农产品冷链物流车载智能监控系统的应用

张明利 李杰 黄培

摘要 近年我国冷链基础设施发展迅速，但相对于庞大的人口基数，冷库及冷藏车等资源利用率仍偏低，部分基础设施陈旧且分布不均，亟待升级改造。此技术旨在对农产品物流相关环境和设备运行工况进行全面监控，包括物流环境内空气温度、湿度、产品温度、二氧化碳、乙烯以及产品图像等内容，在实现对各环境因子实时监测的同时，根据农产品对车载制冷设备和气体环境进行干预，保证农产品在物流过程中的品质，降低损耗率。

关键词 冷链设施；物流环境；智能监控；农产品

中图分类号 F713.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）18-0341-04

Application of Intelligent Monitoring System in Cold Chain Logistics for Agricultural Products

ZHANG Ming-li LI Jie HUANG Pei

（Zhejiang Qiushi Artificial Environment Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310011）

Abstract The infrastructures of cold chain were developing rapidly，however，the utilization rates of freezers and refrigerated truck were lower compared with the huge population in China，and the old and maldistributed facilities need update urgently. The technology proposed in this article aimed to archive multiple and comprehensive monitoring of environmental parameter and device condition in fresh produce logistics，including air temperature，air humidity，product temperature，the concentration of carbon dioxide and ethylene，product image. Adjustment of car refrigeration equipment and air environment had been done simultaneously for different products according to the results monitored. The quality of fresh produce was guaranteed and damage was reduced with this technology.

Key words cold chain facilities；logistics environment；intelligent monitoring；agricultural products

我国是农业大国，其中鲜活农产品总产值高达12 000亿元。我国幅员广阔，产地和销地相距较远，加之畜禽、果蔬、奶制品等鲜活农产品产量大、需求高，物流技术储备不足，示范推广体系不完善，设备落后，同时国外现有技术难以直接在我国得到有效的应用，通常在产品运输、储存和销售等物流环节中损耗率高，常常造成巨大的经济损失。物流运输产业和关键技术发展相对滞后已经成为制约我国鲜活农产品产业发展的瓶颈。以果蔬为例，我国是果蔬生产大国，总面积达到3 220万hm2，产量达7.92亿t，产值逾15 000亿元，均居世界首位。据不完全统计，果蔬采摘、运输、储存等物流环节中损耗率25%～30%，每年损失效益在数千亿元。因此，加强物流技术特别是物流过程中微环境参数的信息感知与智能监控设备平台的研发，提升运输过程中环境信息的感知与调控技术水平，不仅可直接因减少物流损失而实现数千亿元的效益，也是农业产业可持续发展的需要。

鲜活农产品物流全程微环境信息感知与智能监控设备研制符合国家重大战略需求。《国家中长期科技和技术发展纲要2006—2020》重点领域及其优先主题中，把农业领域中的现代储运主题作为农业领域发展的重点之一，主题强调“重点研究开发鲜活农产品保鲜与物流配送及相应的冷链运输系统技术”。《纲要》交通运输业的“智能交通管理系统”主题明确：把现代物流技术作为重点开发的内容和方向之一。2010年6月国家发改委制定《农产品冷链物流发展规划》，《规划》提出要在农产品冷链物流领域实施八大重点工程。2012年中央一号文件《关于加快推进农业科技创新持续增强农产品有效供给保障能力的若干意见》分6个部分布置了工作重点，其中第6部分工作任务是“提高市场流通效率，切实保障农产品稳定均衡供给”，文中特别指出“发展农产品大市场大流通，加大力度建设粮棉油糖等大宗农产品仓储设施，完善鲜活农产品冷链物流体系，支持大型涉农企业投资建设农产品物流设施”，对农产品物流技术水平的提高和物流产业体系的完善提出了新的更高的要求。因此，开展农产品物流过程中物流环境监控技术的研究与应用，符合国家重大战略需求[1]。

1 安装设备介绍

农产品物流绿色智能供应链配套装备创制项目的主要成果是集环境感知与智能调控功能于一体的冷藏集装箱，集装箱中装有多种用于感知及调控的设备，大致可分为4类，即控制设备、传感器设备、湿度调节设备、监控设备，不同类设备之间相互连接，相互作用，现介绍如下。

1.1 传感器设备

车厢中安装的传感器分为有线传感器和无线传感器，有线传感器包括6个温湿度传感器、2个压力传感器和2个风量传感器，传感器通过螺丝与车厢固定，电源线及信号线预先埋设在车厢内部线管里。温湿度传感器置于车厢顶端，均匀分布于车厢前中后三分点处，检测整个车厢温湿度分布情况；压力传感器置于压力调节窗口处，内外各1个，检测车厢内外压差；风量传感器安装在压缩机风机2个出风口处，传感器正对出风口，检测风机风量。

无线传感器为温湿度RFID卡片，共40个，1～28号均匀对称分布于车厢两侧内壁上，用胶粘在内壁上，防止装卸货搬运时遗失；29～39号均匀分布于全车厢的货物包装内部，用于检测产品包装内温湿度情况；40号放置与车头处，用于检测车厢外环境温湿度。

