基于物联网的医药用品冷链监控平台设计与实现

陈小花

【摘 要】部分医药用品存储要求高，确保医药用品储运过程可靠，温湿度符合要求，保证冷藏药品质量是药品管理的重要环节。如何高效管理药品储运过程，为过程监控与追溯提供便利是本文研究目的。本文设计一个基于物联网技术的医药用品冷链全程监控平台，实现对不同区域、不同厂家、不同类型设备的温湿度全程监控，可实时了解医药用品存储环境的温湿度变化情况，超出正常阈值时报警提示，跟踪各监测点地理位置。通过该平台能够追溯药品的运输过程，确保药品运输安全，保证用户安全使用。

【关键词】物联网；医药用品；冷链物流；监控；报警

中图分类号： TP311.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0249-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.113

【Abstract】Some drug supplies have high storage requirements.To ensure reliable storage and transportation of drug， the temperature and humidity must meet the requirements.Now it is an important part of drug management.How to efficiently manage the process of drug storage and transportation，and facilitate the process monitoring and traceability is the purpose of this paper.It studies and designs a drug cold chain monitoring platform based on IOT technology.It can monitor temperature and humidity in different regions，different manufacturers and different types of equipment，understand the changes in temperature and humidity in the drug storage environment.It will alarm when the normal range is exceeded，track the location of each monitoring point，by using of the platform，the transportation process of the drug can be traced，ensure safe transportation of drug，safe for users.

【Key words】IOT；Drug；Cold chain；Monitor；Alarm

医药用品冷链物流指的是需要冷藏冷冻的医药用品从生产开始，在贮藏、运输、销售、直到最终使用过程中的各个环节都必须保证在规定的低温环境下，防止因升温产生异变，从而确保医药用品有效的一项系统工程[1]。冷链物流系统中如何做到准确、可靠及集中高效对地对储运过程进行监测是行业内的热点问题[2-4]。一旦冷链物流出现问题，不仅会造成巨大经济损失，更会威胁到广大用户的生命健康。为加强医药用品管理工作，2015年第十二届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议《关于修改中华人民共和国药品管理法的决定》修正），第二十八条规定：医疗机构必须制定和执行药品保管制度，采取必要的冷藏、防冻、防潮、防虫、防鼠等措施，保证药品质量[5]。2017年国家卫生计生委、食品药品监管总局对《疫苗储存和运输管理规范》修订，规范中规定：有条件的地区或单位应当建立自动温度监测系统。其测量范围、精度、误差等技术参数能够满足疫苗储存、运输管理需要，具有不间断监测、连续记录、数据存储、显示及报警功能[6]。各类医药用品存储环境要求高，但国内对医药用品冷链的全程温湿度自动监控的研究与应用还较少。纵观有基于压缩感知技术的冷链监控系统[7]，有使用RFID温湿度传感器的监控系统；在网络上有基于LoRa技术的无线通信方案[8]、有基于Zigbee的无线传输方案[9]。物联网技术的快速发展及普及为医药用品冷链全程温湿度监控提供了技术支撑。本系统将利用物联网技术实现对医药用品的储运过程自动监控，严格控制温湿度，提高医药用品运输的有效性。

1 监测平台的物理部署

信息采集技术是物联网的基础，目前主要采用传感器和电子标签等方式完成[10]。本系统将温湿度传感器、RFID温湿度电子标签放置于存储设备，如冷库、冷藏箱等。RFID温度标签结合数字标识与温度测量，既可进行身份识别又可测量记录外部环境的温湿度，广泛应用于冷链运输领域。

