品的需求日益增長，生鮮農產品的流通率仍然處于低谷，過低的冷鏈流通率導致了過高的生鮮農產品腐損率。生鮮產品冷藏效果不足，運送設備落后，全程較低的冷鏈比例導致了“斷鏈”情況的出現。此外，在信息系統管理層面，我國仍落后于其他國家[1]。物聯網的快速發展為解決冷鏈物流當前存在的問題提供了契機[2]。基于物聯網技術的冷鏈物流能夠實時跟蹤運輸的產品并且減少物流信息在供應鏈上的丟失。本文將在回顧國內外冷鏈物流應用物聯網技術的研究之后，探究冷鏈物流體系的構成，討論冷鏈物流基于物聯網技術的運作原理并進行展望，本文對于提高冷鏈物流產品質量、效率，降低運輸成本穩定價格具有指導意義。

2 國內外發展現狀

歐美的國家最先在冷鏈物流中應用物聯網技術，“從農場到餐桌”全程應用物聯網，并且推動了冷鏈物流追溯全球標準體系（GTS）的發展[3]。在運輸、分銷階段，歐美國家冷鏈物流的物聯網應用可分為品質監控與物流管理兩方面。Reiner利用變量分析法對冷藏車的射頻溫度記錄儀數量、擺放位置、產品貨架期以及車廂外部溫度等因素進行分析，確定了準確監測產品質量需要的傳感器數目[4]。M. Doinea[5]則提議構建物聯網體系應該以食品安全服務為導向，以緊急公共衛生事件為例闡述了建立追蹤溯源的物聯網架構過程。

西方發達國家的冷鏈行業的物聯網建設集中在追溯、建立統一行業標準方面。此外，歐美國家對轉基因食物的追蹤也有一定關注度[6]。相比之下，國內的研究仍有很大的進步空間。

趙秀榮、崔佳對我國當前冷鏈物流的配送體系進行了詳細分析，并且建議建立統一的物流配送平臺，充分發揮政府的引導作用[7]。盧翔、胡金有基于webGIS實現冷藏車溫度濕度信息的發布，讓消費者可以簡單使用谷歌地圖API接口獲取生鮮產品的運輸信息[8]。一方面，消費者注重所購買產品的質量，另一方面也想確保產品的真實性。張宇、邢娜[9]針對冷鏈物流的產品設計了基于NFC的智能防偽系統，為了使該系統更加安全，使用了對稱加密的算法3DES。高貴晨、劉艷超采用了與RFID不同的TMS320F283

35處理器作為數據采集裝置，該信號處理器集合了GPS模塊、GPRS無線通信模塊以及環境感知（溫度、濕度）模塊，收集溫濕度數據和冷藏車地理位置信息[10]。國內對于冷鏈物流的物聯網應用研究主要集中在物流的某一環節，比如加工、終端數據查詢、運輸環境數據采集等，對于整個冷鏈流程進行分析研究的還比較少。

3 基于物聯網技術的冷鏈物流架構與運作流程

3.1 基于物聯網技術的冷鏈物流架構

冷鏈物流具備復雜性與系統性，檢驗檢測與監控機構、消費者和冷鏈物流企業是主要的參與者，其中冷鏈的相關企業有產品加工企業、產銷地加工企業、產銷地批發商和零售商，與傳統常溫物流的供應鏈系統基本一致。

構建冷鏈物流與物聯網技術的應用總體架構，可從三大主要參與者——政府部門、企業和個人的需求出發。（1）對政府相關機構的需求分析，保證冷鏈產品安全以及完善的問責制度是第一要求。（2）對冷鏈物流企業的需求分析，企業要求在盈利與保證生鮮產品高質量之間取得動態平衡。（3）對消費者的需求分析，消費者應對其所購買的農產品有充分的知情權，而且食品有源可查可令他們消費更加放心。根據以上三大應用主體的需求可以建立基于物聯網的冷鏈物流體系框架如圖1。

冷鏈物流企業圍繞著監控中心，建立起信息數據采集系統、倉儲物流系統、調度監控系統以及產品質量安全追溯系統。信息數據采集系統主要對物流各個環節產生的數據信息進行采集、上傳和管理。倉儲物流管理系統主要從入庫、庫內作業、出庫方面進行設計，實現庫存率預測、入庫自動分配庫位和智能上架的功能。調度監控系統調取整理好的車輛位置、車內溫濕度等數據信息，利用調度系統的調度優化算法規劃最優的配送路徑，同時系統還需要擁有產品溫濕度監測功能，出現溫度異常時該系統能做出警告并提醒司機及時處理。產品質量安全追溯系統主要記錄種植、加工、運輸環節的信息，消費者可通過該系統查詢產品的生長環境數據、農藥殘留檢測信息、加工信息、農產品配送信息。

