农产品冷链物流中物联网应用体系的构建

程文

（浙江交通职业技术学院 运输管理学院，浙江 杭州 311112）

农产品冷链物流中物联网应用体系的构建

程文

（浙江交通职业技术学院 运输管理学院，浙江 杭州 311112）

以我国农产品冷链物流现状和存在的问题为背景，依托物联网技术的结构和农产品冷链物流流程，从物联网的信息感知层、网络传输层和应用服务层出发，对各层次中涉及农产品冷链物流各环节的信息和数据采集、传输、反馈等需求进行了具体的物联网应用体系设计。最终形成了一个以物联网各项信息技术为依托，以冷链物流各环节相互联通为要求，以农产品全程监控为目的的物联网应用体系，从而有效地实现了农产品冷链物流各环节的有效监控和数据实时反馈，保障了农产品在冷链物流中的产品质量和安全。

物联网；农产品；冷链物流

1 引言

各种食品安全事件的频发，使得人们对当前市场上流通的生鲜农产品和各种食品产生了越来越多的质疑，这进一步提高了全社会对农产品质量和安全的要求，也使得加快发展农产品冷链物流成为保障消费安全、提高生活品质的必然要求。在当前信息化快速发展的阶段，要保障农产品的品质和安全，将物联网技术应用于农产品冷链物流领域，是实现对农产品流通各个环节的追踪和监控的有效途径。

2 相关概念

2.1 物联网的含义

物联网（Internet of Things），是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络[1]。其目的是实现物与物(Thing to Thing,T2T)、人与物(Human to Thing,H2T)、人与人(Human to Human,H2H)以及所有的物品与网络的连接，以方便识别、管理和控制。目前，物联网领域主要应用到射频识别、视频监控、传感器、移动GIS等多项关键技术。随着信息技术的快速发展，物联网技术也成为了经济快速发展的关键力量，在整个社会也引起了高度的重视。

2.2 农产品冷链物流

农产品冷链物流泛指水果、蔬菜、肉类等物品在生产、贮藏、运输、销售等一系列过程中始终处于规定的储藏温度环境下，以保证商品的品质和安全的一项系统工程[2]。它是冷链物流的一种，在实际运作中需要考虑农产品的特性和冷链物流各环节的要求，充分协调各要素间的关系，以保障农产品在各环节运转、贮藏的高品质和安全性，防止农产品出现营养降低、腐蚀、变质的问题。

3 我国农产品冷链物流的配送现状

据报道，我国每年仅运输途中腐烂变质的水果、蔬菜等食品价值约为700亿元，这一巨大的浪费和损失主要归因于不合理的物流运输方式[3]。目前，我国农产品冷链物流主要存在如下几方面的问题：

（1）信息收集不及时，不能实时跟踪监控。我国目前拥有智能化温控冷链的物流企业相对较少，而能够实现冷链物流全程一体化低温控制的企业更是少之又少。这必然导致了农产品在采集、加工、包装、存储、分拣、配送和运输的过程中存在温度控制不统一的问题。与此同时，采用原始的冷链设备和设施也不能实现农产品的全程实时监控，从而导致农产品在途运输监管不力，需求信息无法及时传递的问题。

（2）冷链标准不统一，产业协调性较弱。农产品冷链物流的要求比一般的常温物流系统更高、更复杂。而在整个冷链物流过程中，要保证物流的时效性，则需要冷链各环节能够高度协调。然而，中国冷链的设施没有国家或行业的专项标准，只有一些大型食品生产加工企业自己制定了一些标准，这使得农产品在流通过程中缺乏统一的标准，从而导致整个农产品冷链物流行业各环节衔接不畅[4]。

（3）冷链流通率低，产品腐损率高。我国农产品冷链物流冷链流通率与发达国家之间存在着较大的差距。调查发现，目前我国的果蔬、肉类冷链流通率仅为5%、15%，而在欧美日本等发达国家，农产品进入冷链流通均在95%以上[5]，如图1所示。根据中国物流与采购联合会发布的数据，我国的果蔬、肉类腐损率分别达到25%、12%，远远高于欧美日本等发达国家水平。这一巨大的差距也正反映了我国农产品冷链物流现状的不佳。

