冷鏈物流車輛狀態遠程監控裝置設計

胡江虹

摘 要：以低溫保鮮功能為主的冷鏈物流對運輸車輛的要求較高，監控冷鏈物流車輛狀態成為提升物流質量的有力支撐，現階段仍然缺少有效的實時監控冷鏈物流車輛的監控終端。為此設計了一種冷鏈物流車輛狀態遠程監控裝置，通過該監控裝置實現全方位實時監控功能，該裝置主要由各類傳感器和攝像機等設備構成，完成對運輸車輛重要數據實時高效的收集與分析處理過程，詳細展示當前車輛狀態信息并保留原始數據，根據嚴重等級發出警報信息以供工作人員及時處理。

關鍵詞：冷鏈物流;車輛狀態監控;遠程監控裝置;傳感器;實現路徑

中圖分類號：TP 277

文獻標志碼：A

文章編號：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

隨著電子商務的快速發展和完善，拓寬了對存儲溫度及環境要求較高的生鮮農產品（包括奶制品、水果、蔬菜、禽畜等）的銷售路徑，近年來冷鏈物流業得到了迅速發展，但現階段國內的生鮮農產品產業仍然面臨著運輸環節損耗率較高、物流存儲及運輸技術有待提高等方面的問題，冷鏈物流車輛作為鮮活農產品運輸不可缺少的工具在確保產品品質方面起到重要作用，研究確定最短運輸線路，降低運輸成本，使冷鏈物流車輛遠程監控系統成為行業內的一項研究熱點。為有效提高冷鏈配送車輛的管理水平及工作效率，同時降低配送方面的相關成本，本文在現有研究成果的基礎上完成了車輛狀態遠程監控裝置的設計。

1?現狀分析

冷鏈物流過程的關鍵在于保持低溫環境，不斷發展進步的科學技術及制冷技術促使基于冷凍工藝學的冷鏈物流（使用制冷技術構建的一種低溫供應鏈系統）得到快速發展。隨著物質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量不斷增多，冷鏈物流的復雜程度隨之不斷提高，這就對冷鏈物流的監控和管理提出了更高的要求。確保冷鏈商品質量的關鍵在于嚴格的溫度控制過程，冷鏈貨物在貯藏、運輸過程不符合規定要求的情況下極易降低產品的新鮮甚至變質，影響了產品的營養價值及口味。特別是對車輛運輸過程中的數據采集記錄與問題的及時處理能力不足，從而進一步提升貨物交接質量及效率，同時簡化了后續的責任追溯與索賠等工作流程。冷鏈物流在國內起步相對較晚，發展水平仍有待提高，冷鏈運輸業尚處于起步階段，相比于發達國家我國的冷鏈運輸率較低，現階段我國每年消費的易腐食品已達到上億頓，這些商品中超過一半需冷鏈運輸，已實現的冷鏈運輸供給同市場需求間仍存在一定的差距，尤其是肉類、水產品、牛奶和豆制品普遍存在冷鏈運輸能力不足的問題，流通環節中易腐食品的損失率較高（25%～30%左右）。這些具備易腐易變質特點的商品增加了冷鏈物流使用成本及監管難度，目前監控冷鏈物流車輛狀態已成為進一步提升冷鏈環節效率的重要環節。如何兼顧滿足客戶需求及物流運輸環節的質量和效率受到越來越多的學者的關注。近年來為滿足冷鏈運輸需求部分企業加大了購置冷藏車的力度，在運輸環節溫度控制方面數量不斷增加的冷藏車大多采用傳統粗放型的控制手段，缺少統一標準的溫度控制及操作流程，監控與管理能力不高，限制了各環節運輸信息的有效銜接和使用，不利于提高產品運輸品質并且自出現問題后難追溯[1]。

2?冷鏈物流車輛監控終端功能描述

在實際物流運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輸條件的限制極易出現變質現象，包括計算機網絡、傳感器、單片機、電子信息等在內的技術為冷鏈物流的建立、管理、跟蹤監控提供了有力的支撐，促使冷鏈物流向標準化、規模化、智能化方向發展。隨著冷藏車數量的不斷增多，多種冷鏈車監控系統不斷投入到市場中以滿足市場運輸監管需求，但這些監控系統大多難以實現對冷鏈車的全方位監控，導致難以及時發現和解決出現的相關問題，為有效滿足低溫冷藏產品的運輸要求保證產品品質，本文針對冷鏈物流運輸環境完成了一種車輛遠程終監控終端裝置的設計，用于全程監控車輛運輸過程，全方位實時監控駕駛員、車輛及貨物信息（同時保留原始數據），及時發現問題并加以追溯，確保整個運輸環節的運輸質量和效率[1]。本文所設計的車載冷鏈物流車輛遠程監控裝置的顯示主界面，如圖1所示。

