農產品冷鏈物流車載智能監控系統的應用

張明利 李杰 黃培

摘要 近年我國冷鏈基礎設施發展迅速，但相對于龐大的人口基數，冷庫及冷藏車等資源利用率仍偏低，部分基礎設施陳舊且分布不均，亟待升級改造。此技術旨在對農產品物流相關環境和設備運行工況進行全面監控，包括物流環境內空氣溫度、濕度、產品溫度、二氧化碳、乙烯以及產品圖像等內容，在實現對各環境因子實時監測的同時，根據農產品對車載制冷設備和氣體環境進行干預，保證農產品在物流過程中的品質，降低損耗率。

關鍵詞 冷鏈設施；物流環境；智能監控；農產品

中圖分類號 F713.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）18-0341-04

Application of Intelligent Monitoring System in Cold Chain Logistics for Agricultural Products

ZHANG Ming-li LI Jie HUANG Pei

（Zhejiang Qiushi Artificial Environment Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310011）

Abstract The infrastructures of cold chain were developing rapidly，however，the utilization rates of freezers and refrigerated truck were lower compared with the huge population in China，and the old and maldistributed facilities need update urgently. The technology proposed in this article aimed to archive multiple and comprehensive monitoring of environmental parameter and device condition in fresh produce logistics，including air temperature，air humidity，product temperature，the concentration of carbon dioxide and ethylene，product image. Adjustment of car refrigeration equipment and air environment had been done simultaneously for different products according to the results monitored. The quality of fresh produce was guaranteed and damage was reduced with this technology.

Key words cold chain facilities；logistics environment；intelligent monitoring；agricultural products

我國是農業大國，其中鮮活農產品總產值高達12 000億元。我國幅員廣闊，產地和銷地相距較遠，加之畜禽、果蔬、奶制品等鮮活農產品產量大、需求高，物流技術儲備不足，示范推廣體系不完善，設備落后，同時國外現有技術難以直接在我國得到有效的應用，通常在產品運輸、儲存和銷售等物流環節中損耗率高，常常造成巨大的經濟損失。物流運輸產業和關鍵技術發展相對滯后已經成為制約我國鮮活農產品產業發展的瓶頸。以果蔬為例，我國是果蔬生產大國，總面積達到3 220萬hm2，產量達7.92億t，產值逾15 000億元，均居世界首位。據不完全統計，果蔬采摘、運輸、儲存等物流環節中損耗率25%～30%，每年損失效益在數千億元。因此，加強物流技術特別是物流過程中微環境參數的信息感知與智能監控設備平臺的研發，提升運輸過程中環境信息的感知與調控技術水平，不僅可直接因減少物流損失而實現數千億元的效益，也是農業產業可持續發展的需要。

鮮活農產品物流全程微環境信息感知與智能監控設備研制符合國家重大戰略需求?！秶抑虚L期科技和技術發展綱要2006—2020》重點領域及其優先主題中，把農業領域中的現代儲運主題作為農業領域發展的重點之一，主題強調“重點研究開發鮮活農產品保鮮與物流配送及相應的冷鏈運輸系統技術”?！毒V要》交通運輸業的“智能交通管理系統”主題明確：把現代物流技術作為重點開發的內容和方向之一。2010年6月國家發改委制定《農產品冷鏈物流發展規劃》，《規劃》提出要在農產品冷鏈物流領域實施八大重點工程。2012年中央一號文件《關于加快推進農業科技創新持續增強農產品有效供給保障能力的若干意見》分6個部分布置了工作重點，其中第6部分工作任務是“提高市場流通效率，切實保障農產品穩定均衡供給”，文中特別指出“發展農產品大市場大流通，加大力度建設糧棉油糖等大宗農產品倉儲設施，完善鮮活農產品冷鏈物流體系，支持大型涉農企業投資建設農產品物流設施”，對農產品物流技術水平的提高和物流產業體系的完善提出了新的更高的要求。因此，開展農產品物流過程中物流環境監控技術的研究與應用，符合國家重大戰略需求[1]。