政府機構在冷鏈物流體系中建立了質量安全監管系統、農業主體信息管理系統、農產品質量安全信息公開系統，實現對農產品質量監管和冷鏈物流企業的資質考察。此外，政府相關部門的質量安全追溯系統應能夠與不同冷鏈物流企業的追溯系統對接兼容，確保可跨冷鏈追溯。

農產品全生命周期追溯系統通常指政府相關部門所建立的農產品質量安全追溯系統，消費者可通過網站在線查詢、手機下載客戶端查詢、市場終端機查詢和微信二維碼掃碼查詢四種方式獲取農產品的檔案信息。

針對當前存在追溯管理部門多、平臺多和種類多以及追溯編碼不統一的問題，政府正在建立一個采用統一的編碼、數據與交換標準的平臺，協調政府、企業與個人追溯信息的分享，保護企業采集和記錄的必要追溯數據。

3.2 基于物聯網技術的冷鏈物流運作原理

農產品供應鏈從上游到下游的組織結構包括：農業生產資料采購、農產品生產加工和農產品提供給消費者網鏈結構[11]。為了探討冷鏈物流基于物聯網的運作原理，本文將參考相關論文和分析冷鏈企業的服務對象后，從冷鏈加工、冷藏貯藏、冷鏈運輸和冷鏈銷售四個方面進行分析。

在冷鏈加工階段，產品經過真空預冷或水預冷后始進行加工。在揀選加工區域，系統對產品進行測量、分選和監控，主要針對水果類產品的大小、外觀、甜度、酸度和色澤等參數進行記錄，蔬菜類產品則記錄重量和數量等信息。測試完品質的農產品，統一裝至周轉箱并且貼上條形碼與RFID電子標簽以便紅外掃描識別或通過無線通信技術識別。該環節采集了以下農產品基本屬性的信息：產品名稱、質量、數量、評價等級、生產日期、加工地點以及方式等相關內容。整個加工流程所采集的信息存儲在加工企業的服務器之內，再通過監控中心將數據傳輸到農產品信息管理平臺，或將必要的追溯信息發送到政府的產品質量安全追溯系統，完成加工物流信息的采集。在這個階段我們可以看到，物聯網技術的應用提高了生產線的自動化與標準化，農產品加工配送中心的監測系統利用成像技術、傳感器感知、條碼和RFID電子標簽技術同時實現了自動化分揀與產品信息的收集與上傳。

冷鏈運輸可通過公路、水路和鐵路等方式實現，本文以公路的冷鏈運輸為例進行說明。每一臺冷凍、冷藏或恒溫運輸車都配備了運輸溫度記錄儀，可同時監控溫、濕度以及GPS地理位置信息，對于實時性要求較高的產品運輸，車輛編號、溫度、濕度以及ID編號等信息可通過GPRS及時傳送到監控中心的系統平臺，以便運輸調度人員隨時觀測，實現運輸效率最大化。

冷藏貯藏是冷鏈物流中的一個關鍵環節。首先，周轉箱上面的條碼和商品的RFID電子標簽在入庫階段通過RFID讀寫器讀取，再由入庫計算機整理電子標簽所攜帶上一流通環節的物流信息并上傳到倉儲管理系統，完成了入庫的流程。其次，倉庫內有由堆垛機、AGV自動導引運輸車和拆碼垛機器人等設備以及配套調度計算機組成的自動化控制系統。在調度計算機的指引下，各個自動化設備實現了對物料的識別與檢測，完成農產品的堆放、取貨等輸送流程，并將過程控制的信息傳遞到信息管理系統。最后，倉庫信息管理系統接收其他系統傳送信息后將其整理成數據報表、圖表，完成對庫內作業、庫存情況以及出庫操作指導的管理。

在冷鏈銷售階段，信息的共享是冷鏈物流其中的一個重要部分。當人們在超市購買農產品時，收銀員或自動售貨機對RFID電子標簽掃描獲取貨物的名稱、銷售時間等銷售信息，在一定時間之后對采集的信息進行整理得出該銷售點的營業情況，并根據當前貨物庫存做出何時向供應商進貨的判斷，同時將RFID讀寫器和傳感器的數據傳送到追溯系統，構成追溯系統的最后一環。

通過以上的四個物流環節分析可以看出，基于物聯網的冷鏈物流體系建設與冷鏈物聯網的標準體系以及信息共享程度息息相關。以冷鏈物流的追溯為例，每一環節的信息都必不可缺，“斷鏈”導致無法溯源，在食品安全事件中也無法明確責任主體。完善的冷鏈物聯網體系和標準可以為不同環節的信息對接提供了便利。

