疫情防控背景下基于WSN和RFID技术的陕西省冷链物流系统设计

成志平

（陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

生鲜农产品从收获/屠宰到运输再到终端消费者手中，通常需要经过一定的时间。对于保质期较短的生鲜农产品而言，利用冷链物流系统开展产品仓储物流，是降低农产品腐败变质比例及保证现代农业产品贸易正常运转的必需环节。然而，随着新冠疫情的爆发，中国多地在进口冷链食品或包装物中检出新冠病毒核酸阳性，进口冷链食品疫情传播安全风险增大。尽管新冠病毒基本均出现在进口冷链环节，但中国人民群众对冷链物流体系的信赖程度却随之降低［1-3］。为应对后疫情时代生鲜农产品对冷链物流的需求，需要对现有的冷链物流体系进行优化，增加对冷链物流环节的监控等手段，降低新冠病毒污染生鲜农产品冷链物流的风险。本研究基于WSN和RFID技术，以陕西省农产品为例，设计了一种生鲜农产品冷链物流系统，旨在优化现有生鲜农产品冷链物流系统，并为后疫情时代的农产品贸易运转提供帮助。

1 WSN与RFID技术的融合

1.1 WSN技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种分布式传感网络，采用无线方式进行通信，将其末梢处传感器获得的信息与上位机等进行传输［4］。WSN的网络设置灵活，可以根据用户和系统需求等随时更改，具有大规模、自组织、动态性、可靠性强等优势。

1.2 RFID技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）又称无线射频识别，是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的通信技术［5］。RFID技术应用于生鲜农产品冷链物流，实现产品的非接触信息识别，在整个识别环节无须人工干预且可应用于各种恶劣环境如低温环境、高速运行环境等，可以有效降低生鲜农产品冷链物流环节与外界的接触。

1.3 WSN与RFID技术的融合优势

石丽娟等［6］基于两种技术进行融合并将其应用于生鲜果蔬冷链监测系统中，WSN与RFID技术融合后开展冷链物流系统建设，能够采用微型传感器节点采集信息并进行无接触信息传输，在应用于生鲜农产品冷链物流后，由于各节点间具有自组织和协同工作的能力，网络内部采用无线多跳通信方式，与传统的冷链物流相比，其具有的优势：①精确度高，能够实现单一的冷链物流传感器无法实现的密集空间采样及近距离监测；②灵活性强，一经部署无需冷链物流体系中进行过多的人为干预；③可靠性高，避免单点失效问题；④性价比高，能够降低传统冷链物流体系中的传感器成本。

2 基于WSN和RFID技术的冷链物流系统设计

2.1 生鲜农产品冷链物流系统框架

陕西是中国的农业大省，同时也是生鲜农产品冷链物流供应与需求大省。在冷链物流产业发展过程中，出现了速必达冷链物流、东方（冷链）货运、嘉丰蔬果冷链仓储物流中心等省内冷链物流企业，省内建设成的物流园区对陕西省苹果、猕猴桃、富硒农产品的发展提供了巨大帮助［7-9］。本研究总结陕西省生鲜农产品冷链物流系统框架（图1）。在生鲜农产品冷链物流系统中，监控中心是开展大部分业务的核心。冷链物流企业通过构建基于WSN+RFID的监控中心，实现生鲜农产品冷链物流环节信息采集、质量安全追溯、仓储管理、监控预警以及运输调度等方面的协调配合。

图1 陕西生鲜农产品冷链物流系统

2.1.1 信息采集系统信息采集系统的主要作用是采集生鲜农产品从流入冷链物流时的原始信息到流入消费者手中时的全寿命周期信息，通过EPC编码对某一农产品或某批农产品进行惟一的标准编码编译，再通过WSN+RFID技术进行数据采集和传输，系统用户以及管理员等可以根据所属权限的不同查看或下载系统数据。

2.1.2 仓储管理系统仓储管理系统主要负责对生鲜农产品入库、出库两个环节进行数据信息统计与监管。该系统接受来自监控中心的指令，配合仓库工作人员的手持或固定RFID扫描工具对产品进行智能化管理，降低生鲜农产品在入库、出库环节时的损耗。同时，由于WSN技术的融入，仓储管理系统的生鲜农产品扫描基本可以实现无人化作业，降低了因为人的存在而造成的新冠病毒威胁。

2.1.3 监控与预警系统该系统综合应用RFID、各类型传感器、报警器等对生鲜农产品在冷链物流过程中的温度、湿度、二氧化碳浓度等进行监控。由于WSN的存在，即使物流车辆已经距离监控中心很远距离，监控中心仍然能够实时把控物流车辆内部环境条件，一旦冷链车辆内部存储环境发生变化，则车辆将会在进行声光报警的同时，将问题通过网络传输至监控中心进行及时调控。

