基于物联网的生鲜瓜果电商与超市融合

摘要：针对瓜果产品种植分散、标准难以统一、溯源渠道不畅及信息不对称导致消费者在网上购买率不高的问题，提出一种基于物联网的生鲜瓜果电商与超市融合的方案。利用EPC编码、射频识别（RFID）、物联网、数据库等技术构建电商购物平台、生鲜瓜果溯源系统、超市瓜果产品品质核心指标检测系统、物流配送商品上下架管理等体系。其中，电商购物平台集成了瓜果产品从种植到超市销售各环节的溯源信息，尤其在超市销售中，对衡量产品品质的理化特征指标进行了实时检测，根据指标的变化动态调整产品的新鲜等级，并在电商购物平台上实时显示，为消费者提供网购决策，探讨一种电商与实体店共营，种植户、企业及超市共赢的新模式。为消费者网购提供了安全便捷的保障，为超市科学管理、确保产品安全销售、推进农产品电商发展、构建产品安全起到示范作用。

关键词：物联网；生鲜瓜果；电商；超市；融合；溯源系统；品质；新鲜等级

中图分类号： F3245文献标志码：

文章编号：1002-1302（2017）16-0299-05

收稿日期：2017-01-23

基金项目：云南省科学研究基金（编号：2013Y571）。

作者简介：濮永仙（1976—），女，云南腾冲人，硕士，副教授，主要从事物联网精准农业系统、农产品溯源、物联网应用技术研究。E-mail：puyongxian115@163com。

生鲜瓜果能为人体提供多种维生素，是人们生活的必需品。生鲜瓜果购买渠道一般以农贸市场及超市为主，目前越来越多的消费者习惯于网上购物，同时很多大型超市也开辟了网上购物平台。经调查，超市占据农产品市场份额的30%，但消费者很少在网上超市购买生鲜瓜果。究其原因：一方面，近年来农产品安全事故频发，某些生产者、运营商法律意识与卫生意识淡薄，滥用农药、化肥等，致使产品药物残留、重金属等有害物质超标事件时有发生；另一方面，农产品经销商没有向消费者提供农产品质量方面的详细信息，导致买方与卖方之间产品信息不对称，消费者无法确保自己所购的产品新鲜可食用。这不仅降低了消费者在网上购买瓜果的信心，同时也给超市的正常经营带来了一定的影响。要提高网购率，除了提高产品质量安全能力，为消费者营造一个放心的购物环境外，解决信息不对称是问题的关键。物联网是用射频识别（RFID）、红外感应、GPS、无线通信等按照一定协议把不同的设备与互联网连接，实现物与物、人与物之间的信息交换，以实现对物体智能化的识别、定位、跟踪、监控、管理的一种网络[1-2]。将物联网用于农产品安全问题的追溯，能起到识别、跟踪、监控等作用。因此，很多学者将物联网技术用于农产品溯源系统方面的研究，并取得了不少成果[3-11]。通过文献研究和市场调研发现，针对生鲜农产品品质的研究主要是对溯源管理系统进行研究，向消费者展现产品溯源环节的基本信息，而完全针对超市生鲜农产品安全问题解决措施的研究还很少见。目前，国内超市对瓜果新鲜程度的判断，主要取决于存放日期和人工看成色，而不是科学使用仪器和新技术进行测试与管理。因此，本试验提出了基于物联网的生鲜瓜果电商与超市融合的方案。利用物联网、EPC编码、射频识别、数据库等技术，构建瓜果电商购物平台、溯源管理系统、超市瓜果新鲜度等级核心指标检测管理系统、物流配送商品上下架管理等体系。电商购物平台的信息来自于瓜果从种植到销售的溯源信息，超市对产品理化性质特征实时检测而动态调整产品新鲜等级以及各环节的监控画面等，为消费者提供安全可靠的网购环境以提高其网购的信心。本研究为消费者网购提供了安全便捷的保障，也为超市科学管理、确保产品安全销售、促进生鲜农产品电商快捷发展、构建产品安全起到了示范作用。

