物联网环境下农产品冷链监控与追溯平台研究

      中图分类号：F252.24 文献标识码：A 文章编号：1671-816X(2015)05-0485-06

      近年来，随着全社会对农产品保鲜度和质量安全等要求的不断提高，对加快发展农产品冷链物流提出了更高的要求。然而目前冷链市场存在经营规模小、冷链流通率低、产品损耗大、运作成本高、物流技术落后、基础设施薄弱，质量监管不力等问题。[1]农产品质量安全直接关系到人民群众的健康和生活质量，近期的顶新“黑心油”、麦当劳腐肉、昆明毒米线等事件，暴露出农产品安全监管还存在许多问题。另外，冷链流通率低直接影响了冷链运作的成本和产品的质量。因此，有必要建立农产品冷链流通环节的安全监控以及追溯体系，以保障冷链过程的安全、高效和透明。国家发改委2010年发布的《农产品冷链物流规划》也强调把冷链物流全程监控和追溯系统工程作为重点工程之一。[2]

      目前已有不少学者致力于冷链产品监控和追溯方面的研究，提出了很多有效的监控、追溯方案，设计实现了针对具体需求的监控或追溯系统。颜波等针对水产品流通过程的全程追溯需求，从供应链角度，以罗非鱼为研究对象，设计并开发了基于RFID和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台。[3]齐林等以ZigBee协议为基础，围绕CC2530型无线传感片上系统，设计了基于无线传感网络(WSN)的水产品冷链物流实时监控系统。[4]赵丽等针对农产品质量安全追溯成本高、便携性差等问题，设计了基于手机二维条码识别的农产品质量安全追溯系统。[5]刁海亭等以蔬菜为研究对象，借助WebGIS、物联网、条码识别等多种现代信息技术，探索了基于现代信息技术的蔬菜安全预警与追溯平台建设。[6]

      可以看到，当前针对农产品冷链监控和追溯的研究主要集中在冷链技术应用以及借助现代信息技术如RFID、条码技术、WSN、GPS、WebGIS等构建监控和追溯系统方面，而这些技术应用大多是在物联网环境下的应用，因此本文主要从物联网环境下的农产品冷链物流监控与追溯平台的总体结构、主要功能和关键技术方面进行一些研究和探索，并提出一些关于平台建设和发展方面的建议。

      一、冷链监控与追溯平台构建

      (一)冷链监控与追溯方案设计

      农产品供应链一般包括生产者、产地批发市场、加工企业、物流服务商、销地批发市场、经销商或分销商以及消费者等主体，而冷链物流系统主要包括冷链加工、低温贮藏、低温运输和配送以及冷链销售四个环节。[7]图1为冷链物流的一般运作模式。

      

      图1 一般冷链运作模式

      要实现冷链的全程监控就必须对冷链各个流通环节进行实时信息采集和实时信息监控，保证冷链无缝对接，并上传冷链流通环节的重要信息至服务器，保证冷链追溯的有效性。而冷链监控与追溯的实现离不开现代信息技术的支撑，尤其是物联网技术。

      国际电信联盟(ITU)发布的ITU互联网报告，对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[8]冷链物流流通环节存在多种不确定因素对农产品品质造成影响，而物联网及其技术的引入会有效地监控、稳定这些因素的变化，并使得溯源过程更加便捷和高效。

      该监控与追溯平台方案主要是结合RFID技术与EPC技术实现农产品的编码标识和信息存储，利用WSN技术实现产品及其环境的数据采集和监测，同时基于无线通信技术GPRS等进行数据的接收和发送，将温湿度等环境信息监控数据通过无线信号发送到监控中心，监控中心对传过来的数据进行分析，按照冷链专业标准设定监控数据范围，如果数据超过安全控制范围，则会发出警报或者发送相关指令给设备操作人员启动相关设备等。同时利用全球定位系统GPS对运输车辆进行定位和跟踪，利用网络地理信息系统WebGIS对运输工具的信息进行电子化显示和实时监控，从而实现对冷链产品的全程跟踪与监控。

      (二)冷链监控与追溯平台总体结构

      冷链平台依据物联网分层结构及冷链物流监控与追溯设计方案，分成感知层、网络层和应用层，如图2所示。

      感知层，也即具体的操作层，主要由无线传感器网络、RFID电子标签、阅读器和GPS卫星全球定位系统等构成，在不同流通环节，采用不同的技术完成对产品信息、产品状态信息、环境状况信息等数据的采集。在生产加工和仓储环节，通过部署的温度、湿度、浓度等传感器进行采集；在运输配送环节，通过GPS车载终端实现车辆位置信息的采集；在冷链销售环节，通过RFID标签和嵌入式设备实现电子交易，消费者也可以通过手持设备追溯产品信息。