基于NBIOT技术的冷链物流监控系统设计与实现Word下载.docx
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2016年的中央一号文件，指出冷链配送是推进生鲜产品供给侧改革的重要一环，要完善跨区域冷链物流体系，推进冷链标准化示范，实施特色生鲜产品产区预冷工程。
同时，加速农村电子商务，形成线上线下融合、农产品进城与农资和消费品下乡双向流通格局。
在电商的迅猛发展和冷链政策利好双重推动下，刺激了资本市场热情投放，冷链产业迎来了快速发展的机遇，。
来自第三方研究机构的数据显示，2015年全国冷藏车增长1.4万辆左右，冷藏车保有量突破9万辆，同比增长18.4%，冷库总保有量达到3710万吨，同比增长11.76%。
1.1.2研究意义
当前，冷链在我国已经处于井喷式发展的阶段。
冷链物流服务对象主要是初级农产品、加工食品、药品（特别是生物制剂和血液制品）以及部分危险化学品等，这些产品与我国人民身体健康和生命安全息息相关，因此国家相关部门高度重视。
实际上，产品由于冷链存储和运输出现问题而造成的不新鲜，不但影响味道变化和营养价值，更严重的甚至会对消费者身体健康和生命安全造成威胁，已属于伪劣商品。
因此，冷链物流对于保证产品质量、保障我国人民生命安全和身体健康方面意义重大。
有数据统计，我国每年果品腐烂损失近1200万吨，蔬菜腐烂损失1．3亿吨。
此外，中国的零售食品有50％需要温控运输，但只有15％货物在拥有温控的环境下运输，而在欧洲和美国同样的货物有85％是在温控环境下运输的。
如果中国建立起一个完善的点到点、门到门的全程冷链物流服务体系，则至少可在物流环节节省160亿美元。
由此可见，完善的冷链物流能够最大限度地减少浪费，节约社会资源，增加初级生鲜产品的产业价值。
对于中国这样一个人口众多的大国，加强冷链物流建设，最大限度地降低成本、节约社会资源的重要性更加突显。
伴随我国经济的发展转型和产业结构的重大调整，生鲜产品逐步呈现出规模化区域性生产的发展态势，跨区域和反季节销售的增加，对我国冷链物流的发展提出了更高的的要求。
但是，我国冷链物流尚处于起步，系统化、标准化、规模化的冷链物流体系尚未形成，冷链物流远远不能满足现代农业发展和生鲜产品出口需求。
长期以来，由于冷链保鲜储运能力不足，流通损失相当严重，生鲜产品难卖和价格季节性波动的矛盾异常突出，农民增产不增收的情况时常发生。
发展和完善冷链物流体系，不但能够减少生鲜产品在运输过程中因腐烂变质引起的损失，还能够推动生鲜冷链产品反季节跨区域的均衡销售从而，稳定生鲜市场，促进农民增收。
由此看来，加快发展冷链物流，对于促进我国农业发展和保障农民增收意义重大。
2冷链物流概述
2.1定义
冷链（coldchain）最早是在十九世纪末，由美国人美国人阿尔贝特·
巴尔里尔和英国人J.A.莱迪齐先后提出。
伴随着人们食品安全意识的增强，供应链理论的不断发展，冷链也不断得到发展。
关于冷链，各个学者给出了自己不同的定义，综合各类研究，本文将冷链定义为：
为保持易腐品的品质，减少损耗和防止污染，在产品从生产、加工、存储、运输、配送、销售到消费的各个环节和过程中，始终处于规定的低温环境下的特殊的供应链系统。
冷链物流（ColdChainLogistics）是指一种物流体系，该体系是以冷冻工艺学为基础，以制冷技术和GPS、GIS等信息技术为手段，以网络为平台，在低温条件下，实现全程点对点跟踪管理服务。
冷链物流也叫低温物流，主要由冷冻加工、冷冻储藏、冷冻运输及配送、冷冻销售四个方面组成。
根据物品特性，冷链物流的使用范围如下表所示。
冷链物流的使用范围
2.2冷链物流的特点
由于冷链物流是以保证FMCG（快速消费品）和医疗医药行业等对温度控制有特殊要求物品的品质为目的，以保持低温环境为运营核心要求的供应链系统，因此冷链物流系统比一般常温物流系统要求更高，也更加复杂。
第一，与常温物流相比，冷链物流系统的建设投资要大很多，它是一个庞大的系统工程。
它需要有特殊的冷藏或冷冻装置来保证其低温环境。
例如，专门的冷藏车、冷藏库以及专门的低温加工场所等。
第二对信息技术要求高。
冷链物流具有精益性、敏捷性的双重特征，从原材料到消费者的整个过程中，参与主体多，且整个过程要求实时监控，因此需要高度信息技术支撑。
