基于RFID物联网的生鲜食品冷链配送实时监控策略周程图文Word文档格式.docx
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物联网;
冷链配送;
实时监控【中图分类号】TP182
【文献标识码】A
【文章编号】1674－4993（201409－0088－04
ＲealTimeMonitoringSystemforFreshFoodColdChainDistributionBasedonＲFIDandIOT
□ZHOUCheng
（SchoolofLogisticsandEngineeringManagement,HubeiUniversityofEconomics,Wuhan430205,China【Abstract】Freshfoodcoldchaindistributioninformationisanimportantpartofthefoodsecuritytracinginformation．Therefore,itputforwardadesignschemeoffreshfoodcoldchaindistributionmonitoringsystembasedonradiofrequencyidentification（ＲFIDandinternetofthings（IOT．Mostofall,
theself－recognitionmethodoftheloadingorunloadingprocess,thefault－tolerancetechnologyandduplicationeliminationfilteralgorithmarediscussed．Itcanbeusedtomonitortheconditionsoffreshfoodscoldchaindistributiononline,includingtheoperationperformanceofrefrigeratedvehicle,realtimegeographicalpositionlocation,
cargo’sclasses,cargo’squantitiesandtemperature．Itrealizedthemonitoringandmanagementofcoldchaindistributionprocess．Furthermore,researchonthispaperprovidesagoodeffortontheautomaticityofthecoldchaindistribution,thesupervisionandtraceabilityoffreshfood,whichisofgreatandpracticalsignificancetofoodsecurity.
【Keywords】logisticsengineering;
radiofrequencyidentification;
internetofthings;
coldchaindistribution;
realtimemonitoring
“民以食为天”,食品安全关系到广大消费者身体健康与生命安全,日益受到消费者和国家重视。
李克强总理在2014年《政府工作报告》中明确指出:
建立从生产加工到流通消费的全程监管机制和可追溯体系,
切实保障“舌尖上的安全”。
随着我国城乡居民食品消费结构升级,生鲜食品的需求量迅速增长,该类食品保鲜期短,极易腐烂变质,对温度等贮藏环境依赖性强。
冷链技术的广泛应用可降低流通环节该类产品的腐损率,有力保障了生鲜食品安全,冷链行业迎来了发展与振兴的良好机遇。
冷链是指易腐食品从采收、加工、包装、储运、配送及销售,直到消费前的各个环节中始终处于适宜的低温控制环境,
确保食品质量与安全的特殊供应链系统[1]
。
在冷链运营管理中,对承担运输与配送任务的冷藏车地理位置、车厢温度与湿度、装卸作业、车厢门开关状态等关键信息进行
无缝衔接的实时监控,有利于提高生鲜食品质量数据的监管溯源能力,对于保证食品安全具有重要现实意义。
近年来,随着生鲜食品冷藏运输率的提升和冷链物流追溯系统工程的培育,已有学者致力于冷链配送监控领域的研究。
文献[2－3]