图1 我国与发达国家农产品冷链流通率比较

4 农产品冷链物流中物联网应用体系的构建

物联网技术结构可以分为三层，即感知层、网络层和应用层。感知层即为采集数据、获取信息的过程，需要相应的数据采集设备；网络层即为数据处理、信息传输的过程，主要将感知层传输的数据和信息进行加工处理；应用层即为数据应用、信息反馈的过程，主要结合行业实际和消费者需求，提供相应的信息查询，实现企业应用[6]。

将物联网技术应用于农产品冷链物流，可以从物联网技术的结构入手，结合农产品冷链物流各个环节的要求，对每层结构进行合理的设计和应用，从而实现物联网技术在整个农产品冷链系统中得到有效应用。

4.1 物联网应用服务层

应用服务层作为整个冷链物流系统与外界相联系的渠道，发挥着信息传递的重要作用。而外界对该系统的相关信息需求较多的主体则主要表现在政府、冷链相关企业和消费者三个方面。

4.1.1 政府监管部门的需求。政府作为整个市场的监管者、行业的监督者，肩负着打击违法犯罪、保障市场安全的责任。农产品作为人们日常的基本食物，其品质的好坏直接影响着人们的身体健康和生活质量。因此，对农产品流通的各个环节，政府部门都必须实时监控，全程监控农产品冷链物流的各个环节，监督冷链企业的行为举措，保障食品安全。这使得可视化的溯源成为了农产品冷链物流过程中必须实现的功能。

4.1.2 冷链相关企业的需求。冷链企业在农产品冷链物流的整个过程中需要实现很多方面的功能需求。一是数据采集和传输，从农产品的采收，到农产品的加工、包装、存储、分拣、配送，以及运输到消费者手中，这一系列过程产生了很多数据，如产品编码、存储的温度、出入库环节的温度和流程等，这些数据对企业日常的运营十分重要；二是实现实时监控，农产品冷链物流各环节所处的温度是否达到要求、目前农产品正在进行哪个阶段、是否按照要求在进行相应的作业操作，这些都是冷链企业需要掌握和控制的；三是实现预警功能，农产品冷链物流最重要的要素是温度，当某一环节农产品所处的温度超过了设定的温度，可以向监控平台发出预警，监控平台便可根据预警及时做出相应的调整，保障农产品在物流环节的质量和品质。

4.1.3 消费者的需求。消费者最关注的是农产品的品质和质量。而如何让消费者对农产品的品质和质量放心，目前最有效的办法是让消费者可以查询到农产品从采集到送到消费者手中都经历了哪些过程和环节，每个环节又是在怎样的环境下进行的。以果蔬为例，消费者可以在终端查询果蔬的采集地，采集的土壤环境、土壤所含的元素，加工环节的处理流程和环境，存储的场所、时间、温度，配送环节的设备、温度等，这一可视化的追踪可以让消费者对农产品更加放心食用。与此同时，还可以实现产品的动态查询，了解产品目前所处的状态和环节，掌握实时动态信息。

4.2 物联网信息感知层

信息感知层作为信息获取的源头，需要从冷链物流的各个环节进行数据采集。

4.2.1 采收阶段信息采集。在果蔬冷链物流的过程中，果蔬采集是整个流程的起始环节，也是品质控制的源头，只有从果蔬采集的环节保证果蔬的品质和质量，方能保障整个冷链流程的安全性。将物联网应用于果蔬冷链物流，在此阶段可以用RFID标签记录果蔬的生长过程，从最开始的播种、浇水、施肥，到种子的发芽、生根、出苗、长大、开花、结果，这一系列的过程中果蔬的生长状态和相关数据都记录在此RFID标签中，以便后续追溯。