第三，易腐食品的时效性要求冷链各环节具有更高的组织协调性。
与常温物流系统相比较而言，冷链物流系统在运营过程中，对于时间的要求非常高。
一旦运营过程中的某一环节出现了问题，就很有可能对物品的品质造成威胁。
如果冷链各环节由于没有很好的组织协调，而不能及时协调解决问题，那么无论是对于托运方还是承运商来说，都将面临巨大的损失。
第四，冷链物流是上下游供应商和客户联系最紧密的供应链。
要保证冷链不断，这不仅和冷链物流提供商内部的组织协调性有关，而且也和为冷链物流提供商提供冷冻冷藏设备的供应商紧密相关。
冷藏冷冻设备一旦出现问题，上游设备供应商能否及时维修或者进急调拨替代产品以保持冷链不断，这也是冷链运营能否保持持续性和完整性的关键因素。
因此，在冷链运营过程中，冷链各个环节上的供应商和客户之间必须保持最紧密的联系，应对一些突发事件，以保证冷链质量。
第五，冷链的运作始终是和能耗成本相关的，有效控制运作成本与食品冷链的发展密切相关。
物流质量和物流成本是两个存在二律背反原理的物流因素，这一点在物流成本本身就高的冷链物流系统中表现得尤为突出。
如何在保证物品品质的同时很好的控制冷链物流成本，这也一直都是冷链物流研究者探索的焦点之一。
作为物流的重要组成部分，冷链物流除了具有一般物流的特点外，还具有自身的特色，比如对冷藏技术和时间的严格要求，这是冷链物流与其他物流的主要区别。
除此之外，冷链物流还具有以下特点：
（1）建设投资大，技术复杂；
（2）要求冷链各环节具有更高的组织协调性；
（3）有效控制运作成本与冷链发展密切相关；
（4）冷链物流市场经营规模小，网络分散。
2.3冷链物流遵循的原则
冷链物流要良好的运行起来，必须遵循以下几个原则：
1、加工过程应遵循3C、3P原则
“3C原则”是指：
冷却（Chilling）、清洁（Clean）、小心（Care）。
也就是说，要保证产品的清洁，不受污染；
要使产品尽快冷却下来或快速冻结，也就是说要使产品尽快地进人所要求的低温状态；
在操作的全过程中要小心谨慎，避免产品受任何伤害。
“3P原则”是指：
原料（Products）、加工工艺（Processing）、包装（Package）。
要求被加工原料一定要用品质新鲜、不受污染的产品；
采用合理的加工工艺；
成品必须具有既符合健康卫生规范又不污染环境的包装。
2、贮运过程应遵循3T原则
“3T原则”是指：
产品最终质量取决于冷链的储藏与流通的时间（Time）、温度（Temperature）、产品耐藏性（容许变质量）（Tolerance）。
“3T原则”指出了冷藏食品品质保持所允许的时间和产品温度之间存在的关系。
冷藏食品的品质变化主要取决于温度，冷藏食品的品温越低，优良品质保持的时间越长。
由于冷藏食品在流通中因温度的变化而引起的品质降低的累积和不可逆性，因此对不同的产品品种和不同的品质要求都有相应的产品控制和储藏时间的技术经济指标。
3、整个冷链过程的3Q、3M条件
“3Q”条件：
即冷链中设备的数量（Quantity）协调，设备的质量（Quality）标准的一致，以及快速的（Quick）作业组织。
冷链链中设备数量（能力）和质量标准的协调能够保证农产品总是处在适宜的环境（温度、湿度、气体成分、卫生、包装）之中，并能提高各项设备的利用率。
因此，要求产销部门的预冷站、各种冷库、运输工具等，都要按照农产品物流的客观需要，互相协调发展。
快速的作业组织则是指加工部门的生产过程，经营者的货源组织，运输部门的车辆准备与途中服务、换装作业的衔接，销售部门的库容准备等均应快速组织并协调配合。
“3Q”条件十分重要，并具有实际指导意义。
例如，冷链中各环节的温度标准若不统一，则会导致食品品质极大地下降。
这是因为在常温中暴露1小时的食品，其质量损失可能相当于在-20℃下贮存半年的质量损失量。
因此，对冷链各接口的管理与协调是非常重要的。
“3M”条件：
即保鲜工具与手段（Means）、保鲜方法（Methods）和管理措施（Management）。
在冷链中所使用的贮运工具及保鲜方法要符合农产品的特性，并能保证既经济又取得最佳的保鲜效果；
同时，要有相应的管理机构和行之有效的管理措施，以保证冷链协调、有序、高效地运转。
在上述原则中，属于产品特性的有原料品质和耐藏性；
属于设备条件的有设备的数量、质量，低温环境和保鲜贮运工具；
