劉明超

（廣西新農(nóng)商供應鏈科技有限公司， 廣西 柳州 545005）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化提速發(fā)展和居民消費水平的升級，農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品、乳制品、連鎖餐飲、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的產(chǎn)品流通量逐年增加，人們追求健康生活的意識逐漸加強，對食品及醫(yī)療衛(wèi)生安全與品質(zhì)的要求不斷提高。生鮮農(nóng)產(chǎn)品保質(zhì)期短、流通腐損率高；藥品、疫苗、生物制劑等也都需要恒溫儲運環(huán)境；應運而生的冷鏈物流是保障品質(zhì)、減少損耗的不二選擇，生產(chǎn)、貯藏、運輸、銷售、配送等各環(huán)節(jié)的溫度控制成為極重要的流通硬指標，這對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、安全以及滿足消費者需求具有至關(guān)重要的作用。冷鏈專用設(shè)施設(shè)備及冷鏈技術(shù)水平的提升對于冷鏈上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 冷鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

冷鏈產(chǎn)業(yè)對于裝備和技術(shù)的依賴度較高，服務對象包括農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品、家禽肉類、加工食品、冷凍速凍食品、蛋奶制品、連鎖餐飲、酒水飲料、花卉以及化工品、藥品、生物制劑、精密儀器等特殊產(chǎn)品。我國中部農(nóng)業(yè)區(qū)、牧業(yè)區(qū)和西部地區(qū)的特色農(nóng)業(yè)冷鏈領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施相對短缺[1]，每年約有1.3 億t 的蔬菜和1 200 萬t 的果品在運輸中損失，腐損的果蔬可滿足近兩億人的基本營養(yǎng)需求，暴露出我國冷鏈技術(shù)水平尚有較大提升空間。

目前投入使用的冷鏈管理系統(tǒng)，其功能多以遠程監(jiān)測冷庫和冷鏈車庫體運行數(shù)據(jù)為主，包含環(huán)境信息、溫濕度的采集、儲庫數(shù)據(jù)信息管理和4G 模塊。系統(tǒng)收集冷庫、冷鏈車的環(huán)境信息，對設(shè)備狀態(tài)和車輛溫度進行遠程監(jiān)控，“信息孤島”現(xiàn)象得到局部緩解。前兩年新冠病毒疫情導致全國農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)不同程度滯銷，上游生產(chǎn)環(huán)節(jié)的農(nóng)產(chǎn)品很難運輸?shù)酵饨?；中游批發(fā)環(huán)節(jié)的正常經(jīng)營受其影響采購量跌滑；下游零售環(huán)節(jié)因缺人缺貨，無法面向市場擴大供應。疫情下的商品流通需求井噴對冷鏈系統(tǒng)的管理能力和技術(shù)水平提出了更高標準。冷鏈上下游的數(shù)據(jù)交互能力、貨物進出冷庫或冷鏈車前后的信息管理能力、貨物質(zhì)量狀態(tài)管理能力、專用設(shè)施設(shè)備管控能力等問題亟需優(yōu)化，“互聯(lián)網(wǎng)+”新物流模式[2]與冷鏈新技術(shù)、新裝備的融合應用，冷鏈系統(tǒng)的管理能力和技術(shù)水平需要進一步得到提升。

2 冷鏈云互聯(lián)低溫保障系統(tǒng)

為提升冷鏈物流全鏈路管理效能，實現(xiàn)業(yè)務流轉(zhuǎn)智能化，同時降低冷鏈運輸成本，必須進行冷鏈管理系統(tǒng)的優(yōu)化改進：冷鏈上游設(shè)施冷庫增加射頻信息管控裝置，改進冷庫內(nèi)外環(huán)境管控裝置，預警報警裝置、庫溫采集和調(diào)控裝置；改進冷鏈車數(shù)據(jù)信息管理、車輛位置信息監(jiān)管，分區(qū)域控制、全流程記錄冷鏈車庫箱內(nèi)環(huán)境，電子圍欄數(shù)據(jù)需與智能鎖預設(shè)數(shù)據(jù)匹配才可開閉冷鏈車庫箱；設(shè)備信息管理、在線云服務器數(shù)據(jù)庫與外接拓展設(shè)備采用5G 信號通訊，提高數(shù)據(jù)安全等級和數(shù)據(jù)上下行響應速度。冷鏈云互聯(lián)低溫保障系統(tǒng)功能模型如圖1 所示。

