基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雷夢(mèng)婷 薛亮

摘? 要：隨著我國(guó)冷鏈運(yùn)輸量逐年遞增，如何在運(yùn)輸過程中保證貨物的新鮮度已成為物流研究的熱點(diǎn)之一。本文以冷鏈物流為研究目標(biāo)，針對(duì)冷鏈運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的車廂內(nèi)溫濕度變化大和工作人員操作不規(guī)范等問題，基于SQL Server數(shù)據(jù)庫和Python程序語言設(shè)計(jì)冷鏈運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程中的信息監(jiān)控。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，該信息系統(tǒng)能高效采集貨物信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控車廂內(nèi)的環(huán)境和貨物的質(zhì)量，從而降低貨物損耗率，提高企業(yè)信息化管理和客戶滿意度。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);冷鏈運(yùn)輸;管理信息系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1472（2022）-01-59-04

Abstract： With the increasing volume of cold chain transportation in China， how to ensure the freshness of goods in the transportation process has become one of the research focuses in logistics. This research takes cold chain logistics as the research object and aims to solve problems of large changes in temperature and humidity in the carriage and non-standard operation of staff， which are likely to occur in the process of cold chain transportation. In order to solve these problems， this paper proposes to design a cold chain transportation management information system based on SQL Server database and Python programming language， to realize information monitoring in transportation process. Through the application of Internet of Things technology， the proposed information system can efficiently collect cargo information and monitor the environment and cargo quality in the carriage in real time， thereby reducing the cargo loss rate and improving enterprise information management and customer satisfaction.

Keywords： Internet of Things technology; cold chain transportation; management information system

1? ?引言 （Introduction）

冷鏈運(yùn)輸一般應(yīng)用于鮮活品、加工食品和醫(yī)藥類物品運(yùn)輸，通過制冷設(shè)備使運(yùn)輸物品在運(yùn)輸過程中始終保持最佳儲(chǔ)存溫度來確保貨物的安全與品質(zhì)[1]。在運(yùn)輸過程中，溫度大幅度變化是引起貨物品質(zhì)下降的主要原因之一，一部分中小型企業(yè)為了降低運(yùn)輸成本會(huì)在運(yùn)輸途中關(guān)閉制冷設(shè)備，接近目的地時(shí)再打開制冷設(shè)備，這種不正確的運(yùn)輸方式會(huì)導(dǎo)致貨物損壞，因此需要一個(gè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車廂內(nèi)溫濕度控制和記錄貨物狀態(tài)并提供報(bào)警功能的管理信息系統(tǒng)[2]。本文就冷鏈運(yùn)輸展開討論，通過系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)來保障運(yùn)輸途中貨物的品質(zhì)。

2? 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （Research status at home and abroad）

國(guó)外冷鏈物流發(fā)展起源于19世紀(jì)中期，在冷鏈物流建設(shè)方面相對(duì)成熟。目前像美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家能將貨物的貨損率控制在5%左右，足以說明其冷鏈配送體系建設(shè)較為完善。我國(guó)在20世紀(jì)50年代引入冷鏈物流，雖然起步較晚，但是對(duì)其十分重視，加之近幾年與“互聯(lián)網(wǎng)+”的結(jié)合，我國(guó)冷鏈物流運(yùn)輸建設(shè)很快。但是由于技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)薄弱和應(yīng)用設(shè)施設(shè)備落后等原因，降低貨損率仍然是我國(guó)冷鏈物流發(fā)展的一個(gè)大問題[3]。

3? 物聯(lián)網(wǎng)冷鏈運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)介（Introduction of cold chain transportation management information system of Internet of Things）

物聯(lián)網(wǎng)冷鏈運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)針對(duì)生鮮類及易腐類等貨物，運(yùn)用具有傳感器裝置、RFID、定位系統(tǒng)等技術(shù)和制冷設(shè)備的運(yùn)輸工具，使物品在運(yùn)輸途中一直處于低溫環(huán)境下，從而保證物品質(zhì)量，降低運(yùn)輸過程中貨物的損耗[4]。該系統(tǒng)是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，按照約定協(xié)議將物品和網(wǎng)絡(luò)相連接[5]，加強(qiáng)信息管理，促進(jìn)企業(yè)向信息化發(fā)展，使企業(yè)采取科學(xué)的管理模式，從而帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益的人機(jī)系統(tǒng)[6]。

