物联网技术在生鲜农产品冷链物流中的应用研究

陈祢 陈长彬 陶安

摘要：本文将物联网技术引入到冷链物流管理，分析了物联网技术在产地预冷、加工包装环节、冷链运输和销售等生鲜农产品冷链物流在不同阶段的应用。研究结论表明，通过运用物联网技术从整体优化生鲜农产品冷链物流体系，构建一个快速有效、全程可追溯的冷链物联网信息体系，可以促进生鲜农产品冷链物流运输的高效稳定发展。

Abstract： This paper introduces the Internet of Things technology into cold chain logistics management， and discusses the application of Internet of things technology in different stages of cold chain logistics such as cold place， processing and packaging links， cold chain transportation and sales of fresh agricultural products. The results of the study showed that the use of networking technology to optimize the cold chain logistics system of the fresh agricultural products and the building of a fast， effective and traceable cold chain network information system can promote the efficient and stable development of cold chain logistics of fresh agricultural products.

关键词：生鲜电商;物联网;冷链物流;生鲜农产品

Key words： fresh e-commerce;the Internet of Things;cold chain logistics;fresh agricultural products

中图分类号：F326.6                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）20-0129-04

0  引言

近年来，随着电子商务平台的兴起和消费模式的转变，网上消费逐步成为一种生活习惯，足不出户便可以买遍全球，其中，电子商务与生鲜产业的结合，深刻改变着传统的商业模式。数据显示，我国生鲜电商交易规模正以高于100%的增长率迅速发展，到2014年全国的交易规模已经达到新高即260亿，同比增长将近100%;2015年的交易规模扩大到560亿，同比增长115%。随着互联网应用的不断深入和电商平台的飞速扩展，中国电商最后的蓝海及下一个能够达到千亿的市场将是生鲜电商，资本市场中对其的关注度日益提高。生鲜电商不断吸引国内各大电商企业参与市场竞争的主要因素包括高客户回头率、高客户粘性以及高毛利等。而在国内生鲜电商高速发展的同时，如何解决昂贵的物流配送成本，拓宽SKU（Stock Keeping Unit，库存量单位）逐步成为困扰各大电商发展的难题。运输成本是物流配送成本的最重要组成部分，其中最关键的是具体运输方式的选择。在目前广泛采用的传统运输方式中，生鲜产品在运输过程中出现很多易变质、易损坏的现象，导致了非常严重的浪费。例如，仅仅蔬菜和水果方面，我国每年的损耗率是相当高的，在运输过程大约有1.3亿吨蔬菜和1200萬吨水果损耗掉，价值达到100亿美元左右。因此，冷链物流建设已经成为生鲜电商发展中至关重要的一环。然而，由于冷链物流运输需要通过可持续性低温环境以保证所运商品品质，相对于常温物流系统而言，冷链物流运输的要求更高、更复杂，投资成本更大，造成了国内冷链物流发展缓慢，也进一步制约了生产电商的发展。由于缺乏配套的生产物流配送体系，在流通过程中生鲜农产品的损耗率大约5-8%，而相应地，其运输成本却高达20%以上。由此可见，通过补齐冷链物流短板将有助于生产电商平台保证商品的新鲜度和实效性，迅速获得市场份额，提升平台的核心竞争力。

物联网的概念是1999年由美国麻省理工学院教授Sarma S.和Brock D.首次提出的，该概念很快就引起许多欧美国家的强烈关注，并将物联网概念应用到生鲜农产品冷链物流体系。欧美许多发达国家都已经建成了比较完整的冷链物流运输体系，实现了对于生鲜肉制品流通全过程的追踪管理和全程有效监管。Martinez-S. S.等人（2008）研究了利用RFID技术将信息系统跟踪包装容器应用于食品供应链中，该包装容器是指在食品生产、仓储及零售等全生命周期中可以被重复利用的一站式包装单元[1]。Nikam M.（2004）提出了在供应链管理中引用物联网技术，能够对供应链管理中所存在的运输延迟和库存缺货等问题进行有效地解决，并研究了物联网技术在其中的重要作用[2]。另外，除了上述问题，许多学者还研究了冷链物流中诸如易腐品保管、冷链绩效的优化等问题。如S. J. James， C. James， J.A.Evans（2006）利用食品温度、微生物生长情况和食品运输三者之间的关系建立模型，提出通过持续低温来保证食品品质就是冷链物流的主要目的[3]。纵观国内外的相关研究，物联网技术的研究主要在欧美发达国家起步较早，并将物联网应用到就交通运输领域，美国、加拿大等多个国家已建立了完善的食品安全追溯体系，使生鲜食品在冷链运输中实现全程可视化。