2.1.4 其他系统冷链物流系统中的运输调度系统以及农产品质量安全追溯系统等也会通过GPRS等通信技术与监控中心进行实时对接，监控系统可以对运输车辆、冷链仓储等进行实时调度；企业也可以通过监控中心实现生鲜农产品的全寿命周期质量安全溯源，即使在消费者完成生鲜农产品消费后很长时间也可以对农产品质量安全问题进行溯源。

2.2 监控中心运转流程

在陕西省生鲜农产品冷链物流系统中，监控中心是冷链物流系统开展绝大部分工作的核心。同时，监控中心也是WSN+RFID两种技术最直接应用的环节。因此，本研究针对监控中心的总体架构和系统功能流程进行详细分析。

2.2.1 监控中心架构生鲜农产品冷链物流监控中心总体结构如图2所示。监控中心总共由主节点、从节点以及检测服务平台3部分组成。其中，主节点也成为智能节点，主要包含生鲜农产品冷链物流环节温度、湿度等条件的采集部分，融合了WSN和RFID技术，主要布置在冷链物流车辆以及各区域的生鲜物流仓库中；从节点也被称为终端采集模块，主要负责将生鲜农产品冷链物流中传感器、RFID阅读器等所接收的各项数据进行收集和传输，通常也布置在冷链物流车辆以及各区域的生鲜物流仓库中；冷链监测服务平台看作是冷链物流体系的服务器，负责远程收集生鲜农产品冷链物流过程中的各项监测数据，该平台为不同权限用户提供不同的数据查询服务。

图2 监控中心架构

2.2.2 主从节点功能流程主从节点的功能流程如图3所示。当生鲜农产品进入冷链物流系统后，监控中心首先会对系统进行初始化，消除上一批生鲜农产品的串口波特率等对当前生鲜农产品的影响；随后系统的智能节点将会对检测服务平台获取的网络节点数据进行筛选，若筛选结果表示该节点为主节点，则监控中心会定时发送命令至从节点经由WSN进行数据发送；若该节点不为主节点，则操作传感器测量冷链物流车辆或冷链物流仓储中的环境条件如温度、湿度、二氧化碳浓度等，读取从节点中RFID标签数据并将数据传输至主节点。

图3 主从节点功能流程

3 疫情防控下基于WSN和RFID技术的冷链物流系统应用

3.1 冷库的监测环节

生鲜农产品的入库与出库是生鲜农产品与工作人员接触或暴露于自然环境下的重要场景。冷库监测水平的高低，将会直接决定后疫情时代生鲜农产品冷链物流系统对新冠病毒的防控能力［10］。基于WSN和RFID技术的冷链物流系统带有RFID标签产品箱以及智能主从节点数据传输系统，通过WSN进行远程数据传输。冷库监测环节工作流程如图4所示。

图4 冷库监测环节工作流程

以陕西省猕猴桃为例，农民完成采摘后，系统的智能节点会通过RFID标签对运输来的猕猴桃果蔬箱信息进行统计，所有接触过该果蔬箱的人、车都会被精准记录，果蔬箱的所有信息都可以在监控中心进行获取。同时，该系统还会通过冷库的智能摄像头实时监控具体的某一果蔬箱，假如该果蔬箱在仓储环节被进行了完全没有必要的操作，例如非工作人员接触等，该系统同样会进行数据统计并智能调阅冷库的智能摄像头监控数据，以便后续发现问题时及时进行追踪。

3.2 冷链物流车辆监测环节

冷链物流车辆运输环节也是生鲜农产品受新冠病毒威胁的重要场景。过多的物流车辆对接会直接增加农产品接触新冠病毒的机会。在应用冷链物流系统后，除对冷链物流车辆司机进行严格的智能化监控意外，所有涉及某一生鲜农产品的冷链物流车辆都需要进行严格的运输工具及货物的消毒，车厢内的传感器会对某些消毒剂的成分以及波动情况进行监控，若发现某些车辆并未进行规定的消毒则会直接对该车辆发起警告，车辆内部的声光警告灯会警示相关工作人员该车辆的问题，大大增强冷链物流车辆监控环节的疫情防控水平。

4 小结

疫情时代生鲜农产品冷链物流系统的病毒防控能力将会成为冷链物流产业坚决切断新冠病毒传播途径的重要体现。本研究构建了基于WSN和RFID技术的生鲜农产品冷链物流系统，从传感器的信息传递以及主从节点的数据传输等视角对传统的冷链物流体系监控中心进行了优化，冷链物流体系将会大大提升仓储和车辆运输环节的疫情防控水平，从而充分保证后疫情时代生鲜农产品物流安全。