属于处理工艺条件的有工艺水平、包装条件和清洁卫生；
属于人为条件的是管理、快速作业和对食品的爱护。
这些原则相互影响、相互制约，作为冷链物流操作的技术依据，为冷链物流的发展提供丰富的理论支持。
3“互联网+”背景下冷链物流发展现状及趋势
回顾冷链物流发展历程，从起步到展翅高飞，一年一个变化。
相较于2008年的“概念兴起”、2009年的“跑马圈地”、2010年的“五年规划”、2011年的“波澜骤起”、2012年的“局部过剩”、2013年的“稳中有进”、2014年的“理性发展”、2015年的“从量到质”，产业格局不断变化，企业不断调整战略，适应市场变化和新需求。
3.1发展运行现状
3.1.1市场规模进一步扩大
近年来我国新鲜蔬菜、水产品产量、水果产量、肉类禽蛋产量均居世界第1位，牛奶产量居世界第3位。
据国家统计局发布数据显示，2014年蔬菜产量76005万t，水产品总产量为646l万t，水果产量26142万t，肉类产量为8706万t，禽蛋产量为2893万t，牛奶产量为3724万t。
2014年我国冷链市场需求规模达到1．05亿t，冷链物流市场整体增长率达到18％。
未来十年，预计还将有新增3亿左右的城镇人口数量，生鲜产品市场需求持续增长不可避免。
2011—2014我国生鲜产品产量统计单位：
万t
年度
蔬菜产量
水果产量
肉类产量
水产品产量
牛奶产量
蛋禽产量
2011
67929
22768
7965
5603
3657
2811
2012
70883
24056
8387
5907
3743
2861
2013
73511
25093
8535
6172
3531
2876
2014
76005
26142
8706
6461
3724
2893
3.1.2基础设施不断完善
2014年全国冷库总量达到3320万吨，比2013年增长36.9%。
2014年《政府工作报告》提出，全年要淘汰老旧车辆600万辆的任务，商用车大幅升级换代，冷藏车2014年产销量达到2万辆，与2013年相比翻了一番。
据中物联冷链委不完全统计，2014年全国运营的重点冷链项目超过40个，投资额已经超过550亿元。
3.1.3冷链物流政策环境利好
2014年由中物联冷链委负责起草的《物流企业冷链服务要求与能力评估指标》、《水产品冷链物流服务规范》两项国家标准正式发布。
《鲜活甲壳类海产品冷链运输规范》、《肉禽类冷链温控运作规范》、《药品阴凉箱的技术要求和试验方法》等三项行标正式立项。
《道路运输易腐食品与生物制品冷藏车安全要求及试验方法》发布，2014年7月1日开始执行。
行业规范和标准的制定进一步改善了冷链物流环境，加快了冷链标准化进程。
2015年中央一号文件提出要创新农产品流通方式，支持电商、物流、商贸、金融等企业参与涉农电子商务平台建设；
2015两会政膊工作报告又明确提出要加强大型农产品批发、仓储和冷链等现代物流设施建设。
由此可以看出，随着国家政策的不断完善，在“互联网+”背景下，冷链物流在未来一定会取得更加长足的发展与提升。
3.1.4食品安全与冷链管理受到重视
一直以来，我国都是一个食品生产与消费大国，这就使得大众消费的食品安全与环境卫生问题，成为了人们所重视与关注的一个重要问题。
一般来说，造成食品问题的根本原因主要还是处在流通环节中。
随着人们食品安全意识的不断提高，人们对于食品的质量理念也发生了明显的变化。
现阶段，人们往往更多关注的是产品的整体市场中表现力，也因此而更加关注与产品的生产环节、流通环节以及销售环节有关的各项活动。
这种市场信息将会在很大程度上引导企业来全面强化自身的供应链管理，并进一步引导企业将其自身的品牌和产品的质量进行更加紧密的结合与联系。
3.1.5生鲜电商发展迅速
2014年，随着我国冷链政策环境改善、互联网崛起，很多传统物流企业和电商企业进入冷链领域，不仅为冷链行业注入新的血液和基因，而且对传统冷链格局带来了巨大的冲击。
2014年京东联手万家便利店，一号店则携手沃尔玛，顺丰依托“顺丰冷运+顺丰优选+顺丰嘿客”布局2500家门店，纷纷“入侵”冷链“最后一公里”。
生鲜电商直接连接产、销的一体化运营模式，对降低农产品流通成本和腐损率具有重要意义。
有专业人士指出，生鲜电商的爆发将推升冷链刚性需求。
生鲜电商的迅速崛起赋予了冷链产业新的商机，冷链电商时代，冷链物流已经成为物流企业新的增长点。