1材料与方法

11对象

生鲜瓜果类产品一般由农户分散种植，采收后批量卖给销售商，再通过销售商进入农贸市场及超市，这就很难监控产品质量，一旦有问题的产品进入市场，其源头将无法定位。此外，瓜果在销售、配送环节随着摆放时间的推移，其品质也在发生变化。因此，只有准确记录瓜果产品在每个环节的信息，当有问题时才能准确找到根源。针对瓜果类产品的特性，关键环节是基本质量控制、收购标准、配送监控、销售过程中产品理化特征检测、消费者权益等。基于物联网的电商与超市融合系统，包含产品编码标志、数据库、信息传递3个基本要素。研究对象是生鲜瓜果，约20个品种，系统使用者分为企业管理员、超市管理员、消费者共3类。

12基于物联网的电商与超市交互系统

基于物联网的瓜果电商与超市融合体系中的电商服务平台，与传统电商平台不同的是可在瓜果电商界面查看产品的溯源信息及随时间变化的产品新鲜度等级信息。构建的电商与超市融合系统包括超市生鲜瓜果质量安全监管系统、基于物联网的超市与电商融合交互、瓜果物流保鲜配送措施、超市上下架决策管理等4个部分（图1）。

[FK（W13][TPPYX1tif][FK）]

系统采用B/S体系构架，该体系构架的兼容性较强，可满足不同地域的用户同时使用[12]。系统开发语言有Java JDK6、Eclipse SDK332、My Eclipse601、ASP和Html。数据库选用Microsoft SQL Sever2005。服务器运行环境为Windows Sever2003、Apache-Tomcat60。

121物联网与电商平台融合模式

物联网与电商平台融合的工作原理：一是信息采集，在感知层利用各种传感器采集生鲜瓜果的各种溯源信息，包括种植、收购到配送环节的基本信息以及销售环节（超市环境状态、实时检测的新鲜度等级、监控摄像头实时拍摄的画面等）信息；二是信息传输，将感知层采集的各种信息通过GGSN网关、Internet网絡上传至超市电商服务器数据库，并完成相关分析处理；三是生鲜等级动态调整，通过硬度计测量产品果肉硬度、电子鼻测量香气等得到的数据，分析后也存储在数据库中，结合实时监测到的产品理化性质特征，动态调整货架上瓜果产品的新鲜等级；四是超市电商服务平台与数据库保持实时对接，以确保电商平台的产品信息实时更新（图2）。

122超市生鲜瓜果质量安全管理系统

新鲜瓜果质量安全管理系统由线上瓜果信息可追溯、瓜果新鲜度检测与等级调整、超市瓜果新鲜度检测过程监控等3个部分组成。

1221基于RFID标签的线上瓜果信息溯源系统

RFID标签能够存储可供识别的信息，主要由1块晶片和天线组成，可用不同材质将外部封装成各种造型，以适用各种场合，本试验中RFID标签制作成可粘贴形式（图3）。针对生鲜瓜果类产品特征，除了在销售环节实时检测产品的理化特征确定新鲜等级外，还必须在种植环节、收购标准、运输管理等进行质量控制。种植环节通常是农户或种植基地进行种植，种植时可为每个地块进行编号，利用EPC编码规则生成编码，并分配1个RFID标签，将作物的基本状态、农事操作与无线传感器收集的信息录入其中。在收购环节，收购人员扫描产品对应的射频卡，读取其中的信息，并将收购信息写入其中。在后面的各环节可利用RFID读写器对射频卡的信息进行对应更新，最后将EPC编码转换成对应的追溯码（图4）。

（1）EPC编码。EPC系统是由国际物品编码协会提出的最[CM（25]新编码规则，它与EAN/UCC编码体系相兼容，具有容量大、安全性好、可扩展性强等特点。目前EPC结构有 EPC-64、EPC-96、EPC-256等3种（表1）。EPC编码由标头字段、EPC管理者、对象分类及序列号组成的一组数字，因容量大，可为物理世界中的每个对象分配1个唯一的标志符。

（2）瓜果溯源EPC编码设计。编码设计是否合理是溯源系统能否高效运行的关键因素之一。瓜果产品从种植户手中到超市，中间经过收购、加工、物流等环节。本研究依据《EPC电子产品编码》《农产品追溯编码导则》等规定，结合瓜果特性，采用EPC-96编码及RFID标签识别。并将种植阶段的编码称为种植编码，收购和检验合格后的编码称为收购编码，运输环节产生的信息存储编码称为物流码，仓储环节的编码称为位置码。这4种编码段总称为溯源码（种植编码段+收购编码段+物流编码段+位置编码段）[14]，总长度96位，各段位的长度分配分别为26、38、20、13位。

