王曉玲+馬滿增

摘 要： 基于射頻識(shí)別技術(shù)和GPRS技術(shù)進(jìn)行冷鏈物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍產(chǎn)品物流供應(yīng)鏈的全天候信息監(jiān)測，提高供應(yīng)鏈的可靠性。根據(jù)冷鏈物流不同階段的特點(diǎn)構(gòu)建信息系統(tǒng)，采用射頻RFID技術(shù)進(jìn)行標(biāo)簽設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品信息的追溯與跟蹤，冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控覆蓋了冷鏈物流的客戶、項(xiàng)目、庫存和采購供應(yīng)等管理工作，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)和銷售過程中通過GPRS技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的標(biāo)簽讀取和信息反饋，將冷鏈物流信息由RFID標(biāo)簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控。測試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，對(duì)冷鏈物流信息的傳輸和識(shí)別性能較好。

關(guān)鍵詞： GPRS； 射頻識(shí)別技術(shù)； 物流； 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN876?34； TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）17?0109?04

Design and implementation of GPRS?based real?time monitoring

system for cold chain logistics

WANG Xiaoling， MA Manzeng

（College of Computer Science and Engineering， Cangzhou Normal University， Cangzhou 061001， China）

Abstract： On the basis of radio frequency identification （RFID） technology and GPRS technology， the real?time monito?ring of cold chain logistics was designed to monitor the all?weather information of frozen product logistics supply chain， and improve the reliability of the supply chain. According to the characteristics of cold chain logistic at different stages， the information system was constructed， and the RFID technology is used to design the label to realize the traceability and tracking of product information. The real?time monitoring of cold chain logistics covers the management of customer， project， inventory， procurement and supply of cold chain logistics. The label is read and information is fed by means of GPRS technology in the process of production， transportation， consumption and sales. The cold chain logistics information is transmitted to information management terminal through GPRS communication channel by means of RFID to monitor the cold chain logistics in real time. The test results show that the system has strong real?time monitoring ability， and high transmission and identification abilities for cold chain logistics information.

Keywords： GPRS； radio frequency identification technology； logistics； real?time monitoring system

0 引 言

在現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)中，特別是在食品物流中，需要對(duì)物流產(chǎn)品進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)跟蹤，保障物流的安全運(yùn)行。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合信息監(jiān)控和標(biāo)簽識(shí)別方法進(jìn)行物流產(chǎn)品跟蹤識(shí)別[1]，在進(jìn)行冷凍產(chǎn)品物流中，根據(jù)《歐盟委員會(huì)關(guān)于歐盟食品法的一般原則委員會(huì)綠皮書》和《歐盟食品安全白皮書》，需要對(duì)冷鏈物流產(chǎn)品建立一套行之有效的信息實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)[2]進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量追蹤和數(shù)據(jù)采集。在無線射頻標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）不斷成熟的今天[3]，采用射頻識(shí)別和GPRS技術(shù)進(jìn)行冷鏈物流產(chǎn)品的多源多格式的標(biāo)簽閱讀[4]，實(shí)現(xiàn)物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為物流監(jiān)管方和經(jīng)銷商提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，研究冷鏈物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)方法在物流中心選址、配送中心規(guī)模確定、貨物配送規(guī)劃設(shè)計(jì)方面具有重要的作用。

1 基于RFID技術(shù)的冷鏈物流產(chǎn)品標(biāo)簽設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)基于GPRS的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用RFID技術(shù)進(jìn)行冷鏈物流產(chǎn)品的標(biāo)簽設(shè)計(jì)和信息挖掘[4]，基于RFID技術(shù)的冷鏈物流產(chǎn)品標(biāo)簽識(shí)別過程如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的冷鏈物流產(chǎn)品標(biāo)簽識(shí)別過程框圖得知，本文設(shè)計(jì)的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建立在管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，匯集ERP、冷鏈物流產(chǎn)品物流、VRM[5]。建設(shè)冷鏈物流產(chǎn)品供應(yīng)鏈，包括冷鏈物流產(chǎn)品的生產(chǎn)、供應(yīng)、銷售三個(gè)階段，GPRS的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是連接農(nóng)戶、超市、消費(fèi)者之間的紐帶，這樣不僅控制了冷鏈物流產(chǎn)品相關(guān)信息的源頭，而且貫穿了冷凍產(chǎn)品供應(yīng)鏈的全過程，匯集了冷凍產(chǎn)品客戶信息、數(shù)量、價(jià)格、地點(diǎn)、中轉(zhuǎn)站等相關(guān)信息。endprint