1.2 湿度调节设备

车厢前端顶部固定安装有加湿器、除湿器，可根据需要自动调节车厢内环境湿度。

1.3 压力调节设备

在压力调节窗口内外分别装有压力传感器、压力推杆、接近开关、风扇，压力推杆与风扇一内一外相对安装，且2个风扇及推杆分别置于车厢内外两侧，当内外2个压力传感器检测到的压差超过设定值时，压力推杆拉伸窗口挡板开启，风扇开启，进行通风调压动作，直至压差值回落至正常范围内挡板、风扇关闭。

1.4 控制设备

控制设备包括2个控制箱系统，一个是控制执行系统，一个是监控系统。控制执行系统控制压缩机的开启、压缩机风机的开启、有线传感器数据的采集、压力调节、湿度的调节；监控系统的核心设备是车载工控机，能够采集无线传感器数据、接收控制执行系统发送的信号数据，同时能够发送命令给控制执行系统，进而有效控制执行设备的运行。

1.5 定位设备

在监控系统的车载工控机上连接有车载专用GPS，可记录车辆实时经纬度，工控机对GPS数据进行处理分析后，在百度地图上展示出实时位置信息及运行轨迹信息[2]。

1.6 监控设备

监控设备主要包括可变焦摄像机、平板电脑以及云平台端远程监控设备，摄像机实时记录车厢中情况，并定期抓图上传至云平台；平板电脑通过WIFI连接至监控系统的车载工控机上，可查看所有监控数据及定位信息，同时还可修改设备设定值，即对各执行设备进行手动调控；云平台端远程监控设备能够查看、下载、处理所有监控数据及位置信息，同时也能够下达指令给各执行设备，对设备进行远程手动调控。

2 运输任务安排

从表1可以看出，农产品物流绿色智能供应链配套装备创制项目于2015年6月5—14日进行了为期10 d的路试且圆满完成。6月5日17：10至6月6日18：00内运输苹果，制冷系统、监控系统开启，进行了温湿度、风量监测及远程控制操作，6月9日2：00至6月10日3：00内运输荔枝，用冰制冷，车厢本身制冷系统关闭，监控系统开启，进行温湿度监测。

3 监控结果分析

3.1 降温过程及温度均匀性分析

2015年6月5日17：10左右出发，出发时监控系统开启，厢内温度23 ℃左右，通过远程监控操作软件将温度设定为8 ℃，因为温度设定值低于当前温度值。在时间段17：00—17：45车厢温度快速下降，且越靠近风机出风口温度下降速度越快，于17：45时降到最低，最低点处车厢前后温差1 ℃左右，随后温度缓慢上升，最后在5～10 ℃之间达到相对稳定状态，在稳定波动过程中，除去波动的温度最低点处存在1～2 ℃温差，其他状态时车厢前后温度分布较均匀；22：00左右通过远程监控操作软件将车厢温度设为6 ℃，这一操作改变了温度原本的波动状态，温度下降，且车厢前后出现温差。靠近出风口的前端温度下降幅度较大，降至2 ℃左右，靠近车厢后端门的位置温度降到5 ℃左右，随后温度平缓上升，温差减小至接近于0，之后达到相对平衡状态，在3～8 ℃温度范围内波动[3]。

从时间—温度变化曲线可以看出（图1），①车厢降温速度很快，20 min内全车厢能降温15 ℃；②达到稳定状态后车厢前后温度分布较均匀，温差最大不超过2 ℃，且只有在最低温度点处存在温差。

3.2 降湿过程及湿度与制冷机组的耦合关系

出发时监控系统开启，厢内温度23 ℃左右，湿度45%左右，通过远程监控操作软件将温度设定为8 ℃，湿度设定为当前湿度值45%。因温度设定值低于当前温度值，造成17：10—17：45内压缩机风量增大，车厢温度快速下降，而温度的下降及压缩机风机的持续运转导致车厢湿度的快速下降，10 min内降到最低，在20%～30%之间。车厢前后湿度相差较大，靠近出风口处（也即加湿器处）湿度相对较高，靠近厢门湿度相对较低，随后车厢整体相对湿度以相同的速率上升，当车厢前部靠近出风口端湿度达到45%，车厢靠近门端湿度达30%后，车厢整体相对湿度迅速升高至95%左右，随后湿度在45%～100%范围内有规律的波动，且湿度波动周期与图1中温度波动周期一致。此现象说明，温度与湿度之间有较明显的联动效应，湿度波动范围大可能是温度变化与加湿器、除湿器共同作用的结果。

22：00左右通过远程监控操作软件将车厢温度设为6 ℃，这一操作改变了温度、湿度、风量原本的波动状态，车厢整体相对湿度增大，且车厢前后湿度出现明显差异，靠近前端湿度增加幅度大，靠近后端增加幅度小，之后差异减小至接近于0。此动荡期温度、湿度、风量的变化说明温度设定值的改变能直接引起风量及湿度的改变。0：00左右通过远程监控操作软件将车厢湿度设为85%，湿度设定值的改变引起短时间内车厢前后湿度差异，但随后湿度达到稳定，在65%～100%之间波动；而湿度的变化并没有引起温度及风量的明显改变。

