基于电子鼻的冷链运输产品质量跟踪系统设计*

□ 秦丰城，姜晓红

(南京林业大学 汽车与交通工程学院，江苏 南京 210037)

冷链物流是利用专业设施设备及方法来保证运输过程中货物始终处于其规定的环境条件下的特色物流。根据我国物流运输的发展现状，不难看出，我国冷链物流自动化程度不高，且信息技术也没有得到广泛应用。在标准体系的构建方面，无论是设施设备的技术标准，还是操作规范以及软件应用等领域，都需要出台更多的强制性标准和推荐性标准，且彼此间需要更好的衔接和统筹协调[1-3]。2021年12月出台的《“十四五”冷链物流发展规划》明确提出要加强智能温控等冷链智慧技术装备的应用，这对推动冷链运输设施设备升级给予了高度的重视和大力的支持。本文主要对冷链物流运输过程中，基于电子鼻技术的冷链运输产品质量跟踪系统进行研究，以保障冷链运输物品的品质及安全性[4-6]。

1 冷链物流技术及电子鼻应用简介

国外冷链物流技术研究起步早，技术发展较为成熟，部分欧美地区的发达国家已经形成了相对稳定且可靠的冷链物流体系，生鲜易腐农产品冷链流通量在销售产品总量中的占比高达50%，并且呈持续增长的趋势。而我国冷链物流在经历过萌芽到起步发展之后，自2008年开始进入快速发展阶段，行业规模显著扩大，发展质量不断提升，但仍存在行业执行标准有待改善、硬件设施和技术水平落后等问题。如产品运输处理阶段的设施建设落后；冷链运输过程中的货物处理水平不高，冷链物流车仍处于相对落后的水平；部分大中城市不具备成熟的冷链物流体系，农业销售市场中的冷链设施设备还有很多不足之处[7]。

电子鼻冷链产品质量跟踪系统是面向生鲜水果以及鱼肉海鲜等易腐坏易变质物品的，其采用定位技术、气体采集系统、信号处理系统等相关信息技术，运用车载制冷设备进行温度处理，将运输货物的温度控制在适宜的储存条件下。本系统利用现代信息处理技术将运输货物的品质以信息数据的形式呈现，加强了信息管理，完善了冷链物流运输体系目前的缺失，从而在一定程度上降低了物品的损耗率，提高了经济效益[8]。

2 系统设计

2.1 系统需求分析

相关统计表明，我国食品物流成本占总体物流成本的比例较高，其绝大部分原因在于运输过程中的货物发生了腐烂变质等损耗。国外冷链运输大多采用自动温度监测及控制设备的方式来降低冷链货物的损耗率。但目前国内还没有相对成熟的冷链物流温度控制技术，运输过程中控制温度的手段也相对不规范，且缺乏统一的规定。有些地区至今仍使用人工记录的方式对物品进行检测，以至于出现主观因素影响大、物品监测不及时等问题，从而导致货物在运输过程中存在较大腐坏几率。因此，可以通过构建电子鼻冷链产品质量跟踪系统来加强冷链运输中对货物的实时温湿度以及品质监测，从而提高冷链物流的运输效率，同时满足冷链物流企业及消费者对货品品质的需求[9-10]。

2.2 系统设计与实现

2.2.1 系统总体框架设计

基于上述需求分析，本文将构建电子鼻冷链产品质量跟踪系统。根据开发策略，本系统主要由总体框架设计、功能模块设计、数据库设计和代码设计这四部分构成。其功能模块如图1所示。

2.2.2 模块设计

①货物装前检测。

该部分操作执行在货物运输之前。主要由车辆检测、物品检测、包装检测、人员检测四部分组成。

a.车辆检测：检测车辆运行状态，确认车载温度处理设备的正常使用并多次进行消毒。

b.物品检测：首先确认运输货物有无损坏，再根据运输货物的储存温度和尺寸大小放入相对应的温度隔间。

c.包装检测：货物运输包装在条件允许的情况下首先选取绿色、无污染、可降解的材料，其次根据货物规定的储存条件确定其包装的密封程度和存放位置，从而保持货物的温湿度。

d.人员检测：审核驾驶人员的驾驶资质，同时检查司机的健康状况，从根源上防止疫情的传播扩散。

②订单管理。

该部分由订单录入、订单审核和订单反馈三部分组成。首先进行的是订单录入，当工作人员将运输货物录入系统时，系统会根据货物信息生成一个订单号。后台工作人员开始对寄件人的身份、信用状况以及运输货物等信息进行核查。审核完成后，运输公司将着手处理这批货物，同时会给寄件人发送反馈信息告知审核的最终结果。

③运输追踪。

在运输货物过程中，利用车载北斗导航系统可以精确了解运输冷藏车当前所处位置，并提前规划好接下来的运输线路，防止道路交通拥堵等意外状况的发生，同时也为各个冷藏网点之间的交接提前做好准备。在运输过程中执行实时温度追踪可以在一定程度上避免因运输人员主观判断而造成运输货物腐烂变质等问题，从而降低运输过程中货物的损耗率。

