成志平

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

生鮮農(nóng)產(chǎn)品從收獲/屠宰到運(yùn)輸再到終端消費(fèi)者手中，通常需要經(jīng)過一定的時(shí)間。對于保質(zhì)期較短的生鮮農(nóng)產(chǎn)品而言，利用冷鏈物流系統(tǒng)開展產(chǎn)品倉儲物流，是降低農(nóng)產(chǎn)品腐敗變質(zhì)比例及保證現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)品貿(mào)易正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必需環(huán)節(jié)。然而，隨著新冠疫情的爆發(fā)，中國多地在進(jìn)口冷鏈?zhǔn)称坊虬b物中檢出新冠病毒核酸陽性，進(jìn)口冷鏈?zhǔn)称芬咔閭鞑グ踩L(fēng)險(xiǎn)增大。盡管新冠病毒基本均出現(xiàn)在進(jìn)口冷鏈環(huán)節(jié)，但中國人民群眾對冷鏈物流體系的信賴程度卻隨之降低［1-3］。為應(yīng)對后疫情時(shí)代生鮮農(nóng)產(chǎn)品對冷鏈物流的需求，需要對現(xiàn)有的冷鏈物流體系進(jìn)行優(yōu)化，增加對冷鏈物流環(huán)節(jié)的監(jiān)控等手段，降低新冠病毒污染生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的風(fēng)險(xiǎn)。本研究基于WSN和RFID技術(shù)，以陜西省農(nóng)產(chǎn)品為例，設(shè)計(jì)了一種生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)，旨在優(yōu)化現(xiàn)有生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)，并為后疫情時(shí)代的農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易運(yùn)轉(zhuǎn)提供幫助。

1 WSN與RFID技術(shù)的融合

1.1 WSN技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，采用無線方式進(jìn)行通信，將其末梢處傳感器獲得的信息與上位機(jī)等進(jìn)行傳輸［4］。WSN的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，可以根據(jù)用戶和系統(tǒng)需求等隨時(shí)更改，具有大規(guī)模、自組織、動態(tài)性、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢。

1.2 RFID技術(shù)

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）又稱無線射頻識別，是一種可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸的通信技術(shù)［5］。RFID技術(shù)應(yīng)用于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的非接觸信息識別，在整個(gè)識別環(huán)節(jié)無須人工干預(yù)且可應(yīng)用于各種惡劣環(huán)境如低溫環(huán)境、高速運(yùn)行環(huán)境等，可以有效降低生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流環(huán)節(jié)與外界的接觸。

1.3 WSN與RFID技術(shù)的融合優(yōu)勢

石麗娟等［6］基于兩種技術(shù)進(jìn)行融合并將其應(yīng)用于生鮮果蔬冷鏈監(jiān)測系統(tǒng)中，WSN與RFID技術(shù)融合后開展冷鏈物流系統(tǒng)建設(shè)，能夠采用微型傳感器節(jié)點(diǎn)采集信息并進(jìn)行無接觸信息傳輸，在應(yīng)用于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流后，由于各節(jié)點(diǎn)間具有自組織和協(xié)同工作的能力，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部采用無線多跳通信方式，與傳統(tǒng)的冷鏈物流相比，其具有的優(yōu)勢：①精確度高，能夠?qū)崿F(xiàn)單一的冷鏈物流傳感器無法實(shí)現(xiàn)的密集空間采樣及近距離監(jiān)測；②靈活性強(qiáng)，一經(jīng)部署無需冷鏈物流體系中進(jìn)行過多的人為干預(yù)；③可靠性高，避免單點(diǎn)失效問題；④性價(jià)比高，能夠降低傳統(tǒng)冷鏈物流體系中的傳感器成本。

2 基于WSN和RFID技術(shù)的冷鏈物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)框架

陜西是中國的農(nóng)業(yè)大省，同時(shí)也是生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流供應(yīng)與需求大省。在冷鏈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，出現(xiàn)了速必達(dá)冷鏈物流、東方（冷鏈）貨運(yùn)、嘉豐蔬果冷鏈倉儲物流中心等省內(nèi)冷鏈物流企業(yè)，省內(nèi)建設(shè)成的物流園區(qū)對陜西省蘋果、獼猴桃、富硒農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)展提供了巨大幫助［7-9］。本研究總結(jié)陜西省生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)框架（圖1）。在生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)中，監(jiān)控中心是開展大部分業(yè)務(wù)的核心。冷鏈物流企業(yè)通過構(gòu)建基于WSN+RFID的監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流環(huán)節(jié)信息采集、質(zhì)量安全追溯、倉儲管理、監(jiān)控預(yù)警以及運(yùn)輸調(diào)度等方面的協(xié)調(diào)配合。

