物联网技术在冷链物流建设中的应用研究

内容摘要

据中国食品工业协会统计显示，我国自2010年以来，每年由于食品的运输、储存等环节操作不规范，至少造成价值数百亿美元的食品损失。这也暴露出我国一方面经济持续飞速发展而带来的食品供给富裕甚至出现浪费，另一方面冷链物流的发展不够成熟，无法满足消费者对高质量食品的需求。

冷链物流运作可以保证食品在流通过程中，降低损失率和保证食品质量，从而消除因为食品变质腐败等原因对消费者生命健康安全问题的潜在风险。单单在冷链物流行业加以整改发展是不够的，目前发达国家已经将物联网技术应用于冷链物流之中，冷链产品质量和物流效率都显著提高，我国想要在冷链物流行业上有延伸发展，就要借助先进的物联网技术。

本文以对冷链物流中的食品冷链物流进行研究，初步分析了我国的冷链物流发展情况，并在目前冷链物流发展的基础上，探讨物联网的相关关键技术和在冷链物流中的实际应用问题。

关键词：冷链物流；物联网；应用优势；关键技术

一、绪论

（一）研究背景

在中国，有一种与国计民生的发展息息相关，又受到国家XX的大力支持和重视的行业，它就是我国的食品工业。由于中国近年来经济水平的飞速发展和国家XX政策的出台，各地区和地方食品供应短缺的问题已经得到了基本的解决。对比从前的勉强温饱，到现在部分地区甚至出现了过剩、浪费等情况。对于这样的变化，解决生鲜食品在流通过程中因为各种因素而导致的质量下降，便是我国食品工业发展的首要问题。

在中国于21世纪加入被称为“经济联合国”的世界贸易组织之后，中国与周边国家和地区自由贸易区的建设速度显著加快，生鲜食品流通体制也一直在推进革新。在这种情况下，每一个国家和地区所重视的生鲜食品现代物流的发展便被赋予了极为重要的的意义，生鲜食品物流发展刻不容缓。

（二）研究意义

首先，食品冷链物流可以满足现代人由于生活水平提高而所对应的生鲜食品的高品质需求；其次，发展冷链物流可以有效减低生鲜食品在储存和运输等过程中的非正常损耗率，这对未来冷链物流企业的高速发展具有重要意义；最后，冷链物流的发展也是对人们购买消费食品提供一道安全保障。

本文在对冷链物流和物联网进行初步研究的同时，对目前我国冷链物流的应用现状进行整理和分析，寻找在此过程中的管理和技术漏洞，并通过应用物联网技术解决这些问题。在冷链物流的发展中引入物联网技术的支持，可以有效提高物流企业的工作效率，也可以进一步提高食品安全的保障等级。从另一个方面看，研究冷链物流对物联网的利用，对生鲜食品的损失率降低和质量提高都具有积极意义。

（三）国内外物联网与冷链物流研究现状

1.国外研究现状

X人比尔盖茨在1995年发布了《未来之路》一书，该书提及了互联网技术和互联网的概念，虽然在当时并没有引起相关专家和组织的重视，但这确是几十年后物联网的雏形。

1999年，麻省理工学院的两名教授首次对物联网进行概念描述。他们提出将事物都粘贴上电子标签，再利用射频识别技术，采集电子标签中的信息，并通过相关系统和服务器将信息上传到互联网上。

欧盟是最早将物联网技术应用于冷链物流中的国家组织。欧盟国家在1997年的疯牛病危机之后，开始建立严格的食品溯源制度，明令要求食品生产企业要对食品的来源进行严格的把控，禁止来历不明的食品的销售和进口。

2003年日本XX颁布的针对日本食品安全的《食品安全基本法》，明确了在农产品领域要建立一套完整的加工和食品销售安全追溯体系，此法律的颁布也促进了日本的食品安全可追溯系统的发展。

总体而言，发达国家对冷链物流的研究和冷链物流体系的发展都比较早，将物联网技术与冷链物流结合应用程度已经达到了一定高度，其中不乏一些国家已经实现了完全的新鲜食品冷链运输，也建立了完善的食品质量安全可追溯系统。