圖1 冷鏈云互聯(lián)低溫保障系統(tǒng)功能模型

冷鏈云互聯(lián)低溫保障系統(tǒng)由冷鏈信息管理系統(tǒng)、冷庫管理系統(tǒng)和冷鏈車、冷藏車管理系統(tǒng)組成，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至云數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)管理數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)的同步交互。傳感器采集冷庫和冷鏈車庫箱溫濕度信息，上傳至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)加以清洗，對指定區(qū)域溫度進行差異化調(diào)節(jié)；射頻數(shù)據(jù)管理模塊自動識別出入庫貨物的電子標簽數(shù)據(jù)，大大提升了出入庫業(yè)務的響應和反饋效率，5G 通訊模塊與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行交互，引導全流程高質(zhì)高效完成；基于GPS 的車輛實時定位車輛位置，與智能鎖、電子圍欄、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)協(xié)同，確保車輛定位與預定數(shù)據(jù)匹配后開閉庫箱，根據(jù)微環(huán)境監(jiān)控模塊的交互數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對冷庫、冷鏈車的低溫儲運環(huán)境差異化智能管控。監(jiān)控設(shè)備采集冷庫靜態(tài)數(shù)據(jù)和冷鏈車動態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)智能分析異常狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與主控制模塊進行交互。冷鏈云互聯(lián)低溫保障系統(tǒng)可實現(xiàn)冷鏈數(shù)據(jù)的高效采集與傳輸，減少冷庫和冷鏈車溫度環(huán)境波動，業(yè)務全流程智能化管理，大大降低了冷鏈業(yè)務綜合管控成本。

2.1 冷鏈信息管理子系統(tǒng)

冷鏈系統(tǒng)的關(guān)鍵在于儲運安全質(zhì)控和重要業(yè)務環(huán)節(jié)的數(shù)字化交互，兼顧執(zhí)行流程的互聯(lián)互通和協(xié)作效能。冷鏈信息管理子系統(tǒng)提供冷鏈全程的實時數(shù)據(jù)查詢、低溫環(huán)境異常分析、預警報警處理和數(shù)據(jù)備案分析，信息可視化模塊進行相關(guān)設(shè)備控制交互；提供UPS 不間斷供電系統(tǒng)，保障低溫系統(tǒng)的緊急用電；針對定點冷儲位置提供溫濕度監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄，由溯源管理模塊、信息處理模塊與信息存儲模塊、信息可視化模塊、操作控制模塊協(xié)同交互，組成便于追溯的冷鏈環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)。

溫度控制系統(tǒng)通過傳感器獲取冷庫溫度T、濕度H、風量V等數(shù)據(jù)信息，通過通信模塊與信息系統(tǒng)傳輸，系統(tǒng)通過與數(shù)據(jù)庫溫濕度標準對比，由控制管理單元CMU 傳輸控制指令控制壓縮機和風機，從而自動調(diào)節(jié)冷庫溫濕度。

采用雙層控制循環(huán)單元，在第一層使用S_GRU，第二層使用GRU，將第一層的隱藏值h作為第二層GRU 的輸入值，第一層處理數(shù)值異常，第二層更深層次的抽取軌跡數(shù)據(jù)的特征，進而處理業(yè)務異常，提高異常判斷的精確度；最后一個GRU 單元連接邏輯回歸函數(shù)LR；軌跡序列作為第一個GRU 單元的輸入端，邏輯回歸函數(shù)LR 輸出為異常檢測模塊的輸出端，輸出是否是異常值。

