基于物联网的农产品智慧物流系统设计

费 娟，石 艳，闵 笛，刘桂英

（岭南师范学院，广东 湛江 524048）

0 引 言

2017年12月18日在北京举行了中央经济工作会议，会议提出要深入推进农业供给侧结构性改革，实施农村振兴战略，把增加绿色优质农产品供给放在突出位置[1]。农产品包括人们经常消费的水果、蔬菜、肉类、鱼类等，是食品药品的主要原料和日常生活的重要物质基础，农产品的质量和安全涉及千家万户的幸福安康。供给侧改革背景下农产品的物流建设包括农产品的仓储、生产、运输、包装、信息加工等环节的优化和协调。在“互联网+”背景下，可以通过信息技术提高农产品资源的有效配置，减少农产品物流过程中的浪费，增强供应链的价值增值体现。以广东粤西地区为例，该地区农产品资源丰富，有许多有优势的地方特产，如徐闻菠萝、廉江红橙、洪兴芥菜、荔枝、菠萝蜜、龙眼、火龙果、海产品等，粤西地区品牌农产品的发展得益于当地丰富的农业资源，品牌农产品的数量约占全省的四分之一。在供给侧改革“互联网+”的大时代下，日益增长的农产品消费需求对粤西地区农产品物流的发展也提出了新的要求。粤西地区的湛江市和茂名市均是北运菜基地和水果之乡，是闻名全国的农业大市，但农副产品行业大而不强，冷链基础设施仍有较大的发展空间。农副产品运输耗损大，成为导致城市“菜篮子”价格偏高的重要原因。2017年4月国务院办公厅发布了《关于加快发展冷链物流保障食品安全促进消费升级的意见》，同年8月又印发了《关于进一步推进物流降本增效促进实体经济发展的意见》，意见指出要加强交通运输、商贸流通、供销邮政等单位的物流资源与电商快递等企业的服务和设施共享衔接，完善县、乡、村三级物流节点的基础设施网络，鼓励多站合一、资源共享。粤西地区，应在政府主导和激励下，尽快建立基于大流通格局的智慧物流，为城市发展、政府监管、百姓消费做一份贡献。

目前，针对智慧物流的研究集中在模型提出[2,3]和可优化问题[4,5]上，本文从物联网体系、产业链、系统主体的角度给出智慧物流系统的架构图，并对实现过程中的关键技术提出解决方案，总结当前农产品智慧物流存在的问题并提出展望。

1 相关技术概述

1.1 智慧物流

“智慧物流”（Intelligent Logistics System）于2009年首次由IBM提出。IBM指出：建立一个面向未来的具有先进、互联和智能三大特征的供应链，通过感应器、RFID标签、制动器、GPS和其他设备及系统生成实时信息的“智慧供应链”。智慧物流的基础期完成互联网、物联网、终端协议等信息基础设施建设和设备间的通信标准；导入期以互联互通为主，实现物流企业运行实时化管理；成长期通过互联网与传统物流行业深度融合，为整个供应链创造出新价值；成熟期通过人工智能实现物流资源智能化配置，打造智慧化物流生态圈。目前，我国正处于基础期向导入期过渡的智慧物流发展阶段[6]。

智慧物流的前提是连接，基础是数据，核心是融合，目标是智能，“互联网+”、物联网、云平台和大数据等相关的信息技术是其所使用的核心技术。在“互联网+”战略背景下，线上与线下的融合效率与程度不断提升，智慧物流的共享模式已呈现出多样化的形态，物流企业应积极进行产业资源整合，融合多种先进共享模式[7]，探索“互联网+物联网+物流”的物流模式，实现物流产业智慧升级。智慧物流的共享发展模式见表1所列。

表1 智慧物流的共享发展模式

1.2 物联网

物联网（Internet of Things）概念来源于美国麻省理工学院（MIT） 在 1999 年建立的自动识别中心（ Auto-ID Labs）[8]提出的网络无线射频识别（RFID）系统，其目标是将物品通过射频识别等信息传感设备和互联网建立连接，完成智能化识别和管理。2005 年ITU 在信息社会世界峰会（WSIS） 上正式确定了物联网的概念，并发布了《ITU Internet Reports 2005-the Internet of Things》[9]，介绍了物联网的特点和相关技术。

物联网的感知环节具有很强的异构性，为实现异构信息之间的互联互通与互操作，物联网需要以一个开放的、分层的、可扩展的网络体系结构为框架，一般可自下而上分为感知层、接入层、网络层、中间件和应用层。物联网需要通过各种传感设备， 如射频识别 RFID（Radio Frequency Identification）、红外感应器、全球定位系统等接入到互联网中，通过不同的软件对应不同的应用场景，构成相应的物联网络，最终实现所有物品与网络连接，使系统可以自动实时地对物体进行识别、定位、追踪、监控等操作。

1.3 “互联网+”

