朱超才

（安徽國際商務職業(yè)學院 商貿流通學院，安徽 合肥231131）

近年來，隨著全社會對農產品保鮮度和質量安全等要求的不斷提高，對加快發(fā)展農產品冷鏈物流提出了更高的要求。然而目前冷鏈市場存在經(jīng)營規(guī)模小、冷鏈流通率低、產品損耗大、運作成本高、物流技術落后、基礎設施薄弱，質量監(jiān)管不力等問題。［1］農產品質量安全直接關系到人民群眾的健康和生活質量，近期的頂新 “黑心油”、麥當勞腐肉、昆明毒米線等事件，暴露出農產品安全監(jiān)管還存在許多問題。另外，冷鏈流通率低直接影響了冷鏈運作的成本和產品的質量。因此，有必要建立農產品冷鏈流通環(huán)節(jié)的安全監(jiān)控以及追溯體系，以保障冷鏈過程的安全、高效和透明。國家發(fā)改委2010年發(fā)布的 《農產品冷鏈物流規(guī)劃》也強調把冷鏈物流全程監(jiān)控和追溯系統(tǒng)工程作為重點工程之一。［2］

目前已有不少學者致力于冷鏈產品監(jiān)控和追溯方面的研究，提出了很多有效的監(jiān)控、追溯方案，設計實現(xiàn)了針對具體需求的監(jiān)控或追溯系統(tǒng)。顏波等針對水產品流通過程的全程追溯需求，從供應鏈角度，以羅非魚為研究對象，設計并開發(fā)了基于RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)的水產品供應鏈可追溯平臺。［3］齊林等以ZigBee協(xié)議為基礎，圍繞CC2530型無線傳感片上系統(tǒng)，設計了基于無線傳感網(wǎng)絡 （WSN）的水產品冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)。［4］趙麗等針對農產品質量安全追溯成本高、便攜性差等問題，設計了基于手機二維條碼識別的農產品質量安全追溯系統(tǒng)。［5］刁海亭等以蔬菜為研究對象，借助 WebGIS、物聯(lián)網(wǎng)、條碼識別等多種現(xiàn)代信息技術，探索了基于現(xiàn)代信息技術的蔬菜安全預警與追溯平臺建設。［6］

可以看到，當前針對農產品冷鏈監(jiān)控和追溯的研究主要集中在冷鏈技術應用以及借助現(xiàn)代信息技術如RFID、條碼技術、WSN、GPS、Web GIS等構建監(jiān)控和追溯系統(tǒng)方面，而這些技術應用大多是在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應用，因此本文主要從物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的農產品冷鏈物流監(jiān)控與追溯平臺的總體結構、主要功能和關鍵技術方面進行一些研究和探索，并提出一些關于平臺建設和發(fā)展方面的建議。

一、冷鏈監(jiān)控與追溯平臺構建

（一）冷鏈監(jiān)控與追溯方案設計

農產品供應鏈一般包括生產者、產地批發(fā)市場、加工企業(yè)、物流服務商、銷地批發(fā)市場、經(jīng)銷商或分銷商以及消費者等主體，而冷鏈物流系統(tǒng)主要包括冷鏈加工、低溫貯藏、低溫運輸和配送以及冷鏈銷售四個環(huán)節(jié)。［7］圖1為冷鏈物流的一般運作模式。

圖1 一般冷鏈運作模式

要實現(xiàn)冷鏈的全程監(jiān)控就必須對冷鏈各個流通環(huán)節(jié)進行實時信息采集和實時信息監(jiān)控，保證冷鏈無縫對接，并上傳冷鏈流通環(huán)節(jié)的重要信息至服務器，保證冷鏈追溯的有效性。而冷鏈監(jiān)控與追溯的實現(xiàn)離不開現(xiàn)代信息技術的支撐，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術。

國際電信聯(lián)盟 （ITU）發(fā)布的ITU互聯(lián)網(wǎng)報告，對物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過二維碼識讀設備、射頻識別 （RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。［8］冷鏈物流流通環(huán)節(jié)存在多種不確定因素對農產品品質造成影響，而物聯(lián)網(wǎng)及其技術的引入會有效地監(jiān)控、穩(wěn)定這些因素的變化，并使得溯源過程更加便捷和高效。

