基于射頻識別技術的農產品冷鏈物流溫控管理研究

戶曉艷

（黃岡職業技術學院 電子信息學院，湖北 黃岡 438002）

農業農村部食物與營養發展研究所2023 年4 月18 日的一項研究發現，每年我國果蔬、畜產品、水產品等農產品食物按重量加權平均損耗和浪費率合計22.7%，約4.6 億噸，其中生產流通環節食物損耗3 億噸，而儲運環節冷鏈不完善是造成食物損耗的主要原因。受訪專家和基層干部指出，多類農產品食物存在巨大的可減損空間，要協同發力構筑冷鏈物流全鏈條食物減損體系。

隨著我國冷鏈物流產業從規模到技術的全面發展，結合消費者對農產品新鮮度要求越來越高，通過引入射頻識別技術（Radio Frequency Identification，簡稱RFID 技術），實現對冷鏈物流溫度變化的監管。RFID技術是一種利用射頻信號變壓器對數據進行傳輸以達到識別目的，具有讀取靈敏、速度快、存儲容量大、可重復利用、壽命長、可加密、操作快捷簡便等功能，在冷鏈物流溫控管理中應用RFID 技術，能夠對農產品的新鮮度以及品質進行實時、細致的管理。將RFID技術應用于冷鏈物流溫控管理體系中，結合實例優化冷鏈物流溫控管理體系，能夠對農產品的質量進行掌控與追蹤，促進農產品冷鏈物流各個環節溫度監測的無縫對接，提升物流的管理水平，提高果農產品物流保鮮品質，推動農產品冷鏈物流溫控管理技術持續發展。

1 RFID 技術與冷鏈物流溫控管理概述

1.1 RFID 技術的結構及工作原理

RFID 技術可簡單分為硬件層和軟件層，硬件層主要是完成信息感知，如電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）、托盤（Tray）等。其中電子標簽主要由RFID 天線、耦合元件及微型芯片組成；RFID 天線能將存儲在芯片中的數據轉換為射頻信號，并將其傳輸到讀寫器中，微型芯片可以儲存需要傳輸的信息。軟件層主要是完成信息的處理和應用，如中間件和應用軟件，一般統稱為應用系統。其中中間件研究的內容包括：海量數據的處理，并發訪問技術，目錄服務及定位技術，數據及設備監控技術，遠程數據訪問，安全和集成技術，進程及會話管理技術等等。RFID 技術的工作原理如圖1 所示，它是利用射頻信號或空間耦合(電感或電磁耦合)的傳輸特性，實現對產品的自動識別。如當電子標簽進入讀寫器可識別范圍的磁場后，讀寫器發出射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；讀寫器讀取信息并解碼后[1]，再將這段電磁波轉換成相關記錄送至中間件及應用軟件，進行有關數據處理。

圖1 RFID 技術的工作原理

結合圖1， RFID 電子標簽的工作頻率不僅決定著RFID 技術工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著電子標簽及讀寫器實現的難易程度和設備成本。RFID 技術的工作頻率主要包括：低頻、高頻、超高頻和微波幾個頻段。各個頻段的工作頻率及主要用途有：低頻（Low Frequency）,工作頻率主要規格為125kHz、133kHz，主要用于門禁系統、動物芯片、汽車防盜器；高頻（High Frequency）, 工作頻率主要規格為13.56MHz、27.12MHz，主要用于身份識別、圖書館管理、產品管理等；超高頻（Ultra High Frequency），工作頻率主要規格為433MHz、902～928MHz，主要用于監測港口、倉儲等物流領域的應用；微波（Microwave），工作頻率主要規格為2.45GHz、5.8GHz，主要用于行李追蹤、物品管理、供應鏈管理等[2]。

1.2 RFID 技術在冷鏈物流溫控管理中的應用基礎

根據RFID 技術的工作原理，結合現行冷鏈物流產業的發展現狀，將RFID 技術應用于冷鏈物流供應鏈實時溫控檢測過程中，可以充分發揮RFID 技術在農產品冷鏈物流管理中的優勢。為了實現實時溫控管理，需要在 RFID 標簽中添加溫度傳感器。溫度傳感器具有體積小、數據存儲量大、價格低、功耗低、測量范圍寬、機械熱化學強度和耐久性好、靈敏度可達0.2℃、供電壽命可達2～3 年等特點。把它集成到RFID 標簽中，可以對冷鏈物流供應鏈全過程進行實時監控，并且能夠準確的記錄全鏈條的溫度環境的變化及預警管理。

