车联网在冷链物流中的应用初探

张旭凤，吴子敏

（北京物资学院，北京 101149）

随着经济的发展和人民生活水平的提高，食品的品质越来越受到重视，尤其是近年来不断发生的食品安全问题，引发了食品冷链物流研究的热潮，国家连续出台指导性政策，引领并规范食品冷链物流的发展。在整条冷藏食品链中，配送、食品监控、信息传达效率等环节都是影响食品质量和冷链效率的重要因素，但我国冷链物流在这些方面的建设并不完善，在此提出将车联网应用在冷链物流中的构想并加以论证，旨在通过车联网解决冷链物流实际问题，推动冷链物流整体发展态势。

车联网是物联网在交通领域的具体应用，是形成智能交通的前提和基础，虽然车联网在我国基本上处于起步阶段，形成时间较短，技术上还不够成熟，但车联网与物联网一脉相承，因此拥有比较良好的技术基础，将车联网应用在冷链物流中，对车联网的发展成熟也大有裨益。目前，我国也开始加大对于车联网的研究力度，车联网跨层设计基础理论和关键技术研究成为2013年国家自然科学基金科学部资助重点领域，推动了车联网进入人们的视野。

一、车联网技术的发展与应用情况分析

（一）车联网技术模式与网络构建

车联网是指通过装载在车辆上的无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静态、动态信息进行提取和有效利用，根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效地监管并提供综合服务。[1]

车联网是物联网的分支，是从当前流行的物联网的视角去探究车辆间的通信问题，物联网中的关键技术及技术思想能够在车联网中直接应用，因此车联网具有良好的技术基础和应用前景。[2]目前，车联网涉及到的关键技术包含无线射频识别技术、无线传感器收集技术、无线通信传输技术（3G、4G）、全球定位技术（GPS、GIS）、车联网标准建立、安全技术等，这在物联网中均有体现。但与物联网相比，车联网中的网络结点以车辆为主，汽车节点移动速度更快、拓扑变化更频繁、路径的寿命更短，这就决定了车联网的高动态性，而且受到的干扰因素也会更多，包括路边的建筑物、天气状况、道路交通等，[3]因此车联网对技术的要求更加苛刻，其网络架构与信息建设也更加复杂和多变。

与物联网类似，车联网体系结构也可分为感知层、网络层和应用层，感知层主要是运用车载传感器对于车辆位置、行驶速度、道路交通状况、天气情况等相关数据进行感知和采集，并将数据通过传输系统上传到终端平台；网络层的主要功能是实现Internet接入、完成数据的分析处理和远距离大范围传输以及实现对车联网络内结点的远程监控和管理功能；[3]应用层主要是对车联网数据的处理与分析，通过人机交互界面实现各种具体服务，从狭义上来说，应用层主要是指网络终端系统以及用户操作系统等。车联网网络结构图1所示：

图1 车辆网网络结构构建

（二）车联网在发展中面临的挑战

虽然车联网可能会成为未来智能交通系统的核心部分，但从目前来看，车联网的发展还有很长的路要走，具体体现在以下四个方面：

1.车联网技术、服务和质量标准不健全。标准的建立是一个行业产生的前提和保障，对于行业的发展进步有着重要的指导性意义。在物联网行业中，车联网是最容易形成系统标准以及最具有潜力的应用，[4]但由于车联网行业尚没有比较清晰地架构和盈利模式，因此缺乏全局性的、国家层面的政策指导，所以车联网的技术标准、服务标准和质量标准都不够健全，在这种情况下，车联网行业实际上处于相关企业各行其是、各自为政的阶段，车联网的完善和发展还需要在建立全球范围的统一的技术、服务以及质量标准的基础上进行，这些问题的解决将是今后车辆网研究的重点。

2.我国缺乏高效的通信和传输系统。车联网的建立需要重点解决车与人、车与车、车与信息网络等各系统间的信息交换和共享问题，同时要求车身通过传感器实时上传最新数据，这对网络通信、大数据处理、信息辨识等都是艰难的挑战。从国外研究情况来看，在核心通信技术的支撑下，他们对于智能车辆和智能交通的把握已经较为全面，其中车联网的提法多集中在汽车行业，如通用汽车产品采用Onstar系统，运用全球卫星定位系统（GPS）和无线通信技术为汽车提供安全信息服务，Onstar系统的优势体现在交通事故中，通过事故自动检测和自动报警系统消除事故发生与救援之间的延迟。[5]福特汽车在2013年7月于美国迪尔伯恩市总部面向新闻媒体举行的“Go Further With Ford”上，介绍了该公司的联网汽车战略，拟采用包括V2V和V2I在内的自动驾驶技术进一步开拓汽车市场,V2V即为车与车的信息交换，对于在拥挤的交通网络选择最佳路线优势明显，[6]V2I为车辆基础设施信息交换，对V2I的研究主要在无线局域网IEEE 802.11标准下进行。[7]宝马汽车致力于打造通用的无障碍的车联网络，通过这个网络将所有ECUs（电子控制单元）彼此连接，从而形成更加高效的通信系统。[8]相较之下，国内市场对车联网核心技术的掌握欠缺，我国在车联网通信建设方面还有很长的路要走。