建立基于RFID技術(shù)的冷鏈物流產(chǎn)品標(biāo)簽識(shí)別過程描述為：

Step1： 高頻無線信號(hào)識(shí)別。該過程是對(duì)冷鏈物流產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息的初步處理，消除其中的干擾數(shù)據(jù)。

Step2： 物流供應(yīng)鏈物資標(biāo)簽批量讀取。該過程是將不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行融合，采用RFID智能卡閱讀器實(shí)現(xiàn)對(duì)物流供應(yīng)鏈信息的控制、檢測和跟蹤。

Step3： 沿著追蹤的反向跟蹤監(jiān)控。該過程采用RFID技術(shù)構(gòu)建射頻模塊、天線模塊，獲得物流實(shí)時(shí)監(jiān)控中所需的數(shù)據(jù)格式。

Step4：數(shù)據(jù)挖掘。該過程采用合理的算法通過智能RFID射頻識(shí)別，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)和銷售過程中通過GPRS技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的標(biāo)簽讀取和信息反饋，獲得物流供應(yīng)鏈監(jiān)控的隱含信息。

Step5：結(jié)果分析。通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，與物流供應(yīng)鏈合作伙伴建立穩(wěn)定的長期合作關(guān)系，并進(jìn)行評(píng)估，從而篩選得到安全、快捷、標(biāo)準(zhǔn)化的冷鏈物流產(chǎn)品和信息知識(shí)。

Step6：知識(shí)表示。該過程是對(duì)知識(shí)的可視化表達(dá)，從根本上提高冷鏈物流產(chǎn)品信息流的集成能力，以適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄于信息系統(tǒng)中，不斷調(diào)整供應(yīng)鏈，完成知識(shí)的表達(dá)。

2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于GPRS技術(shù)進(jìn)行冷鏈物流正向追蹤設(shè)計(jì)，內(nèi)部追蹤流程由企業(yè)管理者和員工觸發(fā)產(chǎn)生，冷鏈物流產(chǎn)品與工業(yè)品不同，采用GPRS技術(shù)進(jìn)行信息通信，在冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中用到的身份識(shí)別技術(shù)主要有超高頻射頻識(shí)別技術(shù)（UHF RFID）和GPRS通信識(shí)別技術(shù)，基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤過程由閱讀器、電子標(biāo)簽及應(yīng)用軟件三部分組成，建立冷鏈物流產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息管理體系要以信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)高組織化、高秩序化、高標(biāo)準(zhǔn)化、高現(xiàn)代化的內(nèi)部追蹤，基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤流程如圖2所示。

在對(duì)冷鏈物流正向追蹤中，對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的運(yùn)作進(jìn)行監(jiān)督，確保冷鏈物流產(chǎn)品的質(zhì)量，控制各個(gè)環(huán)節(jié)的損耗。因此要有相應(yīng)的監(jiān)督體系、完善質(zhì)量檢查體系，采用RFID射頻中間件技術(shù)設(shè)計(jì)冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)的物資標(biāo)簽批量讀取中間件[6]，RFID智能卡閱讀器的控制中心單元采用反饋、預(yù)測、指導(dǎo)等操作過程進(jìn)行冷鏈物流的正向追蹤設(shè)計(jì)。

2.2 冷鏈物流監(jiān)控識(shí)別的實(shí)例數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行了基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用標(biāo)簽識(shí)別算法進(jìn)行冷鏈物流監(jiān)控識(shí)別的實(shí)例數(shù)據(jù)計(jì)算，在標(biāo)簽批量讀取過程中，冷鏈物流正向追蹤識(shí)別概率為，企業(yè)B的生產(chǎn)能力定義為時(shí)，物流配送中心對(duì)冷鏈物流監(jiān)控的識(shí)別概率為：