2.国内研究现状

我们国家开始对物联网的联系还不算太晚。早在1999年，中国的院院士科学开始对传感器网络技术及其研究，中国自己对物联网的研究就是从这时开始的。但是因为我国互联网产业起步较晚，再加上基础设施落后，人才储备不足，缺乏群众基础等原因，对物联网技术的研究相比于发达国家仍然处在初步阶段。然而，近年来，国家将物联网技术发展放在突出位置，对该行业进行重点扶持和培养，如今物联网产业我国重点关注的产业之一。近年来，国家在物联网产业投入大量资金且有针对性的培养物联网技术的人才。到目前为止，持续的投资已初见成效，我国对物联网的应用已经渗入医疗、物流和环保等多个行业。

2002年，我国建立肉类冷链可追溯试点企业，以此来对食品冷链的采购、加工和运输等环节进行研究。在2004年冷链物流追溯系统的研究得到了初步的应用，这个看似渺小的应用成果却为中国未来物联网技术与冷链物流相互融合与发展打下一块稳固的基石。

XX于2010年出台了《农产品冷链物流发展规划》指出国家将开始建立冷链物流初步体系，规范冷链物流标准化管理，推进冷链物流设施设备的建设工作。

2012年，工信部发布的《物联网“十二五”发展规划》指出在发展物联网技术的同时要跟进标准体系的建设，集中力量解决物联网技术发展中遇到的难题。

中国物联网建设形成初步体系是在2014年，与同行业相比，通信技术基本上是相同的，但设备制造技术的看法仍存在较大差距。

（四）研究内容

本文对物联网技术在冷链物流中的应用进行了系统性研究，包括冷链物流和物联网的基本概念与核心技术，接着结合我国冷链物流的特点对食品冷链物流的业务流程进行分析并找出我国目前在冷链物流管理中的漏洞，最后阐述了物联网技术对我国冷链物流行业的实际应用方式等。本文具体结构如下：

第一章：从宏观的角度，对我国目前的食品冷链物流基本情况进行简要概述，并将其于国外的冷链物流行业现状进行对比。

第二章：对冷链物流的基本概念进行简要陈述，以及对物联网的核心技术和整体技术框架进行分类说明；将普通的常温物流与冷链物流进行了详细的对比，区分两者在食品物流中的根本性差异。

第三章，对食品冷链物流的特点进行系统分析。首先阐述说明冷链物流的业务流程，并对每个环节进行简要概述。再通过对各种文献资料的合理分析，发现，目前会对冷链物流发展造成较大影响的问题。

第四章，以对现有的文献资料为研究基础，分析了冷链物流对于物联网技术的应用优势、冷链物流在不同环节对物联网技术的实际应用性以及由于互联网技术发展的不够成熟而造成的在物联网应用上的瓶颈问题。

第五章，对整篇文章的总结说明，将上述的研究所遗留的问题进行概况指出，最后对国家未来冷链物流的发展方向提出意见。

二、冷链物流与物联网技术概述

（一）冷链物流的定义

冷链物流是指将具有低温保存要求的商品保持在低温的环境下，一种特殊的供应链系统，将货物从供应商交付给需求者并提供相关服务。由于其运输的货物大多是新鲜和易腐的，所以货物在流通过程中要长时间保持低温，以减低货物损失率和保持货物质量。

冷链物流的实用性非常广泛，不仅仅适用于生鲜食品的运输，医疗用品和花卉等特殊商品同样可以使用冷链物流进行运输流通。

1.冷链物流与普通常温物流的比较

运输商品的比较冷链物流运输货物的最大特点是新鲜易腐。冷链物流主要服务于以下几类物品：初级农产品（包括粮油作物，家禽畜肉类等），加工食品（包括冷冻食品，熟食制品等），特殊物品（包括药品，花卉植物等）。这些产品需要冷链物流有效的温度控制的每一个环节，因为一旦超出规定的温度范围内，会加速这些物品的腐烂或变质，从而影响企业的经营效益，更严重可能会威胁到消费者的生命健康。而普通常温物流在流通运输过程中就没有这么多的限制，普通常温物流一般运输的货物都具有较好的稳定性，不易变质腐烂。