圖1 陜西生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)

2.1.1 信息采集系統(tǒng)信息采集系統(tǒng)的主要作用是采集生鮮農(nóng)產(chǎn)品從流入冷鏈物流時(shí)的原始信息到流入消費(fèi)者手中時(shí)的全壽命周期信息，通過EPC編碼對某一農(nóng)產(chǎn)品或某批農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行惟一的標(biāo)準(zhǔn)編碼編譯，再通過WSN+RFID技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，系統(tǒng)用戶以及管理員等可以根據(jù)所屬權(quán)限的不同查看或下載系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2.1.2 倉儲管理系統(tǒng)倉儲管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對生鮮農(nóng)產(chǎn)品入庫、出庫兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)與監(jiān)管。該系統(tǒng)接受來自監(jiān)控中心的指令，配合倉庫工作人員的手持或固定RFID掃描工具對產(chǎn)品進(jìn)行智能化管理，降低生鮮農(nóng)產(chǎn)品在入庫、出庫環(huán)節(jié)時(shí)的損耗。同時(shí)，由于WSN技術(shù)的融入，倉儲管理系統(tǒng)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品掃描基本可以實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)，降低了因?yàn)槿说拇嬖诙斐傻男鹿诓《就{。

2.1.3 監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)該系統(tǒng)綜合應(yīng)用RFID、各類型傳感器、報(bào)警器等對生鮮農(nóng)產(chǎn)品在冷鏈物流過程中的溫度、濕度、二氧化碳濃度等進(jìn)行監(jiān)控。由于WSN的存在，即使物流車輛已經(jīng)距離監(jiān)控中心很遠(yuǎn)距離，監(jiān)控中心仍然能夠?qū)崟r(shí)把控物流車輛內(nèi)部環(huán)境條件，一旦冷鏈車輛內(nèi)部存儲環(huán)境發(fā)生變化，則車輛將會在進(jìn)行聲光報(bào)警的同時(shí)，將問題通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心進(jìn)行及時(shí)調(diào)控。

2.1.4 其他系統(tǒng)冷鏈物流系統(tǒng)中的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)等也會通過GPRS等通信技術(shù)與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)對接，監(jiān)控系統(tǒng)可以對運(yùn)輸車輛、冷鏈倉儲等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度；企業(yè)也可以通過監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的全壽命周期質(zhì)量安全溯源，即使在消費(fèi)者完成生鮮農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)后很長時(shí)間也可以對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題進(jìn)行溯源。

2.2 監(jiān)控中心運(yùn)轉(zhuǎn)流程

在陜西省生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)中，監(jiān)控中心是冷鏈物流系統(tǒng)開展絕大部分工作的核心。同時(shí)，監(jiān)控中心也是WSN+RFID兩種技術(shù)最直接應(yīng)用的環(huán)節(jié)。因此，本研究針對監(jiān)控中心的總體架構(gòu)和系統(tǒng)功能流程進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2.1 監(jiān)控中心架構(gòu)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流監(jiān)控中心總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。監(jiān)控中心總共由主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)以及檢測服務(wù)平臺3部分組成。其中，主節(jié)點(diǎn)也成為智能節(jié)點(diǎn)，主要包含生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流環(huán)節(jié)溫度、濕度等條件的采集部分，融合了WSN和RFID技術(shù)，主要布置在冷鏈物流車輛以及各區(qū)域的生鮮物流倉庫中；從節(jié)點(diǎn)也被稱為終端采集模塊，主要負(fù)責(zé)將生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中傳感器、RFID閱讀器等所接收的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和傳輸，通常也布置在冷鏈物流車輛以及各區(qū)域的生鮮物流倉庫中；冷鏈監(jiān)測服務(wù)平臺看作是冷鏈物流體系的服務(wù)器，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程收集生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流過程中的各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，該平臺為不同權(quán)限用戶提供不同的數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

圖2 監(jiān)控中心架構(gòu)