4? ?系統(tǒng)需求分析（Analysis of system requirements）

我國(guó)每年因冷鏈運(yùn)輸不規(guī)范而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失超過1，000億元，其中由于溫度、包裝和設(shè)備等不規(guī)范而造成的損失占比接近一半[7]。目前冷鏈運(yùn)輸中存在不規(guī)范管理和信息化水平低的問題，有些中小型運(yùn)輸企業(yè)對(duì)貨物的監(jiān)控僅僅靠人的主觀觀察，缺乏科學(xué)正確的操作方法，無法掌控物品在運(yùn)輸中的狀態(tài)，缺乏對(duì)運(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)的信息采集分析以便及時(shí)應(yīng)對(duì)緊急情況，從而增大了貨損率。因此，除了加強(qiáng)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)以外，還需構(gòu)建管理信息系統(tǒng)來加強(qiáng)對(duì)貨物及設(shè)備的監(jiān)管，從而降低貨物在運(yùn)輸過程中的損耗。

5? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（System design and implementation）

5.1? ?系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

通過以上分析，本文構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)。通過結(jié)合企業(yè)戰(zhàn)略采用“自下而上”的開發(fā)策略，設(shè)計(jì)得到一個(gè)包含總體框架設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和代碼設(shè)計(jì)的管理信息系統(tǒng)，其功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

5.2? ?模塊設(shè)計(jì)

5.2.1? ?車載終端系統(tǒng)

該模塊通過網(wǎng)絡(luò)向管理系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，從而保障車載系統(tǒng)的正常運(yùn)行。車載系統(tǒng)由RFID無線射頻模塊、北斗定位系統(tǒng)、溫濕度傳感器組成。

（1）RFID無線射頻模塊：讀取器通過貨物的電子標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別，準(zhǔn)確獲取貨物的數(shù)量、重量及產(chǎn)地等基礎(chǔ)信息并上傳至數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化管理。

（2）北斗定位系統(tǒng)：該模塊可以獲取運(yùn)輸車輛的地理位置并根據(jù)當(dāng)前路況信息預(yù)測(cè)貨物到達(dá)時(shí)間并實(shí)時(shí)傳送給管理系統(tǒng)，客戶可登錄系統(tǒng)查看貨物預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間，提前安排人員接收貨物，從而提高運(yùn)輸效率。

（3）溫濕度傳感器：在車廂內(nèi)安裝多個(gè)溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控車廂內(nèi)的溫度濕度，并上傳至車載終端系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

5.2.2? ?運(yùn)輸訂單管理

由工作人員輸入運(yùn)輸訂單信息后，系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)訂單編號(hào)作為該運(yùn)輸訂單的唯一信息標(biāo)識(shí)。系統(tǒng)再依據(jù)客戶信用狀況和公司運(yùn)輸能力對(duì)該訂單進(jìn)行審核，審核通過后系統(tǒng)將安排車輛運(yùn)輸該批貨物。該系統(tǒng)流程為訂單建立、訂單審核、任務(wù)下達(dá)、訂單執(zhí)行和訂單完成。

5.2.3? ?運(yùn)輸資源管理

該模塊主要針對(duì)車輛信息、司機(jī)等資源進(jìn)行管理，由司機(jī)個(gè)人信息管理、貨物信息管理、車輛管理、人員管理及客戶管理子模塊組成，主要用于為調(diào)度員派車提供支持。該模塊根據(jù)配送區(qū)域線路進(jìn)行規(guī)劃，系統(tǒng)按照運(yùn)力資源實(shí)際情況分配合適的運(yùn)輸車輛，根據(jù)車輛的當(dāng)前位置、裝貨地點(diǎn)、貨物情況、目的地、運(yùn)輸路線和當(dāng)前交通情況等，最終得出最優(yōu)路徑和最佳運(yùn)輸車輛組合，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的配車和配載。

5.2.4? ?實(shí)時(shí)車輛追蹤

運(yùn)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合來實(shí)時(shí)追蹤運(yùn)輸車輛動(dòng)態(tài)，企業(yè)和客戶可登錄系統(tǒng)查看運(yùn)輸車輛動(dòng)態(tài)狀況。客戶可根據(jù)系統(tǒng)預(yù)測(cè)貨物到達(dá)時(shí)間，提前安排收貨人員進(jìn)行搬運(yùn)、入庫等工作。此模塊也可以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況，如運(yùn)輸車輛的二次調(diào)度，車輛在運(yùn)輸途中收貨地址變更，系統(tǒng)可以根據(jù)新的收貨地址及時(shí)變更行駛路線，以確保貨物及時(shí)、迅速送達(dá)目的地。