综合以上湿度、通风量时间曲线图对比情况，可以得出2个结论：①车厢湿度分布较均匀，除去因设定值改变引起的短期差异外，稳定期内车厢前后湿度均匀性较好，值相差不大；②温度的改变能够显著引起风量、湿度的相应变化，而湿度的改变不能明显导致温度的变化（图2）。

3.3 冰降温对箱体的温湿度数据影响分析及开关箱门对温湿度的影响分析

荔枝运输过程中，加冰制冷，冰平铺于荔枝箱堆的顶部，流下来的冷冰水对荔枝进行降温保鲜。全程做车厢微环境监控，冰放入初期，车厢温度在8～10 ℃之间，且越靠近车厢前端温度越低，越靠近厢门温度越高。随着冰制冷的效果逐渐凸显，车厢温度逐渐降低，一直降低到5～6 ℃。此时（10：00左右），因为在道路运输中过路关卡工作人员进行开厢检查，厢门的打开直接导致厢内温度快速上升，车门端温度升高到16 ℃，车厢前端温度也升高到10 ℃，随后厢门关闭，车厢温度开始逐渐下降，最后降到5 ℃后趋于平稳，且车厢前后温差不超过1 ℃。中途的开厢检测非可控范围，但是能够通过车厢微环境信息感知及监控系统监测到，同时开门导致的温度变化也能清晰地从数据反应出来，这一系统真正做到了车厢微环境的实时监测及真实感知。

加冰制冷使得车厢全区域均处于较高相对湿度范围内，即90%～100%之间，且开关厢门并没有导致车厢湿度的变化。

荔枝运输过程通过全程车厢微环境监控，得出3个结论：①车厢保温性较好，5 ℃维持1 d没有升高；②开关门动作对车厢温度短期内造成较大影响，但随着时间推移，影响效果逐渐减弱，车厢本身逐渐达到自平衡状态，且此时的状态与开门前的平衡状态一致（图3）。

3.4 远程监控系统控制操作说明及效果

从图4可以看出，在远程监控操作界面中，点击左侧压缩机按钮可以跳出中间对话框，在对话框中可设置查看压缩机参数，输入需要设置的温度或湿度值，之后点设置按钮，即可跳出操作成功对话框，表示设置成功，设置对话框中精确选框的勾与不勾表示设置方式不同。如勾选，表示进行精确控制，压缩机只按照设定的温度或湿度值运行，其他联动设备如压力、通风等不变；如不勾选，表示模糊控制，所有联动设备联调，最终实现温度或湿度设定值的改变。模糊控制相对于精确控制达到目的更迅速，更节能。设置对话框中显示的温度值表示安装在车厢顶部的有线温湿度传感器的温度值。

远程监控操作功能能够在需要时人为地进行远程设置，不受车厢所处位置、车厢内环境状态等车厢本身的制约，使得车厢真正处于远程监控之下，从而使得整个车厢微环境信息感知监控系统真正实现实时监测、必要时随时调控的功能。

4 技术应用推广

农产品物流绿色智能供应链配套装备创制示范应用圆满结束，过程非常顺利，取得了预期效果，能够将实时采集的农产品品质信息、微环境参数信息、车辆地理位置等监测数据传输到监控中心，实现农产品品质、标识、地理位置的动态监测、路径优化。此项技术的应用推广将直接减少因物流环节造成的成本损耗，不仅保证了农产品的安全质量，同时也挽回了农民、养殖户及经销者的损失，将对所在地区的农作物种植、农牧产品养殖产生一定积极的影响，推动当地生产和就业经济发展。因此，该项技术的推广应用具有重要的现实意义。

得益于此项技术给各方面带来的效益，接下来就要对此项技术进行大面积的推广应用，按照“政府引导、企业参与、全程覆盖”的原则，选择一批冷链物流园区、冷链物流企业、农产品加工园区及农业龙头企业，在先进冷链物流装备、物联网、低碳冷链物流、冷链配送、冷链物流标准化等领域，开展示范工程建设试点，发挥全过程冷链物流示范带动效应，在全国培育一批主业突出、竞争能力强、服务水平高、行业影响力大的冷链物流示范企业。之后以点带面，全面推行冷链物流环境监控技术，从而有力地推动社会经济的快速发展[4]。

5 参考文献

[1] 赵英霞.中国农产品冷链物流发展对策探讨[J].哈尔滨商业大学学报（社会科学版），2010（2）：44-48.

[2] 宋汉利，于勇.农产品冷链物流中的安全监控应用研究[J].物流技术，2007（2）：177-180.

[3] 孙红菊.农产品冷链物流浅析[J].物流技术，2009（3）：158-159.

[4] 叶海燕.我国农产品冷链物流现状分析及优化研究[J].商品储运与养护，2007（3）：38-42.