物流设备的比较冷链物流的特殊性在于它所运输的商品对运输环境（包括温度、湿度）有较高的要求。因此为满足商品的这些要求，冷链物流在运输方面使用的不是普通常温物流用的常规货车，而是自身装备有制冷设备与保温设备的低温冷藏车，它的造价相对普通运输车辆较高，但可以在运输途中对温度和湿度进行严格的控制。在仓储方面，冷链物流使用的是配备有制冷与保温功能的冷库，与普通常温物流所使用的一般仓库具有较大的差异。

物流成本的比较冷链物流的货物由于在流通的整个过程中都需要进行低温保存，这就需要物流企业对货物的环境温度有实时监控，并且要贯穿一个完整的运输流程，这就要求企业在建设冷链物流基础设施时必须投入大量的资金，这无疑会对企业的物流成本形成不小的压力。冷链物流投入使用后，对货物环境温度的严格控制需要以耗费大量能源为代价，这是对企业物流成本的另一个考验。相比之下，常温物流的物流成本就要低得多。因此，运用先进的科学技术手段来改善冷链物流庞大的资金投入，缓解企业的资金压力是很有必要的。

（二）物联网技术概述

1.物联网的定义

物联网（IOT）是一种通过射频识别将任何需要连接的对象通过互联网连接起来，之后对所连接的各个对象进行检测识别，再通过GPS（全球定位系统）完成定位跟踪和应用激光扫描仪信息传感设备按照约定的协议进行信息交换和共享的先进网络系统

物联网具有智能属性，可用于智能检测、控制和自动操作，因此，物联网是在互联网发展的过程中得到显著创新的一环，物联网的出现是对整个互联网发展的肯定和上升。

2.物联网的总体技术架构

物联网（IOT）包括三个水平感知层，网络层和应用层组成，各层之间可以通过互联网进行信息的采集、传输与处理。

从冷链物流的角度来看，物联网的本质是指在消耗品源头和消费者之间建立高效物流的规划、流程、实施和控制过程以满足冷链相关企业的需求，为冷链食品提供相关服务和信息。信息科学技术的创新改革促使信息化与智能化物流的高速发展，物联网物物相连的特性，可以收集人们关注的信息并集中处理，这在冷链物流的实际应用中可以达到更直观的效果。

感知层感知层在物联网中是起到前期对物品信息感知和收集的作用，它与物联网的关系就相当于人类的五官和皮肤。例如：人类在夏天的时候会感觉到炎热，而对冬天的感觉就是寒冷。这其中的感觉并不是来自人类思维的单纯认知，而是通过人体表面皮肤的感知而得到的结论，在这个过程中，皮肤对外界的信息起到了收集的作用，这才让人类又来对四季冷热的认知基础。感知层也是如此，它通过各种传感器，来对物理世界进行感知和信息收集，是物联网长期发展的关键。

物联网的感知层技术可以对冷链物流中物品进行检测、识别、定位等信息收集操作，然后把这些信息转化为可处理的信号。物联网中的RFID技术就可以用于冷链物品的识别和区分；GPS系统可以对冷链物品进行定位，保证物品的可追溯性；而温湿度传感器技术则用于对冷链物品环境的检测。

网络层网络层的在物联网的主要作用是对感知层采集的信息进行信息传输、控制信息的路径和信息的传输方式。这一层的组成结构包括物联网通信技术和通信协议，前者负责把两个或多个事物进行可通信的连接，后者则是建立通信体系的标准规则和格式。我们日常使用的局域网和广域网就属于通信技术，而这两种通信技术又有短距离、长距离等多种通信协议。目前，这些通信技术和通信协议已经广泛应用于物联网中。

应用层正是有了物联网在网络层铺设好的各种通信协议的支持，应用层可以对物联网的数据进行宏观分析就有了基本的标准与保证，然后再通过网络层反馈到感知层，由感知层执行具体的控制功能，这就构成了基本完整的物联网的应用流程。应用层可以通过物联网平台构建在云平台上，也可以由物联网平台生成具体的移动应用。