果蔬采摘完毕，需要立即控制温度，即进行预冷处理，这是农产品冷链物流的第一个环节，也是必须进行的环节。预冷主要是指食品蔬菜从常温（30℃左右）降到0℃到15℃利于冷却冷藏的一个过程。如果采集后及时地把温度降至0～10℃范围，果蔬的呼吸强度降低，水分蒸发减缓，乙烯的产生和病原微生物的繁殖受到抑制，因而可以延长果蔬的货架期或贮存期[7]。表1即为生鲜果蔬在经过普通冷藏、真空预冷等处理后的保质期对比。

表1 生鲜果蔬的保质期对比

4.2.2 加工阶段信息采集。在产地采集、预冷完毕后，果蔬会被运送到加工车间，进入加工阶段。图2即为果蔬的加工流程。

在加工过程中，为了确保加工过程信息的透明化和信息的可追溯性，在各个环节均应用RFID读写器、摄像头、温度传感器进行实时信息收集和数据采集，如图2所示。将此数据与果蔬采集阶段的信息进行融合，形成新的数据信息库，可将其先保存到企业本地，然后再将相关信息传至政府监管平台，接受政府监管部门的监督和管理。

4.2.3 配送运输阶段信息采集。配送运输阶段即为将加工好的果蔬产品冷藏、配送和运输的过程，其过程可以分为三个阶段（如图3所示）：一是产品交接，即果蔬产品在加工完毕后入库交接的过程；二是冷藏储存，即对果蔬产品进行冷藏储存的过程，其温度一般保持在-18℃左右，湿度保持在85%-95%；三是运输配送，即根据订单将产品配送至客户手中的过程。在此过程中，可将物联网等技术应用其中，实现冷链物流的全程控制和追踪，以保障冷链配送的安全性。

在此阶段，最关键的内容是控制车厢的温度和湿度，可通过温/湿度传感器及时将车厢内的信息传回至在途监控平台，并写入RFID标签，便于企业管理者及时了解车厢内的温度、湿度信息，并可以在此监控平台上设置温/湿度的范围，一旦车厢内的温/湿度超过此阈值，则会向监控平台发出警报，并根据实际条件调节车厢内的温/湿度，以保障产品在途运输的安全性。

4.2.4 销售阶段信息采集。在销售终端，一个部门里果蔬可能会直接进行售卖，另一部门果蔬则可能需要超市或水果店的工作人员进行加工（如削皮、切分等），此时，需要用摄像头记录加工过程和加工人员信息，并记录在RFID标签中，如图4所示。在最终销售环节，最重要的是能够实现消费者的查询，即当果蔬产品到达消费者手中，消费者可以通过扫描商品上的一维条码（将RFID标签中的信息转换到一维条码上），即可获知该产品的产地信息、生长信息、加工信息、储存信息、在途运输信息等一系列流程信息，真正做到可追溯、可追踪，从而让消费者放心购买和食用。

4.3 物联网网络传输层

网络传输层是连接信息感知层和应用服务层的重要环节，在数据传输、信息传递方面发挥非常重要的作用。

图2 果蔬冷冻加工阶段流程及各环节的数据采集

4.3.1 数据传输体系。本系统中的数据传输，不仅有农产品加工企业、配送中心、超市等固定场所的网络数据传输，还有冷藏车、RFID读写器等移动工具的网络传输。因此，在本系统中，在固定场所间的数据传输用有线网络连接，移动工具间的数据传输用4G等无线网络连接。其网络传输架构体系如图5所示。

4.3.2 数据存储方式。由于传统的存储方式为集中式存储，存在存储过于集中、不利于系统升级和信息安全的问题。本文的农产品冷链物流项目的数据存储容量较高，负荷较大，且要求数据实现同步动态更新，其对数据传输的要求较高，故选用分布式的存储方式进行数据存储。

对于物联网技术下的农产品冷链系统，可以采用三层分布式存储。下面层为监控前端，主要由摄像头、温度传感器、RFID读写器组成，这些设备记录的数据（如温度、湿度、车辆行驶信息等）可以暂时存储在本地硬盘上；中间层为冷链企业监控中心接收下面层的数据，主要用于监控该企业冷链流程各环节的数据和信息；上面层为政府监控中心，接收中间层传输的数据，主要用于对全程的冷链行为和过程进行监控。

