疫情防控背景下基于WSN和RFID技術的陜西省冷鏈物流系統設計

成志平

（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

生鮮農產品從收獲/屠宰到運輸再到終端消費者手中，通常需要經過一定的時間。對于保質期較短的生鮮農產品而言，利用冷鏈物流系統開展產品倉儲物流，是降低農產品腐敗變質比例及保證現代農業產品貿易正常運轉的必需環節。然而，隨著新冠疫情的爆發，中國多地在進口冷鏈食品或包裝物中檢出新冠病毒核酸陽性，進口冷鏈食品疫情傳播安全風險增大。盡管新冠病毒基本均出現在進口冷鏈環節，但中國人民群眾對冷鏈物流體系的信賴程度卻隨之降低［1-3］。為應對后疫情時代生鮮農產品對冷鏈物流的需求，需要對現有的冷鏈物流體系進行優化，增加對冷鏈物流環節的監控等手段，降低新冠病毒污染生鮮農產品冷鏈物流的風險。本研究基于WSN和RFID技術，以陜西省農產品為例，設計了一種生鮮農產品冷鏈物流系統，旨在優化現有生鮮農產品冷鏈物流系統，并為后疫情時代的農產品貿易運轉提供幫助。

1 WSN與RFID技術的融合

1.1 WSN技術

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是一種分布式傳感網絡，采用無線方式進行通信，將其末梢處傳感器獲得的信息與上位機等進行傳輸［4］。WSN的網絡設置靈活，可以根據用戶和系統需求等隨時更改，具有大規模、自組織、動態性、可靠性強等優勢。

1.2 RFID技術

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）又稱無線射頻識別，是一種可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸的通信技術［5］。RFID技術應用于生鮮農產品冷鏈物流，實現產品的非接觸信息識別，在整個識別環節無須人工干預且可應用于各種惡劣環境如低溫環境、高速運行環境等，可以有效降低生鮮農產品冷鏈物流環節與外界的接觸。

1.3 WSN與RFID技術的融合優勢

石麗娟等［6］基于兩種技術進行融合并將其應用于生鮮果蔬冷鏈監測系統中，WSN與RFID技術融合后開展冷鏈物流系統建設，能夠采用微型傳感器節點采集信息并進行無接觸信息傳輸，在應用于生鮮農產品冷鏈物流后，由于各節點間具有自組織和協同工作的能力，網絡內部采用無線多跳通信方式，與傳統的冷鏈物流相比，其具有的優勢：①精確度高，能夠實現單一的冷鏈物流傳感器無法實現的密集空間采樣及近距離監測；②靈活性強，一經部署無需冷鏈物流體系中進行過多的人為干預；③可靠性高，避免單點失效問題；④性價比高，能夠降低傳統冷鏈物流體系中的傳感器成本。

2 基于WSN和RFID技術的冷鏈物流系統設計

2.1 生鮮農產品冷鏈物流系統框架

陜西是中國的農業大省，同時也是生鮮農產品冷鏈物流供應與需求大省。在冷鏈物流產業發展過程中，出現了速必達冷鏈物流、東方（冷鏈）貨運、嘉豐蔬果冷鏈倉儲物流中心等省內冷鏈物流企業，省內建設成的物流園區對陜西省蘋果、獼猴桃、富硒農產品的發展提供了巨大幫助［7-9］。本研究總結陜西省生鮮農產品冷鏈物流系統框架（圖1）。在生鮮農產品冷鏈物流系統中，監控中心是開展大部分業務的核心。冷鏈物流企業通過構建基于WSN+RFID的監控中心，實現生鮮農產品冷鏈物流環節信息采集、質量安全追溯、倉儲管理、監控預警以及運輸調度等方面的協調配合。

圖1 陜西生鮮農產品冷鏈物流系統

2.1.1 信息采集系統信息采集系統的主要作用是采集生鮮農產品從流入冷鏈物流時的原始信息到流入消費者手中時的全壽命周期信息，通過EPC編碼對某一農產品或某批農產品進行惟一的標準編碼編譯，再通過WSN+RFID技術進行數據采集和傳輸，系統用戶以及管理員等可以根據所屬權限的不同查看或下載系統數據。

2.1.2 倉儲管理系統倉儲管理系統主要負責對生鮮農產品入庫、出庫兩個環節進行數據信息統計與監管。該系統接受來自監控中心的指令，配合倉庫工作人員的手持或固定RFID掃描工具對產品進行智能化管理，降低生鮮農產品在入庫、出庫環節時的損耗。同時，由于WSN技術的融入，倉儲管理系統的生鮮農產品掃描基本可以實現無人化作業，降低了因為人的存在而造成的新冠病毒威脅。

2.1.3 監控與預警系統該系統綜合應用RFID、各類型傳感器、報警器等對生鮮農產品在冷鏈物流過程中的溫度、濕度、二氧化碳濃度等進行監控。由于WSN的存在，即使物流車輛已經距離監控中心很遠距離，監控中心仍然能夠實時把控物流車輛內部環境條件，一旦冷鏈車輛內部存儲環境發生變化，則車輛將會在進行聲光報警的同時，將問題通過網絡傳輸至監控中心進行及時調控。