溫度控制CMU=（T0H0V0-TsHsVs）×（T1H1V1-TsHsVs）…×（TnHnVn-TsHsVs）。式中：T0T1…Tn為冷庫實時溫度；H0H1…Hn為冷庫實時濕度；V0V1…Vn為冷庫實時風量；Ts為標準溫度，Hs為標準濕度，Vs為標準風量；對比值＞0，發(fā)送啟動信號；＜0 則發(fā)送停機信號，從而對冷庫溫區(qū)進行自動化控制。

通數(shù)據(jù)通訊模塊將云服務器的數(shù)據(jù)與信息存儲模塊連接通訊完成數(shù)據(jù)存取操作；數(shù)據(jù)處理模塊對存儲模塊中的數(shù)據(jù)進行清洗加工，并與車輛監(jiān)控模塊、智能溫控模塊、微環(huán)境監(jiān)控模塊聯(lián)動預警、報警機制；主控制模塊、通訊模塊對冷庫智慧管理子系統(tǒng)和冷鏈車智慧管理子系統(tǒng)下發(fā)管控數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的智能管理機制對業(yè)務決策、訂單、車輛及人員管理實現(xiàn)融合。整合訂單建立、結(jié)算開票、倉儲分揀、裝載出庫，運輸調(diào)度全流程進行數(shù)字化管理，關(guān)鍵業(yè)務環(huán)節(jié)快速響應、反饋，協(xié)同冷鏈上下游數(shù)字化閉環(huán)作業(yè)，提升冷鏈物流業(yè)務綜合效能。

2.2 冷庫智慧管理子系統(tǒng)

冷庫智慧管理子系統(tǒng)由射頻信息管理模塊[3]、預冷裝備控制模塊、5G 模塊、監(jiān)控模塊、溫濕度控制器、溫濕度傳感器、信息可視化模塊、分選裝備控制模塊、搬運機具控制模塊組成，留有CAN 總線預留接口外接拓展專用裝置。子系統(tǒng)主控制模塊可拓展管理手持設(shè)備、分選裝備、預冷裝備、搬運裝備、照明裝備、尋貨系統(tǒng)等應用型裝備，通過微環(huán)境監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)復雜溫區(qū)溫度差異化管理。子系統(tǒng)主控制模塊拓展模型如圖2 所示。

圖2 冷庫智慧管理子系統(tǒng)主控制模塊拓展模型

射頻信號管理模塊包括信號天線及處理器、射頻信號范圍約束、通訊裝置，信號天線采集出入庫貨物標簽靜態(tài)數(shù)據(jù)、信號處理器、控制模塊與云服務器進行數(shù)據(jù)交互；支持遠程操控調(diào)節(jié)參數(shù)或由系統(tǒng)根據(jù)預設(shè)數(shù)據(jù)自動控制；主控制模塊數(shù)據(jù)與云服務器的交互數(shù)據(jù)下行至數(shù)據(jù)可視處理模塊，支持數(shù)據(jù)異常比對和趨勢分析。

數(shù)據(jù)的異常檢測的基本方法如下：首先對數(shù)據(jù)進行預處理、平滑處理，然后構(gòu)建基于S_GRU 的預測模塊，該模塊是由將S_GRU 和一個全連接層FC 組成；數(shù)據(jù)序列T=（T1，T2，…Tp-1）作為預測模塊的輸入值，Tsp是預測點的真實值；p為選取的序列長；W是模型的權(quán)重，初始化時隨機選取，運行預測模塊可以求出序列T的預測值Tsp。然后構(gòu)建基于雙層GRU 的異常檢測模塊，該模塊是由S_GRU、GRU 和邏輯回歸LR組成，將序列（T1，T2，…Tp-1，Tsp）作為異常檢測模塊的輸入值，如果||Tsp-Tsp||＞ε，則Tsp與真實值具有絕對差異，是屬于異常點，異常檢測模塊的最終輸出值是1，異常檢測模塊的輸出端輸出判斷策略是通過運行數(shù)據(jù)的預測模塊求出序列T的預測值；將軌跡序列作為異常檢測模塊的輸入值；如果||Tsp-Tsp||＞ε，則Tsp與真實值具有一定的距離，是屬于異常數(shù)據(jù)，異常檢測模塊的最終輸出值是1；如果||Tsp-Tsp||≤ε，則預測值與真實值相近，已經(jīng)達到預測目的，Tsp是正常軌跡點，因此異常檢測模塊的最終輸出值是0；Tsp是預測軌跡點的真實值，p為選取的序列長。