在感知层由传感器采集到的各种信息会通过互联网等网络层通信技术，最后传输到应用层。在应用层有专门对于这些信息的分析处理系统，并且会对这些信息进行反馈。

3.物联网关键技术

RFID电子标签技术RFID，即射频识别技术，也被称为电子标签。RFID电子标签技术是构建物联网的技术基础，我国推出的RFID电子标签已被广泛应用于许多行业，未来发展潜力不可估量。但是由于我国的互联网发展起步较晚，进而导致了物联网的基础不够扎实，因此，目前难以对RFID电子标签技术进行行业内的统一标准，使得这种RFID电子标签有投入成本高、数据安全性不高等缺点。

传感器技术传感器是一种可以感应信息并将信息转化为其他形式输出的检测装置，它在冷链物流中的应用有温湿度传感器和门传感器两种。

温湿度传感器的工作原理是将周围环境的温度与湿度转换成电信号，通过区分电信号的强弱来测算温度与湿度。

在冷链物流中，有时候需要运输低温干燥的货物，如果没有对货物环境湿度进行监测调控的话，就有可能发生凝结现象，这会使得货物的表面变得潮湿，加速干燥货物的变质，造成不必要的货损。

门传感器可以防止冷库等设施设备发生长时间仓门未关闭的现象，因为外界的热空气长时间与冷库内的低温环境形成对流，会影响冷库的室内温度，从而影响货物的质量。

移动GIS技术以空间数据的相关数据和地理应用服务器为移动GIS技术提供数据支持和应用保障，以移动终端为获取工具和应用工具为移动GIS技术提供基础集成系统，最终，以这些条件为组成部分，移动GIS技术变成了物联网关键技术的中坚力量。它集ＧＩＳ、ＧＰＳ、移动通信（GSM／GPRS／CDMA／3G／4G）三大技术于一身。

三、食品冷链物流基本特点分析

（一）食品冷链物流业务流程

1.原料采购

在这一环节中，冷链食物来源可以通过人工养殖或从自然界获得。例如，采摘粮油作物，捕捞水产品和采购各种家禽畜肉。

2.初始加工

食品企业或供应商通过各种方式获得食品原材料之后，要第一时间对这些材料进行分拣和简单加工，比如渔民会将捕捞上来的水产品进行分类，以此来满足市场消费者对不同产品的需要，养殖业所获得的食品原材料同样要经过初始加工处理，比如家畜类，一般要先经过简单的消毒清洗处理，接着对家畜进行屠宰工作，最后将各部分分拣打包。再比如供应商对采摘的果蔬会进行前期简单清洗，再将需要进行冷藏处理的进行简单包装，为后续的进一步加工和运输提供便捷。

3.后续加工

该环节会对接下来的业务流程甚至整个冷链物流起到关键的影响作用。为了保证货源的新鲜，供应商要对食品原材料及时进行冷却处理，冷却完成后还要有进一步的保鲜处理等初加工工序，这个过程虽然看起来并不复杂，但却对食品的后续的加工销售产生深远的影响。

4.冷冻加工贮藏

通过在低温环境下对食品进行冷冻加工处理。在冷冻加工过程中通过使用快速冷冻装置可以有效对加工环节的温度进行严格控制；冷冻贮藏可以将易变质腐败的冷链产品放置于冷冻柜，低温仓库或加工车间等冷链设施，有效减少了加工过程中食品货损率的同时降低外部环境温度对冷链产品的影响。

5.装卸搬运

这个环节是物流行业的基本业务流程，货物要在不同地理空间进行移动，就不可能少了装卸搬运这个环节。但是由于冷链产品的易腐性和时效性，因此在这个过程要控制好环境温度。

6.冷藏运输

冷藏运输在整条冷链物流供应中起到了将所有业务流程衔接起来的作用，它保证了冷链物流的可行性。冷藏运输根据运输距离可以分为短途配送和长途运输，虽然运输距离上有较大差异，但是本质上都需要在运输过程中保持货物处在一个相对低温的环境。在冷藏运输过程中，一旦没有控制好运输途中的货物环境温度，就可能会引发大批货物损失的后果，所以对运输工具的选择也尤为重要，运输工作除了要有良好的使用性能外，还需要配备有相应的冷冻冷藏装置。