3.车辆信息安全存在隐患。车联网拟在将全部车辆连接入网，因此车辆在行驶过程中的所有信息都将被感知，并实时上传网络，这就引发了信息安全问题，如果没有强大的安全体系作保障，十分容易引起信息的泄露。比如，若被不法分子侵入系统并盗取车辆信息，那么车主的行踪就很容易被掌握，这会对车主的生命和财产安全造成极大威胁，因此安全系统的有效运行对车联网的建立及发展有着不可忽视的影响。

4.车联网还没有形成良好的盈利模式。对于所有行业来说，利润的产生是行业发展完善的原始驱动力，但在车辆网行业中，利润的产生方式和上升空间并不清晰，虽有乐观的市场前景，但投资迟缓，力度不足，无法在短期内形成完整的产品、服务、信息流和盈利体系，延滞了整个产业链的完善和发展。目前在车联网行业，电信运营商、汽车电子和服务企业、汽车贸易企业等围绕车载智能平台以一种简化版的车联网运营模式向前推进，由于客户需求基数小、行业推动力不足、产业链不完善、缺乏盈利模式、技术参差不齐等因素，车联网尚且应用分散而不成体系。

综上所述，车联网在我国的发展面临许多风险和挑战，在相当长的一段时间内无法大规模应用，需要通过对技术的摸索和大量的试验循序渐进的向前发展。

二、车联网在冷链物流中的应用探析

在车联网普及应用之前，需要一个相对较小的平台，在这个平台上运用车联网理念实现智能交通，发挥车联网的优势。通过比较和分析，冷链物流行业是较为合理的选择。

（一）建立冷链物流车联网的必要性研究

冷链物流是指在食品生产、储藏、运输、出售的各个环节中始终保持规定的低温下，以保证食品的质量。近几年来，国家政策的有效引导为冷链物流提供了难得的发展机遇，整体行业质量得到了很大提升，但与发达国家相比，我国冷链物流的建设仍处于起步阶段，先进化、精细化的冷链技术瓶颈尚未突破；规模化、系统化的冷链物流体系尚未形成，在我国现有条件下，将车联网引入冷链物流，能够推动这两个产业的共同繁荣和发展，具体体现在以下两个方面：

1.车联网能够推动冷链物流本身的建设和推广。冷链物流建设裹足不前是掣肘我国冷链物流发展的主观原因，包括冷链物流比例偏低、基础设施不健全、技术推广滞后、法律法规和标准体系缺失、第三方冷链物流企业发展缓慢等。这些问题需要引进发达国家的先进技术及管理理念，集中国家、科研团队、企业等各方的力量共同解决，而建立健全冷链物流车联网系统是解决上述问题的有效途径，能够有效完善冷链物流信息化建设、提升冷链物流基础设施水平，形成高新技术群，从而为整个行业注入新的活力，从根本上改变我国冷链物流落后的现实。

2.车联网能够强化冷链物流的配送效率和对食品质量的掌控力度。目前，冷链食品在配送过程中的质量监控主要依靠实时监控体系，冷链实时监控体系也分为感知层、网络层和应用层，其网络结构如图2所示。

但在实际的运作中，交通网络不发达、信息化建设程度低、冷藏车调配不均、冷链运输缺乏指导、冷链食品在途信息无法跟踪等都是冷链物流建设难以忽视的问题，根据冷链物流网络结构，结合冷链物流出现实际问题，按照冷链食品运输的时间脉络，整体冷链食品配送链中出现了四层断裂，第一层是冷链车辆调配缺乏合理性和计划性；第二层是交通、天气等信息的获取不及时；第三层是在途货物信息实时监控数据无法实时传送；第四层是冷链运输食品信息难以追溯。

图2 冷链实时监控体系运作示意图

车联网理念能够在一定的程度上弥补上述四层断裂，在第一层，冷链物流车联网旨在将所有冷链车辆统一入网，全面掌握冷链车辆的信息，对车辆运行进行合理调控；第二层及第三层是车联网系统的优势所在，车辆网系统能够有效把握路况信息并将数据及时传送，这对于冷链食品的配送至关重要；在第四层，实时监控体系与云计算的结合是关键，运用云计算对食品实时监控信息计算处理与分析，并保留有效信息作为追溯依据，是未来冷链食品信息追溯的研究方向。因此，在冷链物流系统中运用车联网技术，是推动冷链物流建设获得长足发展的有效方式。