将Zigbee无线传感器网络技术应用于水果储运
过程的温湿度监测,车载上位机软件完成采集、存储等功能。
文献
[4]
采用自带温度传感器的ＲFID标签,定时采集低温食品
的环境温度,并在仓库或配送中心集中上传数据到后台,进行食品温度监测。
[5]
研发了罗非鱼冷链物流温度监控系
统,当冷藏车路过预先设定的天线感应区域时,ＲFID温度标签将内部采集到的温度数据上传,供生产商和经销商查询。
[2－5]
完成了冷链配送环境参数的采集,但仅限于在仓库、
配送中心,或布置感应线圈的区域等特定场所实现数据上传,
第9期周程:
基于ＲFID物联网的生鲜食品冷链配送实时监控策略
远程发布功能与监测实时性有待进一步加强。
伴随物联网关键技术（ＲFID、通讯营运商的无线网络、智能芯片、传感器的成熟和推广,研究者将ＲFID作为信息识别和传感设备,借助通讯营运商的无线网络,按照规定的协议将生鲜食品与互联网连接起来,进行配送信息交换和通信,以实现生鲜食品冷链配送的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[6]。
文献[1,7－9]利用ＲFID、无线通讯和传感器等物联网技术,完成冷链配送货物智能识别和温度等信息监控,具备一定的远程实时发布功能,实现了生鲜食品冷链配送全程跟踪与质量安全可溯工程的雏形。
从以上文献可知,对于生鲜食品冷链配送监控领域的研究,虽取得了某些成果,但是在装卸货作业感知识别和ＲFID数据冗余容错机制方面的研究比较欠缺,还没实现完整意义上的冷链配送监控系统。
针对上述问题,这里采用ＲFID物联网技术,构建了一个生鲜食品冷链配送监控平台方案,探讨冷链配送中装卸货作业自动识别流程和ＲFID数据容错过滤策略。
1面向物联网的冷链配送监控内容
冷链配送各个环节都要求处于冷藏、冰温或冷冻的低温环境中,包括在货品装卸搬运等支撑性作业中也要求对环境温度进行控制,以保证生鲜食品的质量、减少损耗和防止变质。
随着物联网技术日益成熟,通过其核心技术ＲFID,对冷链配送货物的温度、湿度等进行全程动态实时监控。
ＲFID是一种采用无线射频方式,实现无接触式自动识别和数据交换的技术。
典型的ＲFID系统由电子标签、读写器、天线及应用系统构成,基本工作原理是[6]:
当电子标签进入天线辐射磁场后,接收到读写器发出的射频信号,凭借电磁感应获取能量,激活标签内置芯片,将芯片中存储的信息以射频信号模式发出,经天线调节器传送到读写器并解码后,送达上层软件系统进行相关数据处理。
本文中面向物联网的冷链配送监控是利用现代计算机技术、传感技术、实时定位、射频识别技术、无线网络、互联网等技术和设备,将参与配送作业的所有物件串连为一个智能网络,对其进行识别、定位、跟踪、监控及触发相应管理事件。
在生鲜食品冷链物流配送过程中,监控内容主要包含以下四方面:
①货物跟踪信息。
选用定位技术获取货物和车辆的位置,对货物追踪管理。
②食品安全监控信息。
采集有关温度、湿度以及冷藏车内空气中化学物质的变化（食物腐败产生二氧化碳和氢气等气体,用于食品安全朔源。
③运输设备安全信息。
在车辆的发动机、制冷装置等设备安装传感器,实时监测设备运行性能,实现设备健康管理。
④配送业务流程自动识别。
运用ＲFID智能识别功能,通过读写器快速的记录货物的装卸货等信息,实现装卸货自动化,节约人力和效率,优化作业流程。
2冷链配送监控系统架构
2.1网络拓扑结构
国内外多年冷链物流实践证明,由于生鲜食品在配送过程中所处环境变化较大,且受制于制冷技术和成本因素,温度越界引发变质的风险尤为显著,配送已成为冷链物流中最薄弱的环节。
基于ＲFID技术的物联网技术日益成熟,使精细化监控冷链配送的过程信息成为可能,通过面向物联网的冷链配送监控,可实时了解生鲜食品在配送环节中温度等环境参数,降低冷链配送损失,提高食品安全性。
本文构建的配送监控平台网络拓扑结构如图1,含感知层、网络层和应用层
图1系统网络拓扑结构
2.1.1感知层
通过电子标签,ＲFID读写器读取货物的温度电子标签,自动识别货物种类、数量、温度等环境参数,采用ＲS232模式上传到车载计算机终端。