中科院最早于1999年开展了我国的物联相关技术的早期研究。由于物联网条件和技术日趋成熟，加上其在国家未来的发展中越来越重要，国家已开始从战略高度上提升物联网在国家发展的地位，并使之成为七大重点培育和发展的新兴产业。目前，随着国家不断加大对物联网产业的投入，物联网技术的运用也不断扩大，已成功在交通运输行业、医疗服务及环境保护等多个行业进行了实际应用。在国内，目前有关物联网技术应用在冷链物流方面的研究已经有了比较大的进展，主要研究成果包括在物联网技术应用的价值，如方凯（2013）[4]，物联网技术在冷链物流体系的应用模型，如杨蕊（2015）[5]，王梦婕（2015）[6]，物联网技术应用对冷链物流的影响分析，如朱先月（2015）[7]，物联网技术下的冷链物流体系构建，如夏翔（2015）[8]，汪旭晖和张其林（2015）[9]，物联网技术对冷链运输线路调度的优化，如张俐华、时炼波（2015）[10]，刘文佳、李芳（2015）[11]。综上所述，虽然我国学者对物联网与冷链物流系统进行了多方面的研究和探索，但对物联网在生产农产品冷链物流这一细分领域的研究不足，尤其是考虑电商背景下如何基于物联网技术建立生产农产品的高效物流系统值得进一步关注和研究。

1  生鲜农产品冷链物流的内涵及特点

1.1 冷链物流与物联网技术的内涵

冷链物流（Cold Chain Logistics）通常是指冷冻类食品在生产加工、储存运输到销售的过程中始终保持低温，以保证产品质量最优和消耗最低，降低食品耗损率的一项系统工程。冷链物流具有较广的适用范围，除生鲜农产品和需要冷冻的加工食品以外，还包括医用药品、新鲜花卉等各种特殊商品。这些商品都对本身的贮存温度、运送时效及运输设备的要求比较高。本文主要是以生鲜电商中的生鲜农产品冷链物流运输为切入点对物联网技术在冷链物流中的应用展开深入研究。

物联网（The Internet of Things）是以互联网为基础，利用传感器技术、射频识别技术、遥感技术以及GPS、GIS等技术，按照特定协议程序，在物体和物体之间利用无线通信技术将其连接起来，使得信息传递、智能识别和实时监控能够在不同物流之间实现，随时定位追踪的一种智能管理网络[12]。

1.2 生鲜农产品的特点

1.2.1 易腐性

从统计数据可以发现，我国每年在市场中进行流转的生鲜农产品达到4亿吨以上，但其中的大部分生鲜农产品在运输和销售环节都缺乏必要的冷链保障措施，其中关于果蔬类的生鲜农产品进入冷链物流系统的比重仅仅占5%，肉类占15%，水产品约23%，因而导致生鲜农产品在流通中的腐损率达到20-30%、肉类达12%、水产品达15%。

1.2.2 高时效性

生鲜农产品的保质期相对较短，人们在购买时比较注重产品是否新鲜。生鲜产品供应链流程的作业时间必须控制在最短，使得产品的新鲜度得以保证，生鲜农产品如果在运输过程中的时间过长，将会直接影响到最终的销售情况。因此，冷链物流运输系统在运营过程中，必须对时效进行严格监控。

1.2.3 运输装备的特殊性

由于运输商品的特殊性，因此在冷链物流系统中必须使用一些特殊冷藏运输工具，从而在运输过程使得产品的新鲜程度得以保持。由于运输工具都是根据商品特性需要特制的，因此相应地必需配备低温储存仓库、食品保鲜箱和冷藏运输车，才能使冷链物流正常运行。

1.2.4 运输成本高，技术要求高

由于我国生鲜市场发展不成熟，存在生存规模小、销售零散、运输条件差、损耗率高等问题，而冷链物流需要持续低温作业，这就导致了冷冻库耗电量大、运输费用高、产品流通成本高等问题。为了降低能耗，控制运输成本费用，就要尽可能降低冷链物流的运作成本，以达到可持续性发展。冷链物流在运输过程中必须实行实时控制，因此对技术水平的要求也比较高。