7.冷冻销售

食品配送中心会将冷链物流延伸到批发和零售行业的冷冻储藏和销售阶段，这个环节会有批发商和零售商的参与，他们会将冷链产品转移到冷藏柜进行下一步的销售工作。冷藏柜和冷冻库是目前零售终端商家普遍使用的存储工具，这些冷冻工具已经成为冷链物流的重要组成部分。

（二）食品冷链物流中待解决的问题

1.冷链中断

冷链中断现象是指冷链产品在加工、装卸搬运和运输等过程中，由于受到冷冻设施设备的机器问题或人为操作不当等因素，使得冷链产品不能一直保持在低温环境中，最终造成产品品质的降低。这种现象不仅仅发生在供应商身上，第三方物流企业等从事物流运输的公司也不能对这种现象进行绝对的规避。

冷链物流的发展要对各个流程环节进行整合协调，再配合先进的设施设备和专业科学的信息技术系统，最终才能确保食品物流的链条不断。我国目前对于冷链物流行业的产业化水平较低和市场集成性不高，再加上没有对食品冷链的协调性发展进行整合规划，导致了货损产品在总产销产品总量中占了较大比重。对于这些情况，我国还需要从根本上解决冷链物流各环节的组织协调问题。

2.温度未能实现实时检测

冷链物流供应链的始终都需要对冷链产品的环境温度进行严格控制，这就需要有专业的设备技术对温度进行实时监测，防止产品由于在异常温度的影响下发生变质腐坏。但是目前我国有相对一部分中小型企业并没有安装温度检测设备，无法对物流过程中冷链产品的实时监测；而有些企业虽然能对温度进行实时检测，但因为其设备不够专业先进，不能调取历史温度检测记录，这也是对未来食品来源追溯埋下隐患。

3.信息系统

分散我国目前绝大多数企业由于成本等因素，没有建立全面的冷链物流动态信息实时监测系统，这就导致产品流通过程中，企业不能对产品进行有效的监控和及时的调度。再加上许多企业的信息管理系统是通过购买或租用信息技术公司的现成的信息管理系统，在质量与实用性上都参差不齐，这也让企业对整条冷链物流供应链的掌控力不够全面。

4.相关政策不完善

我国在开始建设冷链物流时，是靠着借鉴国外较为成熟的冷链物流体系再加上国内专业人员的摸索，这就是国家发布的政策不能完全满足国内的冷链物流发展；再者是XX发布的一些意见规划缺少先进科学技术的支持，导致实际应用的协调性不高。

四、物联网技术在食品冷链物流中的应用

（一）物联网技术的应用优势

众所周知，冷链物流是属于特殊的物流行业，但是冷链物流也拥有和其他所有物流业的相同特征，那就是冷链产品的进行流通时，其信息流和资金流也会跟着发生流动和改变。一般完整的冷链物流都会涉及到多个冷链业务环节，冷链产品也因此会流通到不同企业，这其中有些企业为了最大化压缩物流成本，采用了许多不科学的手段，其后果可能会造成冷链物流的断链，给企业带来重大损失。而将物联网技术的应用植入到冷链物流的管理中，一方面对企业提高运作效率和协调冷链业务流程有相当重要的作用，另一方面，可以促进企业使用符合冷链物流建设的先进科学技术，进一步加强企业的管理水平。

1.信息采集可以效率提高

物联网中的RFID技术可以对冷链产品进行唯一标记标识，然后使用自身带有的智能化数据收集技术，完成对冷链产品的批量信息采集，达到高效率的信息采集，读写和标识。

2.反馈效率可以提高

物联网的传感器技术可用于对冷链物流各个环节进行实时温度检测、产品环境信息动态感知和追踪产品的历史运动轨迹，并且进行数据分析。这对解决冷链物流中的冷链中断、温度实时监测问题具有重要意义。

3.冷链过程可以透明

物流企业需要在冷链物流产品的流通过程中进行定位和跟踪，以保证物流服务的全面性和安全性。而物联网的移动GIS技术正是为这方面量身定做的，它除了可以对产品进行定位追踪，还可以将地理空间数据通过各种通信网络技术，传送给企业进行数据分析和整合，方便消费者对产品的查询服，这也可以让消费者对物流过程有更全面的了解。

