果蔬冷链物流现状分析和物联网技术在果蔬冷链物流中的应用

物流业是最早接触物联网的行业, 智慧物流是未来10~15年内物联网大力发展的六项战略性应用之一, 物联网技术应用到物流领域推动了物流系统的快速发展, 促进了物流业发展进入一个新的发展时代———智慧物流时代。智慧物流发展, 给物流各个领域都带来机遇和挑战, 使以前一些不可控的因素透明化、职责化。把物流运作中复杂多样的环节有效的衔接起来, 同时降低物流成本, 提高了物流效率, 使消费者轻松、放心购物消费。本文以果蔬冷链物流为研究对象, 物联网的核心技术应用到果蔬冷链物流各环节中, 构建物联网技术在果蔬冷链物流中应用总体架构。

目前我国果蔬种植面积和产量均居世界第一, 每年约有4亿吨生鲜农产品进入流通领域, 由于保鲜产业落后, 储藏方式和消费方式原始, 据统计每年有8000万吨果蔬腐烂掉, 果蔬腐烂率高居世界之首[1]。造成这种巨大浪费的主要原因是果蔬从田间到消费者餐桌期间的流通出现问题, 没有形成连贯的果蔬食品产业链:从果蔬的种植、采购、运输、储存、加工到销售等环节没有形成有效的经济利益主体, 农民只管种植水果蔬菜, 果蔬经销商只管采购和销售, 第三方物流企业只负责运输和储存。这些利益主体之间的协调困难, 职责划分不清晰, 消费者是否能买到物美价廉的果蔬全凭运气。据统计, 每年果蔬60%为当季销售, 其余35%~40%需要冷藏, 冷链物流在果蔬流通中担负着非常重要角色, 是保证果蔬品质、稳定果蔬市场价格的重要因素。但目前我国果蔬冷链物流发展水平与世界先进物流水平存在巨大差距:冷链物流流通率低, 冷链设施设备不配套, 果蔬冷链技术和果蔬冷链体系建设处于初期摸索阶段, 果蔬冷链物流运营与果蔬交易成本均较高, 与发达国家相比平均高出20个百分点, 随着人们生活水平的提高, 对食品的品质和新鲜度的要求越来越高, 冷链物流己引起人们的普遍关注。

物联网的核心技术有无线传感器网络技术、射频识别技术、二维码技术、M2M物物数据通信技术、全球定位系统技术、微机电系统技术和两化融合系统等[2]。其中最关键和核心的技术还是无线传感器网络技术, 因为它贯穿了物联网的全部层面, 是其他层面技术的整合应用。在果蔬冷链物流中要对果蔬流通中每一个环节进行识别和追踪, 一般会把射频识别技术运用到果蔬流通各环节, 实现果蔬冷链物流各环节的无缝衔接, 达到控制和监督果蔬流通中的品质。目前在果蔬冷链物流中应用物联网技术主要有以下几种。

2.1 电子产品代码 (EPC)

产品电子代码是中国物品编码中心负责的最新一代产品标识代码, 它可以对供应链中的对象 (包括物品、货箱、货盘、位置等) 进行全球唯一的标识。EPC存储在RFID标签上, 这个标签包含一块硅芯片和一根天线, 读取EPC标签时, 它可以与一些动态数据连接。并借助互联网来实现信息的传递。

2.2 射频识别技术 (RFID)

射频识别技术是目前比较先进的一种非接触识别技术, 附着于可跟踪的物品上, 可全球流通并对其进行识别和读写, RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息, 通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统, 实现果蔬等商品的识别, 进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享, 实现对物品的“透明”管理。具有可随时更新, 扫描方便, 扫描速度快, 对看得见、看不见都可以多目标扫描, 成本低等特点。目前在超市、商场、仓库、图书馆等场所普遍被使用, 是物联网技术在果蔬冷链物流中运用的基础和关键技术。

2.3 二维码技术

二维码又称二维条码, 是一种在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码。二维码技术具有存储量大、保密性好、追踪性能好、抗损性强、成本低等特性。主要用于产品质量问题追溯、物流中心、仓储中心、联勤中心年货品及固定资产的盘点, 发挥立即盘点、立即决策的作用, 同时, 消费者通过扫描物品上二维码可以查询货物的来源。

2.4 全球定位系统技术 (GPS)

全球定位系统具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS作为移动感知技术, 是物联网应用到冷链物流中重要技术。GPS与现代通信技术相结合, 使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态, 从数据后处理发展到实时的定位与导航, 极大地扩展了它的应用广度和深度, 对果蔬冷链物流运输车辆与物品的位置实时查询和定位。