冷链物流与现在电子商务发展相结合。
随着互联网+理念的提出，电子商务的热度有增不减，鲜活易腐商品的竞争成为电商竞争的新热点，但是这些产品的销售与物流的质量和速度息息相关，如果没有冷链物流的保障，生鲜电商也无法获得消费者的信赖和认可。
论文各章节安排如下:
第一章绪论:
介绍了论文研究的背景和意义，从物联网和基于物联网的环境质量监控综
合管理系统建设两个方面的进展介绍当前环保物联网的发展情况。
第二章相关背景知识:
物联网基本技术介绍，包括其定义、三层结构和关键技术，关键
技术主要概要介绍物联网架构、统一标识、传感器、RFID（RadioFrequencyIdentification）、通
信和组网、软件服务和算法、标准化等技术;
对面向服务技术架构SOA,J2EE、多层次系统
架构MVC、实时数据库等技术的核心功能做了基础性介绍。
第三章总体架构设计:
包括平台需求分析、环保物联网总体架构、软件分层架构、业务
架构的设计。
第四章体系结构设计:
包括基础数据库、应用支撑平台、计算机网络系统设计。
第五章数据库总体设计:
论述了总体设计思路，对实时数据库的数据组织架构、污染源
自动监控、环境质量自动监控、实时数据库选型做了总体设计;
关系型数据库设计包含了污
染源、环境质量、环境元、GIS（GeographicInformationSystem）、数据归档与恢复数据库进行
了概要设计。
第六章应用软件设计:
实现数据平台的分析、统计、同步、交换、接口处理;
应用支持
平台实现用户统一管理、GIS服务、视频服务、实时数据库等公共支撑组件库的统一调度。
第二章相关背景知识
2.1物联网
物联网顾名思义物物相连的互联网，随着技术发展，物联网的定义和范围也在不断的发
生变化。
国内外普遍公认的是MITAuto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出
来的，当时叫传感网。
2005年在国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中对物联网的赋予了
新的定义，不仅基于RFID技术的物联网，提出了无所不在的网络和无所不在计算的发展愿
景;
在我国，物联网的覆盖范围与时俱进，己经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报
告所指的范围，物联网己被贴上“中国式”标签，其含义为:
物联网是将无处不在（Ubiquitous）
的末端设备（Devices）和设施（Facilities）采用适当的信息安全保障机制，通过传输网提供
安全可控乃至个性化的管理和服务功能，并对其信息采集、传输、处理赋予了具体的内容[flll
2.1.1物联网的结构
物联网由三个部分组成:
感知层位于最底层，其功能为“感知”，他是物联网的核心，是
信息采集的关键部，他通过二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPs、传感
器、M2M终端、传感器网关等感知设备，实现识别物体和环境指标、事故应急等信息的捕获、
采集，与人体结构中皮肤和五官的作用类似，以达到智能感知的目的;
网络层位于物联网三
层结构中的第二层，其功能为“传送”，即通过通信网络进行信息传输，利用无线网、移动网、
固网、互联网、广电网等传输网络实现感知层采集信息的传输[[3];
应用层位于物联网三层结
构中的最顶层，其功能为“处理”，对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现
对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策。
面向环境保护的物联网作为物联网在环境保
护这一特定领域的应用，其技术发展与传统的物联网既有共同之处也有其特殊之处。
按照上
述面向环境保护物联网的三层网络结构，其技术发展也可从感知、传输、处理三个环节进行
阐述[12]。
2.1.2物联网的关键技术
物联网技术包括物联网架构、统一标识、硬件、通信和组网、软件服务与算法、智能计
算、安全与隐私、标准体系等。
C物联网架构:
科学有效的顶层设计是信息化建设得以顺利实施、有效运行的基础，物联
