基于射频识别技术的农产品冷链物流温控管理研究

户晓艳

（黄冈职业技术学院 电子信息学院，湖北 黄冈 438002）

农业农村部食物与营养发展研究所2023 年4 月18 日的一项研究发现，每年我国果蔬、畜产品、水产品等农产品食物按重量加权平均损耗和浪费率合计22.7%，约4.6 亿吨，其中生产流通环节食物损耗3 亿吨，而储运环节冷链不完善是造成食物损耗的主要原因。受访专家和基层干部指出，多类农产品食物存在巨大的可减损空间，要协同发力构筑冷链物流全链条食物减损体系。

随着我国冷链物流产业从规模到技术的全面发展，结合消费者对农产品新鲜度要求越来越高，通过引入射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称RFID 技术），实现对冷链物流温度变化的监管。RFID技术是一种利用射频信号变压器对数据进行传输以达到识别目的，具有读取灵敏、速度快、存储容量大、可重复利用、寿命长、可加密、操作快捷简便等功能，在冷链物流温控管理中应用RFID 技术，能够对农产品的新鲜度以及品质进行实时、细致的管理。将RFID技术应用于冷链物流温控管理体系中，结合实例优化冷链物流温控管理体系，能够对农产品的质量进行掌控与追踪，促进农产品冷链物流各个环节温度监测的无缝对接，提升物流的管理水平，提高果农产品物流保鲜品质，推动农产品冷链物流温控管理技术持续发展。

1 RFID 技术与冷链物流温控管理概述

1.1 RFID 技术的结构及工作原理

RFID 技术可简单分为硬件层和软件层，硬件层主要是完成信息感知，如电子标签（Tag）、读写器（Reader）、托盘（Tray）等。其中电子标签主要由RFID 天线、耦合元件及微型芯片组成；RFID 天线能将存储在芯片中的数据转换为射频信号，并将其传输到读写器中，微型芯片可以储存需要传输的信息。软件层主要是完成信息的处理和应用，如中间件和应用软件，一般统称为应用系统。其中中间件研究的内容包括：海量数据的处理，并发访问技术，目录服务及定位技术，数据及设备监控技术，远程数据访问，安全和集成技术，进程及会话管理技术等等。RFID 技术的工作原理如图1 所示，它是利用射频信号或空间耦合(电感或电磁耦合)的传输特性，实现对产品的自动识别。如当电子标签进入读写器可识别范围的磁场后，读写器发出射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；读写器读取信息并解码后[1]，再将这段电磁波转换成相关记录送至中间件及应用软件，进行有关数据处理。

图1 RFID 技术的工作原理

结合图1， RFID 电子标签的工作频率不仅决定着RFID 技术工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着电子标签及读写器实现的难易程度和设备成本。RFID 技术的工作频率主要包括：低频、高频、超高频和微波几个频段。各个频段的工作频率及主要用途有：低频（Low Frequency）,工作频率主要规格为125kHz、133kHz，主要用于门禁系统、动物芯片、汽车防盗器；高频（High Frequency）, 工作频率主要规格为13.56MHz、27.12MHz，主要用于身份识别、图书馆管理、产品管理等；超高频（Ultra High Frequency），工作频率主要规格为433MHz、902～928MHz，主要用于监测港口、仓储等物流领域的应用；微波（Microwave），工作频率主要规格为2.45GHz、5.8GHz，主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等[2]。

1.2 RFID 技术在冷链物流温控管理中的应用基础

根据RFID 技术的工作原理，结合现行冷链物流产业的发展现状，将RFID 技术应用于冷链物流供应链实时温控检测过程中，可以充分发挥RFID 技术在农产品冷链物流管理中的优势。为了实现实时温控管理，需要在 RFID 标签中添加温度传感器。温度传感器具有体积小、数据存储量大、价格低、功耗低、测量范围宽、机械热化学强度和耐久性好、灵敏度可达0.2℃、供电寿命可达2～3 年等特点。把它集成到RFID 标签中，可以对冷链物流供应链全过程进行实时监控，并且能够准确的记录全链条的温度环境的变化及预警管理。

2 基于RFID 技术的农产品冷链物流温控管理体系构建

2.1 构建农产品冷链物流温控管理的需求分析

采用RFID 技术，构建农产品冷链物流温控管理体系，解决的核心问题是如何实现冷链农产品物流过程中的实时温度监控，如何选择合适的运输工具，如何保障农产品冷链物流进行有效的温度控制，从而保证农产品的品质和质量安全。从管理层面来看，要对采购的农产品进行严格的筛选和审查，并建立长期稳定的合作关系，保证农产品来源的完整性、新鲜性；在农产品的产地、检验、监管和消费各个环节进行物流追溯；在软硬件、信息网络等相关的建设、管理、维护可提供的支持保障。从技术实现的角度来看，要将RFID 技术应用于农产品冷链温控管理中，需要形成冷链物流智慧监测追溯体系，实现各环节数据实时监控和动态更新。