射頻信號處理模塊自動識別載具標簽的數(shù)據(jù)信息，對采集的信息數(shù)據(jù)進行比對和更新上傳至云服務器數(shù)據(jù)庫；冷鏈信息管理子系統(tǒng)從云服務器獲取信息數(shù)據(jù)并與本地數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)匹配，管理系統(tǒng)改變數(shù)據(jù)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)并填入表單，完成出入庫庫；比對數(shù)據(jù)異常時，在管理終端報錯提示；手持終端根據(jù)報錯信息糾錯并將新的數(shù)據(jù)信息重新上傳；系統(tǒng)根據(jù)比對后的交互數(shù)據(jù)反饋數(shù)據(jù)信息至管理終端，自動完成貨物出入庫靜態(tài)數(shù)據(jù)的更新和數(shù)據(jù)備份，支持運輸車輛的信息推送和智能選擇，下發(fā)物流單據(jù)至隨車移動管理端進行業(yè)務確認和執(zhí)行。

溫濕度傳感器采集冷庫環(huán)境數(shù)據(jù)，控制模塊將數(shù)據(jù)上傳至在線服務器數(shù)據(jù)庫；管理系統(tǒng)調(diào)取在線數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)與預設(shè)數(shù)據(jù)比對；若數(shù)據(jù)不在預設(shè)參數(shù)容錯范圍，則反饋數(shù)據(jù)異常提示，自動向控制模塊下發(fā)參數(shù)修正指令，對指定的目標區(qū)域進行制冷調(diào)節(jié)；關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息通過可視模塊進行交互。

2.3 冷鏈車、冷藏車智慧管理子系統(tǒng)

冷鏈車、冷藏車智慧管理子系統(tǒng)由智能鎖、電子圍欄、運輸振動模擬裝置、溫濕度控制器、溫濕度傳感器[4]、位置信息傳感器、5G 模塊、監(jiān)控模塊、包材管理等模塊組成，可遠程管控低溫運輸箱等貯運一體化裝備。

手持終端識別貨物標簽射頻數(shù)據(jù)，5G 模塊將數(shù)據(jù)信息上傳至云服務器數(shù)據(jù)庫進行比對；更新相關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)并新建運輸表單；數(shù)據(jù)異常時，則不改變數(shù)據(jù)狀態(tài)并在手持終端報錯提示；載具上鎖后的位置信息由GPS 定位裝置實時上傳，管理系統(tǒng)對比判定位置信息是否在電子圍欄[5]范圍內(nèi)，更新智能鎖開閉狀態(tài)信息，收貨信息由手持終端上傳至云服務器，數(shù)據(jù)系統(tǒng)比對關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息并完成單據(jù)狀態(tài)的變更。車輛行駛軌跡數(shù)據(jù)通過GPS 系統(tǒng)采集，數(shù)據(jù)更新頻率和冗余數(shù)據(jù)成正比，為了提高算法效率，系統(tǒng)算法結(jié)合軌跡點控制循環(huán)單元模型GRU，在GRU 的重置和更新前端輸入當前時刻的軌跡點與上一時刻的軌跡點的相似度，通過對軌跡點的相似度的優(yōu)化得到控制循環(huán)單元模型GRU。通過GRU 模型降低冗余數(shù)據(jù)的影響，提高軌跡預測精度，構(gòu)建雙層GRU 異常管理模型，有效識別行駛軌跡與限行范圍關(guān)系的電子圍欄。