4.4 物联网应用总体架构

将基于物联网技术的农产品冷链物流应用体系分为三层，即感知层、网络层和应用层，其结构框架如图6所示。在感知层，通过RFID标签、温度传感器、湿度传感器和摄像机等设备，采集农产品的基本信息和在整个冷链物流过程中各环节的信息。在网络层，根据农产品冷链的流程，其主体主要有农产品生产企业、农产品加工企业、第三方物流中心和零售终端，将物联网应用在各主体，即产生了各自的物联网应用系统，主要用于接收、存储和处理感知层采集的信息，这些信息也会通过各主体的物联网应用系统上传至政府监管平台，以保障政府实时监管。在此过程中，冷藏车、RFID标签等移动设备主要通过3G/ 4G等无线网络进行数据传输，其他固定设备则采用有线网络进行信息传输。在应用层，主要实现农产品冷链物流各环节信息的查询和追溯，并实现在途预警和报警。通过政府监控平台，消费者可以查询到所购买农产品的全程信息和相关视频。

图3 配送运输阶段信息采集及设备

图4 销售阶段信息采集及设备

图5 网络传输架构体系

5 结论

在物联网应用服务层，从政府监管部门、冷链相关企业和消费者的角度出发，细致分析了各自对物联网技术不同的需求，构成了物联网应用体系的最终目标。

在物联网信息感知层，通过分析农产品冷链物流的流程，在各环节充分应用物联网的智能化工具和设施设备，构成了物联网应用体系的基层信息获取通道。

在物联网网络传输层，通过在冷链物流的中间节点构建物流网应用系统，实现整个物流网应用体系的数据传输和平台监管，保障系统的可传输性和数据交互性。

通过将农产品冷链物流的流程与物联网技术的结构相融合，从物联网的应用服务层、信息感知层和网络传输层进行合理设计，构建了一套较为完整的物联网应用体系，实现了农产品冷链物流各环节的信息及时反馈和物品追踪，保障了农产品在整个冷链物流环境的流通质量和最终安全性。

[1]余景刚,杨泽武.浅谈物联网技术在仓储物流中的应用[J].石油石化物资采购,2015,(9):41-43.

[2]洪玉兰,肖其荣.浅谈我国农产品冷链物流存在的问题及发展建议[J].物流科技,2010,(9):42-44.

[3]杨希玲.我国农产品物流问题浅析[J].市场研究,2012,(3):18-21.

[4]傅俊,龙华,陈磊,海峰.江西省农产品冷链物流发展现状与对策研究[J].物流工程与管理,2012,(1):29-31.

[5]王志玲.“互联网+”背景下食品冷链物流发展状况[J].合作经济与科技,2015,(14):38-39.

[6]杨蕊.物联网技术下的我国农产品冷链物流优化研究[D].太原:山西财经大学,2015.

[7]李超,冯志宏,陈会燕,王春生.鲜切果蔬保鲜技术的研究进展[J].保鲜与加工,2010,(1):3-6.

Establishment of IOT App lication System in Agricultural Product Cold Chain Logistics Industry

ChengWen
(SchoolofTransportationManagement,Zhejiang InstituteofCommunications,Hangzhou 311112,China)

In this paper,in view of the current status and existing problems of the agricultural product cold chain logistics industry in China,relying on the structure of the IOT technologies and the process of the agricultural product cold chain logistics activities and starting from the information perception layer,internet transmission layer and application service layer of the IOT,we designed specifically the IOT application system for the collection,transmission and feedback,etc.,of the information and data of the agricultural product cold chain logistics links involved in the layers.Next,we formed an IOT application system relying on the various IOT technologies and aimed at the interconnectivityofthevariouscold chain logistics linksand thewholeprocessmonitoringoftheagriculturalproducts.

IOT;agriculturalproduct;cold chain logistics

图6 物联网应用体系的总体结构

F253.9;F762

A

1005-152X(2017)05-0133-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.05.029

2017-03-06

程文（1989-），女，湖北随州人，硕士研究生，浙江交通职业技术学院教师，研究方向：冷链物流。