□ 呂昳苗，寧鵬飛

(廣州工商學(xué)院，廣東 佛山 528100)

隨著我國改革開放的深入推進，跨境電商平臺的迅速發(fā)展，我國居民消費需求逐漸呈現(xiàn)出多元化、高標準、差異性等特點。特別是在國內(nèi)爆出“冰塊細菌門”、“僵尸肉”、過期疫苗等造成惡劣影響的事件后，居民對食品、藥品的安全給予前所未有的關(guān)注。作為物流行業(yè)的分支，冷鏈物流以其在冷凍冷藏工藝方面的技術(shù)優(yōu)勢，逐步在現(xiàn)代物流環(huán)節(jié)中發(fā)揮著越來越重要的作用。以生鮮食品、藥品為代表的產(chǎn)品從生產(chǎn)端到消費端的流動過程中，始終按相關(guān)標準處于規(guī)定溫度濕度等范圍內(nèi)，是冷鏈物流要實現(xiàn)的目標之一。而消費者希望進一步獲取包括產(chǎn)品溯源、流通加工環(huán)節(jié)中的各項指標、以及配送過程的實時地理位置等產(chǎn)品相關(guān)信息，以確保產(chǎn)品質(zhì)量安全可靠。供應(yīng)商希望減少上述產(chǎn)品在運輸配送等過程中的變質(zhì)損耗，從而降低物流成本。物聯(lián)網(wǎng)正是在這種快速變化的市場環(huán)境中發(fā)展起來的一種以傳感、無線射頻、通信、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)工具，它的發(fā)展和應(yīng)用給冷鏈物流帶來了翻天覆地的變化。

1 文獻綜述

1.1 冷鏈物流文獻綜述

在食品質(zhì)量方面，Anna Nagurney、Min Yu[1]通過電弧乘法引入易腐產(chǎn)品供應(yīng)模型，求解報廢成本，Aiying Ronga et al[2]則通過一種混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，模擬食品質(zhì)量退化，為配送系統(tǒng)設(shè)計提供決策參考。J.Moureh;E.Derens[3]建立冷凍食品托盤配送過程溫度上升模型；在冷鏈設(shè)備方面，Myo Min Aung、Yoon Seok Chang[4]研究了外部環(huán)境特別是設(shè)備對于冷鏈物流的影響。在配送方面，翁心剛[5]建立了多核結(jié)構(gòu)的冷鏈配送模型，陳紅麗[6]建立了配送關(guān)鍵控制節(jié)點的監(jiān)測指標體系；在物流績效方面，史嘉興，孫若瑩[7]利用網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)與模糊綜合評價法(Fuzzy comprehensive evaluation)對冷鏈績效進行綜合評價；此外，陳鏡宇[8]、王金妹[9]在冷鏈物流外包、高級計劃排程等方面也做了相關(guān)研究。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)文獻綜述

在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用方面，許敏[10]利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了水產(chǎn)品運輸監(jiān)控系統(tǒng)；馬婷，李芳，單大亞[11]利用物聯(lián)網(wǎng)RFID、WSN技術(shù)構(gòu)建了一個冷鏈物流的跟蹤與追溯系統(tǒng)；汪旭輝、張其林[12]提出了生鮮農(nóng)產(chǎn)品的冷鏈物流框架體系，同時構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)的信息平臺。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面，陳海明、崔莉、謝開斌[13]對物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)進行對比分析，并指出不同種類結(jié)構(gòu)各自的適用范圍與發(fā)展方向。

雖然目前國內(nèi)外關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冷鏈物流中的應(yīng)用已經(jīng)有一定的研究基礎(chǔ)，并取得了可觀的研究成果，但是，大多數(shù)成果是從冷鏈物流的某個環(huán)節(jié)入手，探討相應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的理論可行性。實際上，物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)萬物相連的目標，首要因素是對相關(guān)信息的感知采集與處理，因此，本文擬對監(jiān)測系統(tǒng)選擇一個合理可行的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型，提出監(jiān)控系統(tǒng)的基本框架結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)在冷鏈物流經(jīng)常出現(xiàn)的無法實時獲得數(shù)據(jù)信息、冷鏈環(huán)節(jié)中斷而無預(yù)警造成產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患等問題。