1 安裝設備介紹

農產品物流綠色智能供應鏈配套裝備創制項目的主要成果是集環境感知與智能調控功能于一體的冷藏集裝箱，集裝箱中裝有多種用于感知及調控的設備，大致可分為4類，即控制設備、傳感器設備、濕度調節設備、監控設備，不同類設備之間相互連接，相互作用，現介紹如下。

1.1 傳感器設備

車廂中安裝的傳感器分為有線傳感器和無線傳感器，有線傳感器包括6個溫濕度傳感器、2個壓力傳感器和2個風量傳感器，傳感器通過螺絲與車廂固定，電源線及信號線預先埋設在車廂內部線管里。溫濕度傳感器置于車廂頂端，均勻分布于車廂前中后三分點處，檢測整個車廂溫濕度分布情況；壓力傳感器置于壓力調節窗口處，內外各1個，檢測車廂內外壓差；風量傳感器安裝在壓縮機風機2個出風口處，傳感器正對出風口，檢測風機風量。

無線傳感器為溫濕度RFID卡片，共40個，1～28號均勻對稱分布于車廂兩側內壁上，用膠粘在內壁上，防止裝卸貨搬運時遺失；29～39號均勻分布于全車廂的貨物包裝內部，用于檢測產品包裝內溫濕度情況；40號放置與車頭處，用于檢測車廂外環境溫濕度。

1.2 濕度調節設備

車廂前端頂部固定安裝有加濕器、除濕器，可根據需要自動調節車廂內環境濕度。

1.3 壓力調節設備

在壓力調節窗口內外分別裝有壓力傳感器、壓力推桿、接近開關、風扇，壓力推桿與風扇一內一外相對安裝，且2個風扇及推桿分別置于車廂內外兩側，當內外2個壓力傳感器檢測到的壓差超過設定值時，壓力推桿拉伸窗口擋板開啟，風扇開啟，進行通風調壓動作，直至壓差值回落至正常范圍內擋板、風扇關閉。

1.4 控制設備

控制設備包括2個控制箱系統，一個是控制執行系統，一個是監控系統?？刂茍绦邢到y控制壓縮機的開啟、壓縮機風機的開啟、有線傳感器數據的采集、壓力調節、濕度的調節；監控系統的核心設備是車載工控機，能夠采集無線傳感器數據、接收控制執行系統發送的信號數據，同時能夠發送命令給控制執行系統，進而有效控制執行設備的運行。

1.5 定位設備

在監控系統的車載工控機上連接有車載專用GPS，可記錄車輛實時經緯度，工控機對GPS數據進行處理分析后，在百度地圖上展示出實時位置信息及運行軌跡信息[2]。

1.6 監控設備

監控設備主要包括可變焦攝像機、平板電腦以及云平臺端遠程監控設備，攝像機實時記錄車廂中情況，并定期抓圖上傳至云平臺；平板電腦通過WIFI連接至監控系統的車載工控機上，可查看所有監控數據及定位信息，同時還可修改設備設定值，即對各執行設備進行手動調控；云平臺端遠程監控設備能夠查看、下載、處理所有監控數據及位置信息，同時也能夠下達指令給各執行設備，對設備進行遠程手動調控。

2 運輸任務安排

從表1可以看出，農產品物流綠色智能供應鏈配套裝備創制項目于2015年6月5—14日進行了為期10 d的路試且圓滿完成。6月5日17：10至6月6日18：00內運輸蘋果，制冷系統、監控系統開啟，進行了溫濕度、風量監測及遠程控制操作，6月9日2：00至6月10日3：00內運輸荔枝，用冰制冷，車廂本身制冷系統關閉，監控系統開啟，進行溫濕度監測。