2.1.4 其他系統冷鏈物流系統中的運輸調度系統以及農產品質量安全追溯系統等也會通過GPRS等通信技術與監控中心進行實時對接，監控系統可以對運輸車輛、冷鏈倉儲等進行實時調度；企業也可以通過監控中心實現生鮮農產品的全壽命周期質量安全溯源，即使在消費者完成生鮮農產品消費后很長時間也可以對農產品質量安全問題進行溯源。

2.2 監控中心運轉流程

在陜西省生鮮農產品冷鏈物流系統中，監控中心是冷鏈物流系統開展絕大部分工作的核心。同時，監控中心也是WSN+RFID兩種技術最直接應用的環節。因此，本研究針對監控中心的總體架構和系統功能流程進行詳細分析。

2.2.1 監控中心架構生鮮農產品冷鏈物流監控中心總體結構如圖2所示。監控中心總共由主節點、從節點以及檢測服務平臺3部分組成。其中，主節點也成為智能節點，主要包含生鮮農產品冷鏈物流環節溫度、濕度等條件的采集部分，融合了WSN和RFID技術，主要布置在冷鏈物流車輛以及各區域的生鮮物流倉庫中；從節點也被稱為終端采集模塊，主要負責將生鮮農產品冷鏈物流中傳感器、RFID閱讀器等所接收的各項數據進行收集和傳輸，通常也布置在冷鏈物流車輛以及各區域的生鮮物流倉庫中；冷鏈監測服務平臺看作是冷鏈物流體系的服務器，負責遠程收集生鮮農產品冷鏈物流過程中的各項監測數據，該平臺為不同權限用戶提供不同的數據查詢服務。

圖2 監控中心架構

2.2.2 主從節點功能流程主從節點的功能流程如圖3所示。當生鮮農產品進入冷鏈物流系統后，監控中心首先會對系統進行初始化，消除上一批生鮮農產品的串口波特率等對當前生鮮農產品的影響；隨后系統的智能節點將會對檢測服務平臺獲取的網絡節點數據進行篩選，若篩選結果表示該節點為主節點，則監控中心會定時發送命令至從節點經由WSN進行數據發送；若該節點不為主節點，則操作傳感器測量冷鏈物流車輛或冷鏈物流倉儲中的環境條件如溫度、濕度、二氧化碳濃度等，讀取從節點中RFID標簽數據并將數據傳輸至主節點。

圖3 主從節點功能流程

3 疫情防控下基于WSN和RFID技術的冷鏈物流系統應用

3.1 冷庫的監測環節

生鮮農產品的入庫與出庫是生鮮農產品與工作人員接觸或暴露于自然環境下的重要場景。冷庫監測水平的高低，將會直接決定后疫情時代生鮮農產品冷鏈物流系統對新冠病毒的防控能力［10］?；赪SN和RFID技術的冷鏈物流系統帶有RFID標簽產品箱以及智能主從節點數據傳輸系統，通過WSN進行遠程數據傳輸。冷庫監測環節工作流程如圖4所示。

圖4 冷庫監測環節工作流程

以陜西省獼猴桃為例，農民完成采摘后，系統的智能節點會通過RFID標簽對運輸來的獼猴桃果蔬箱信息進行統計，所有接觸過該果蔬箱的人、車都會被精準記錄，果蔬箱的所有信息都可以在監控中心進行獲取。同時，該系統還會通過冷庫的智能攝像頭實時監控具體的某一果蔬箱，假如該果蔬箱在倉儲環節被進行了完全沒有必要的操作，例如非工作人員接觸等，該系統同樣會進行數據統計并智能調閱冷庫的智能攝像頭監控數據，以便后續發現問題時及時進行追蹤。

3.2 冷鏈物流車輛監測環節

冷鏈物流車輛運輸環節也是生鮮農產品受新冠病毒威脅的重要場景。過多的物流車輛對接會直接增加農產品接觸新冠病毒的機會。在應用冷鏈物流系統后，除對冷鏈物流車輛司機進行嚴格的智能化監控意外，所有涉及某一生鮮農產品的冷鏈物流車輛都需要進行嚴格的運輸工具及貨物的消毒，車廂內的傳感器會對某些消毒劑的成分以及波動情況進行監控，若發現某些車輛并未進行規定的消毒則會直接對該車輛發起警告，車輛內部的聲光警告燈會警示相關工作人員該車輛的問題，大大增強冷鏈物流車輛監控環節的疫情防控水平。

4 小結

疫情時代生鮮農產品冷鏈物流系統的病毒防控能力將會成為冷鏈物流產業堅決切斷新冠病毒傳播途徑的重要體現。本研究構建了基于WSN和RFID技術的生鮮農產品冷鏈物流系統，從傳感器的信息傳遞以及主從節點的數據傳輸等視角對傳統的冷鏈物流體系監控中心進行了優化，冷鏈物流體系將會大大提升倉儲和車輛運輸環節的疫情防控水平，從而充分保證后疫情時代生鮮農產品物流安全。