2.5 Savant网络

Savant一种分布式网络软件负责管理和传送产品电子码相关数据的分布式网络软件。处在解读器和Internet之间的中间件。解读器把从传感器和电子标签上的信息读取出来, 送到Savant, Savant具有数据平滑, 数据校验以及数据暂存等功能。数据经过Savant处理后, 传送到Internet。

果蔬从采摘到销售可分为七个环节, 根据果蔬流通的先后顺序分析物联网技术在果蔬冷链物流中如何保证果蔬品质。物联网技术在果蔬冷链物流品质安全应用的整个过程如表1所示, 通过物联网技术的应用可以提前预警、分清责任、追查漏洞, 保证果蔬流通的品质安全[3]。

表1 物联网技术在果蔬冷链物流不同环节中应用

物联网技术应用在果蔬冷链物流中, 使果蔬流通中安全问题及品质问题都可以实现识别和管理智能化, 从根本上解决了果蔬冷链物流在技术、成本、服务、安全等方面遇到的问题, 保障了果蔬的新鲜及质量溯源, 提高了果蔬的供应链管理水平, 是果蔬冷链物流未来发展的方向。

本文用目前常采用三层架构体系分析果蔬冷链物流物联网技术架构。首先将先进的物联网技术引入果蔬冷链物流, 采集果蔬冷链物流各环节信息, 实现实时信息共享, 保持冷链信息畅通, 提高果蔬流通效率。在信息感知层的信息采集之后, 通过网络层实时处理和传递到更高层次的应用层, 保证冷链各环节的有效衔接, 形成统一的信息平台。最后, 应用层根据用户的需求提供统一的信息资源支撑, 服务于最终用户。果蔬冷链物流物联网应用体系架构总体分为三层, 如图1所示。

图1 物联网技术在果蔬冷链物流中应用总体体系

4.1 信息感知层

信息感知层以物联网核心等技术为主, 果蔬采摘后, 首先将统一的EPC编码标识植入果蔬内, 在果蔬冷链物流涉及的仓储、运输、加工、包装、配送等环节安装读写器, 自动识别果蔬冷链物流各环节的信息, 并读取或标识果蔬的质量信息;利用无线传感器、有线监控设备、信息输入终端实时采集储运、加工、销售等信息。物联网技术同时对果蔬冷链物流的所有信息进行动态管理, 实现对果蔬品质相关信息的全面掌握。

4.2 网络通信传输层

网络传输层是利用各种网络技术及其融合技术等, 将感知到的信息高质量地、安全地传输到果蔬供应链信息平台, 实现海量数据传输共享, 实现“物物相连”的需求。这层以M2M技术为核心, 结合远距离连接技术 (如GSM、UMTS等) 和近距离连接技术 (如Zib Bee、Blue-Tooth、wifi、UWB等) 实现果蔬产业链内人、物、系统间的通信;通过读写器及传感网络网关、通信系统和网络接入设备将数据采集层获取的信息输入某种果蔬产业链信息专用网, 果蔬产业链信息专用网以互联网为桥梁, 实现果蔬品质信息在广电网、通信网和其他专用网安全高效地互联互通。

4.3 应用服务层

应用层解决的是信息处理与人机界面的问题, 网络层传输来的数据在这一层进入各类信息系统进行处理, 并通过各种设备与人进行交互。首先应当了解果蔬冷链物流行业人员的需求, 从需求出发了解系统应该提供那些服务。关注果蔬冷链物流品质的主要成员有:政府监管部门、冷链相关企业和最终消费者[4]。作为政府监管部门, 承担着监督、管理和控制果蔬品质的职责, 他需要了解果蔬冷链流通中全部信息, 物联网技术需要满足政府监管部门随时了解到信息, 并能提供与冷链物流企业沟通交流的平台;作为冷链相关企业, 首先要掌握各时间点果蔬冷链的动态信息, 其次要将这些信息通过物联网平台及时共享给上下游企业, 实现果蔬流通信息高效传递, 确保流通中每个环节畅通;作为果蔬的最终消费者, 他们最关注的是果蔬的安全和新鲜度, 购买果蔬时可以实现全程可追溯信息, 达到放心购买的目的。

物联网技术在果蔬冷链物流中应用已经取得了一定的成效, 对果蔬冷链物流每一阶段的信息进行监控, 有利于政府监管部门的监督力度和成效, 实现无死角管理的目的;有助于果蔬企业加强食品安全运营管理, 稳定和扩大消费群体, 提升市场竞争力;有利于消费者放心消费, 轻轻松松享受“新鲜果蔬”食品。