结合冷链物流实际情况，为保證医药用品质量安全可靠。一般情况下，在冷藏车、冷库、冷藏箱或医药用品包装内部放置温湿度传感器或者RFID电子标签。本系统在此基础上，在储运环境中放置自主研发控制器，通过该控制器读取传感器及RFID标签温湿度数据，通过无线网络上传到服务器，服务器经过数据处理后展现各个监测点的变化情况，当温湿度超标时，在监控平台上报警，记录报警日志，根据严重程度及报警机制设置，推送短信到处理人员手机上。同时厂家、冷链物流配送机构、监管部门等可登陆平台查看各监测点当前温湿度情况，也可查看监测点历史温湿度变化记录。图1是本平台的物理部署示意图。

平台技术实现中，引入自主设计的控制器。该控制器具备RFID标签读卡器功能；GPRS网络功能，内置物联卡用于通讯；GPS定位功能，用于监测点的定位；多个温湿度传感器接口功能，直接读取温湿度数据；预留通过Zigbee方式达到对冰柜、冷库、冷藏车内的制冷设备调温等功能。通过该控制器定时读取RFID标签的温湿度数据，也可直接读取温湿度传感器数据。另在冷库类大型存储环境下，当异常出现时，首先是医药用品所处的外部环境温度异常，逐渐影响到包装内的医药用品自身温度，此种情况下，当监测到医药用品温度超出范围时实际已对医药用品质量有影响，为能达到对医药用品外部环境变化的监测，起到预警作用，尽早提醒维护人员处理，在此通过控制器对医药用品外部环境的温湿度传感器读取，在外部环境变化导致医药用品温湿度超范围之前，先行报警。

通过预留的Zigbee对制冷设备进行智能调温目前已完成实验。通过控制器对通用的智能家居设备，如灯控、空调、送风机进行开关控制，证明技术上可行。但由于冷链物流中的制冷设备多为传统设备，因此智能温控的进一步使用需待冷链物流中制冷设备智能化改造后进行。

在控制器入网方面，考虑到冷链物流的可移动性，蜂窝网络4G＼NB-IOT具有覆盖广、移动性能佳、终端联网部署便捷等特点，是本系统的首选方案。利用控制器的GPS定位功能，可查看各监测点的当前位置，有利于快速定位，当出现报警或者设备故障时可快速处理。也为后续的医药用品运输路径跟踪查看提供数据支持。

2 平台主要功能设计

为提高用户使用便捷性及减少系统维护成本，平台采用B/S架构，厂家、监管人员、物流配送管理人员浏览器方式即可登录查看对设备进行集中管理。当用户使用平台进行查看时，首先会提醒用户登录，根据用户账号信息，与服务器进行用户鉴权，鉴权通过后系统赋予该用户对应的可操作權限列表。

2.1 实时查看

考虑系统安全性及信息保密性，平台为厂家、监管人员配置不同的权限，厂家权限仅限于可查看归属于本厂家的监测点的数据信息；而监管人员根据其对应的监管区域，赋予归属该区域内的所有监测点查看权限。用户可在指定权限内查看某些监测点的编号、当前的温湿度值及采集时间。如图2所示，当监测点较多时，可翻页显示各点数据。当读取到温湿度超出该类设备的正常范围时，在实时查询界面中会以红色标识以示提醒，正常范围内的则以绿色标识。

图2 监控平台实时查看

2.2 地图查看

冷链物流的特性决定各监测点很多情况下不会有固定位置，会根据运输需要在流转，加大监管难度。因此安装在冷藏车、冷库或冷藏箱各监测点的控制器具备GPS定位功能，将极大提高监测点管理便利性。在监控平台上点击地图查看时，平台将显示当前用户权限范围内各监测点所处位置，可缩放地图，扩大显示范围，如图3所示。系统会定时读取位置信息刷新地图。通过此定位功能方便设备维护人员、厂家进行跟踪检修，同时也有利于监管人员快速定位对监测点实施检查指导，也为跟踪医药用品的运输路径提供数据支持。

图3 监控平台地图查看

2.3 统计查询

平台支持统计查询功能，可设置不同的查询条件，如指定企业或片区管辖的监测点历史数据报表显示并导出。如选择指定时间段某些片区、企业编号、企业名称、设备类型、温湿度超标与否进行查询历史数据。