1222种植标志编码

用RFID技术对种植地块进行标志，记录其种植信息。利用EPC编码信息规范中的GID-96编码格式26位十进制标志（图5）。种植编码=产地编码（7位）+管理者编码（3位）+种植项目代码（6位）+生产批号（10位）。产地编码由7位组成，前4位为基地编号，后3位为该基地不同地块编号。批号用10位表示，前6位标志种植日期，后4位标志顺序号。其中，年编码范围为00～99，月范围为01～12，日范围为01～31。

1223收购标志码

收购编码采用GTIN-14结构，结合应用标志符（AI）对瓜果编码，采用GS1-128条码标准打印，将其张贴到包装上的固定位置（图6）。该编码通过产地编码或交易号与种植编码标志建立关联，在标签上能查到准确的种植信息。其中，加工批号（AOT）由加工日期（如170123）与2位流水号组成，规定同一地块、同一类产品、同一采收日期为同一批次。

1224物流标志编码

物流编码利用SSCC-18编码标志，并用GS1-128条码标准打印。SSCC-18编码结构由18位十进制编码组成（图7）。其中，N1是扩展位，第8位至第17位为系列号，由生产商根据当天的流水号分配唯一编码，校验码由系统根据规则自动生成。

1225位置编码

仓储编码标志反映的是产品仓储的位置，其信息来源是仓储操作。编码采用GIN-13编码，仓储编码由厂商识别码和位置识别码组成（图8）。

123电商界面生鲜瓜果显示信息检测原理

1231电商界面生鲜瓜果检测信息显示

果实品质不仅取决于其果形、大小、颜色、硬度、糖酸含量等，还与其产生的香气和风味有关。香气作为果实感官品质重要的组成部分，不仅是影响消费者选择的重要因素之一，同时和人类营养与健康紧密相关[15]。超市通常会根据果形、大小、色泽等参数将瓜果分成一级品、二级品、三级品，将一级上风冷保鲜柜，二级上一般货架，三级特价处理（表2）。不管是何种瓜果，随着摆放时间的推移都会腐烂变质，同时果肉硬度值下降，香气越来越少[16]。如刚采收的富士苹果，初始硬度为791 kg/cm2，在低温下存储30 d后下降为51 kg/cm2，同时香气也减少。因此，以往仅凭外观特征判断的等级也应伴随核心指标参数的改变而改变。本研究以果肉硬度及香气变化测定衡量瓜果产品的新鲜度，以动态调整其新鲜等级，并将溯源信息，实时检测的理化特征及最新等级信息在电商界面显示。

注：品质基本要求（适用于所有等级）：果实完整良好、新鲜无病害，有本品种的特有风味，色泽纯正，果面光洁，发育充分，适于市场或贮存要求的成熟度，果形端正或较端正。

1232瓜果果肉硬度的检测

瓜果硬度计产品共分GY-1、GY-2、GY-3等3种型号，用来测量苹果、梨、西瓜、香蕉等多种瓜果的硬度，用来判定水果的成熟程度。测量果肉硬度时，将硬度计均匀缓慢插入，不能转动压入，更不能冲击测量，压头与水果表面应垂直。瓜果硬度计的检测属于有损检测。

1233电子鼻检测

电子鼻是一种模仿动物嗅觉的仿生电子系统，可快速、无损地获得所测样品挥发性物质的整体信息，能实现对瓜果香气的持续实时监测。本试验采用的电子鼻为德国AIRSENSE公司生产的PEN3型电子鼻。检测方法是将单个瓜果果实放置于500 mL烧杯中，用保鲜膜封口，静置30 min，待样品顶部挥发性物质达到平衡后，使用电子鼻检测。电子鼻检测瓜果香气属于无损检测。