該監(jiān)控與追溯平臺方案主要是結合RFID技術與EPC技術實現(xiàn)農產品的編碼標識和信息存儲，利用WSN技術實現(xiàn)產品及其環(huán)境的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，同時基于無線通信技術GPRS等進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，將溫濕度等環(huán)境信息監(jiān)控數(shù)據(jù)通過無線信號發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對傳過來的數(shù)據(jù)進行分析，按照冷鏈專業(yè)標準設定監(jiān)控數(shù)據(jù)范圍，如果數(shù)據(jù)超過安全控制范圍，則會發(fā)出警報或者發(fā)送相關指令給設備操作人員啟動相關設備等。同時利用全球定位系統(tǒng)GPS對運輸車輛進行定位和跟蹤，利用網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)WebGIS對運輸工具的信息進行電子化顯示和實時監(jiān)控，從而實現(xiàn)對冷鏈產品的全程跟蹤與監(jiān)控。

（二）冷鏈監(jiān)控與追溯平臺總體結構

冷鏈平臺依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)分層結構及冷鏈物流監(jiān)控與追溯設計方案，分成感知層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖2所示。

感知層，也即具體的操作層，主要由無線傳感器網(wǎng)絡、RFID電子標簽、閱讀器和GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)等構成，在不同流通環(huán)節(jié)，采用不同的技術完成對產品信息、產品狀態(tài)信息、環(huán)境狀況信息等數(shù)據(jù)的采集。在生產加工和倉儲環(huán)節(jié)，通過部署的溫度、濕度、SO2濃度等傳感器進行采集；在運輸配送環(huán)節(jié)，通過GPS車載終端實現(xiàn)車輛位置信息的采集；在冷鏈銷售環(huán)節(jié)，通過RFID標簽和嵌入式設備實現(xiàn)電子交易，消費者也可以通過手持設備追溯產品信息。

圖2 監(jiān)控和追溯方案總體結構

網(wǎng)絡層主要由互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)和廣電網(wǎng)等數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等組成，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。

應用層主要由監(jiān)控中心、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器等組成，接收網(wǎng)絡層上傳的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對冷鏈全程各類數(shù)據(jù)高效、集中、智能化管理，對系統(tǒng)中各節(jié)點處溫濕度等參數(shù)實時監(jiān)控，提供方便的查詢服務并提供產品的安全溯源信息。

二、平臺主要功能分析

冷鏈物流監(jiān)控與追溯平臺是冷鏈物流整合集成各類資源，提供產品監(jiān)控、信息查詢和信息追溯等服務的基礎，是將各方需求信息和實體冷鏈運作信息聯(lián)系起來的橋梁。它需要冷鏈主體如生產加工企業(yè)、物流服務商、倉儲企業(yè)和銷售企業(yè)以及監(jiān)督機構等為冷鏈平臺提供數(shù)據(jù)訪問接口，將各項業(yè)務應用系統(tǒng)有機融合到總體系統(tǒng)平臺內，從而提供冷鏈物流基礎運作數(shù)據(jù)。其次，平臺應能夠根據(jù)集成起來的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控和預警，對異常數(shù)據(jù)進行處理，保障農產品全程冷鏈。另外，還需要為監(jiān)管部門、生產加工企業(yè)、銷售企業(yè)以及消費者提供產品追溯信息查詢等服務。針對以上分析，設計平臺功能結構如圖3所示。

圖3 冷鏈平臺功能結構圖

平臺主要劃分為平臺信息管理、基礎信息查詢、安全監(jiān)控和追溯查詢四大功能模塊。

（一）平臺信息管理模塊

主要包括用戶基本信息管理、行業(yè)動態(tài)和通知公告。生產企業(yè)、物流服務商、加工企業(yè)、監(jiān)管部門和消費者等平臺用戶通過認證進入平臺，管理員賦予其相應權限，以保證信息的機密性。

（二）基礎信息查詢模塊

主要提供信息查詢服務，包括產品生產信息如產地、質量、規(guī)格等，加工信息如加工方法、加工人員、加工環(huán)境等，運輸信息如運輸工具、規(guī)格、時間等，銷售信息如銷地、距離生產加工時間等。這些數(shù)據(jù)來源于不同企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成，通過訂單信息查詢各方信息。

（三）安全監(jiān)控模塊

安全監(jiān)控和追溯查詢是平臺核心功能模塊，安全監(jiān)控模塊主要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集分析、異常預警設置、數(shù)據(jù)分析展示和應急方案處理等功能。監(jiān)控員可以針對該產品類型，按照冷鏈政策法規(guī)等設置異常預警閥值，還可以對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和圖表展示，從而直觀地發(fā)現(xiàn)流通過程中存在的問題，及時反饋給相應設備或倉庫管理部門。針對冷鏈過程中的突發(fā)事件，可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)提供解決辦法，如某運輸車輛在路上出現(xiàn)問題，可以從最近的地方調用同類型的運輸車輛完成運輸任務，保證農產品時效性。

