RFID技术在农产品物流系统中应用现状与展望

陈锦斌，林宇洪，邱荣祖

（福建农林大学，福建 福州 350002）

随着我国经济不断发展，人民生活水平不断提高，对农产品需求量越来越大，对其品质要求也越来越高。但是，长久以来，我国农产品物流以常温物流或自然物流形式为主，且存在运输周期长、效率低下、损耗率高和缺失监管等问题，造成“丰产歉收”、“难卖”和农产品质量安全事故频发的局面。因此，必须采取必要的技术手段对农产品的生产、运输和流通全过程进行监管，并实现农产品的追溯，确保农产品质量安全。

近些年，随着物流技术不断的发展，特别是信息技术的广泛运用，有效地推动了物流系统的变革与创新，不仅提高了物流企业的生产效率，同时保证了产品的质量和品质。RFID无线射频识别技术作为20世纪90年代兴起的一种自动识别技术，其可在非接触状态下，通过射频信号自动识别目标对象并且获得相关数据，比目前市面上所采用的条形码，具有信息存储量大，可对多目标和移动目标进行远距离读取和识别以及数据可加密解密等优点，且抗干扰性强、识别精度高，它被认为是21世纪最重要的技术之一，受到了广泛的关注。目前，RFID技术已在国外农产品物流中得到广泛的应用，作为农业生产大国的中国，虽然已经逐步展开了RFID技术的相关研究和应用开发工作，并且在一些领域开始运用；但仍处于研究和应用的初级阶段。本文将通过总结RFID技术在农产品物流系统中的国内外研究现状，分析存在的主要问题，并展望RFID技术的未来研究和应用前景。

1 RFID技术在农产品物流系统中应用研究现状

1.1 国外应用现状。在国外，RFID技术广泛运用于交通、车辆管理、生产线自动化控制、身份识别、物流配送管理以及仓储管理等领域，其中物流配送管理领域是其研究的热点之一。Tajima[1]通过收集大量资料，归纳出了RFID在物流配送应用中包括降低成本、节约劳动时间、提高订单完成率、减少库存成本等15项优点，如图1所示。

作为科技强国的日本，早在2004年就在千叶县制定了政府运营重点举措“千叶2004行动计划”，成功地将RFID技术应用于农产品物流系统中。农产品在系统各个网点间的每次移动均写入相应的RFID标签，在生产、流通环节所生成的数据信息经Internet传输到中央服务器，进行综合管理。该次试验的成功表明，运用RFID技术能够让农产品在物流配送中的速率有很大程度的提高，而且通过配送中反映出来的问题也为之后的再生产提供了客观的参考依据[2]。此后美国则在此基础上更进一步，将RFID技术与传感应技术相结合。2005年夏，Ballantine果品公司利用了一种主动式RFID物流配送系统，利用电池驱动RFID标签与温度传感应相连接，准确记录了葡萄从被采摘到运送至零售商的过程中的温度数据[3]。在欧洲，一些公司将全球定位系统（GPS）与RFID技术结合在一起，有效地监测农产品运输车辆的位置及其工作状态，并实现实时对路径进行走向分析决策，从而提高了交通运输的效率，减少能量的损耗，保证农产品的新鲜和品质[4]。

1.2 国内应用现状。我国在RFID领域的应用和研究起步要晚于西方国家，直到21世纪初叶，中国才开始对RFID技术进行探索性的研究，并很快获得了政府的关注和支持，至2004年我国RFID已经拥有了13亿元人民币的市场规模，仅仅标签一项就达到9.33亿元人民币。信息产业部在2005年把基于RFID的电子标签产业产品列为重大的招投标项目，2006年6月9日发布的《中国RFID技术政策白皮书》，标志着我国将RFID技术提高到国家产业发展战略的层面[5]。截止2010年底，中国生产RFID的企业就达数百家，已经大体形成了一条从标签及设备制造到软件开发集成较为完整的RFID产业链，并将在未来5～10年保持较快速度的发展。而且，国内科研单位对于RFID的应用研究也取得了很大的进展，极大地促进了RFID技术在我国物流中的发展[6]。