4 結論

本文通過對冷鏈物流應用到的物聯網技術進行了分析，探討了冷鏈物流的當前體系以及運行機理，得出了完善冷鏈物流的物聯網體系能提高冷鏈運輸效率，促進冷鏈物流行業的發展的結論。當前關于推動冷鏈物流建設的建議不少，但是從上文的分析可以看到仍有不夠完善的地方：基于物聯網技術的冷鏈基礎設施網絡的建設有待加強、標準體系未能統一、自動駕駛技術投入不足和智能倉儲發展緩慢，因此將在此分為四個方面進行展望。

政府繼續完善冷鏈物流的基礎設施網絡建設。首先，針對當前冷鏈物流的基礎設施建設程度不足的問題，政府應加快開展冷鏈物流產業園區、冷鏈物流中心、配送中心以及農村物流節點的建設。同時，政府繼續完善冷鏈物流的追溯制度，在發生食品安全事故的時候能及時處置，并且確認事故的責任方避免互相推諉的現象。

我們需要加快冷鏈物流標準體系的建設。政府聯合科研單位、冷鏈企業以及高等院校成立基于物聯網技術的冷鏈標準制定委員會，制訂與冷鏈行業相關的服務標準、技術標準和作業標準。冷鏈物流的信息標準化建設，最終目的是服務于冷鏈物流體系，建立起冷庫、冷藏運輸車的溫度監控平臺，并且打造與冷鏈企業信息平臺對接的公共信息平臺，完善冷鏈的物流追溯系統。

自動駕駛技術加快實現最后一公里的大規模物流配送。國內的部分冷鏈服務供應商繼續推出自動駕駛的配送工具，比如外賣機器人、自動駕駛卡車甚至有自動駕駛車輛編隊，在簡單的場合可以通過高準度GPS定位、低延遲5g技術以及激光雷達完成配送的要求。冷鏈物流應用自動駕駛技術不成熟的地方在于無人車投入的總體成本較高、線控系統的普及程度欠缺，這意味著無人駕駛技術的線控底盤、油門依賴于進口，發展受到限制。因此，對于自動駕駛技術應用于未來的冷鏈行業，物流企業需要更多地與互聯網公司、商用車主機廠協作打造完整的自動駕駛配送體系，降低投入的技術成本。

智能倉儲也將是物聯網技術應用到冷鏈物流中的一個熱門方向。智能倉儲將采用升級的自動化智能裝備，積極引進全自動的分揀機、自動化立體倉庫和輸送裝置，替代人工的搬運、分揀物流產品，同時應該及時升級有軌穿梭小車和AGV機器人并配合叉車提高倉內貨物運輸效率。

除了以上的四大方面，擴大消費者消費需求從而適當分攤冷鏈物流建設成本，新型無人機物流配送物流產品以及基于物聯網技術的產品圖像識別都是將來冷鏈物流發展的新方向，在政府、冷鏈企業和消費者的協同配合之下，冷鏈物流將給我們的生活帶來更多的便利。

參考文獻：

[1]方諍，吳建毅，楊富華.果蔬預冷及冷鏈物流中外對比研究[J].冷藏技術，2016（1）：16-18.

[2]李瑾，郭美榮，馮獻.農業物聯網產業發展分析與政策建議[J].科技導報，2018，36（11）：45-53.

[3]Nukala R， Panduru K， Shields A， et al. Internet of Things： A review from 'Farm to Fork'[C]//2016 27th Irish Signals and Systems Conference （ISSC）. IEEE， 2016： 1-6.

[4]Jedermann R， Ruiz-Garcia L， Lang W. Spatial temperature profiling by semi-passive RFID loggers for perishable food transportation[J]. Computers and Electronics in Agriculture， 2009，65（2）：145-154.

[5]Doinea M， BOJA C， Batagan L， et al. Internet of Things Based Systems for Food Safety Management[J]. InformaticaEconomica， 2015，19（1）.

[6]Peano C， Bordoni R， Gulli M， et al. Multiplex polymerase chain reaction and ligation detection reaction/universal array technology for the traceability of genetically modified organisms in foods[J]. Analytical Biochemistry， 2005，346（1）：90-100.

[7]趙秀榮，崔佳.我國生鮮農產品冷鏈物流配送路徑優化研究[J].農業經濟，2018（05）：130-132.

[8]盧翔，胡金有.基于WebGIS物聯網冷鏈物流信息發布系統研究[J].安徽農業科學，2011，39（11）：6868-6870.

[9]張宇，邢娜，徐秋茹.基于NFC技術的冷鏈物流智能防偽的設計[J].自動化技術與應用，2017，36（04）：42-45.

[10]高貴晨，劉艷超，武晉峰.基于物聯網的冷鏈物流信息實時采集與監控系統的研究[J].黑龍江電力，2018，40（02）：121-125.

[11]Thakur M， Fors E. EPCIS based online temperature monitoring and traceability in a cold meat chain[J]. Computers and Electronics in Agriculture， 2015，117：22-30.