5.2.5? ?報(bào)警系統(tǒng)

設(shè)置冷藏車廂內(nèi)溫濕度臨界值，當(dāng)車廂制冷設(shè)備制冷異常，傳感器感應(yīng)到車廂溫度低于或高于臨界值時(shí)會(huì)立即觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，駕駛員收到報(bào)警信息可以及時(shí)檢查車輛并處理故障，以此來保證物品在運(yùn)輸途中的品質(zhì)。根據(jù)RFID標(biāo)簽和溫濕度傳感器反饋的信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫內(nèi)進(jìn)行保存，運(yùn)輸結(jié)束后可根據(jù)存儲(chǔ)的報(bào)警信息來檢查車輛的制冷設(shè)備并維修車輛，以備下次運(yùn)輸。

5.2.6? ?財(cái)務(wù)管理

當(dāng)貨物到達(dá)目的地，客戶提取貨物并檢查核對(duì)無誤后，系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)輸途中所產(chǎn)生的費(fèi)用進(jìn)行核算。該模塊還可對(duì)運(yùn)輸人員進(jìn)行指標(biāo)考核，對(duì)無缺勤和配送準(zhǔn)點(diǎn)率高的員工采取獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，以提高工作積極性。其系統(tǒng)流程如圖2所示。

5.3? ?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是為了管理數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的由數(shù)據(jù)庫及其管理軟件組成的一個(gè)電腦軟件系統(tǒng)，具有儲(chǔ)存、新增、更新、查詢等基礎(chǔ)功能。SQL Server數(shù)據(jù)庫是由Microsoft公司開發(fā)推廣的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有良好的Windows操作系統(tǒng)兼容性和良好的操作界面。基于SQL Server，本文對(duì)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的需求進(jìn)行分析，主要用于儲(chǔ)存冷鏈運(yùn)輸過程中的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，其主要數(shù)據(jù)有貨物信息、運(yùn)輸車輛信息和感應(yīng)器監(jiān)測(cè)車廂內(nèi)數(shù)據(jù)，這也是該數(shù)據(jù)庫的主要實(shí)體。將這三種信息分別建立表格并使其關(guān)聯(lián)為級(jí)聯(lián)，以便更新和查詢貨物信息。通過圖3來描述數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)。

5.4? ?代碼設(shè)計(jì)

連續(xù)、精確和可靠的溫度濕度控制是整個(gè)冷鏈運(yùn)輸?shù)暮诵模瑴貪穸瓤刂撇划?dāng)會(huì)導(dǎo)致貨物細(xì)菌的滋生和品質(zhì)的降低。為了貨物的品質(zhì)保障，需要對(duì)車廂內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度和濕度管理，不僅要記錄溫度而且要跟蹤車廂內(nèi)溫濕度控制情況。據(jù)調(diào)查，冷凍類運(yùn)輸溫度控制在-18 ℃—-22 ℃用來運(yùn)輸速凍肉類、冰激凌等貨物，而生鮮類運(yùn)輸溫度控制在0 ℃—10 ℃用來運(yùn)輸蔬菜、水果等貨物，通常濕度控制在95%—98%[8-9]。下面以冷凍運(yùn)輸為例設(shè)計(jì)部分程序：