2 我國冷鏈物流發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 冷鏈物流法律法規(guī)、標準缺失

我國的冷鏈物流法律法規(guī)及標準存在諸多問題，缺乏對冷鏈物流運作環(huán)節(jié)的法律法規(guī)約束，特別是目前第三方物流、第四方物流快速發(fā)展的背景下，對于各參與方的權(quán)益分配、合同違約認定、侵權(quán)責任承擔等缺乏明確的法律法規(guī)支持，冷鏈物流出現(xiàn)的糾紛只能借鑒其他相關(guān)民事法律法規(guī)的規(guī)定來處理仲裁、訴訟。各地關(guān)于冷鏈物流運輸工具標準、溫度濕度控制標準、包裝材料標準、儲運周期等問題沒有形成統(tǒng)一標準，無法對冷鏈物流設(shè)備進行系統(tǒng)性的標準化設(shè)計，對資源造成巨大的浪費。同時食品藥品監(jiān)管各部門均有自己的標準，相互不認可，造成現(xiàn)有監(jiān)管標準的多頭管理、分散交叉。

2.2 冷鏈物流基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、區(qū)域差異大

以運輸冷藏車、冷庫為例，到2017年為止，我國的運輸冷藏車數(shù)量只有4萬輛，遠低于美國的16萬輛、日本的12萬輛[14]；冷庫容量約為3610萬噸，且多集中在東部沿海地區(qū)，中西部畜牧業(yè)集中地區(qū)及道路條件較差的華南鮮果種植山區(qū)冷庫資源嚴重匱乏[15]，我國每年4億噸農(nóng)產(chǎn)品進入流通領(lǐng)域，絕大多數(shù)缺乏運輸銷售冷鏈保證。進入冷鏈系統(tǒng)的果蔬類、肉類、水產(chǎn)品僅占比5%、15%、23%，遠低于美國、加拿大、日本、韓國、新加坡等發(fā)達國家的95%，每年造成的產(chǎn)品腐損分別高達20%～30%、12%、15%。隨著冷鏈市場規(guī)模的逐年增長，基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)節(jié)成為制約冷鏈物流快速發(fā)展的短板之一。

2.3 冷鏈物流信息平臺發(fā)展滯后，先進信息科技應(yīng)用不足

3 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本體系結(jié)構(gòu)與特性比較

自2005年國際電信聯(lián)盟提出物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things)一詞，各國都積極進行包括體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)應(yīng)用等在內(nèi)的廣泛的研究。歐盟的FP7設(shè)立SENSEI與IOT-A項目探索不同的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)對實現(xiàn)技術(shù)的影響。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理直接影響著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)效果。建立體系結(jié)構(gòu)的過程實際上是萃取出各類應(yīng)用需求，以及篩選出組成系統(tǒng)的部件及部件間的組織關(guān)系。常見的抽取維度有功能維度、模型維度。

表1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分類

表2 衡量物聯(lián)網(wǎng)特性的指標

根據(jù)表2中的各項指標，可以對表1中的體系結(jié)構(gòu)做一個對比分析，結(jié)果如下圖所示：

水平性可擴展性環(huán)境感知性環(huán)境交互性自適應(yīng)性安全性抗毀性互操作性Net workedAuto-IDuID IoT√USN√√√√Physical-net√√√√√M2M√√√√√SENSEI√√√√√√√IoT-A√√√√√√√√AOA√√√

圖1 各類體系結(jié)構(gòu)特性對比分析

可以看出USN結(jié)構(gòu)更加接近物聯(lián)網(wǎng)的各項性質(zhì)，因此，本文選擇USN結(jié)構(gòu)作為監(jiān)控系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)模型。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成

3.2.1 無線傳感網(wǎng)技術(shù)