2.4 报警处理

当平台监测到设备超出正常值范围满足报警条件时，系统会自动报警，在数据库中写入报警记录。并根据短信报警设置决定是否发送短信到指定手机号。报警记录中包含监测点编号、所属企业、区域、发生时间、当前温湿度值。可设置搜索条件，查询指定报警日志记录并导出。对发送的报警，可点击对应记录的处理按钮，添加处理结果及发生报警的原因分析。

2.5 设备管理

平台维护不同片区、不同厂家、不同类型的设备。在添加设备前首先要登记企业，企业信息包括：企业编号，企业名称，所属片区，企业类型如生产企业、冷链物流企业等，负责人，联系电话等。设备管理包括：设备类型（如冷库、冷藏车、冷藏箱等）、设备编号、设备归属企业、所属区域、对应的处理负责人，如不设置处理负责任则默认为该企业负责人。平台将对设备类型进行分类编制类型ID。根据管理规范定义不同的物品其存储的设备类型不同，其要求的温湿度范围不同。当这些设备超出其允许的温湿度范围时，系统将上报提醒，并短信报警。各类设备的温湿度具体标准由系统管理员设置。

2.6 用户管理

平台对用户进行分类，允许创建监管人员账号和企业用户管理账号，由管理员对账号进行权限分配、删除、启停等管理。用户权限管理提供了系统管理员、普通管理员和普通用户多级权限，系统会记录用户所有操作日志。系统管理员拥有最高权限，可以管理用户账号；而普通管理员只能修改、查看本区域或本企业数据和设备；普通用户只能查看本区域或本企业监测点设备数据信息，无修改权限。用户权限包括用户的增删改。权限设置包括：基本资料维护、用户与权限、监测点设置、设备参数设定、查询、历史数据保存、情况历史记录等。

2.7 系统管理

此模块功能仅对系统管理员账号开放。用于设置个各类设备的温湿度正常范围；报警灵敏度等，如为避免环境的温湿度波动，造成误报，系统可设置连续检测到多次超出范围后触发报警。用户登录后的自动注销功能、是否允许远程调节制冷设备温湿度等功能。

3 结论

在冷链管理中应遵循3T原则，即产品的最终质量取决于冷链的储藏与流通时间（Time）、温度（Temperature）和产品耐藏性（Tolerance）[11]。据预测，未来我国需冷藏冷冻的医药用品将持续增长，市场潜力大。且冷链物流不仅限于医药用品领域，伴随消费者对食品安全意识的提高，冷链物流在农产品运输方面也有很大应用空间，未来冷链物流会进入快速发展期。冷链物流的监控平台功能，目前更多在监视上，从监视过渡到高效控制及预防将是其中一个重要发展方向，结合设备智能化发展趋势，利用智能家居技术，通过对制冷设备智能化改造，如何对储运过程中的制冷设备进行智能控制精准调节温湿度，使储运物品能够稳定保持在有效温湿度范围内，这将是技术重点。医药用品的冷链物流管理及监控将日趋完善。

【参考文献】

[1]陆建美.冷链物流在医药行业的应用研究[D].上海：复旦大学，2009.

[2]贾科进，钱春阳，韩瑜，等.冷链运输监测中无线传感器节点设计[J].农业机械学报，2013，44（2）：136-141.

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[5]中华人民共和国药品管理法（2015年修正）[S].新华社 第二十八条，2015.

[6]疫苗储存和运输管理规范（2017年版）[S].中华人民共和国国务院公报，第二章第七条，2018.

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[10]欧文.物联网技术及其在农业生产中的应用研究[D]. 昆明：昆明理工大学，2015.

[11]王海燕.基于供应链的食品冷链监控平台构建研究[J].湖北经济学院学报，2018，15（2）：58-77.