1234基于存放时间与测试结果比对判断瓜果新鲜度

果肉硬度检测有损检测，如果每次都检测会损傷到产品品质。超市工作人员在产品柜台实际测试瓜果新鲜度前，会先在实验室以硬度计和电子鼻检测相结合的方法对各类瓜果样品存放的具体时间、理化性质特征等进行测试，最终将测试结果建成瓜果新鲜度结果对比表，方便超市工作人员日后用电子鼻仪器进行无损测试，根据对比表可快速判断瓜果果肉硬度所处范围，以全面判断瓜果的新鲜度等级。

124超市瓜果新鲜度等级检测过程监控

考虑到多个用户同时登录超市电商平台，查阅检测瓜果场景画面，为减轻服务器负荷，超市瓜果等级检测监控体系由流媒体采集直播服务器、流媒体发布服务器、电商Web服务器组成（图9）。摄像机选用网络摄像机，流媒体采集直播服务器负责将采集的产品场景信息传递到发布服务器的同时，也将其发布到局域网内的用户以均衡负载。电商Web服务器负责将视频直播系统中的视频嵌入到电商服务平台的购物界面中，当用户向Web服务器请求界面信息时，视频信息由流媒体发布服务器提供。

125电商服务平台生鲜瓜果商品界面

當消费者登录超市电商平台访问某瓜果购物界面时，超市电商平台会向数据库服务器发出请求信息，数据库服务器处理完后迅速将所请求的信息返回电子商务平台某瓜果页面，此时消费者可从购物界面清楚地查阅到想购买瓜果的综合信息。其中，电商瓜果商品界面主要集成了瓜果溯源信息、新鲜度等级、理化性质特征、超市瓜果新鲜等级检测监控画面等。消费者在购买瓜果时通常会从视觉、嗅觉、触觉方面判断瓜果品质，基于消费者的购物习惯，用视频场景代替消费者的视觉感受，用电子鼻检测香气信息代替消费者嗅觉体验。触觉感官一般用来判断瓜果的水分，用湿度传感器采集的数值可代替水分指标。

126基于物联网的生鲜瓜果物流配送

基于物联网的配送是依托GIS、GPS、GSM等技术集成，包括远程移动设备，如GSM模块、GPS设备、显示屏等组成车载终端。考虑到生鲜果实在配送途中易发生腐烂变质现象，在配送车中采用车载冰箱或半导体温控冷柜对产品保鲜，并在配送车中安装温湿度传感器。GPS可定位物流车辆所处地理位置坐标，GSM模块将车辆坐标信息上传至超市物流配送监控中心服务器，与GIS系统的电子地图相匹配，在电子地图上可同步显示车辆的动态信息。同时将生鲜瓜果的物流配送环境、车载内温湿度，在不同阈值时刻发送相应的报警信息等，实时传给超市物流配送监控中心，以便超市能随时掌握产品配送情况，以保障产品食用的安全性。基于物联网的物流配送能实现运单跟踪及车辆控制。

1261车辆运单跟踪

根据货运单与车辆的车牌号可实时监控车辆的地理位置、运行轨迹、运行速度和油耗的信息，利用温度传感器、监视器等追踪车内的物理环境。

1262车辆控制

通过订单管理子系统，预先规划配送车辆、配送路线、速度等。一旦与设定程序冲突，系统自动报警提示。监控人员可随时向远端车上的人员发送信息，如果发生紧急情况，司机可通过按紧急按钮的方式直接向监控中心发报警信息。此外，当遇到不可抗拒的原因如天气或车辆故障导致运输出现问题时，可根据实际情况在原先设定路线的基础上，按照一定要求和规定，自动调整最快或最佳路线，具体路线规划算法见参考文献[17]。

127生鲜瓜果上下架决策管理

关于超市货架商品上下架的策略很多，有先进先出、定位仓储、库存分类、等级分类、随机存放等。由于生鲜瓜果的生命周期短，当消费者从超市电商平台购买生鲜瓜果时，超市采用先进先出的方法可将货架上存放时间长且快接近生命周期的瓜果及时下架，以延缓货架上瓜果的变质时间，若仅采用先进先出，通常情况下难以保证下架瓜果的新鲜程度。此外，瓜果新鲜度可按相关规定，将其分为一级品、二级品、三级品3个等级，将瓜果存放时间和新鲜度等级结合起来，方便超市分类管理，有效区分新鲜瓜果和腐败瓜果存放区域，既能确保消费者购买到新鲜的瓜果，又能避免超市瓜果经营亏本。因此，本研究采用先进先出和等级分类相结合的方法。