主要由主界面、視頻界面和導航界面構成，可完成對運輸車輛重要數據的實時高效的采集過程，主要通過使用單片機實現監控功能，該監控裝置界面的右邊包括導航、視頻、退格、確認和重啟5個功能鍵，實時顯示地理位置、當前時間、車內貨物信息、車廂內溫度、油量、車門狀態和服務器指令等信息，通過可觸摸液晶屏完成對溫度范圍與采集間隔的設置（在溫度顯示區域實現），在指令顯示區域可對具體服務器指令進行查看與回復，可對服務器時間進行手動讀取和設置（在時間顯示區域），在貨物顯示區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用啟動（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/警告信息時不便停車檢查），點擊退出該界面后相關進程和各攝像頭會自動關閉，返回至顯示主界面。駕駛員切換到該監控裝置的導航界面即可開啟導航軟件，以貨物目的地信息（可由駕駛員輸入）和GPS 信息為依據完成最佳行車路線的計算和確定，有效縮短前往目的地的耗時。該裝置配合服務器使用以便更好的實現遠程調度功能，在保證貨物運輸質量、提高運輸效率的同時節省了運輸成本[2]。

3?冷鏈物流車輛遠程監控裝置的設計

該智能監控裝置主要由車廂溫度、車門狀態、油量、GPS 定位和物品幾大功能監控模塊構成，為提升后續的使用、升級和維護的便利性，采用模塊化開發思想實現各模塊功能。

3.1?車廂溫度監控模塊

溫度監控模塊的具體流程，如圖2所示。

根據實際采集需要在車廂內布置溫度采集節點（確定數量和位置），大型運輸車輛可能需要對其不同廂體位置的溫度進行采集，然后向車載監控裝置傳輸已采集到的溫度信息，在此基礎上完成對相關信息的保存、顯示、上傳及異常判斷功能，報警器在檢測溫度超出預設溫度范圍的情況下會向駕駛員發出調節溫度的提示信息。溫度采集模塊根據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，用戶可根據實際需要自由選擇手動控制（需駕駛員以顯示溫度為依據通過調控冷氣壓縮機完成）和自動控制（由車載終端主動控制冷氣壓縮機完成）這2種溫度調節方式。可自行設定每次采集溫度的間隔（如1 min），并在硬盤中存儲采集數據信息后上傳給服務器，最終在終端主界面上顯示，同時對比已保存的預設合理溫度范圍，超出范圍則發出“請注意，車廂溫度異常”的報警信息，駕駛員據此通過調節冷壓機實現對車廂溫度的有效控制[3]。

3.2?視頻監控模塊

視頻監控模塊具體流程，如圖3所示。

主要通過車載攝像頭實現監控功能，主要負責對駕駛員、車廂門口、油箱的圖像數據進行采集和壓縮處理。圖像數據采集主要包括圖片（jpg 格式）和視頻（H264 格式）兩種形式，并通過無線網絡傳輸圖像數據，顯示于車載終端的視頻數據可按需選擇相關攝像頭的視頻開啟（包括全屏顯示某個攝像頭信息），圖像數據會在車載終端的硬盤及上級服務器中分別保存。車載終端對車門開關狀態進行判斷（通過限位開關完成），攝像頭（安裝于后車門車頂）在車門打開時開始采集視頻。以車速為依據（由GPS 獲得）對車輛行駛狀態進行判斷，監控油箱和車門的攝像頭在車輛行駛時關閉，此時開啟攝像頭采集駕駛員照片和視頻;車輛停止時則開啟油箱的監控攝像頭，并停止拍攝駕駛員。保存和上傳處理全部采集到的視頻數據信息，結合駕車時間將駕駛員照片通過圖像處理及關鍵特征提取完成對其是否為疲勞駕駛的判斷，判斷為疲勞駕駛時會發出相應的提示音并做好歷史記錄[4]。

3.3?油量監控模塊

油量監控模塊的工作流程，如圖4所示。

主要用于檢測油量使用量、剩余量、偷油情況，以供服務器后期處理使用，車輛當前油量由安裝在車輛上的油量傳感器完成信息讀取后，上傳并保存油量數據，比較以往上傳的歷史測得數據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的油耗不符及停車仍耗油等情況下自動打開油箱的視頻監控，同時發出報警提示信息（“請注意，油量異常”）[5]。