（1）

產(chǎn)品從企業(yè)A，B到物流配送中心的搜索深度的均值為：

（2）

假設(shè)供應(yīng)商數(shù)量為運(yùn)輸方式為循環(huán)取料的分批運(yùn)輸，物流配送中心到客戶的產(chǎn)品運(yùn)費(fèi)為：

（3）

冷鏈物流的逆向追蹤流程是以物流配送中心的信息反饋需求作為觸發(fā)事項(xiàng)，得到冷鏈物流逆向追蹤的平均時(shí)隙數(shù)為：

（4）

設(shè)兩個(gè)供應(yīng)商之間的運(yùn)輸時(shí)間為，冷鏈物流供應(yīng)鏈的貨物全部完成的時(shí)間為：

（5）

通過冷鏈物流監(jiān)控識(shí)別的實(shí)例數(shù)據(jù)計(jì)算，得到冷鏈物流配送中心到客戶的運(yùn)費(fèi)一覽表，見表1。

在進(jìn)行了冷鏈物流監(jiān)控識(shí)別的實(shí)例數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)監(jiān)控覆蓋了冷鏈物流的客戶、項(xiàng)目、庫存和采購供應(yīng)等管理工作，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)和銷售過程中通過GPRS技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的標(biāo)簽讀取和信息反饋，針對(duì)物流配送中心的選址問題，需確定如下決策變量：

（1） 物流配送中心的選定，其相應(yīng)的變量定義為；

（2） 相應(yīng)的產(chǎn)品運(yùn)輸量，定義為

；

（3） 產(chǎn)品運(yùn)輸量（從選定的物流配送中心到客戶），定義為。

物流供應(yīng)鏈上存在著信息流、資金流以及物流，而物流是整個(gè)過程的核心，將冷鏈物流信息由RFID標(biāo)簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，構(gòu)建冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息分發(fā)模型如圖3所示。

建立各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，對(duì)冷鏈物流產(chǎn)品的源頭、信息、質(zhì)量、采購、銷售、運(yùn)輸、貯存進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行跟蹤，采用的效率和成本博弈方法構(gòu)建碰撞因子，冷鏈物流產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)整合各種資源，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)和銷售過程中，按照一定的規(guī)范集合各個(gè)階段的信息資源，并對(duì)收集的信息進(jìn)行整理，信息編碼長度為其中產(chǎn)品監(jiān)控系統(tǒng)輸出的比特位為在冷鏈物流產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，采用GPRS技術(shù)計(jì)算信息損傷因子。如果系統(tǒng)中存在個(gè)待識(shí)別標(biāo)簽，當(dāng)讀寫器喚醒所有標(biāo)簽后，輸入時(shí)鐘頻率為驅(qū)動(dòng)電子標(biāo)簽，得到冷鏈物流信息監(jiān)控的特征分布均值為：

（6）

式（6）表明，當(dāng)冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中待識(shí)別標(biāo)簽的數(shù)量越大時(shí)，輸入標(biāo)簽讀取時(shí)鐘頻率在閱讀存儲(chǔ)卡中被兩分頻。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)有個(gè)待識(shí)別標(biāo)簽，在最大窗口時(shí)間內(nèi)使用叉樹進(jìn)行物資標(biāo)簽批量讀取，搜索深度為1時(shí)，各個(gè)標(biāo)簽在傳輸數(shù)據(jù)被識(shí)別的閱讀存儲(chǔ)卡中確定不同供應(yīng)商的運(yùn)輸次序，得到冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)過程：

第一步：建立采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及銷售五個(gè)階段的供應(yīng)鏈管理體系，設(shè)當(dāng)前冷鏈物流貨物的批次；

第二步：對(duì)不同流通階段的產(chǎn)品建立位置信息點(diǎn)，假設(shè)初始位置通過建立供應(yīng)商關(guān)系管理平臺(tái)（Vendor Relationship Management，VRM）對(duì)信息系統(tǒng)的源頭信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[7]，對(duì)其進(jìn)行全方位的追蹤；