1271先进先出

不同瓜果的保质期不同，如苹果在适宜的温度下保质期可达30 d，而香蕉才10 d。考虑到生鲜瓜果保质期这一主要因素，按照先进先出的方法为不同的生鲜瓜果上下架设置对应周期。生鲜瓜果在超市电商购物平台上架前，工作人员会先在超市仓储管理系统中录入上架瓜果入库单以及瓜果的生产日期、产地等基本信息，系统发出入库上架指示，工作人员对瓜果进行入库处理，系统会自动将每一批瓜果商品按到货顺序依次存储于预留的货架0001、0002、0003等货位中，记下各自到货的具体时间，并生成看板。

生鲜瓜果在入库处理后，工作人员在电商平台后台将该批次生鲜瓜果上架到电商购物平台，消费者便可在购物平台查询到该批瓜果的信息。超市每隔2 d用电子鼻仪器对超市货架上的瓜果进行检测，以保证瓜果的新鲜度等级。当检测到某瓜果新鲜度不符合相关标准时，系统会根据设置的阈值进行报警，方便超市下架不新鲜的瓜果。当消费者在超市电商平台购买生鲜瓜果商品时，在新鲜度得到保障的情况下超市仓储管理系统根据接收到的订单指令，按照先进先出的原则自动生成分拣列表，工作人员依据分拣列表，参照看板，对上架时间最早的瓜果先出库。

1272库存等级分类

库存等级分类法是依据货物在质量、经济等方面的主要特征进行分析，找出主次，从而有区别地管理物品的一种方法，通常把对象分为一级、二级、三级共3类。本研究结合先进先出与库存等级分类方法，将存储时间接近瓜果生命周期且新鲜度接近阈值的瓜果归于三级，将存储时间处于中间水平且新鲜度良好的瓜果归于二级，将存储时间较短且新鲜度较好的归为一级。消费者在超市电商平台购买瓜果产品时，超市仓储管理系统按照三级、二级、一级的顺序依次出货。待超市仓储货架三级瓜果商品出库完成后，仓储系统重新将剩余的瓜果商品进行三级分类，原来的二级类瓜果变为三级类，当需要从仓储货架出库时，系统会优先将其下架等待出库。

2结果与分析

21自动采集环境信息

把设施监控系统与溯源系统有机结合起来，从一定程度上解决了产品质量追溯的源头信息。利用物联网技术，在瓜果种植大棚内安装各种传感器、摄像头、可控设施等，用以监测与调控棚内温湿度及各种养分参数，使其生长在最佳环境中。各种传感器、摄像头获取到的环境参数、视频、图片等通过ZigBee网关，再通过3G、GPRS等网络传至远程服务器中，这些数据经整理后存入指定的溯源数据库，为最终的瓜果产品溯源提供重要的源头信息。通过物联网实时感知技术，除了可以采集种植信息，还可对加工、配送、仓储以及超市销售环节实时感知、检测衡量产品品质等，将信息处理后上传至服务器并写入溯源数据库。

22原始档案电子数字化

将瓜果在种植、采购、加工等过程的信息进行人工档案记录，并存入溯源数据库。如记录种植基地所购买的农药、化肥等基础资料，记录采购的时间、地点、数量以及对应瓜果检测的农药残留情况，有种植编码的可直接录入相应的收购信息，对于没有种植码的须要先建立相应的交易号，再录入收购信息以便收购后可查等。在销售阶段，将瓜果按相关规定划分等级，并利用水果果肉硬度计及电子鼻测量瓜果的产品品质，生成对照表存储到服务器中，每隔2 d测量1次并存入数据库中，以便消费者购买商品时查看。

23消费者溯源信息

消費者登录瓜果电商平台时，除了可查看产品的新鲜等级等综合信息，还可查询产品在种植、收购等环节的信息，实现对瓜果产品从种植到销售全程的追溯。消费者除了可查询产品的基本文字信息、验证产品真伪、举报伪劣产品、留言评价外，还可以在线观看产品生产现场的监控视频及图片，监督瓜果产品的生产。