無線傳感網(wǎng)基本構(gòu)成要素是傳感器節(jié)點，收集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)溫度、濕度、壓力、聲音、光線等因素，目的是將上述監(jiān)測信息數(shù)據(jù)收集、處理并傳遞給監(jiān)測者。比較適用于大規(guī)模大范圍數(shù)據(jù)監(jiān)測。

3.2.2 射頻識別(RFID)技術(shù)

RFID技術(shù)是集成了包括天線、無線通信、芯片等技術(shù)在內(nèi)的一種靠發(fā)射高頻或低頻信號主要對運動中、遠距離的物體進行識別、數(shù)據(jù)收集與處理的數(shù)據(jù)讀寫技術(shù)。

3.2.3 傳感器及探測技術(shù)

?習(xí)近平:《共同創(chuàng)造亞洲和世界的美好未來——在博鰲亞洲論壇2013年年會上的主旨演講》(2013年4月7日)，人民出版社2013年版，第4頁。

傳感器技術(shù)在朝著數(shù)字補償、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能復(fù)合的方向不斷發(fā)展，其各項技術(shù)指標更加嚴格，補償工藝更加完善，抵御自然災(zāi)害等風險的能力不斷提高。

3.2.4 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)是集軟硬件、存儲器、處理器等為一體的虛擬化軟硬件解決方案。旨在為大量信息孤島提供協(xié)同連接，為用戶提供更多有價值的信息。

3.2.5 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸主要依賴于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，現(xiàn)有的通信技術(shù)包括IEE802.15.4、藍牙、NFL、GPRS等。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冷鏈物流中的應(yīng)用

3.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)生鮮食品生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)開放程度較低，消費者發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題，很難追究生產(chǎn)者責任，對于政府相關(guān)監(jiān)督部門來說，由于生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的模糊性，質(zhì)量問題溯源也是一個比較大的障礙，無法準確進行責任劃分。引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，每個單項產(chǎn)品都會通過一定的編碼規(guī)則在數(shù)據(jù)庫建立產(chǎn)品質(zhì)量檔案，對于生產(chǎn)加工的各個環(huán)節(jié)都能實現(xiàn)連續(xù)的溫度、濕度、環(huán)境菌落等指標監(jiān)控，對應(yīng)相應(yīng)的責任人等各項信息，錄入冷鏈物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

3.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流倉儲配送環(huán)節(jié)

以RFID技術(shù)為例，在倉儲環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品信息的自動化讀取錄入，引導(dǎo)AGV小車正確運送到相應(yīng)的貨架或儲存區(qū)，指引分揀員正確揀選產(chǎn)品并實現(xiàn)揀選路徑優(yōu)化，通過貨位上設(shè)置的RFID標簽或產(chǎn)品包裝上的標簽信息掃描，進行揀選產(chǎn)品的二次復(fù)核，極大地提高了揀選準確性和效率。并能夠?qū)崟r上傳出庫產(chǎn)品信息，保證倉儲產(chǎn)品信息的準確性。在配送環(huán)節(jié)，結(jié)合GPS定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)、RFID技術(shù)等實現(xiàn)車輛路線規(guī)劃、車輛調(diào)度優(yōu)化、在途產(chǎn)品、貨物溫度、濕度監(jiān)控等可視化配送，從而保證在途產(chǎn)品、貨物的質(zhì)量與安全。

3.3.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流銷售環(huán)節(jié)

由于冷鏈物流在銷售環(huán)節(jié)常常存在斷鏈現(xiàn)象，如受一些地區(qū)政策限制，冷鏈運輸車禁止進入人流密集地區(qū)的某些路段，導(dǎo)致配送至該段的產(chǎn)品必須轉(zhuǎn)換運輸工具，導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。此外，在商超中，一些顧客從冷藏冷凍區(qū)取出產(chǎn)品后放棄購買，并未將產(chǎn)品歸入原位，也會在一定程度上造成斷鏈現(xiàn)象。通過產(chǎn)品上附帶的RFID標簽，RFID閱讀器即可實時傳送在冷藏冷凍區(qū)的溫度信息，及時反饋給管理部門，也可以在顧客購買產(chǎn)品后一次性讀取購物車內(nèi)產(chǎn)品信息，生成價格結(jié)算清單，更新商超庫存數(shù)據(jù)。及時傳遞給供應(yīng)商進行產(chǎn)品補貨。