設(shè)定G_GRU 模型為：y=GRU（xt0st0xt+1st+1…xt+nst+n），y為軌跡點。

為提高電子圍欄數(shù)據(jù)算法速度，減少冗余數(shù)據(jù)影響，對數(shù)據(jù)進行平滑處理；對速度、時間、中了、加速度等數(shù)值型數(shù)據(jù)進行歸一化處理，經(jīng)緯度取小數(shù)點后四位，由于全國的經(jīng)度范圍在[70，140]，緯度范圍在[18，60]，考慮到算法的擴展性，經(jīng)緯度在歸一化處理時，最大值最小值按照全國經(jīng)緯度范圍選取。

車輛軌跡預測模塊設(shè)置步驟：將多個S_GRU 單元串接后接入全連接層FC 構(gòu)成軌跡預測模塊，軌跡序列作為軌跡預測模塊的輸入值，全連接層FC 為軌跡預測模塊輸出端，輸出軌跡點；全連接層FC 使用多個激勵函數(shù)降低異常軌跡點的影響，可以對數(shù)據(jù)進行平滑，特征“當前時間”不進行平滑，軌跡點是經(jīng)過平滑之后的軌跡點。

使用相鄰軌跡點的相似度，模型中使用歐式距離作為距離度量方式，假設(shè)在t時刻與t-1 時刻的軌跡點之間的相似度，q是軌跡點x的特征數(shù)。為了便于計算，需將相似度映射到[0，1]之間。

溫濕度傳感器采集車廂環(huán)境數(shù)據(jù)并與云服務器數(shù)據(jù)交互，管理系統(tǒng)通過云服務器實時處理環(huán)境數(shù)據(jù)，自動控制車載控制模塊對溫度波動區(qū)域進行實時管控；GPS 定位傳感裝置將車輛定位信息上傳至云服務器，與預設(shè)電子圍欄數(shù)據(jù)進行比對；通過二者數(shù)據(jù)指紋比對完成車廂鎖開閉狀態(tài)判定和控制；監(jiān)控數(shù)據(jù)與可視模塊進行數(shù)據(jù)交互。

冷鏈車、冷藏車管理子系統(tǒng)自動采集環(huán)境信息數(shù)據(jù)和位置信息；溫濕度傳感器采集車庫箱環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳至云服務器數(shù)據(jù)庫；車輛管理系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)與預設(shè)數(shù)據(jù)匹配，環(huán)境溫濕度根據(jù)預設(shè)值自動調(diào)節(jié)；支持遠程預冷和溫度調(diào)節(jié)；車輛定位數(shù)據(jù)應符合預設(shè)的電子圍欄信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)匹配時方可更新車庫箱智能鎖的開閉狀態(tài)，車輛到達預定地點后，對比位置信息和貨物數(shù)據(jù)，車庫箱開閉信息更新并采集開門時的車廂溫度數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

食品及醫(yī)療衛(wèi)生安全與品質(zhì)的需求提升是冷鏈產(chǎn)業(yè)提速發(fā)展的重要推力，現(xiàn)代物流與冷鏈技術(shù)、裝備的有機融合是冷鏈產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的重要抓手。本文提出的冷鏈云互聯(lián)低溫保障系統(tǒng)是一種集倉儲技術(shù)、運輸技術(shù)、管理技術(shù)于一體的冷鏈業(yè)務信息化管控方案，對冷鏈信息管理能力、業(yè)務管理能力、數(shù)據(jù)交互和裝備管控能力等方面進行合理優(yōu)化，實現(xiàn)冷鏈各環(huán)節(jié)的智能化協(xié)作，有效提升低溫運輸?shù)钠焚|(zhì)和安全保障，提高冷鏈產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展水平，助力冷鏈上下游產(chǎn)業(yè)降本增效。