2  物联网技术在生鲜农产品冷链物流中不同阶段的应用

生鲜农产品具有生鲜易腐性和高时效性等特征，因而在冷链物流所包含的生产、贮藏、运输和销售等基础环节上，运用物联网技术，全程优化生鲜农产品冷链物流体系，以最大限度保持农产品的新鲜程度、色泽及营养，最终保证食品質量安全。在农产品冷链物流运输系统中运用物联网技术，实现整个冷链物流运输的全程可视化，使运输效率提高，保证冷链物流系统的顺畅运行。

2.1 物联网在产地预冷、加工包装环节的应用

农产品的“最先一公里”因远离消费者，生鲜电商和消费者往往会不重视其在供应链中的作用，导致在“最后一公里”上投入过大但成效不明显的死循环。而“最先一公里”在整个供应链条中具有极大的重要性，通过全面质量管理体系的引入，强调事前控制，从而使得控制效果、成本的节约比事后控制明显提高，并实现整个管理体系的最优化。生鲜农产品在采摘后迅速将其温度降低至最佳仓储温度称为产地预冷。产地预冷能够有效地保存产品的新鲜度和延长保质期，降低其在流通过程中的损耗[6]。现实业务中，由于部分企业担心此环节会增加冷链物流成本，有近80%的农产品未经预冷就直接进入流通环节，这种状况就使得农产品在运输过程中严重耗损，并导致我国农产品的耗损量一直居于高位。

基于物联网技术的应用，可以对农产品在采收后立即进行预冷进行全过程监管，从而使得农产品的损耗实现有效地降低。目前，现代的预冷技术主要包括：冷库预冷、触冰预冷、强制冷风预冷、水预冷和真空预冷等，其中，真空预冷技术是农产品冷链物流中最常用的技术手段，该技术可以在真空条件下快速蒸发水分，有效地保证了产品的新鲜度和品质。这种技术最主要的目的是使产品快速冷却到先前所设定的温度，在之后从设备中取出物品，然后再进行加工、贮藏、运输、销售，是一种快速有效的处理方法。农产品在经过预冷后，其保质期、新鲜度等都会比预冷前更长久，更有甚者某些农产品可以直接进行售卖。生鲜农产品在预冷之后进行适当包装不可或缺，尤其是对于生鲜电商来说，它对产品的包装要求轻便、简单、快捷，但又能起到较长时间的保鲜作用。在诸多包装方法中，气调包装能够有效满足生鲜电商的特殊要求，该方法不仅轻便简单，而且能最有效地保持产品原有品质。表1是部分农产品真空预冷与普通预冷后的贮藏期对比。

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资料来源：中国肉类机械网.

在产地预冷和加工包装的过程中，需要采集农产品的各种信息，包括产地信息、产品信息、包装信息、农户信息等。所采集的数据均建立生产档案上传至生產企业的信息系统中，方便后续产品信息查询。信息可以通过实时传递，从而实时监管整个采收和预冷处理过程，可以完成对这个阶段的信息采集和追溯过程。如表2和图1所示。

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2.2 物联网在冷链运输阶段的应用

生鲜农产品的配送与普通产品差异较大，由于其独特的易腐和高时效性，使得其对物流运输的各个环节要求较高。尽管生鲜农产品能够在传统的物流配送中实现一定程度的保鲜作用，但是却无法实现全程的冷链物流配送。传统物流配送的局限性主要体现在配送各个环节的衔接较差以及无法实现有效的信息采集和较低交互能力，不能及时了解到在途商品的运输环境，很容易导致较高的货损率，也有可能使得食品产生污染，从而对农产品的品质产生影响，严重威胁消费者安全，造成客户满意度低。所以，对于生鲜电商在发展过程中亟需解决的关键性问题主要是实现农产品的全程冷链运输。

从物联网技术未来的发展趋势看，通过构建冷链的追溯查询信息系统是实现物联网技术在冷链物流运输的关键环节。在物联网技术的基础上，构建生鲜农产品的冷链物流追溯信息管理系统，并对农产品冷链物流中的每个环节的信息备案制度进行逐步完善，对冷链物流各个环节的质量和安全的全程监控进行强化，有助于实现政府及相关部门、生鲜电商、农产品加工企业、冷链物流行业及广大消费者对农产品物流活动的检测、监督和控制。