3.4?RFID 物品監控模塊

RFID 物品監控模塊工作流程，如圖5所示。

使用RFID主要實現了：在標簽中錄入準確全面的包括貨物品種、類型、裝貨及卸貨地點、重量、數量、錄入操作員信息等在內的貨物信息（包裝貨物或裝車貨物時）;根據采集到的標簽信息在貨物上放置用于記錄信息的 RFID 標簽并上傳至服務器，以供出入車廂時登記貨物信息及服務器端調度指揮使用;貨物上下車時通過讀卡器可隨時對標簽信息進行讀取、顯示，幫助駕駛員掌握運輸目的地。未關閉車門前會持續讀取并記錄貨物信息，關閉車門后則對車上貨物進行歸類分析處理（以 GPS導航信息及服務器指令為依據）獲取所載貨物目錄（包括已運達貨物，顯示在終端主界面上），根據貨物要求設定溫度范圍，以便準確排序、更新運輸目的地和導航[6]。

3.5?車門狀態監控和GPS定位

未避免車門非正常開關、貨物丟失等問題的出現，由車門狀態監控模塊根據限位開關的斷開與接通情況完成車門狀態的檢測和判斷并在車載終端進行與實時顯示，檢測到異常開啟的車門及時主動的發出報警信息同時上傳服務器，提醒駕駛員及時處理，并供服務器端整體監控使用，如圖6所示。

打開車門時根據駕駛員操作、貨物接貨和卸貨地點（ 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導航軟件或使用開源軟件代碼完成GPS 導航功能的移植實現，接收到的定位信息分別存儲于終端硬盤和上級傳服務器中，以供其他模塊讀取使用[7]。

4?終端功能的實現

傳感器作為實現本文車輛遠程監控裝置功能的關鍵部分，為使監控裝置更加靈活方便，其在車輛上的安裝示意，如圖7所示（可根據實際需要靈活變換傳感器位置及數量）。

為滿足冷鏈車的控制需求，在車廂頂部和底部各安裝1個性價比較高的溫度傳感器DS18B20，冷鏈車通常不會超過8個監控點，為簡化冷鏈車內的布線情況，可在唯一的三線上并聯多個溫度傳感器（單線上并聯不超過8個，以確保信號傳輸的穩定性），該傳感器可測量-55～125 ℃區間內的溫度，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，該監控裝置（無需備用電源）的電壓在3～5.5 V區間內，對于單開門的冷鏈車可使用一個安裝于車廂頂部靠右的限位開關完成對車門狀態的監控（可靈活變動限位開關的安裝位置），對于雙開門的冷鏈車則使用 安裝于車廂頂部的2個限位開關進行監控，選用的限位開關具有自定義升降桿更易于安裝和調節反應靈敏[8]。使用3～4個攝像頭實現對駕駛員、車門（將廣角球型攝像頭安裝于車廂頂端后部，實現整個車門視角的全覆蓋，以監控車門和貨物）、油箱的視頻監控功能，在車內駕駛員正對面安裝隱式夜視監控攝像頭（不會遮擋駕駛員視線）用于檢測和判斷疲勞駕駛。可在有油箱側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行監控。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據的讀取和監控，為實現全程油量的監控目的由終端負責為停車后的油量傳感器供電。采用 RFID 記錄貨品信息，在貨物側面粘貼RFID 標簽將RFID 遠距離讀卡器安裝于車后兩側實現對裝卸貨物信息的自動讀取和上傳，并在服務器端同步貨物信息，使信息讀取的準確率、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運輸過程的管理及調度的自動化及智能化。物流企業可實時準確的獲取車輛運輸過程中的運輸貨品信息及實際流動方向，根據貨品銷售地確定采購源，為實現對物流運輸的信息共享、宏觀調控提供支撐[9]。

5?總結

本文主要對冷鏈物流車輛狀態遠程監控裝置進行了研究和設計，該監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，再通過單片機完成采集信息的實時處理，各原始監控信息及操作信息均保存到存儲硬盤，以便后續使用及問題追溯，并據此發出相應提示及警報信息，并在觸摸液晶屏上顯示，該監控裝置具備集成度高、操作便利、監控功能全面的優勢，實現了對物流車輛的全方位實時監控與報警功能，并可遠程調度冷鏈車輛（通過遠程服務器指令完成），在滿足貨物物流運輸需求的同時節省運營成本，最大程度減少運輸損失。

參考文獻

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（收稿日期：2020.04.11）