2.2 应用RFID 技术的冷链物流实时温控原理

为了实现冷链物流实时温控，需要在RFID 技术的冷链温控管理体系中完成温度实时监控、温度实时分析和温度异常预警三个环节，具体如图2 所示。在冷链物流供应链各环节，有源RFID 标签可以实时追踪物流运输过程中的农产品，提供物流可视化与实时监控，可以解决冷链物流的温度实时监控问题。通过温度传感器的温度感应，实时读取温度数据并同步写入RFID 标签，实现数据的实时温度监控及传输；利用RFID 冷链数据的特点构建一个数据流挖掘模型，在数据分析领域中，离群点检测是一个非常重要的数据挖掘任务，它的算法的核心思想是：离群点是那些其密度明显低于周围邻居的点，首先计算出其周围邻居的密度，并通过比较其密度与周围邻居密度的比值来判断其离群程度，通过调用离群点算法进行分析[3]，主要解决冷链物流的温度实时分析处理问题。若发现异常温度数据，就触发冷链预警机制，提示管理人员处理，在必要情况下同时将结果传递给消费者和相关监管部门。

图2 RFID 技术的冷链物流实时温控原理

2.3 农产品冷链物流温控管理体系模型总体框架

利用物联网应用系统，将RFID 技术应用于农产品冷链物流温控管理体系构建中，从加工、存储、运输、销售等各环节进行全过程信息化跟踪与检测，使冷链物流管理更加高效、精确、透明，降低农产品在流通环节的损耗率，减少农产品的损失和流通浪费，推动农产品流通实现智能化、自动化。具体如图3所示，构建基于RFID 技术的农产品冷链物流管理体系模型总体框架。

图3 RFID 技术的农产品冷链物流管理体系

采购环节：农产品从农田采摘之后，为了保鲜要进行预处理，在托盘上嵌入RFID 无源电子标签，通过RFID 读写器，可以快速对农产品进行追踪，准确掌握其农产品信息，确保托盘标签信息类别与农产品信息相匹配，从而保证农产品在最有效的时间内进行预冷，防止农产品腐烂。

加工环节：加工环节是低温产品增值的重要部分，不涉及对农产品内在成分的改变，只发生农产品量的变化。根据预冷时间，分类整理、汇总、储存相应农产品至加工商的物联网应用系统，方便及时查找和归类农产品。

存储、运输环节：冷链物流主要是为了保持农产品的品质而减少运输损耗，它的核心不完全是“冷”，而是“恒温”，不同农产品需要不同的保存温度。在存储、运输环节，对预冷处理、冷链加工好的农产品，进行冷链储存后，采用专业的冷藏车、保温盒、冷藏陈列柜等设施进行运输和配送；通过RFID 数据信息信息采集、视频监控、温度传感器、GPS/GIS 导航等冷链技术，时刻测量农产品的温度和追踪运输状况，使相关人员实时掌握农产品的温度情况。

销售环节：销售环节是冷链物流的终点，负责将农产品销售给消费者。在这个环节中，可以在农产品销售区域安装RFID 读写器，利用读写器读取每件农产品包装上的RFID 标签，农产品供应商可以通过物联网应用系统，实时追溯和查询冷链区域的温度信息、相关视频，确保农产品能够安全、及时地送达到消费者手中，从而保证农产品的新鲜度，提高工作效率，减少农产品受损率。

从采购、加工、存储、运输、销售各环节企业保证农产品物流全程可视化监控，并及时上传相关数据信息至监控系统、追溯系统。对于消费者而言，可对农产品进行温度、视频信息的全程追溯；对于监管部门来说，在制定相应标准的基础上，可实时监控农产品冷链物流全程，保证农产品质量安全。