2.2.2 主從節(jié)點(diǎn)功能流程主從節(jié)點(diǎn)的功能流程如圖3所示。當(dāng)生鮮農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入冷鏈物流系統(tǒng)后，監(jiān)控中心首先會對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，消除上一批生鮮農(nóng)產(chǎn)品的串口波特率等對當(dāng)前生鮮農(nóng)產(chǎn)品的影響；隨后系統(tǒng)的智能節(jié)點(diǎn)將會對檢測服務(wù)平臺獲取的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，若篩選結(jié)果表示該節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，則監(jiān)控中心會定時(shí)發(fā)送命令至從節(jié)點(diǎn)經(jīng)由WSN進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；若該節(jié)點(diǎn)不為主節(jié)點(diǎn)，則操作傳感器測量冷鏈物流車輛或冷鏈物流倉儲中的環(huán)境條件如溫度、濕度、二氧化碳濃度等，讀取從節(jié)點(diǎn)中RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至主節(jié)點(diǎn)。

圖3 主從節(jié)點(diǎn)功能流程

3 疫情防控下基于WSN和RFID技術(shù)的冷鏈物流系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 冷庫的監(jiān)測環(huán)節(jié)

生鮮農(nóng)產(chǎn)品的入庫與出庫是生鮮農(nóng)產(chǎn)品與工作人員接觸或暴露于自然環(huán)境下的重要場景。冷庫監(jiān)測水平的高低，將會直接決定后疫情時(shí)代生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)對新冠病毒的防控能力［10］?；赪SN和RFID技術(shù)的冷鏈物流系統(tǒng)帶有RFID標(biāo)簽產(chǎn)品箱以及智能主從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，通過WSN進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。冷庫監(jiān)測環(huán)節(jié)工作流程如圖4所示。

圖4 冷庫監(jiān)測環(huán)節(jié)工作流程

以陜西省獼猴桃為例，農(nóng)民完成采摘后，系統(tǒng)的智能節(jié)點(diǎn)會通過RFID標(biāo)簽對運(yùn)輸來的獼猴桃果蔬箱信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所有接觸過該果蔬箱的人、車都會被精準(zhǔn)記錄，果蔬箱的所有信息都可以在監(jiān)控中心進(jìn)行獲取。同時(shí)，該系統(tǒng)還會通過冷庫的智能攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控具體的某一果蔬箱，假如該果蔬箱在倉儲環(huán)節(jié)被進(jìn)行了完全沒有必要的操作，例如非工作人員接觸等，該系統(tǒng)同樣會進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并智能調(diào)閱冷庫的智能攝像頭監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以便后續(xù)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)進(jìn)行追蹤。

3.2 冷鏈物流車輛監(jiān)測環(huán)節(jié)

冷鏈物流車輛運(yùn)輸環(huán)節(jié)也是生鮮農(nóng)產(chǎn)品受新冠病毒威脅的重要場景。過多的物流車輛對接會直接增加農(nóng)產(chǎn)品接觸新冠病毒的機(jī)會。在應(yīng)用冷鏈物流系統(tǒng)后，除對冷鏈物流車輛司機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的智能化監(jiān)控意外，所有涉及某一生鮮農(nóng)產(chǎn)品的冷鏈物流車輛都需要進(jìn)行嚴(yán)格的運(yùn)輸工具及貨物的消毒，車廂內(nèi)的傳感器會對某些消毒劑的成分以及波動情況進(jìn)行監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)某些車輛并未進(jìn)行規(guī)定的消毒則會直接對該車輛發(fā)起警告，車輛內(nèi)部的聲光警告燈會警示相關(guān)工作人員該車輛的問題，大大增強(qiáng)冷鏈物流車輛監(jiān)控環(huán)節(jié)的疫情防控水平。

4 小結(jié)

疫情時(shí)代生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)的病毒防控能力將會成為冷鏈物流產(chǎn)業(yè)堅(jiān)決切斷新冠病毒傳播途徑的重要體現(xiàn)。本研究構(gòu)建了基于WSN和RFID技術(shù)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)，從傳感器的信息傳遞以及主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫暯菍鹘y(tǒng)的冷鏈物流體系監(jiān)控中心進(jìn)行了優(yōu)化，冷鏈物流體系將會大大提升倉儲和車輛運(yùn)輸環(huán)節(jié)的疫情防控水平，從而充分保證后疫情時(shí)代生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流安全。