选择美国国家仪器公司的数据采集卡,动态采集冷藏车发动机状态、车胎气压、油耗、车厢门开关状态、冷冻压缩机等运行性能,选用USB模式上传到车载计算机终端,实现冷藏车关键设备健康监测的数据采集。
GSM/GPS/GPＲS等无线通讯模块通过USB与车载计算机终端建立连接,实现车辆实时定位及无线网络通信功能。
当冷藏车运行参数或货物温度等监测量处于非正常状态时,车载现地单元将触发语音报警,通知司乘人员处理。
2.1.2网络层
车载现地单元通过无线通信网络与Internet连接到远程监控中心,实现对冷藏车配送信息的全程实时监控。
选择具备二次开发软硬件平台的3G车载智能卡,快速实现3G通讯,搭建移动无线移动网络平台。
采用TCP协议的流式套接字设计网络通信模块,客户端应用程序安装到车载智能模块上,在后台运行,定时发送车辆监测信息到远程中心的服务器,直到用户关闭车载智能模块,数据传输流程如图2所示。
98
物流工程与管理第36
卷
图2车载单元与远程中心的配送监控数据传输流程
2.1.3应用层
远程监控中心对车辆位置和运行状态、货物种类、数量、温度等展开实时监测、分析、确定配送货物的安全状况。
当配送过程中将要或已经出现不正常情形时,远程中心将向冷藏车启动报警,提示司乘人员排除险情。
收货节点和消费者通过Web或移动通讯网络,对生鲜食品的配送环节展开追溯查询,判别配送是否符合保鲜要求,最终决定是否收货或购买,提高食品安全性。
远程温度查询流程为:
通过网络连接到冷链配送远程监控中心,登录到货物温度查询界面,键入待查询货物ID,实现对冷链食品的名字、生产厂家、生产日期、储存温度区间、保质期、配送车辆信息、配送环节是否出现报警、配送全程的温度列表和趋势图追溯。
2.2ＲFID容错与去重过滤策略
由于ＲFID无线电波容易被周围环境吸收和干扰,导致读写器出现漏读和误读[10－12],严重制约了ＲFID物联网技术在物流领域的推广。
在实际应用中,为了减少漏读和误读事件发生,通常采用增加读写器个数或读写次数（冗余容错模式,保证数据的完整性与正确性。
例如,假设ＲFID读写器读取成功率为80%,采用三个读写器后的读取成功率为1－（1－0.83=99.2%;
若三个读写器均读取两次,则最终读取成功率为1－（1－0.86=99.9936%,这足以满足对读取精度要求较高的物流管理系统要求。
然而,冗余容错机制产生了大量重复数据,增加了ＲFID数据传输和存储负担,有必要进行去重过滤。
因此,有效的解决容错问题,将有利于提高冷链配送中装卸货作业自识别率和货物环境温度定时采集的成功率,本文容错策略如下:
ＲFID读写器数量冗余。
在冷藏车典型位置冗余布置若干ＲFID读写器,采用多个读写器并行模式对电子标签数据展开读取。
ＲFID读取次数冗余。
通过多次读取方法,获取电子标签数据。
自适应读取频率。
在冷链配送的运输阶段,生鲜食品的环境温度是缓变量,过高的读取频率加大了系统负荷,可设置相对较长读取间隔,暂定15分钟。
装卸货阶段中,车厢门打开,温度变化相对运输环节要敏感,选择相对较短的间隔,暂定5分钟,有助于全面捕捉温度变化趋势。
读写器的重复读取次数在装卸货期间比运输阶段要多,有利于提升装卸货作业的自动识别率。
然而,冗余容错方法在降低ＲFID数据误读率和漏读率的同时,难免出现重复数据。
在读取时间窗口内,产生冗余数据的原因包括:
同一读写器对同一电子标签重复读取;
多台读写器读取同一电子标签。
在数据传输到远程配送监控中心前,有必要对电子标签数据进行去重过滤,减少系统负担。
在读取时间窗口deltTime内,假定读写器获取的原始ＲFID数据ＲawDataSet表示为（ＲID,tagID,Time,其中ＲID为读写器编号,tagID为电子标签号,Time为标签读取时刻,构建的去重过滤算法描述如下:
Step1对ＲawData合法校验,剔除非法数据,抽取合法数据DataSet。
Step2选择tagID为关键字,通过哈希变换,将DataSet存于ＲIDHash表中。
Step3在读取时间窗口deltTime内,当读取到一组新的合法newDataSet数据（ＲID,newtagID,newTime时,搜索ＲIDHash中是否存在newtagID:
若ＲIDHash不存在newtagID,则newDataSet为新到标签,则读写器输出标签数据到上位机系统,同时更新Hash表,将newDataSet插入ＲIDHash表。