网技术的应用最终是满足人们对于信息的需要，所以要实现信息的互通，提供丰富的物联网
应用对互联网框架的健壮性、可扩性提出了很大挑战。
（2）统一标识:
需要制定唯一的标识标准，打造唯一可解析的物联网系统;
涉及标识的分配、
管理、
加密解密、
传感器技术:
标识存储、匿名标识技术、映射机制和结构设计等方面的问题。
（3）
是一种检测装置[[3]，感受被测量，并将测量的信息按一定规律变换成为电
信号或其他所需形式的信息输出，比如将模拟信号转化为计算机可以识别的数字信号;
更全
面的感知能力将使得物联网技术得到更广泛的应用，同时要解决低功耗，小体型和低成本的
问题。
目前在环境监测中一般会用到的传感器有温度传感器、湿度传感器、柔性加热器、气
体质量流量传感器、压力传感器及压差传感器等等，他们广泛的应用于环保的水质监测、空
气质量监测、噪音、辐射监测等方面。
C4）射频识别（RFC）:
RFC是利用射频通信实现的非接触性自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间祸合或雷达反射的传输特点，实现对物体的自动识别。
标签包含了电
子存储的信息，数米之内都可以识别;
与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线
之内，也可以嵌入被追踪物体之内;
他是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技
术。
一套完整的RFID系统由阅读器、应答器、应用软件系统三个部份所组成。
（5）通信和组网技术:
实现集合有限和无线方式，实现物体无缝和透明链接;
支持异构网络、
扩平台兼容、支持芯片级的组网、减小开销并未物体提供有效链接的的解决方案、芯片通信
结构中参数动态配置;
涉及物联网网络协议、IPv6技术、物联网数据链路层互联技术、物联
网规划与综合布线、路由器与交换机配置技术、物联网的网络管理、物联网对象名称解析服
务、物联网实体标记语言、物联网设计等方面。
目前主要技术有蓝牙、ZigBee,Z-wave,Nfc,
UWB、M2M等。
（6）软件服务与算法:
软件和算法是实现物联网功能、决定物联网行为的主要技术，重点包
括各种物联网计算系统的感知信息处理、交互与优化软件与算法、物联网计算系统体系结构
与软件平台研发等。
（7）标准化:
物联网各层都有自己的标准，如异构设备接口标准化、射频识别技术标准化的
电子标签的标准体系和行业标准化、无线频谱分配、发射功率及通信协议的标准化、语义数
据模型等标准的统一，保准系统间的信息交互[[13]
2.2面向服务的技术构架一SOA
平台的设计与实现采用面向服务的技术架构（SOA,Service-OrientedArchitecture），松祸
合的设计模式，保证系统的灵活、可扩展性以及良好的维护性。
SOA是一种架构设计方法，其特点主要体现在两个方面:
一是面向服务的系统体系结构，
进行系统资源整合的一种架构;
根据“按需提供服务”的精神，提供通过网络访问的服务
Service，以构建高度可重用的，以业务逻辑为中心的业务应用系统。
符合SOA的应用系统以
松祸合的方式，对外提供标准的服务调用接口。
SOA是应用开发和集成的架构模式和设计原
则，提供“服务，，给其它应用和服务的设计方法指导思想是“软件重用”的自然进化。
二是SOA
适应系统应用集成的需求，提供了一整套指导实现模块化、封装、松祸合、重用、架构原则
和模式。
所以说SOA是一个组织内业务应用集成和组织间业务应用集成的设计方法、规范、
软件架构思想理念，最终目标是解决软件重用、应用集成的问题，实现灵活可变的IT系统。
面向服务架构应用技术主要有基于对象的组件体系结构、WebServers技术和构件技术三
不中。
WebService即Web服务，是一种组件技术，是一种跨编程语言和跨操作系统平台的远程
调用技术，它可以快捷和方便地综合并结合各种系统、商务和任何应用平台;
通过WEB发
布，其应用可以供客户端动态发现和调用;
WebService平台的三大技术由XML+XSD,SOAP
和WSDL构成。
RMI全称是RemoteMethodInvocation即远程方法调用，是一种分布式计算技术，该方法
允许一个Java程序通过网络调用另
升级会员 