国内“互联网+”的提出源于易观国际董事长兼首席执行官于扬在2012年11月易观第五届移动互联网博览会上的发言。“互联网+”可分为两个层次表述：一方面，可将“互联网+”中的文字“互联网”与符号“+”分开理解，符号“+”意味着添加与联合，其应用范围为互联网与其他传统产业，通过互联网与传统产业以联合和深入融合的方式进行；另一方面，“互联网+”可作为一个整体概念来理解，其深层意义是通过传统产业的互联网化完成产业升级。

“互联网+”的发展离不开具体的产业背景，以农产品智慧物流涉及的农业领域为例，在“互联网+”背景下，要充分考虑到农产品对安全、时效、监控等方面的需求，提供切实可行的系统方案。

2 基于物联网的农产品智慧物流信息系统设计

2.1 五层次、四环节、三主体的系统架构

农业信息化建设在农业供给侧改革过程中扮演着重要角色，智慧物流信息系统平台应该能够整合优化企业流程，并协调整个产业链环节以改善物流服务的时效性，这主要依赖于数据信息的采集分类、融合处理等。基于物联网的五层次、四环节、三主体的农产品智慧物流信息系统架构如图1所示。

图1 基于物联网五层次、四环节、三主体的农产品智慧物流信息系统架构图

图1 所示的农产品智慧物流信息系统共分为五个层次，分别是作业层、感知层、接入层、网络层和用户层。作业层涉及生产、加工、物流和销售四个环节，感知层采用RFID，传感器，GPS定位，GIS地理信息系统等感知设备从不同的作业环节采集各种现场信息，将相关信息进行分类融合，形成产地、加工、仓储物流以及销售等不同类别的信息，数据通过互联网传输到网络层，与各管理系统数据融合，最终为用户层的不同用户提供信息服务。政府监管部门可通过该信息加强农产品生产全过程的监控追溯，以保证食品安全； 科研与咨询机构可通过该信息了解农产品的分布状况等，为国家相关部门制定政策提供依据，帮助政府部门为农业生产者提供咨询参考服务；农产品供应链的上下游企业可根据该信息密切上下游企业间的合作，调整企业的生产进度，最大限度地降低库存； 消费者可以根据该信息了解农产品生产过程与环境，做到放心消费。

物流信息监管平台涉及生产、加工、物流、销售四个环节，为监管主体提供了便利的监管追溯服务；为责任主体提供了各环节的成本效益计算，利于改善物流企业的作业效率；为消费主体提供了权益保障，使得整个产业链所涉及的监管主体、责任主体和消费主体都能充分体现主体效益和权益。

2.2 实现中的关键问题

智慧物流系统通过物联网感知技术采集数据，利用“互联网+”实现网络数据的融合与利用，系统建立的基本要素是标识、信息记录、中央数据库和相应用户层软件的设计实现。图1所示的架构图，在实现过程中各层关注的关键问题有所不同：作业层要分清各个作业环节的功能以及对应需要采集的数据；感知层要确定所使用的感知器件；接入层和网络层要处理好数据的分类和融合工作；用户层要考虑面向用户提供的软件服务。在感知层的器件选取问题上，对农产品智慧物流系统来说，农产品在生产加工环节一般采用RFID来记录传输产品的产地信息、生产日期、产品类型等数据，在物流环节可以使用GPS，GIS等带有地理位置信息的传感器件，而消费环节采用RFID来记录消费者关心的一些产品数据和物流数据。影响流通环节数据精确度的主要原因是包装转换时物流和信息流的脱节，可以从产品标识关联与信息关联两方面着手改善此类现象[10]。

从生产加工环节到仓储物流环节一般要经历小包装到大包装的包装聚合过程，而从物流环节到销售环节时往往要经历大包装到小包装的包装拆分过程，这两个过程都需要做好产品标识关联工作。在包装聚合过程中，重点是建立小包装的批次编码与大包装标签ID的关联，需将小包装的产品批次、包装聚合时间、操作人员等信息存入数据库中，便于追溯；包装拆分过程中，重点是建立大包装标签ID 与小包装上批次编码之间的关联，需要将相应的拆分信息存入数据库中。包装聚合和拆分过程关联规则的建立流程如图2所示。

从图2（a）可以看到，包装聚合过程中的关联规则建立流程首先要读取小包装标签信息，将产品批次编号一致的装入同样大包装箱，便于后续销售。当大包装箱装满后，将产品批次编号、包装批次编号、包装时间等信息写入数据表中；然后读取大包装标识用的ID并存入数据表中；最后将小包装批次编号和大包装上的RFID ID以及新产生的包装批次编号等信息记录到数据表中，通过其对应关系建立包装聚合过程关联规则。图2（b）给出了包装拆分过程的关联规则建立流程，包装拆分是包装聚合的逆过程，由于在包装聚合过程中采集了流通过程信息，实现了基于大包装的流通信息记录，因此在包装拆分时，可通过读取大包装的相应信息记录并写入小包装中，实现通过小包装的标签信息直接对产品进行回溯。