（四）追溯查詢模塊

企業(yè)用戶或消費者可以通過批次號及條碼標簽或追溯碼查詢產品的原產地、品牌、規(guī)格、保質期等信息，也可以根據(jù)相應權限查詢產品實時信息。另外，查詢用戶還可以針對查詢結果進行評價打分，針對問題也可以到相關部門反饋和投訴。

三、平臺應用關鍵技術

平臺的實施離不開現(xiàn)代信息技術的支撐，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，該平臺綜合采用RFID技術、WSN、WebGIS技術、數(shù)據(jù)庫技術等。［8］

（一）RFID技術與EPC技術

RFID（射頻識別技術）是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器和應用軟件系統(tǒng)組成，廣泛應用于安全溯源方面。RFID技術的工作原理是當標簽進入磁場后，被接收解讀器發(fā)出的射頻信號激活，產生電流獲取能量后將存儲在芯片中產品信息發(fā)出，解讀器讀取信息并解碼后，送至系統(tǒng)后臺進行有關數(shù)據(jù)處理。［9］

在生產加工環(huán)節(jié)，應用RFID技術可以將生產線上的產品信息，如原料來源、加工信息、保質期、存儲條件等記錄到RFID標簽中，帶溫度傳感器RFID標簽還可以實時收集產品和環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)，企業(yè)通過RFID閱讀器可以對電子標簽內原料信息和溫度數(shù)據(jù)進行實時采集，上傳至監(jiān)控中心服務器，從而實現(xiàn)產品的監(jiān)控和溯源。在冷藏和配送環(huán)節(jié)，在貨物外包裝上貼上記錄有貨物信息的RFID電子標簽，配合倉庫里的貨架、貨位RFID閱讀器，可以實現(xiàn)貨物的快速入庫、實時監(jiān)控貨物庫存以實現(xiàn)自動補貨、快速分揀和出庫等。

EPC（產品電子代碼）是國際條碼組織推出的新一代產品編碼體系，可以實現(xiàn)對所有實體對象 （包括產品、物流單元、集裝箱和貨運包裝等）唯一有效標識，它利用計算機自動地對產品的位置和狀態(tài)進行管理，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術，實現(xiàn)全球物品信息的互聯(lián)共享。

（二）WSN技術

WSN （無線傳感器網(wǎng)絡）技術由部署在觀測環(huán)境內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點以無線通信的方式形成一多極的自組織網(wǎng)絡，目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象信息，并發(fā)送到監(jiān)控中心。［10］RFID主要用來記錄目標對象的感知信息，自動識別方便快捷，而WSN用來識別目標對象的身份，具有較強抗干擾性和較長的通信距離，所以一般將WSN技術與RFID技術結合起來，利用各自的優(yōu)點更好地感知溫濕度等信息。

無線傳感器網(wǎng)絡一般結構如圖4所示。在冷鏈監(jiān)控中，WSN在托盤、包裝箱、冷藏車和冷庫等部署多個傳感器節(jié)點，每個節(jié)點配備一至多個傳感器來采集溫度、濕度等環(huán)境信息，傳感器節(jié)點通過特定的網(wǎng)絡協(xié)議如ZigBee協(xié)同工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和匯聚，并傳輸?shù)絽f(xié)調器節(jié)點，繼而通過網(wǎng)絡傳至監(jiān)控中心，以此達到遠程實時監(jiān)控的目的。

（三）數(shù)據(jù)庫技術

數(shù)據(jù)庫技術是信息系統(tǒng)中的一個核心技術，是一種計算機輔助管理數(shù)據(jù)的方法，它研究如何組織和存儲數(shù)據(jù)以及如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。目前普遍采用建立在關系模型基礎上的關系型數(shù)據(jù)庫。

圖4 無線傳感網(wǎng)絡WSN一般結構

該監(jiān)控和追溯平臺采用關系型數(shù)據(jù)庫管理各環(huán)節(jié)采集和處理的信息，如原產品信息、生產加工信息、倉儲配送信息以及銷售信息等。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳感網(wǎng)絡、RFID標簽、GPS以及相關業(yè)務系統(tǒng)上傳至數(shù)據(jù)庫服務器，并以一張張二維表的形式存放到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫表之間通過追溯條形碼關鍵字進行關聯(lián)。