3 監控結果分析

3.1 降溫過程及溫度均勻性分析

2015年6月5日17：10左右出發，出發時監控系統開啟，廂內溫度23 ℃左右，通過遠程監控操作軟件將溫度設定為8 ℃，因為溫度設定值低于當前溫度值。在時間段17：00—17：45車廂溫度快速下降，且越靠近風機出風口溫度下降速度越快，于17：45時降到最低，最低點處車廂前后溫差1 ℃左右，隨后溫度緩慢上升，最后在5～10 ℃之間達到相對穩定狀態，在穩定波動過程中，除去波動的溫度最低點處存在1～2 ℃溫差，其他狀態時車廂前后溫度分布較均勻；22：00左右通過遠程監控操作軟件將車廂溫度設為6 ℃，這一操作改變了溫度原本的波動狀態，溫度下降，且車廂前后出現溫差?？拷鲲L口的前端溫度下降幅度較大，降至2 ℃左右，靠近車廂后端門的位置溫度降到5 ℃左右，隨后溫度平緩上升，溫差減小至接近于0，之后達到相對平衡狀態，在3～8 ℃溫度范圍內波動[3]。

從時間—溫度變化曲線可以看出（圖1），①車廂降溫速度很快，20 min內全車廂能降溫15 ℃；②達到穩定狀態后車廂前后溫度分布較均勻，溫差最大不超過2 ℃，且只有在最低溫度點處存在溫差。

3.2 降濕過程及濕度與制冷機組的耦合關系

出發時監控系統開啟，廂內溫度23 ℃左右，濕度45%左右，通過遠程監控操作軟件將溫度設定為8 ℃，濕度設定為當前濕度值45%。因溫度設定值低于當前溫度值，造成17：10—17：45內壓縮機風量增大，車廂溫度快速下降，而溫度的下降及壓縮機風機的持續運轉導致車廂濕度的快速下降，10 min內降到最低，在20%～30%之間。車廂前后濕度相差較大，靠近出風口處（也即加濕器處）濕度相對較高，靠近廂門濕度相對較低，隨后車廂整體相對濕度以相同的速率上升，當車廂前部靠近出風口端濕度達到45%，車廂靠近門端濕度達30%后，車廂整體相對濕度迅速升高至95%左右，隨后濕度在45%～100%范圍內有規律的波動，且濕度波動周期與圖1中溫度波動周期一致。此現象說明，溫度與濕度之間有較明顯的聯動效應，濕度波動范圍大可能是溫度變化與加濕器、除濕器共同作用的結果。

22：00左右通過遠程監控操作軟件將車廂溫度設為6 ℃，這一操作改變了溫度、濕度、風量原本的波動狀態，車廂整體相對濕度增大，且車廂前后濕度出現明顯差異，靠近前端濕度增加幅度大，靠近后端增加幅度小，之后差異減小至接近于0。此動蕩期溫度、濕度、風量的變化說明溫度設定值的改變能直接引起風量及濕度的改變。0：00左右通過遠程監控操作軟件將車廂濕度設為85%，濕度設定值的改變引起短時間內車廂前后濕度差異，但隨后濕度達到穩定，在65%～100%之間波動；而濕度的變化并沒有引起溫度及風量的明顯改變。

綜合以上濕度、通風量時間曲線圖對比情況，可以得出2個結論：①車廂濕度分布較均勻，除去因設定值改變引起的短期差異外，穩定期內車廂前后濕度均勻性較好，值相差不大；②溫度的改變能夠顯著引起風量、濕度的相應變化，而濕度的改變不能明顯導致溫度的變化（圖2）。

3.3 冰降溫對箱體的溫濕度數據影響分析及開關箱門對溫濕度的影響分析

荔枝運輸過程中，加冰制冷，冰平鋪于荔枝箱堆的頂部，流下來的冷冰水對荔枝進行降溫保鮮。全程做車廂微環境監控，冰放入初期，車廂溫度在8～10 ℃之間，且越靠近車廂前端溫度越低，越靠近廂門溫度越高。隨著冰制冷的效果逐漸凸顯，車廂溫度逐漸降低，一直降低到5～6 ℃。此時（10：00左右），因為在道路運輸中過路關卡工作人員進行開廂檢查，廂門的打開直接導致廂內溫度快速上升，車門端溫度升高到16 ℃，車廂前端溫度也升高到10 ℃，隨后廂門關閉，車廂溫度開始逐漸下降，最后降到5 ℃后趨于平穩，且車廂前后溫差不超過1 ℃。中途的開廂檢測非可控范圍，但是能夠通過車廂微環境信息感知及監控系統監測到，同時開門導致的溫度變化也能清晰地從數據反應出來，這一系統真正做到了車廂微環境的實時監測及真實感知。