应用物联网技术构建冷链物流追溯查询系统，必须先在冷藏车内的各个方向安装温湿度传感器，使其能准确地采集冷藏车厢内的信息，并且通过扫描商品包装上贴有RFID温湿度标签，可以时刻对商品的温湿度进行监控，而这些信息不仅会传输到驾驶舱的电脑或手机终端，还会通过GPRS无线通信方式把监控的各种数据反馈到远程监控中心，从而可以实时监控冷藏车的温湿度情况，当出现各种意外情况的时候，系统会立即发出警报，并立即通知司机采取相应的措施，可以及时避免各种不必要的损失[10]，另外，同时把GPS定位跟踪系统安装在冷藏车上，获取车辆准确的位置、车组编号、运行状态、实时路况等信息，以便实现对车辆的定位与追踪，确保准时到达。最后可以在冷藏车上安装GIS系统，通过无线传输可以监控到运输车辆的实时位置，并把相关的数据实时传输到监控中心，提供的人机界面具有图形化和可操作的特点，从而能够实时监控各种在途车辆，并根据需要进行放大缩小，准确显示运输车辆的实时位置[16]。根据GIS系统的技术可以对整个道路的交通状况进行实时监测，然后获取运输车辆的装载量、车型大小、配送地、客户地址、实时路况等信息数据进行计算，通过对数据的快速处理，能够对最优配送路线进行自动选择，指导货运的流向，提高运输效率，降低物流成本，具体流程如图2。

2.3 物联网在销售阶段的应用

销售阶段是生鲜农产品冷链物流中最后的一个阶段，也是消费者直接接触产品的唯一环节。消费者会通过各种方法检验生鲜农产品是否新鲜或者变质，如果在销售环节一旦发生断链，不仅影响产品的质量，也会使商家的信誉大打折扣。因此，最后阶段依然需要对其质量进行监控和反馈数据，从而构建一个由生产到销售的完整追溯体系。销售环节不是孤立存在的，它与生鲜农产品冷链物流的生产加工、仓储运输、配送等环节密切相关。生鲜农产品在销售阶段，商家不仅要查验冷藏运输车内的冷藏温度与所运输产品所设定的运输温度标准是否相符合，还应该对该批产品的基本信息核对是否争取。对于如果需要进行二次加工的产品，还需要监控和采集加工该批产品车间的温度、加工时间以及操作人员等相关信息，以防出现质量问题。利用物联网技术还可以跟踪商品的销售速度及销量情况，让商家根据销量情况采购商品。同时，利用物联网技术能及时发现并处理快过期的商品，提高商品质量，保证食品安全，且还可智能识别滞销产品并进行统计数据，并以此作为分析基础做出相应的价格调控。最后，将产品包装上的RFID电子标签转换成条形码或者二维码，方便顾客通过手机等终端进行商品信息查询。在销售完成后，消费者可通过手机等终端将售后信息反馈到商家网站或者冷链物联网信息中心，主要涉及服务态度、配送时间以及产品质量等相关信息。监控中心可根据售后反馈信息进行改进。而且顾客在下单之后，可随时通过手机等终端对在途商品的实时物流信息及产品的各项信息进行查询。如图3所示。

3  结束语

将物联网技术引入到生鲜农产品冷链物流运输中，可以促进生鲜农产品冷链物流运输水平的提高。加快冷链物流的发展不仅可以延长农产品的保质期和销售期，保证产品质量的同时能够降低农产品运输中出现的耗损率，从而使物流成本降低，保障生鲜电商的经济利益。通过运用联网技术于农产品冷链物流，在此基础上，构建一种基于业务流程导向的冷链物联网信息系统，为生鲜电商企业怎样实现高速有效的冷链物流运输提供了参考。从以上研究可以发现，通过运用物联网技术在生鲜农产品冷链物流中能够促进冷链物流运营效率的提高，并实现全程的可视化监控和溯源。考虑到生鲜农产品的特殊性，在物联网技术运用方面，全过程包括采收、产品预冷、加工包装、冷链运输以及销售阶段等各个环节，与物联网三层架构模型相互结合一起，基于冷链物流业务流程的构建的基础，最终使得冷链物联网架构体系的形成。

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