（四）GPS和Web GIS技術

GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）是一種結合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術，利用導航衛(wèi)星進行測時和測距，從而實現(xiàn)物體的精確定位。Web GIS是Internet技術應用于GIS（地理信息系統(tǒng)）開發(fā)的產物，是把Internet和GIS技術結合在一起，為各種地理信息應用提供GIS功能。平臺開發(fā)過程中，充分利用WebGIS的圖形和空間分析功能，豐富了農產品冷鏈中的預警和追溯功能，并輔助相關部分進行決策。

在冷鏈物流運輸配送環(huán)節(jié)，通過車載GPS采集車輛地理位置信息、運行狀況，上傳至監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進行后臺分析，以監(jiān)控貨物地理位置和狀況，并提供路徑優(yōu)化方案，在遇到突發(fā)事件能做出應急處理等。利用WebGIS監(jiān)控車輛行進狀態(tài)，處理車載GPS動態(tài)觀測數(shù)據(jù)，結合電子地圖數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)各種空間數(shù)據(jù)查詢、車輛信息顯示和路徑導航等功能。

四、平臺建設和發(fā)展建議

農產品冷鏈物流運作效率以及質量安全問題越來越受到全社會的重視，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下建設農產品冷鏈物流監(jiān)控和追溯平臺無疑為冷鏈流通環(huán)節(jié)的監(jiān)控和追溯提供了一個行之有效的解決方案。在平臺建設和發(fā)展過程中，需要解決以下幾個問題：

（一）完善冷鏈運作體系和政策法規(guī)

良好的冷鏈運作體系是保障農產品全程冷鏈，避免 “斷鏈”問題的前提和基礎，各方在冷鏈中如何協(xié)同，做到利益共享、風險共擔是需要考慮的問題。農產品冷鏈物流相關標準的缺失和政府政策法規(guī)的不完善是導致產品安全問題頻發(fā)的重要原因，應加強冷鏈的整體規(guī)劃，完善農產品質量安全和冷鏈流通環(huán)節(jié)法律法規(guī)，建立以HACCP為基礎的全程質量控制體系，積極推行質量安全認證和市場準入制度。［11］

（二）推動建立多種形式的農產品冷鏈平臺建設

農產品冷鏈具有參與主體眾多、運作環(huán)節(jié)復雜等特點，直接建立全國統(tǒng)一的監(jiān)控追溯平臺不太現(xiàn)實，可以針對不同農產品種類，如水產品、蔬菜、乳制品，分別建立相應的冷鏈物流體系和監(jiān)控與追溯平臺。不同區(qū)域范圍內，農產品冷鏈流通、運作方式復雜程度也不一樣，可以先建立區(qū)域范圍內的監(jiān)控與追溯平臺，然后將成熟的冷鏈運作平臺集成到更大的冷鏈平臺中，逐步建立統(tǒng)一的冷鏈監(jiān)控與追溯平臺。

（三）完善平臺功能

在滿足基本物流需求以及監(jiān)控與追溯核心功能的前提下，豐富平臺功能，如建立評價反饋機制，完善各方企業(yè)準入機制等。另外還可以在集成多方業(yè)務系統(tǒng)，共享數(shù)據(jù)資源的基礎上引入第三方咨詢和IT服務機構，提供決策支持和解決方案優(yōu)化等服務。

（四）加強現(xiàn)代物流信息技術的應用

平臺建設應綜合使用多種現(xiàn)代信息技術，充分發(fā)揮各種技術的優(yōu)勢，從而更好地提高效率，降低成本。在平臺設計開發(fā)過程中，可以考慮比較成熟的SOA面向服務架構技術，實現(xiàn)平臺異構信息的集成與共享。［12］

五、結語

本文在總結農產品冷鏈監(jiān)控與追溯技術研究與平臺建設的基礎上，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，對農產品冷鏈物流追溯與監(jiān)控平臺進行了從解決方案、總體結構設計，到平臺功能分析以及關鍵技術的分析，最后提出了對該平臺建設和發(fā)展的一些建議。

雖然我國農產品冷鏈物流發(fā)展起步晚，規(guī)范化、系統(tǒng)化的冷鏈物流體系尚未形成，但隨著政府和社會對冷鏈物流的重視和不斷投入，現(xiàn)代冷鏈物流理念和技術的進一步推廣，冷鏈物流標準體系的不斷完善，冷鏈基礎設施建設的不斷加強以及冷鏈物流信息化水平的不斷提高，農產品冷鏈物流監(jiān)控與追溯平臺也會得到規(guī)劃和完善，建立從 “田間到餐桌”的一體化冷鏈物流體系也定能實現(xiàn)。

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