基于物联网技术的农产品冷链物流系统设计

陈晓凤 祝 群

（1、2.龙岩学院经济与管理学院，福建 龙岩364012）

物联网是指建立在物品编码、RFID技术以及互联网的基础上，按约定的协议，可以把任何物品与互联网等网络相连接，进行信息交换、通信、处理，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息系统［1］。随着居民生活水平的提高以及消费方式的变化，人们对农产品新鲜度和安全性的要求越来越高。不管是通过网购还是通过大型农产品批发市场、生鲜超市，生鲜农产品的需求满足都要冷链物流系统的支持。如何将物联网技术应用于冷链物流中，设计一个农产品冷链物流系统实现农产品冷链过程的信息化管理具有重要实际意义。

1 我国农产品冷链物流研究现状

我国冷链物流自20世纪80年代兴起，经过三十多年的发展，已初步形成一定规模，但与发达国家相比，仍有较大的差距，尚未形成规模化、系统化的冷链物流体系，无法满足我国发展现代化农业、提高居民消费和扩大农产品出口的需求。

国内众多学者对我国农产品冷链物流现状进行分析和研究，认为与国外发达国家相比，我国农产品冷链物流还存在基础设施建设不足，农产品冷链物流体系缺乏，专业人才少、保鲜技术落后和信息化水平较低等问题，并提出一系列相应对策。总体来说，对冷链物流研究主要集中在宏观层面，对具体操作环节的实际应用和改进分析较少。针对我国农产品冷链物流发展的实际情况，如何利用现代化信息技术保证农产品的质量安全，提高农产品的流通率，减少农产品产后损失，建立完善的监控和追溯系统，实现冷链物流信息化是冷链物流发展亟待解决的重要问题。

2 基于物联网技术的农产品冷链物流系统设计

冷链物流系统是利用计算机系统、GPS、GIS和物联网技术等对农产品冷链物流过程中的信息进行采集、处理、传输、查询、更新和维护，提高冷链管理的效率，与企业资源计划、运输管理系统和仓储管理系统等的功能进行整合，为企业管理人员提供决策依据。基于物联网技术的农产品冷链物流系统按照信息的处理过程，可分为农产品信息读取模块、农产品信息管理模块、温湿度控制模块、用户管理模块和接口管理模块。

2.1 农产品信息读写模块

该模块通过各个环节的RFID天线和读写器，获取或写入电子标签中的农产品信息，并按照约定的方式发给系统，系统对收到的数据进行解码，获取农产品名称、数量、保质期等数据，并根据不同的需求进行分离和归类，最终存入数据库，以便后期的处理和分析。数据库作为系统运行的基础部分，主要用于储存农产品信息、温湿度信息和用户信息和这三者之间的联系。

2.2 农产品信息管理模块

该模块主要是对数据库中的农产品资料进行添加、查询、统计、删除和修改［2］。添加功能可以在数据库中更新农产品信息，例如将新农产品的信息写入电子标签。查询功能可以通过代码或名称查询农产品产地信息、在途信息、在库信息等，让用户了解农产品实时状态。统计功能可查看每日农产品的进出库量、运输量等内容，方便用户对农产品冷链物流数据进行统计分析。删除功能是将一些不再需要的农产品信息进行删除，减少数据冗余。修改功能可以对农产品的信息，如名称、描述、代码等进行修改。

2.3 温湿度控制模块

该模块包括农产品温湿度录入、查询和处理三个功能。温湿度的录入是通过无线传感器WSN实时感应农产品所处环境的温湿度，利用无线通信技术等传输到系统，系统根据接收的数据形成温湿度变化曲线图显示在后台监控中心。该模块始终保存和更新农产品冷链过程中温湿度的记录，直至到最终消费者。温湿度查询功能，便于用户了解农产品在某一环节或过程的温湿度情况。温湿度控制功能可分为人工操作和自动调节，当录入的温湿度数据超出设定标准范围，则系统自动生成指令，通过无线传输技术，控制相应的制冷设备或加湿器等，进行温湿度调节；或者生成的警报发送到现场处理人员手持终端或手机，要求现场人员进行检查和调节。

2.4 用户信息管理模块

该模块面向的用户主要是冷链物流运作的各相关主体，包括农产品生产加工商、运输商、仓储商和批发零售商等，能登陆系统进行操作的人员，有添加用户、删除用户、修改用户功能等。根据实际需要，在系统中添加新的用户、删除已有用户信息和修改用户信息等。通过用户信息管理模块，明确冷链相关人员的访问权限和责任，提高管理的规范化程度。

2.5 接口管理模块

该模块旨在利用数据库设计、输入输出设计等将本系统与其他物流子系统、公共信息平台、终端相连接，实现系统功能的整合。通过与企业资源计划（ERP）、仓储管理系统（WMS）、运输管理系统（TMS）、自动订货系统（EOS）等连接，节省信息化投入，拓展系统的功能，提高系统的兼容性和信息的共享性，避免“信息孤岛”的出现。可通过手机、超市自助终端或政府的公共信息平台等接入系统，使用权限内的功能，如查询购买的产品的生产加工信息、冷藏、运输信息等，实现农产品的跟踪和追溯。