1.2.1 在物流追溯的应用。近些年来，老百姓在生活中最为关心的是农产品安全问题，而确保农产品安全的重要手段之一就是实施农产品追溯机制，由于RFID技术的上述优点，上海在2005年正式投入使用的基于RFID技术的“安全猪肉监控追溯系统”，能够实时获得的生猪的饲养、过往病例、喂药、转栏、检疫等信息[7]；孙旭东等以构建柑桔安全可追溯信息系统目的，以赣南脐橙为研究对象，借助RFID技术，解决每个赣南脐橙信息的可完整性、追溯性以及赣南脐橙在种植、流通、交易等环节的信息交换所涉及的关键技术，实现该农产品质量安全信息可追溯[8]；施亮等基于RFID技术构建肉牛养殖的可追溯系统，通过使用RFID技术，实现了对每个个体养殖信息的自动采集，同时针对每头肉牛形成了可在网络上进行在线查询的质量追溯档案，从而解决了在养殖环节上进行以个体为单位实施质量监管和实现可追溯的问题[9]。

1.2.2 在物流运输的应用。传统物流过程存在信息不及时、不对称等弊端，难以达到实时协同与动态调配的需求，已经不再适应现代物流行业的需求。随着货物调配量的急剧增加，物流全过程各环节的信息通畅变得日益迫切，实时物流跟踪和精细任务调度已经成为物流企业的核心竞争力。RFID技术可有效地解决物流协同调度、物流跟踪和路径优化的问题。目前国内专家学者在吸取外国先进经验的基础上进行了相关研究。王亚东基于RFID技术、数据采集技术以及Web技术设计的化工物品物流安全监控系统，对危险品的使用、运输、跟踪和溯源实时地、全方位地进行自动化管理。极大地提高了危险品的管理水平，降低了对环境和生命安全的危害及相关物流链的成本，缩短了事故应急反应时间[10]。宿晓利采用RFID技术构建了一个分别以制造商和回收处理中心为核心的正逆向物流系统模型，该仿真能够有效地处理物流过程中产生的大量信息，提高资源利用效率[11]。周晓光等主张在农产品运输时将RFID技术与GPS（全球定位系统）结合起来，不仅为物流公司提供实时监控和跟踪服务，对于业主而言，则可通过计算机网络查询自己的货物所处的位置。在经过一些道口接受检查时，执法单位也无需打开农产品包装，只需通过电子标签阅读终端就可以知道包装的具体内容，大大提高了道口检查速度和通关能力[12]。

1.2.3 在物流仓储的应用。RFID技术具有批次管理、动态盘点和快速出入库功能，大幅度减少了现行模式下查找货位信息花费的时间，提高了查询和盘库精度，大幅度提高了仓储管理效率。杜晓明等构建了一个基于RFID和条码技术的系统模型，该系统具有操作性强、成本低、效率高等优点[13]；李雯等针对目前管理中存在的问题和不足，提出了将RFID技术引入到木材仓储管理中，指出了木材仓储中应用RFID技术的注意事项[14]。在农产品仓储管理方面，段翠芳等基于51单片机和RFID技术开发的硬件，实现了农产品仓储数据管理的部分功能模块[15]。王丽芳等利用RFID技术和数据库技术，通过在嵌入式读写器上控制RFID标签，实现数据的实时采集，并将数据通过Internet传输到控制系统进行农产品质量监管[16]。此外，宋豫晓等利用RFID技术、手机网络技术和蓝牙，构成由服务器和工作站所组成的农产品智能存储系统。通过该智能系统，仓库管理人员和其他相关人员（如农户、零售商、已经广大客户）都可以通过Internet查询相关商品的库存信息[17]。