④电子鼻检测。

a.电子鼻介绍

电子鼻学名为气味扫描仪，是一种起源于20世纪90年代的能够对食品进行快速检测的设备。电子鼻因具有特异性传感器和模式识别系统，所以能对被测样品的一些特征进行快速检测，定性或定量地输出对气体所含成分的分析结果。电子鼻是模拟动物嗅觉器官而制造的一种高科技产品，在某些方面可以代替人的感官。目前，我国已经自主研发出了具有较好适应性的电子鼻设备。

图1 系统模块图

b.电子鼻原理

电子鼻检测主要是利用电子鼻技术，将设备分为气体采集系统、传感器阵列、信号处理系统和模式识别系统四个模块。气体采集系统负责采集运输箱内脂肪、蛋白质和碳水化合物产生的肉类臭气、硫化氢变质气体，例如烃酯类化合物和挥发性物质，并将其传给传感器。传感器阵列和信号处理系统接收到化学信号后，根据气体种类的不同，将其转化为相对应的电信号。最后由模式识别系统将这些不同种类的电信号以信息数据的形式呈现给运输人员。传感器阵列在一定的检测限度范围内对多种气体进行鉴别，而且还可以进行多维空间的响应。目前的电子鼻技术，根据其监测对象的不同，利用特殊传感阵列，将不同的结果通过物理信号进行传输及系统分析，并将其结果与监测要求进行比对分析，获得最终的结论[11-13]。

c.电子鼻应用

近年来，电子鼻已经在生活各方面得到了广泛的应用，根据检测方面的不同从而衍生出多项电子鼻子技术。在肉类方面，电子鼻可以检测出肉制品的新鲜度、风味评价、掺假程度、微生物污染等方面的状况；在酒类检测中，通过对色泽、酚含量、氧水平等指标的检测可以避免掺假、恶意勾兑、滥用甜味剂、塑化剂超标、工业乙醇等类似事件的发生；在粮油和调味料方面，粮食属于活的有机体，因其代谢快的特点，极易发霉变质，从而产生一些真菌挥发性的代谢物，对人体造成一些坏的影响，而电子鼻的使用则可以在一定程度上减少此类状况的产生；在环境治理方面，电子鼻的应用可以得出环境污染的一些具体指标，并有效地对HS、SO2、 CO、NO、CH4等有害气体和一些有机挥发性物质的浓度进行监测，从而将其控制在规定范围之内。

⑤异常处理。

当上一阶段电子鼻检测呈现出的信息如温度、湿度、指定气体浓度等数据超出事先所规定的偏差最大值时，电子鼻监测系统将会立刻向运输人员传达报警信息并自动智能分析和生成调整方案。工作人员将立刻根据系统所呈现的信息对车厢内的环境进行相对应的检查与调整，并将之记录下来，降低此类事件发生的概率。

⑥订单交付。

在订单交付时，工作人员应再次检测运输货物的品质，确任品质完好无误后，进行公司与客户之间的派送。当派送结束后，工作人员扫描订单码来录入订单的回执，并向客户发送反馈消息，结束此次冷链运输的全过程。

2.3 SQL数据库系统

数据库系统主要有以下组成部分：由操作系统、程序、管理系统等组成的软件部分，对数据进行增加、修改及删除的数据库管理系统，数据库管理员，应用系统以及用户。主要优点有：①程序和数据独立性高；②数据安全性高，支持长期保存；③数据库系统有备份和恢复功能，可以数据共享；④控制数据冗余度。SQL Server因具有可扩展、高性能和可以为分布式客户机/服务器计算所设计的优点，能够将数据库系统与Windows NT进行有机结合，给客户提供许多基于事务的企业级信息管理系统方案。基于SQL Server，本文对质量追踪系统数据库的需求进行分析，主要数据包括运输车辆的信息、电子鼻检测的数据、货物的数据以及运输人员的数据[14]。通过图2来表明数据库概念结构。

图2 数据库结构图

3 可行性分析

有关数据表明，在我国每年近十亿吨左右的易腐食物消耗中，有一半以上是需要冷链运输的，但目前我国综合冷链流通率较低，不足20%，而发达国家的冷链流通率可以达到90%，甚至超过95%。对此，国务院与发改委等相关部门多次发布相关政策，以此来推进冷链运输体系的完善与发展。近期，国务院发布的《“十四五”冷链物流规划》也特地提出要推动冷链物流运输设备升级。本文研究的电子鼻冷链产品质量跟踪系统主要利用电子鼻技术和Python编程技术。其中，电子鼻技术多利用集成电路和传感器技术，在我国发展已经相对成熟，而Python编程技术的操作相对简单，且具有强大的分析能力，使用者可以根据源代码进行对应的更改与变换。因此，基于电子鼻的冷链运输产品质量跟踪系统在技术上具有较好的可行性和适应性。

4 结论

本文将电子鼻技术与数据库系统相结合，通过对车厢内气体、温湿度及其他化学指标的识别与监测，实现对货物的实时质量监控并作出相应的预警，避免运输过程中因温度控制不当、处理不及时等带来的产品质量问题。基于电子鼻的冷链产品质量跟踪系统的使用将会完善冷链物流运输体系，并在提高冷链物流的信息化水平的同时，降低货损率以及物流运输过程中的总成本。