3 基于物联网技术的冷链物流系统实现

农产品冷链物流系统的实现要与农产品冷链流程相结合，在低温加工、冷藏仓储、冷藏运输和低温销售这四个环节中应用并发挥其功能。

3.1 低温加工应用

农产品采收、捕获或屠宰后，进入加工环节前，为每一单位的农产品配备携带温湿度传感器的EPC电子标签，利用农产品信息读写模块写入相关信息，如农产品名称、数量或重量、品种、产地等。在进入加工场所后，利用温湿度控制模块，制冷设备控制温度，加湿器控制湿度，携带无线传感器的产品电子标签实时收集和传输温度和湿度信息，并传输给EPC信息网络系统，当温湿度高于设定温度时，发出警报，工作人员检查和调整制冷设备运作情况，直至温湿度达到设定标准。加工结束后，将农产品放入标准的物流箱或保温箱，在EPC标签上相应写入产品品质等级、保质期、加工企业名称、加工过程等信息。

3.2 冷藏储存应用

农产品离开生产加工场所，进入仓库、配送中心或物流中心等，实现低温储存。该环节由冷藏仓库、温湿度监测设备、信息采集和传输设备构成的信息读写模块和温湿度控制模块完成管理。当农产品进入冷藏仓库，由RFID识别系统根据RFID天线采集农产品EPC标签携带的所有产品信息，显示于后台系统，监控农产品的储存环境。在存储过程中，系统实时获取携带无线传感器的农产品的温湿度信息，保证产品所在区域的温湿度处于设定范围内。利用接口管理模块连接仓储管理系统获得产品信息，为农产品安排适当的储位并生成指令，将产品存放到指定货位。EPC电子标签写入仓储信息如入库时间、货架位置、温湿度要求信息等。根据客户订单需求，对储存的农产品进行人工分拣或自动化分拣，并做好农产品相应信息的更新。

3.3 冷藏销售应用

农产品根据消费需要，离开冷藏仓库，进入销售过程，由批发商、零售商保证销售环节的产品保鲜。这个环节利用农产品信息读写模块、农产品信息管理、温湿度控制和接口管理等模块实现保鲜销售。到达销售点，系统将收集每个农产品上EPC标签的信息，并写入产品入店时间、存放位置等信息。在销售环节，冷柜和货架上的制冷和加湿设备，调节农产品所需要的温湿度；电子标签向后台传输温湿度记录，连接系统，根据温湿度情况控制制冷和加湿设备；销售人员根据产品信息、温湿度变化记录和产品的保质期等，及时做出促销或下架的决策。

3.4 冷藏运输应用

在农产品冷链物流过程中，冷藏运输贯穿始终。在运输过程，借助温湿度控制模块，控制车厢的温度和湿度，使农产品不变质、不受污染。利用接口管理模块连接GPS、WSN、无线传输技术GPRS、GIS集成系统，更好地规划运输线路。农产品进入车厢，车厢上的天线获得所装入的农产品的信息，与送货单核对是否正确；制冷设备工作，保证车厢内的温度处于设定标准；无线传感器将温度变化通过无线传输技术传输到后台监控中心，当温度接近温度设定标准时，发出警报，后台中心远程控制车厢制冷设备的运作或者发出指令到司机手机，由司机处理；GPS和GIS技术实现冷藏车辆的实时跟踪和定位，规划最佳运输和配送该路线，提高运输效率。

4 系统的实施建议

4.1 软硬件设备准备

冷链物流系统的实现需要大量的软硬件投入。硬件方面，包括了冷藏物流箱、冷库、冷藏车、冷柜和货架等；EPC电子标签、RFID读写器、计算机硬件、无线传感器、制冷设备和湿度控制器、GPS导航设备等。软件方面，操作系统、数据库管理系统、冷链物流系统功能实现（程序编译）、GIS软件等。通讯网络方面，采用NFC近场通信技术、ZigBee技术和无线电波传输技术等。

4.2 数据准备

数据准备是一个耗时较长和比较复杂的工作，要求将原有的手工系统或者分散的子系统所使用的各类数据按照本系统所要求的规范进行收集和整理，满足系统的输入输出设计，如进行农产品、用户的代码设计、属性设计等，对数据进行组织，使数据按照一定的方式储存于数据库中。

4.3 人员准备

人员包括业务人员和系统设计、实施人员等。业务人员主要包括农产品生产加工人员、仓储人员、司机、调度人员等。系统实施人员是指保证系统能够正常运作的相关人员，包括系统分析人员、设计人员、操作人员和维护人员等。一是招聘引进冷链、计算机专业等相关人才，使系统的运行更加专业和高效；二是对现有员工进行培训，熟练掌握该系统的操作知识和技巧，保障系统的顺利实施。

4.4 运作主体准备

由于冷链系统的实施需要较大的资金投入，一些中小企业无法承担，无法全范围普及。立足当前农产品冷链发展的实际，一是以农产品供应链中的核心企业为主导，如某些农产品加工龙头企业、大型冷链物流中心、冷链物流企业为试点，先使用该系统，再扩展到上下游企业，逐渐完成冷链信息系统的衔接和实施；二是中小企业合作共建共用一个冷链系统，或借助物流公共信息平台，实现资源的合理配置和信息的共享互通。

［1］马婷，李芳，单大亚·基于物联网技术的食品冷链物流跟踪及追溯问题研究［J］.上海理工大学学报，2013，35（6）：557－561.

［2］张志红·河北省农产品冷链物流网络的现状与发展趋向［J］.廊坊师范学院学报，2013，13（6）：60－62.