（二）冷链物流车联网系统在实际中的应用研究

由于冷链食品的特殊性，冷链物流对时间的要求较高，因此强调提高配送效率，但在我国的大多数城市，交通网络不通畅成为影响配送的关键因素，以北京市为例，北京交通紧张，拥堵事件层出不穷，冷藏车司机在没有及时合理的路线指导情况下，极易造成时间的拖延和资源的浪费；冷藏食品对温湿度、车体平衡等要求很高，如今我国温湿度检测及平衡检测虽已普及，但无法将食品在途信息及时传送，造成食品质量保障率较低；另外一个实际的问题是冷藏车缺乏合理调度，企业在一年的经营中一般存在淡旺季，并且不同企业之间淡旺季也不同，但如今冷链车辆并没有统一的调配平台，这就造成了大多数冷藏车在淡季被闲置，在旺季超负荷使用的情况，使冷藏车运转效率大打折扣。

而根据车联网的功能定位，车联网能够统一全市所有冷链物流供方、需方及物流承运商（即冷藏车），以冷藏车为节点，通过对冷藏车的实时监控保障食品质量安全、在遇到拥堵时为冷藏车选择最佳运行路线、建设与冷链物流相关的车联网信息网络及信息平台，实时追踪冷藏食品在途信息，并为供需双方提供便利的交易服务。相对于整体的车联网的建设，冷链物流车联网可以作为一个良好的试点，在技术和经验逐渐成熟后，再从冷链物流行业扩展到其他物流行业，最后建立完善的全城车联网体系，实现打造智能城市系统的最终目的。

三、冷链物流车联网系统构建

冷链物流车联网系统的主要目的在于真正实现对冷藏食品的即时控制，达到配送中心和客户的可视化、可监控效果，因此其系统构建是对各种监控技术、通信技术、无线传感器技术以及数据处理技术的集成和综合应用。根据车联网的功能和层次划分，在冷链物流实时监控的基础上，冷链物流车联网的构建主要有数据获取、数据传送、数据分析及信息反馈等三个方面的内容，其结构图如图3所示：

图3 冷链物流车联网结构图

（一）冷藏车实时监控信息的收集

冷藏车在运输过程会产生很多不可控的因素，因此对冷藏车辆进行全方位的实时监控并将监控信息及时上传势在必行。

实时监控是指通过技术手段实时掌握在途车辆的变化，保证货物到达收货点时的质量与在出发点同样新鲜和安全。对于冷藏车的监控主要包括三个方面的内容：一是在途车辆内冷藏食品信息；二是冷藏车辆所处地理信息；三是冷藏车辆闲忙信息。

对冷藏食品进行监控是保证食品质量安全的有效手段，其监控对象为在途货物的基本变化情况，主要包括温湿度检测和车辆平衡检测。车内温湿度数据通过温湿度传感设备获取，确保食品处于规定低温环境下；平衡检测通过震感数据提取完成，确保食品在运输途中的平稳性，在温湿度超出标准或者震动超出限定货物可承受的震动范围时，会触发警铃。目前国内对于温湿度和平衡等检测的技术使用虽已普及，但在技术集成及车联网有效连接方面并没有很多涉及，因此应当建立以射频识别技术为核心，集成温湿度检测、震动数据提取等多项先进技术的冷链食品实时监控体系，并将实时监控数据通过车联网实时传送到终端平台，[9]及时把握食品信息、切实加强食品安全保障力度。

冷藏车地理信息的实时监控主要通过无线传感器网络完成。无线传感器能够感知、检测冷链车辆运行区域内各种环境参数，实时动态收集交通及车辆信息。无线传感器网络由众多车载传感器节点、路侧传感器节点及接受发送器和任务管理节点通过自组织的方式构成，是车联网体系的重要组成部分。无线传感网络能够互相进行通信，同时将所收集到的信息传达到无线传感网络的汇聚节点，汇聚节点将传感器的数据发送到互联网上，互联网通过云计算等数据处理手段形成提醒信息，再通过汇聚节点将信息传递正在运行或即将运行的冷链车辆，为车辆配送选择最佳方式。冷链物流对时间的要求较高，因此通过无线传感器网络及时掌握交通、路况信息，优化冷链车辆配送路径，缩短冷链车辆在途等待时间是高效全程配送的有力保障。

对于冷藏车辆闲忙信息的监控，主要用于解决上文中所提到冷藏车使用状况不合理问题，将符合行业标准的冷链车辆通过技术编码统一入网，通过监控冷藏车的闲忙状态进行合理调度，彻底改变“淡季车闲置，旺季车紧张”的局面，达到车尽其用。