24应用效果

系统通过使用物联网、FRID、EPC编码、互联网、数据库等技术，通过生产过程及销售过程的电子化监管，实现了从农田到餐桌多维安全信息的追溯。这样为消费者提供实时查阅购物平台上产品的品质信息，为超市提供上下架决策，确保瓜果产品的安全销售。在实际推广应用中用户反映良好，一方面保障了消费者对产品的知情权，另一方面增加了瓜果产品的信任度和附加值。

3结语

本研究在借鉴国内外同类技术的基础上，针对消费者在网上购买新鲜瓜果的心理因素，结合生鲜瓜果类产品的生产特点，提出基于物联网的电商与超市融合的模式。该模式采用RFID、EPC编码，物联网、数据库、互联网等技术，针对网购构建了产品从种植到销售各环节的溯源系统，超市销售环节对瓜果新鲜度等级理化性质特征检测及监控体系、基于物联网的电商服务平台、产品物流配送及产品上下架决策管理等电商与超市融合的模式。该模式创新性地将超市、电商与产品质量安全信息系统融合在一起，弥补了传统超市及电商仅单独依靠线下实体店，线上平台单独经营的缺陷，通过整合，利用电商优势为超市实体店进行商品营销，同时超市实体店为电商提供商品供应和物流配送。将消费者关心的产品质量安全信息融合在电商与超市模式中，消费者可通过电商平台或超市大屏幕查询所购买产品的新鲜等级、产品质量监控画面等信息，既增加了消费者对瓜果网购的体验度，又为超市管理员对产品上下架提供决策支持。探讨了一种企业、超市、农户合作的新模式，以新技术为向导，致力于实现种植户增收、企业获利的双赢局面，对新企业生产管理模式具有指导意义。

参考文献：

International Telecommunication UnionITU internet reports 2005：the internet of things[R] Geneva：ITU，2005

宁焕生 RFID重大工程与国家物联网[M] 2版北京：机械人民出版社，2010

[3]赵晔娇 人大代表聚焦食品安全呼吁完善食品追溯体系[EB/OL]（2015-03-07）[2016-03-14] http：//newsxinhuanetcom/info/2015-03/07/c_134044117htm

[4]Smith G C，Tatum J D，Belk K E，et alTraceability from a US perspective[J] Meat Science，2005，71（1）：174-193

[5]Porto S M C，Arcidiacono C，Cascone GDeveloping integrated computer-based information systems for certified plant traceability：case study of Italian citrus-plant nursery chain[J] Biosystems Engineering，2011，109（2）：120-129

[6]徐飞鹏 本市食品安全追溯系统建设工作正式启动[EB/OL]（2007- 03- 19）[2016-10-21]http：//wwwbeijinggovcn/[HJ][LM]

[7]张浩，许慎思，刘蕊 射频识别技术在蔬菜冷链物流管理中的应用研究[J] 物流技术，2014（7）：348-353

[8]许吉斌，李少波，潘伟杰，等 特色食品的RFID编码策略研究及应用[J] 计算机工程与设计，2013（2）：716-720

[9]白红武，孙爱东，陈军，等 基于物联网的农产品质量安全溯源系统[J] 江苏农业学报，2013，29（2）：415-420

[10]冯天忠 基于无线射频识别技术的蔬菜安全供应链系统的构建[J] 德州学院学报，2012，28（3）：30-34

[11]张浩，许慎思，刘蕊 射频识别技术在蔬菜冷链物流管理中的应用研究[J] 物流技术，2014（7）：348-353

[12]王冬 基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现[D] 大连：大连理工大学，2013

[13]Geerts G L，Oleary D E A supply chain of thing：the EAGLET ontology for highly visible supply chains [J] Decision Support Systems，2014，63（3）：3-22

[14]刘成生 基于EPC标准的农产品溯源平台设计与实现[D] 北京：中国科学院大学，2014

[15]张上隆，陈昆松 果实品质形成与调控的分子生理[M] 北京：中国农业出版社，2007

[16]樊丽 苹果果实贮藏期间香气特性的研究[D] 杨凌：西北林业科技大学，2014

[17]李守林 基于物联网驱动的物流园区信息化研究[D] 北京：北京交通大学，2016