3 某超市农产品供应链应用RFID 技术研究

在某超市现行农产品管理模式的基础上，利用RFID 技术提高其农产品供应链的管理效率，使某超市实现农产品冷链温控的全程数据化管理。

3.1 某超市农产品管理现状

目前，某超市将农产品外包给第三方物流企业进行运输配送。第三方物流企业，通过低温冷藏对农产品进行运输、加工、仓储、配送等方面进行管理，其拥有的冷链系统，包括电子标签扫描拣货系统、WMS仓库管理系统，并通过冷链技术将各节点衔接，形成了“产销一体”的冷链物流模式[4]。据调查，某超市农产品管理面临的问题：（1）由于某超市农产品产销环节的透明度不高，从采购至管理员再到消费者，因供应链各个环节之间的数据没有共享，信息不对称，而导致农产品出现质量问题、环节拖延等情况。（2）第三方物流企业的仓储管理环节的温度控制手段较粗陋，不能精确控制温湿度，也不能及时反馈、发现温度异常或已变质的农产品。（3）农产品供应商所掌握的信息与某超市信息不匹配，导致超市热销商品库存得不到及时补充，滞销农产品出现库存积压的状况，使得库存管理成效不理想。

3.2 RFID 技术农产品冷链物流管理体系基本应用框架

由于农产品易腐烂而需要在特定的温度范围内保持新鲜度和质量，如图4 为农产品冷链物流管理体系在某超市基本应用框架，目的是提高某超市冷链物流作业效率和准确性，以及提高供应链中各个企业之间信息的及时性、有效性和共享水平，使某超市提供多品种的高质量农产品来满足消费者的多样化需求。

图4 某超市应用RFID 技术的应用框架

在采购、加工过程中，某超市应用RFID 系统中心服务器，借助RFID 在采购数据库系统中记录农产品产地、新鲜度、品质等信息，特别是对于易腐农产品的多维信息，并对农产品进行预冷处理。在冷链加工环节，向数据库系统中添加加工时间、方式、存储要求等信息，通过温湿度传感器、摄像头等记录加工全过程，将得到的数据全部存入数据库系统中，为农产品安全预警和追溯提供前期准备。同时对农产品按类别汇总，实现对农产品的自动分拣，减少员工的成本及失误率。

在存储、运输过程中，采用专业的冷库、冷藏车、保温盒、冷藏陈列柜等基础设施，实时监测并确保库内易腐农产品最优的贮藏条件，避免人工造成的温度差错或是农产品混淆差错等，提升仓储的作业准确率；在运输途中通过RFID 标签及时调整温度，保持农产品适宜的运输环境，能够帮助第三方物流企业在农产品运输中明确问题出现时的责任归属，提高运输的效率。同时将GPS/GIS、信息采集技术、无线通过技术等应用在冷链运输车设备中，作为物联网信息采集终端的一部分。

在销售过程中，利用RFID 技术实现农产品的高效监控。消费者可通过农产品RFID 标签，了解到该商品的采购时间、产地、产品运输保存天数和最佳使用日期等，让顾客买的放心[5]。某超市可根据农产品的标签信息判断其需要的存放温度和环境，以及判断其最佳销售时间和存放时间，充分做好价格和库存量决策，从而帮助减少损失，实现利润最大化。

4 试验成效与尚需优化的后期研究

本研究通过RFID 技术在冷链物流温控管理中的应用，提出优化冷链物流温控管理体系，在智能化实时监控、安全预警和农产品溯源等管理过程中，解决目前冷链物流各环节出现的基础设施建设水平低、技术含量不足和“断链”等问题，实现农产品从农田到餐桌的冷链物流运输高效衔接和全程追溯，各环节全程实时监控，信息无缝对接，保证了果蔬、畜产品、水产品等农产品的新鲜品质，提高了农产品冷链流通的效率，为未来建设全程无缝、高度信任、绝对安全、超高效率的冷链物流和全面进入数字经济时代打好基础。

RFID 技术在某超市冷链物流中的应用成效：（1）实现了农产品的实时跟踪、路径追踪和时效监控等功能，通过RFID 系统中心服务器对运输环节进行定位和监控，提升农产品配送的效率和安全性。（2）根据农产品的RFID 标签，及时分析和掌握供应链农产品资源管理、品质监控等数据，为超市提供准确的数据支持，提高超市的管理服务水平和农产品的品质。（3）应用RFID 技术了解农产品的存储温度、货源位置、存放时间和移动情况等信息，实现消费者购买需求与超市农产品供给的智能化匹配，提高超市存储管理水平和农产品质量的控制效能。

某超市在应用RFID 技术实现冷链物流温控管理过程中，凸现了管理的优势，但还存在冷链运输的协调性及成本高等问题，如长短途运输之间多元运输协调的问题，技术运用成本与其产生的效益之间的关系，采用何种材质的电子标签才能使得利润最大化，特别是对于利润空间小的农产品，如何解决“最后一公里”的问题，这些将是后续研究需要考虑的问题。