（三）物联网在冷链各环节上的具体应用

1.物联网在冷链运输环节上的具体应用

冷链物流运输环节通过与物联网移动GIS技术的结合运用，使冷链运输环节更加智能化和增加了运输过程交接的协调性。具体方法是在运输工具上安装GPS装置、传感器和无线通信设备等装置，使物流企业可以随时核查运输工作的具体情况和消费者也能对产品地理位置信息进行查询，再加上对移动GIS技术的有效利用，对运输路线和运输批量进行合理的、精确的安排，从而保证运输产品在运输途中的高效性和安全性。

2.物联网在冷链仓储环节上的具体应用

在冷库使用物联网技术中的读写器和接收器，可以对进出冷库的产品上的电子标签进行详细信息的采集工作，并将信息上传至企业的仓储信息管理系统，从而减少出入库的操作不当错误。而在工作人员对产品进行盘点时，可以直接通过扫描货物的标签来完成工作，加快了仓库作业速度，对仓库整体工作效率的提升具有重要意义。

3.物联网在冷链采购环节上的具体应用

食品冷链物流的精准采购计划可以通过物联网技术的RFID电子标签和读写器实现进一步优化。一开始要将包含产品信息的电子标签粘贴在产品上，然后再通过读写器对电子标签进行识别，收集产品的详细信息，包括产品的温度、流通信息等，这些信息数据有利于企业制定采购方案和了解原料消耗量。应用物联网技术不仅可以科学合理的进行采购工作，而且大大提高了资源利用率，降低了采购成本。

（三）物联网在冷链物流应用中的问题

虽然物联网技术对食品冷链物流的应用已经辐射到多个业务流程中，但是本文同时也发现了对物联网技术的应用上还存在着一些限制其延伸发展的瓶颈。

1.信息安全问题

将物联网技术的网络系统整合接入冷链物流的信息系统时，数据的流通传输频繁且信息流量大，其中涉及的网络通信协议众多协议，使得物联网技术为用户提供便捷时，同时要保护好用户隐私与安全问题。

2.与食品冷链相关企业现有的对接问题

随着业务的增多和信息技术应用的普及，每个企业都会建立自己的物流信息管理系统，如何将利用先进的物联网技术采集的信息应用于现有系统，减少信息的重复或浪费，成为瓶颈之一。

3.成本问题

冷链物流企业建设需要购置专业的冷链设备和建造冷链设施，再加上对物联网技术的应用，企业的前期投入成本会非常巨大，后期的发展、维护等费用也不容小觑。而且前期收益与成本投入相去甚远，造成许多中小型企业无法应用这些先进的科学技术。

4.食品冷链行业没有成熟的物联网应用模式

目前我国冷链物流的发展历程还处于探索阶段，冷链物流企业各自都有一套属于自己的冷链物流标准规划，这样就导致冷链物流行业内部缺少统一的物流协议，不利于行业的融合和战略规划的运行。

结语

总结现如今，我国的经济发展日益繁荣，国民的生活水平越来越高，人们的对日常的衣食住行的服务质量也有了相应的提升。特别是在食品质量方面，我国的食品冷链物流行业已经初具规模，部分企业也已经发展到将物联网技术应用到冷链物流服务中，再加上近几年来，国家对冷链行业的大力扶持和政策鼓励，我国的冷链物流的发展速度显著加快。但是与发达国家相比，我国的冷链物流处于摸索阶段，对物联网先进科学技术的应用不够广泛，也远达不到对冷链物流协调运营的控制。

本文通过对文献资料的研究，得到了关于冷链物流和物联网技术应用的结论如下：

目前我国的物联网应用技术虽然还不够完善，但是可以提取物联网中的关键技术，将其进行结合应用，投入到冷链物流领域中，这样既可以节省成本投入，又可以满足企业用户的需求。

本文对国内外的冷链物流应用情况进行了简要分析，之后从我国目前物联网应用程度结合冷链物流进行融合应用分析，具有一定参考价值。

不足之处本文由于时间和研究资料等原因，没有提出解决问题的思路或对策,同时又缺少对冷链物流应用参考模型的建立，也是本文的另一遗憾。

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