import pandas

import numpy

def wendu（）：? ?# 定義函數(shù)，對(duì)溫度進(jìn)行分析

print（"請(qǐng)輸入當(dāng)前溫度："）? ?# 手動(dòng)輸入溫度數(shù)值

print（"請(qǐng)輸入當(dāng)前濕度："）? # 手動(dòng)輸入濕度數(shù)值

a = input（）

a = int（a）

tem = 0

b = input（）

b = int（b）

shi_D = 0

if （-22 < a < -18）：? # 對(duì)溫度進(jìn)行判斷? 溫度控制在 -18℃—-22℃

# print（"當(dāng)前溫度顯示正常"）

tem = 1

elif （a < -22）：? ? ? ?# 利用elseif 進(jìn)行分析 不同溫度下帶有不同的labeling

tem = 3

else：

tem = 2

if （95 <= b <= 98）：? ? # 對(duì)濕度進(jìn)行判斷? 濕度控制在95%-98%

shi_D = 1

elif （b < 95）：? ? ? ? ? # 利用elseif 進(jìn)行分析 不同濕度下帶有不同的labeling

shi_D = 3

else：

shi_D = 2

# 創(chuàng)建 不同標(biāo)簽的labeling 帶有標(biāo)簽列表 我們可以根據(jù)標(biāo)簽對(duì)手寫溫度進(jìn)行判斷

print_list = ["溫度正常"， "濕度正常"， "警告：溫度過高，顯示紅色"， "警告：濕度過高，顯示黃色"， "警告：溫度過低"， "警告：濕度過低"]

# 這是對(duì)溫度的評(píng)估，對(duì)不同的溫度影響進(jìn)行print

if （tem == 1）：

print（"當(dāng)前溫度數(shù)值："+str（a）+" ° " +print_list[0]）

if （shi_D == 1）：

print（"當(dāng)前濕度數(shù)值："+str（b） +print_list[1]）

if （tem == 2）：

print（"當(dāng)前溫度數(shù)值："+str（a）+" ° "? +print_list[2]）

if （shi_D == 2）：

print（"當(dāng)前濕度數(shù)值："+str（b） +print_list[3]）

if （tem == 3）：

print（"當(dāng)前溫度數(shù)值："+str（a）+" ° "? +print_list[4]）

if （shi_D == 3）：

print（"當(dāng)前濕度數(shù)值："+str（b） +print_list[5]）

q = "yes"

# 利用while 循環(huán)進(jìn)行多次手寫輸入

while（q == "yes"）：

# 利用try 和except 防止用戶在輸入過程中參數(shù)輸入錯(cuò)誤

try：

wendu（）

print（"請(qǐng)輸入是否繼續(xù)，如續(xù)yes;否則 no"）

except ValueError：

print（"輸入有誤"）

print（"請(qǐng)輸入是否繼續(xù)，如續(xù)yes;否則 no"）

q = input（）

6? ?可行性分析（Feasibility analysis）

6.1? ?社會(huì)可行性分析

我國(guó)每年因冷鏈運(yùn)輸不規(guī)范導(dǎo)致商品出現(xiàn)腐爛而造成的經(jīng)濟(jì)損失過多。為了防止商品腐爛，國(guó)家出臺(tái)了運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)規(guī)范及要求，并大力支持冷鏈信息化，因此企業(yè)應(yīng)建立完善的管理信息系統(tǒng)從而減少運(yùn)輸成本。

6.2? ?經(jīng)濟(jì)可行性分析

SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和Python程序語言都是免費(fèi)且開放源碼的語言，對(duì)于中小型企業(yè)來說使用成本低。合理運(yùn)用該系統(tǒng)可以降低企業(yè)的成本，提高企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率，故該系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

6.3? ?技術(shù)可行性分析

該系統(tǒng)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫和Python程序語言，其操作都相對(duì)簡(jiǎn)單且具有強(qiáng)大的分析能力。如需更新系統(tǒng)，使用者可以通過閱讀它的源代碼并對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)后再把一部分運(yùn)用于新的系統(tǒng)中，提高了開發(fā)效率，故該系統(tǒng)在技術(shù)上具有較好的可行性和靈活性。

7? ?結(jié)論（Conclusion）

物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于物流各個(gè)環(huán)節(jié)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息管理系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，可以有效解決冷鏈物流運(yùn)輸中存在的問題。通過監(jiān)控車廂內(nèi)的溫濕度和貨物質(zhì)量并實(shí)時(shí)定位運(yùn)輸車輛的地理位置，確保貨物新鮮度和便于運(yùn)輸車輛的二次調(diào)度，提高運(yùn)輸效率。基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)的使用，使運(yùn)輸過程中的自動(dòng)化水平不斷提高，降低了貨損率及人工成本，從而降低物流運(yùn)輸總成本。

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作者簡(jiǎn)介：

雷夢(mèng)婷（2001-），女，本科生.研究領(lǐng)域：物流信息系統(tǒng)設(shè)計(jì).

薛? ?亮（1978-），女，博士，講師.研究領(lǐng)域：物流信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綠色物流.本文通訊作者.