若ＲIDHash存在newtagID,且二者读取间隔时间小于读取时间窗口deltTime,则newDataSet为重复数据,执行过滤操作,更新ＲIDHash表中对应的标签读取时间。
若ＲIDHash存在newtagID,且二者读取间隔时间大于读取时间窗口deltTime,则newDataSet为新读取标签数据,则读写器输出标签数据到上位机系统,更新哈希表中标签读取时间。
Step4上位机（车载计算机终端将连接的所有物理读写器抽象为一个虚拟读写器VirtualＲeader,则读写器重复过滤简化为读写器内部去重过滤模式,按Step1到Step3完成读写器重复过滤,过滤后标签数据FinalData记为（VirtualＲeader,tagID,FinalTime。
其中,Step1到Step3在各个读写器内部完成,Step4在车载上位机单元完成,去重过滤算法描述如下:
ＲemoveDuplicateFilter（//去重过滤算法
{
//对ＲawData合法校验,剔除非法数据
DataSet←ＲawDataSet
//哈希变换HASH（tagID,获得哈希表ＲIDHash
ＲIDHash←DataSet
//标签数据被读写器读取时
09
While（
//提取新标签数据tagID
tagValue←newDataSet
//遍历哈希表ＲIDHash,搜索tagValue
isExit,oldTime←Search（ＲIDHash,tagValue
if（isExit==true
//读取间隔时间是否大于读取时间窗口
if（newTime－oldTime＞deltTime
//输出标签中温度等数据到上位机系统
OutPutnewDataSet
//更新哈希表中对应时间信息
oldTime←newTime
}
elseif
elseif
//更新哈希表,插入标签数据
Insert（ＲIDHash,newDataSet
2.3配送中装卸货作业自识别流程
基于ＲFID技术能实现冷链配送中装车或卸车作业的自动识别,提高工作效率,装卸货自识别功能模块的伪代码如下:
AutoＲecog（//上位机（车载计算机中装卸货作业自识别流程
//FinalData为去重过滤后的标签数据
//FinalData包括（VirtualＲeader,tagID,FinalTime
//展开哈希变换HASH（tagID
VirtualＲeaderHash←FinalData
While（//标签数据上传到上位机
//遍历哈希表VirtualＲeaderHash,搜索tagValue
if（isExit==false
//装货,加入装货链表
AddLoadList（newDataSet
Insert（VirtualＲeaderHash,newDataSet
//更新哈希表中tagID对应时间信息
//更新哈希表中tagID对应标签数据
oldDataSet←newDataSet
//获取当前时间CurrentTime
GetCurrentTime（
//遍历VirtualＲeaderHash,搜寻持续未更新标签数据
while（
//若更新时间超过设定值,则认定为卸载流程
if（CurrentTime－oldTime＞ContinuousTime
//卸货,加入卸货链表
AddUnloadList（newDataSet
//更新哈希表,删除对应卸货部分的标签数据
Del（VirtualＲeaderHash,tagUnload
上述伪代码中,装货链表与卸货链表对应着装卸货清单,装载货期间的点货由系统自动完成,有效的提高装卸货的准确率与效率。
3结语
面向物联网的冷链配送监控系统,提高了生鲜食品配送安全监管的有效性,为食品可追溯系统模型与系统开发提供了参考。
在实际应用中,ＲFID物联网技术的推广受限于ＲFID电子标签成本。
随着科技和社会的飞速发展,ＲFID成本有望逐步降低,基于ＲFID物联网的冷链配送监控方案具有美好的应用前景。
[参考文献]
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[2]Ｒuiz－GarciaL,BarreiroP,Ｒodriguez－BermejoJ,etal．