3.4 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建冷鏈物流監(jiān)控體系

3.4.1 系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計

為了保證物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決冷鏈物流的應(yīng)用需求，并解決應(yīng)用過程中出現(xiàn)的理論問題與實際技術(shù)問題，首先，必須做系統(tǒng)的需求分析，即建立一個從物聯(lián)網(wǎng)信息采集、傳遞、融和、處理和應(yīng)用角度的核心用例模型，并綜合核心用例為一個關(guān)聯(lián)模型。

監(jiān)測系統(tǒng)的核心是物聯(lián)網(wǎng)信息平臺，主要用戶包括政府監(jiān)督部門、消費者、冷鏈物流企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)；主要功能模塊包括運輸管理系統(tǒng)(TMS)，倉儲管理系統(tǒng)(WMS)，安全追溯系統(tǒng)、監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。

圖2 冷鏈物流監(jiān)測系統(tǒng)總體功能設(shè)計

3.4.2 基于USN物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

USN是由韓國電子與通訊技術(shù)研究所提出的物聯(lián)網(wǎng)體系機構(gòu)，從底至上分為感知層、傳輸層、處理層、應(yīng)用層。感知層主要由EPC編碼標簽、傳感器、攝像頭、傳感器組網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，通過與周邊環(huán)境相關(guān)參數(shù)的感知，收集溫度、濕度等指標，經(jīng)由讀寫器上傳控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾、校對、完整性檢驗等步驟，進行深入處理。最終應(yīng)用層通過對收集的信息轉(zhuǎn)化為視頻、圖像、文字等方式對產(chǎn)品信息進行監(jiān)控、管理和應(yīng)用。

USN以互聯(lián)網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過在感知層部署傳感器來收集溫度濕度、GPS定位等指標數(shù)據(jù)，經(jīng)過將傳感器與RFID網(wǎng)絡(luò)集成，可以把采集的數(shù)據(jù)在后端服務(wù)器中進行處理，再提供給應(yīng)用平臺。作為一種典型的后端集中式體系結(jié)構(gòu)，USN物聯(lián)網(wǎng)中的信息處理業(yè)務(wù)和用戶服務(wù)請求是由后端支撐平臺或服務(wù)器來完成的。重點需要選擇連接方式、通信協(xié)議、服務(wù)機制三個層次的實現(xiàn)方法。

互聯(lián)網(wǎng)標準化組織IETF基于開源的uIP協(xié)議實現(xiàn)了輕量級的IPv6協(xié)議，可以運行在資源受限的低功率設(shè)備上，可以運行在多種介質(zhì)上(如低功耗無線、電力線載波、WiFi和以太網(wǎng)),有利于實現(xiàn)統(tǒng)一通信；IPv6可以實現(xiàn)端到端的通信，無需網(wǎng)關(guān)，降低連接成本，同時采用IETF Ro LL工作組制定的RPL路由協(xié)議，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)。

圖3 RPL路由協(xié)議

圖4 冷鏈運輸車溫濕度監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)束語

本文著重討論物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的模型設(shè)計，對于物品的語義標注、查找、處理等不作過多探討，但不能忽視其對物聯(lián)網(wǎng)的重要影響。

為了進一步促進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流系統(tǒng)建設(shè)，需要政府下大功夫創(chuàng)設(shè)一個利于冷鏈物流發(fā)展的法制環(huán)境，完善冷鏈物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，協(xié)調(diào)區(qū)域發(fā)展不平衡，努力推動先進物流信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，引入國外先進的冷鏈物流運作模式與管理經(jīng)驗，培養(yǎng)復(fù)合型冷鏈物流管理人才，才能推動我國冷鏈物流彎道超車，實現(xiàn)跨越性發(fā)展。