（二）基于车联网网络的冷藏车信息传送与反馈

冷藏车信息传送与反馈是指在实时监控技术的支撑下，从监控端得到的冷藏车及冷藏食品信息数据通过信息网络传输到控制平台，经过控制平台处理分析，再将信息准确传达到相应的冷藏车。因此在冷链物流车联网系统架构中，无线通信网络是车载终端与数据支持平台信息交互的通道，[10]具有重要的桥梁作用，而无线通信技术也成为整个车联网网络建设的核心和支撑。

到目前为止，移动通信技术已经历了三个主要发展阶段，第一代（1G）起源于20世纪80年代，主要是基于频分多址技术（FDMA）的模拟通信系统；第二代（2G）起源于90年代初期，演变为采用时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）的数字通信系统；第三代移动通信技术（3G）可以提供更宽的频带，不仅传输语音，还能传输高速数据，成为目前承担通讯任务的主流系统。[11]如今在冷链物流实时监控体系中，3G无线通信传输正成为趋势，但是只有2 Mb/s的传输速度阻碍了其大范围应用。在3G传输技术的基础上，集3G与WLAN的4G传输技术正在兴起。4G传输技术的优点在于效率更高，并且能够输出更加清晰的高品质视频或图像。当然就车联网本身而言，除了3G与4G技术之外，车联网的通信方式从协议来看还包括802.11p、WiFi、Zigbee及LTE、WSN（无线传感网）；从层次来看既包括车内通信、也包括车车、车路、路路通信，还包括车、路与后备网络的通信。[12]

在冷链物流车联网系统中，通信网络的最终目的将冷链车辆、控制平台与用户终端联系在一起，形成完善而畅通无阻的交互式冷链物流配送网络。由于车内的冷冻食品状况以及车辆在途运行交通状况是决定冷链配送效率的关键，同时为了确保食品质量，对于冷冻食品的监控要求有清晰的图像或视频，以便终端平台根据图像或视频对食品情况进行正确的辨识，所以通信网络既要保证快速传输冷冻食品的实时监控数据以及在途车辆地理信息，还要保证冷冻食品信息的视频或图像质量，这对于通信技术提出了更高的要求。在现有的通信技术中，更加先进的4G传输技术是打造冷链物流通信网络的良好选择，但4G传输技术作为新生事物，在技术应用和市场推广方面还不成熟，有待于时间的检验。在选择车联网的通信方式时，可以结合不同的通信技术的特征和优劣，根据高效、快速、准确、完整的原则及实施情况适当进行。

（三）建立供需一体化物流信息平台

冷链物流配送是一个复杂的过程，涉及到行政法规、交易、交通、路线、食品监控等多方面的内容，因此完整的配送平台应涵盖供需双方相关的所有信息，[13]是整个冷链物流车联网的“总指挥部”。

供需一体化信息平台开发对象为符合研究标准的运输车辆及冷链物流需求方，主要有5个方面的用途：（1）提供供需双方交易平台，为企业和客户之间的合作提供全面的信息和便捷的服务。（2）记录冷藏闲忙信息，通过仓库管理系统、全球定位系统建立完善的供求双方信息匹配体系，通过信息匹配快速找到合适的物流承运商。（3）汇集冷藏车实时监控数据，关注在途车辆运行状况，通过对数据进行分析、提取、计算，及时预测车况、路况、天气等信息，给予正确的指导意见。（4）为提高配送效率，冷链物流通常采用共同配送方式，信息平台按照区域性共同配送原则，对冷链物流的配送进行统一规划管理。（5）将食品监控信息收录整理，便于客户查询，改变冷藏食品信息难追溯的现状。

由于信息平台需要处理超大数据量，因此建议运用云计算建立超大容量数据库，采用数据挖掘、人工智能等方式，这些方式在提取有效信息，过滤无效信息方面有很大的优势，能够提高数据处理效率。同时供需一体化信息平台可以对公共资源平台进行连接，及时通过公共资源平台加载天气、交通、路况等信息，这种方法能够有效节约成本。

综上所述，整体冷链物流车联网体系构建如图4所示：

图4 车辆网整体网络构建

四、结语

冷链物流和车联网在我国都属于新兴产业，因此在技术上和模式上都存在着缺陷和不足，在冷链物流车联网体系中，冷链物流为车联网提供试验平台，反之车联网有效提升冷链物流配送效率并强化实时监控体系，二者的结合，能够促进两个行业共同发展完善。当然这其中依然存在许多难题，如车联网的商业模式、车联网核心技术研发、建立完善的信息网络和信息平台等。虽然冷链物流车联网现在只是一种构想，其实施的可行性仍需深入考证，但在打造未来智能城市的潮流和呼声下，这种创新的提法具有一定的发展前景和积极意义，希望有更多的学者关注这块充满潜力的领域。

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