Monitoringtheintermodal,refrigeratedtransportoffruitusingsensornetworks[J]．SpanishJournalofAgriculturalＲesearch,2007,5,（2:
142－156.（下转第76页
19
物流工程与管理第36卷
5.2食杂店
食杂店客户满意度为83.0930分,高于总体满意度得分82.3023分,说明客户对烟草企业的商品和服务较为满意。
二级指标中得分最高位确实性86.5723分,说明食杂店客户对客户经理、送货员的知识、技能及礼貌都较为满意,尤其是送货员的态度和送货员的业务熟练程度。
二级指标中得分最低的为可靠性80.3432分,低于总体满意度,说明客户对烟草企业完成所承诺服务的情况较为不满,这主要是由于卷烟货源的满足率和稳定性较低造成的。
其他二级指标均高于总体满意度,分别为有形性83.4980分,响应性84.6550分,关怀性86.2370分。
5.3超市
业态为超市的客户总体满意度为82.2432分,与总体满意度82.3023分基本持平,说明客户对烟草企业的商品和服务基本满意。
二级指标中得分最高为确实性86.9271分,说明客户对客户经理,送货员的知识、技能、礼貌都较为满意,尤其是送货员的态度和送货员的业务熟练程度。
二级指标中得分最低的为可靠性81.1796分,低于总体满意度,说明客户对烟草企业完成所承诺服务的情况较为不满,卷烟货源的满足率和稳定性存在较大问题,企业在这方面的服务有待改善。
二级指标中有形性81.7823分也低于总体满意度,主要是由于客户对周转箱送货服务满意度较低。
5.4娱乐场所
业态为娱乐场所的客户总体满意度为77.8966分,远低于总体满意度得分82.3023分,说明客户对烟草企业的商品和服务较为不满意。
二级指标中得分最高为关怀性85.2381分,说明业态为娱乐场所的客户对客户经理,送货员予以的单独关注和便捷的送货服务较为满意,尤其是客户经理主动提醒订货的服务,反映在四级指标中得分为90分。
二级指标中得分最低的为可靠性71.9226分,远低于总体满意度,说明客户对烟草企业完成所承诺服务的情况非常不满,主要是反应在卷烟货源的满足率和稳定性较低以及客户对烟草现有的投诉渠道和结果处理不满。
其他二级指标中,有形性和响应性的满意度得分均低于总体满意度水平,分别为78.5964分和81.9696分。
确实性得分高于总体满意度,为85.0893分。
6对策建议
6.1海晟连锁店
对于其最为突出的周转箱使用及设备设施维护问题,加强员工培训是有效解决措施,海晟可将操作流程、注意事项等规范成手册,统一组织员工培训。
同时,可结合海晟投资公司多元化投资管理的特点,与其他子公司进行技术交流。
6.2超市与食杂店
由于两者有货运量相对较大、商品种类相对较多、场地实际情况复杂、多突发事件等特征,在与烟草物流货物对接方面存在较大问题。
这需要双方建立良好的协调沟通机制,最好通过信息化系统实现管理。
6.3娱乐场所
娱乐场所的总体满意度在四种业态中最低,主要表现为烟草物流在货源供应、售后服务方面存在较大问题,烟草物流有必要给予各娱乐场所特殊关注,具体逐项解决其问题。
[1]朱俊,刘任葵.第三方物流服务的顾客满意度研究[J].
物流技术,2003,23,（5:
9－11.
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评价指标体系研究[J].企业研究,2010,26,（18:
108－109.
[3]肖丽芬.第三方物流企业客户服务满意度评价系统研究
与应用[D].长沙:
湖南大学,2012.
[4]金宇明,焦新龙,刘雪莲.物流企业客户满意度评价理论
及应用[J].物流技术,2013,32,（3:
366－380.
[5]赵忠红.怀化烟草公司顾客满意度测评研究[D].长沙:
中南大学,2009.
（上接第91页
[3]郭斌,钱建平,张太红,等.基于Zigbee的果蔬冷链配送
环境信息采集系统[J
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