第三步：基于GPRS技術(shù)進(jìn)行信息通信，假設(shè)運(yùn)輸車輛處于第批次貨物的訪問點(diǎn)，運(yùn)輸車輛當(dāng)前的剩余容量為通過對(duì)各供應(yīng)鏈的標(biāo)準(zhǔn)化操作，對(duì)冷鏈物流工具和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，組成；endprint

第四步：根據(jù)信息發(fā)布者和使用者的需求，基于GPRS技術(shù)選擇組合中最近的訪問點(diǎn)作為下一個(gè)訪問點(diǎn)，建立產(chǎn)地、產(chǎn)品、生產(chǎn)者到物流地、商品、物流商的關(guān)系網(wǎng)，令，返回第三步；

第五步：若不存在，且，則批次完成分配，對(duì)產(chǎn)品的損耗進(jìn)行檢驗(yàn)，將運(yùn)輸車輛遣回配送中心，開始分配下一批貨物。令，同時(shí)返回第二步；

第六步：若不存在，且，計(jì)算終止，生成啟發(fā)批次策略，將冷鏈物流信息由RFID標(biāo)簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過程的監(jiān)控。

3 實(shí)驗(yàn)測試分析

為了測試本文設(shè)計(jì)的基于GPRS的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的性能，進(jìn)行系統(tǒng)仿真測試分析，冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建立在RTOS操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，選擇Android OS制作交叉工具鏈，選擇GPRS模塊GF?2000W與S3C6410連接進(jìn)行冷鏈物流數(shù)據(jù)的無線傳輸，使用TCP/IP協(xié)議建立網(wǎng)絡(luò)通信[8]，設(shè)計(jì)客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用程序構(gòu)建冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)作模式，融合ERP信息系統(tǒng)、VRM、公共信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)，從Socket中提取接收到的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)上述測試環(huán)境設(shè)計(jì)，采用不同方法構(gòu)建的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，以冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的總傳輸數(shù)據(jù)量、對(duì)產(chǎn)品標(biāo)簽的準(zhǔn)確識(shí)別率測試指標(biāo)，得到性能對(duì)比結(jié)果如圖4所示。

分析上述結(jié)果得知，采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行冷鏈物流監(jiān)控能有效提高物流總傳輸能力和對(duì)冷鏈標(biāo)簽的準(zhǔn)確識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷鏈物流的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)控。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于GPRS的冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)冷鏈物流不同階段的特點(diǎn)構(gòu)建信息系統(tǒng)，采用RFID技術(shù)進(jìn)行標(biāo)簽設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品信息的追溯與跟蹤，冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)控覆蓋了冷鏈物流的客戶、項(xiàng)目、庫存和采購供應(yīng)等管理工作，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)和銷售過程中通過GPRS技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的標(biāo)簽讀取和信息反饋，將冷鏈物流信息由RFID標(biāo)簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行冷鏈物流監(jiān)控，具有較好的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，對(duì)冷鏈物流信息的傳輸和識(shí)別性能較好，具有較高的應(yīng)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉秀菊.基于嵌入式系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2012，20（9）：2375?2378.

[2] 陳園，熊犍.食品安全呼喚物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用和普及[J].廣東化工，2012，39（1）：166?167.

[3] 曾煉成，沈岳，彭佳紅，等.基于UHF RFID標(biāo)簽的農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（26）：14734?14735.

[4] 江雨，馬滿福.物聯(lián)網(wǎng)中RFID位匹配防碰撞算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012，29（1）：88?91.

[5] 周應(yīng)恒，耿獻(xiàn)輝.信息可追蹤系統(tǒng)在食品質(zhì)量安全保障中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2002，23（6）：451?454.

[6] 鄧海生，李軍.RFID數(shù)據(jù)流過濾算法研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（6）：26?29.

[7] 楊儉.云計(jì)算在現(xiàn)代物流中的應(yīng)用[J].物流技術(shù)，2012，31（11）：415?416.

[8] SUZUKI T， KUDO H. Two?dimensional non?separable block?lifting structure and its application to M?channel perfect reconstruction filter banks for lossy?to?lossless image coding [J]. IEEE transactions on image processing， 2015， 24（12）： 4943?4951.endprint