2 存在的主要问题

2.1 安全风险高，技术应用受阻。安全问题将是影响RFID在物流领域大规模应用的主要障碍，目前主要集中在技术风险和隐私安全两个方面。

首先，技术风险，RFID系统大部分使用的是被动式标签，在工作的时候，可能会出现1个以上的应答器同时处于阅读器的作用范围内，此时当有2个或2个以上的应答器同时发出数据给阅读器的时候就会出现数据上的干扰，即碰撞问题（collision），其结果将会导致一次传输的失败。通过实验发现，RFID的系统误读和漏读率总和高达20%～50%，可见其技术风险之高。为此，胡建赟等在研究RFID的系统碰撞问题时引进马尔可夫链来为时隙ALOHA法建模，并根据此模型对时隙ALOHA法的性能进行分析，得到时隙数、RFID系统中所含的应答器数与识别成功率的关系，从而对实际应用提供理论指导[18]。王雪等在基于二叉树的RFID防碰撞算法的研究中指出，BLBO防碰撞算法与其他二叉树算法相比性能有明显提高，更适用于RFID防碰撞协议[19]。虽然，防碰撞算法的研究可降低碰撞的概率，但并不能从根本上解决碰撞问题，应该从技术设备上进行改进，如采用多通道技术或数据排队技术，方能根本解决碰撞问题。

其次，隐私安全，由于RFID标签的体积可以小于1mm2，在现实生活中有可能被不法商家利用，将其黏贴于商品之上，通过RFID标签固定的标识符来恶意的追踪该商品。不仅如此，RFID标签内携带的产品信息或者私人数据一旦遭到黑客攻击，则很有可能造成商业泄密，给企业的发展带来不利的影响。另外，不法份子也有可能通过技术手段截获RFID标签与读写器直接的敏感信息来重构RFID标签，达到伪造标签的目的。

2.2 无统一标准，技术发展受限。我国在RFID标准制定上主要有三大难题。

（1）RFID标签的使用频率还没有开放。目前国际上在UHF频段的RFID技术多使用860～960MHz或430MHz左右的频率。而在我国，860～960MHz频段主要运用于固定或移动通讯业务，430MHz则属于专用频段，目前开放此频段的RFID业务条件还不够成熟。（2）RFID产业发展的滞后严重影响了标准的制定，而标准的不统一又反过来制约RFID产业的发展。（3）应用的落后。由于标准不统一，导致厂家在研制的过程中只能制造兼容多个标准的产品，严重地影响未来应用的发展。

2.3 技术成本高，技术普及困难。成本因素是制约任何一项新技术普及的重要因素，RFID技术也不例外。由于条码具备简便快捷、价格低廉等优势，在我国农产品物流领域受到极大的青睐。相比之下，RFID技术要发挥作用，就必须从产地开始，对农产品的采摘、加工、运输、仓储各个环节进行改进，增设相应的数据自动采集设备，并且为每个/批农产品增贴RFID标签，由此带来的高昂成本不是所有企业都能承担的。此外，农产品的利润额度有限。从目前的发展状况看，虽然RFID技术对提高农产品品质的管理具有巨大优势，但是高技术成本仍是其推广普及的巨大障碍。

3 RFID技术未来的应用研究展望

当前RFID技术在研究和实际应用之间仍存在巨大的鸿沟，尤其是我国，RFID技术研究大多停留在技术本身或应用领域的介绍方面，可见RFID技术具有较大的发展空间和发展潜力，现今亟待关注的问题如下。

3.1 统一标准的制定。迄今为止仍未正式形成一个统一的RFID国际标准，成为制约RFID技术发展的重要因素，而数据格式问题又涉及到国家的自身使用和安全[20]。促进国家和地域之间RFID标准的兼容或统一，是有效降低RFID技术成本，推动其在全球农产品物流配送系统快速成长的主要动力。

3.2 技术的进一步完善。RFID标签的单项技术已经日趋成熟，但其在许多方面的应用仍处于不断发展和完善之中，如一个读写器同时识别多个RFID电子标签或高速运动的RFID电子标签时，就难免出现多个电子标签和阅读器之间通讯碰撞问题，而碰撞问题是RFID在应用中必须解决的核心问题之一。为解决此类问题，需要在设计系统时寻求最佳的防碰撞算法。从而合理地划分信道，以实现多路径无冲突存储信道。

3.3 与新技术相结合。RFID技术可以与许多新技术相结合，从而衍射出许多功能强大的新产品。当容易腐败的农产品在接触阳光或者高温时间过长时，温度传感器会向RFID标签发送信息同时改变自身的颜色，相关人员收到RFID的传输过来的指令后，能立即采取有效措施，避免其他农产品因为此类原因而发生变质。

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