加冰制冷使得車廂全區域均處于較高相對濕度范圍內，即90%～100%之間，且開關廂門并沒有導致車廂濕度的變化。

荔枝運輸過程通過全程車廂微環境監控，得出3個結論：①車廂保溫性較好，5 ℃維持1 d沒有升高；②開關門動作對車廂溫度短期內造成較大影響，但隨著時間推移，影響效果逐漸減弱，車廂本身逐漸達到自平衡狀態，且此時的狀態與開門前的平衡狀態一致（圖3）。

3.4 遠程監控系統控制操作說明及效果

從圖4可以看出，在遠程監控操作界面中，點擊左側壓縮機按鈕可以跳出中間對話框，在對話框中可設置查看壓縮機參數，輸入需要設置的溫度或濕度值，之后點設置按鈕，即可跳出操作成功對話框，表示設置成功，設置對話框中精確選框的勾與不勾表示設置方式不同。如勾選，表示進行精確控制，壓縮機只按照設定的溫度或濕度值運行，其他聯動設備如壓力、通風等不變；如不勾選，表示模糊控制，所有聯動設備聯調，最終實現溫度或濕度設定值的改變。模糊控制相對于精確控制達到目的更迅速，更節能。設置對話框中顯示的溫度值表示安裝在車廂頂部的有線溫濕度傳感器的溫度值。

遠程監控操作功能能夠在需要時人為地進行遠程設置，不受車廂所處位置、車廂內環境狀態等車廂本身的制約，使得車廂真正處于遠程監控之下，從而使得整個車廂微環境信息感知監控系統真正實現實時監測、必要時隨時調控的功能。

4 技術應用推廣

農產品物流綠色智能供應鏈配套裝備創制示范應用圓滿結束，過程非常順利，取得了預期效果，能夠將實時采集的農產品品質信息、微環境參數信息、車輛地理位置等監測數據傳輸到監控中心，實現農產品品質、標識、地理位置的動態監測、路徑優化。此項技術的應用推廣將直接減少因物流環節造成的成本損耗，不僅保證了農產品的安全質量，同時也挽回了農民、養殖戶及經銷者的損失，將對所在地區的農作物種植、農牧產品養殖產生一定積極的影響，推動當地生產和就業經濟發展。因此，該項技術的推廣應用具有重要的現實意義。

得益于此項技術給各方面帶來的效益，接下來就要對此項技術進行大面積的推廣應用，按照“政府引導、企業參與、全程覆蓋”的原則，選擇一批冷鏈物流園區、冷鏈物流企業、農產品加工園區及農業龍頭企業，在先進冷鏈物流裝備、物聯網、低碳冷鏈物流、冷鏈配送、冷鏈物流標準化等領域，開展示范工程建設試點，發揮全過程冷鏈物流示范帶動效應，在全國培育一批主業突出、競爭能力強、服務水平高、行業影響力大的冷鏈物流示范企業。之后以點帶面，全面推行冷鏈物流環境監控技術，從而有力地推動社會經濟的快速發展[4]。

5 參考文獻

[1] 趙英霞.中國農產品冷鏈物流發展對策探討[J].哈爾濱商業大學學報（社會科學版），2010（2）：44-48.

[2] 宋漢利，于勇.農產品冷鏈物流中的安全監控應用研究[J].物流技術，2007（2）：177-180.

[3] 孫紅菊.農產品冷鏈物流淺析[J].物流技術，2009（3）：158-159.

[4] 葉海燕.我國農產品冷鏈物流現狀分析及優化研究[J].商品儲運與養護，2007（3）：38-42.