智慧物流系统是不同主体对不同环节数据的查询利用，信息的提取、分类和融合是系统设计时需要重点考虑的问题。

3 我国智慧物流发展中存在的问题及对策

我国智慧物流正处于快速发展的初级阶段，建设过程中存在以下问题：

（1）资源整合问题。农产品的智慧物流信息管理平台涉及生产、加工、物流、销售四个环节，参与的主体有政府为主导的监管主体，各个企业所代表的责任主体以及消费者主体。如何保证四个环节三个主体信息共享、资源整合是系统设计中的一个难题。当前，企业间的信息化连接欠缺，存在严重的信息孤岛问题。虽然许多物流企业都使用了“互联网+”、物联网、云平台等信息技术来支持日常生产与运营，但是这些物流企业仅仅依靠新技术提升运行效率，缺乏企业间的交流及信息共享，物流企业仍按照传统物流商业模式经营，并没有将生产到销售整个产业环节以及监管责任消费主体融合在一起，这与智慧物流的内涵不符。

（2）末端物流配送问题。物流产业链末端的配送环节雇佣了大量劳动力，有时还需要多次运送，导致运营成本增加。另外，末端物流基础设施建设分配不均，一线城市建设投入大，而偏远乡村等地区的物流配送点建设不足。同时，城市配送环境日益恶化，车辆数量不断增多导致的行驶难、停车难问题日益突出，末端物流配送效率低下。

（3）跨境物流问题。我国的跨境物流起步较晚，但发展较快，当前跨境的物流信息平台建设还不够完备，缺乏统一的行业标准，区域基础建设差异明显。当前，我国的物流信息平台主要包括电子管理、物流电子商务、电子物流三个下属平台，共同实现物流行业的监管、服务与管理活动，但是缺乏跨境物流服务平台或者可以沟通制造商、物流商、客户的信息集成平台，物流信息平台仍不完备[7]。此外，我国东西部地区物流信息平台的建设差异较大，区域发展差距明显。

针对以上问题，提出以下建议：

（1）政府应充分发挥其职能，加大政策激励力度，做好引导协调工作。智慧物流涉及多环节、多主体，各级政府应充分发挥服务职能与宏观调控功能，加强引导生产农户和其他各环节企业间的联系，及时搭建农产品的政府信息平台。同时政府应以宏观视角全面统筹与规划并不断完善农产品的物流发展，加快运输技术的现代化发展，不断完善和整合农产品供应链，融合养殖户、龙头企业、物流企业、各销售点等信息资源，打造完整供应链体系下的智慧物流。

（2）物流中心应进行合理布局及设置，提倡运输方式多元化。借助人工智能以及大数据等新技术，不断优化物流中心的选址、规模以及配送路径，最大化节省物流成本；大力发展“互联网+”下的车货匹配、路径优化、运输协调、仓储信息化智能化等新方式，培育相关的骨干企业；开展仓储智能化试点；加强物流的基础建设；推进物流车辆标准化智能化工作。同时，不同物流环节的配送方式应多样化，近些年在末端物流配送环节出现了无人机配送模式就是一种较好的创新。

（3）创造利于物流企业智慧转型的跨境环境。针对我国跨境物流的薄弱环节，政府应出台相关简化物流出境手续与流程，提升跨境物流的运输效率；鼓励企业进行跨境物流的投入建设，并给予政策上的优惠鼓励；政府定期对物流企业进行智慧物流授课，并与高校合作，进行联合人才培养，提升物流从业人员的业务水平，牵线高校与企业之间的合作，组织学生进入企业实习，为物流企业转型提供人才保障。

4 结 语

2017年8月17日，国务院办公厅印发《关于进一步推进物流降本增效促进实体经济发展的意见》指出：物流业贯穿了一二三产业，衔接生产与消费环节，物流业的降本增效对促进产业结构调整和区域协调发展、培育经济发展新动能、提升国民经济运行效率意义重大。《意见》给出了27项具体措施推进物流业的发展，体现了政府对智慧物流建设的关注和决心。

本文提出的五层次、四环节、三主体的智慧物流设计可实现农产品生产者、加工企业、物流企业和销售终端对全过程信息的实时监控，便于监管主体进行管理，对责任主体问责，帮助消费主体维权，可促进我国农产品物流稳定健康发展。在当前农业供给侧改革的背景下，应根据我国农业的实际情况和需要，加强农产品物流信息系统的建设；积极鼓励科学技术的创新和实践，将“互联网+”、物联网、智慧物流等新技术及时应用起来；不断完善相关法律法规体系。随着经济结构的转型，新技术的应用，以及劳动力素质的改善，农产品物流信息系统必将走向智慧化。

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[7] AutoID Labs homepage.http： //www. autoidlabs. org/.International Telecommunication Union，Internet Reports 2005： The Internet of things[R]. Geneva：ITU，2005.

[8]钱建平，吴晓明，范蓓蕾，等.基于条码-RFID关联的蔬菜流通过程追溯精确度提高方法[J].中国农业科学，2013，46（18）：3857-3863.作