2 基于RFID 技術的農產品冷鏈物流溫控管理體系構建

2.1 構建農產品冷鏈物流溫控管理的需求分析

采用RFID 技術，構建農產品冷鏈物流溫控管理體系，解決的核心問題是如何實現冷鏈農產品物流過程中的實時溫度監控，如何選擇合適的運輸工具，如何保障農產品冷鏈物流進行有效的溫度控制，從而保證農產品的品質和質量安全。從管理層面來看，要對采購的農產品進行嚴格的篩選和審查，并建立長期穩定的合作關系，保證農產品來源的完整性、新鮮性；在農產品的產地、檢驗、監管和消費各個環節進行物流追溯；在軟硬件、信息網絡等相關的建設、管理、維護可提供的支持保障。從技術實現的角度來看，要將RFID 技術應用于農產品冷鏈溫控管理中，需要形成冷鏈物流智慧監測追溯體系，實現各環節數據實時監控和動態更新。

2.2 應用RFID 技術的冷鏈物流實時溫控原理

為了實現冷鏈物流實時溫控，需要在RFID 技術的冷鏈溫控管理體系中完成溫度實時監控、溫度實時分析和溫度異常預警三個環節，具體如圖2 所示。在冷鏈物流供應鏈各環節，有源RFID 標簽可以實時追蹤物流運輸過程中的農產品，提供物流可視化與實時監控，可以解決冷鏈物流的溫度實時監控問題。通過溫度傳感器的溫度感應，實時讀取溫度數據并同步寫入RFID 標簽，實現數據的實時溫度監控及傳輸；利用RFID 冷鏈數據的特點構建一個數據流挖掘模型，在數據分析領域中，離群點檢測是一個非常重要的數據挖掘任務，它的算法的核心思想是：離群點是那些其密度明顯低于周圍鄰居的點，首先計算出其周圍鄰居的密度，并通過比較其密度與周圍鄰居密度的比值來判斷其離群程度，通過調用離群點算法進行分析[3]，主要解決冷鏈物流的溫度實時分析處理問題。若發現異常溫度數據，就觸發冷鏈預警機制，提示管理人員處理，在必要情況下同時將結果傳遞給消費者和相關監管部門。

圖2 RFID 技術的冷鏈物流實時溫控原理

2.3 農產品冷鏈物流溫控管理體系模型總體框架

利用物聯網應用系統，將RFID 技術應用于農產品冷鏈物流溫控管理體系構建中，從加工、存儲、運輸、銷售等各環節進行全過程信息化跟蹤與檢測，使冷鏈物流管理更加高效、精確、透明，降低農產品在流通環節的損耗率，減少農產品的損失和流通浪費，推動農產品流通實現智能化、自動化。具體如圖3所示，構建基于RFID 技術的農產品冷鏈物流管理體系模型總體框架。

圖3 RFID 技術的農產品冷鏈物流管理體系

采購環節：農產品從農田采摘之后，為了保鮮要進行預處理，在托盤上嵌入RFID 無源電子標簽，通過RFID 讀寫器，可以快速對農產品進行追蹤，準確掌握其農產品信息，確保托盤標簽信息類別與農產品信息相匹配，從而保證農產品在最有效的時間內進行預冷，防止農產品腐爛。

加工環節：加工環節是低溫產品增值的重要部分，不涉及對農產品內在成分的改變，只發生農產品量的變化。根據預冷時間，分類整理、匯總、儲存相應農產品至加工商的物聯網應用系統，方便及時查找和歸類農產品。

存儲、運輸環節：冷鏈物流主要是為了保持農產品的品質而減少運輸損耗，它的核心不完全是“冷”，而是“恒溫”，不同農產品需要不同的保存溫度。在存儲、運輸環節，對預冷處理、冷鏈加工好的農產品，進行冷鏈儲存后，采用專業的冷藏車、保溫盒、冷藏陳列柜等設施進行運輸和配送；通過RFID 數據信息信息采集、視頻監控、溫度傳感器、GPS/GIS 導航等冷鏈技術，時刻測量農產品的溫度和追蹤運輸狀況，使相關人員實時掌握農產品的溫度情況。

銷售環節：銷售環節是冷鏈物流的終點，負責將農產品銷售給消費者。在這個環節中，可以在農產品銷售區域安裝RFID 讀寫器，利用讀寫器讀取每件農產品包裝上的RFID 標簽，農產品供應商可以通過物聯網應用系統，實時追溯和查詢冷鏈區域的溫度信息、相關視頻，確保農產品能夠安全、及時地送達到消費者手中，從而保證農產品的新鮮度，提高工作效率，減少農產品受損率。

從采購、加工、存儲、運輸、銷售各環節企業保證農產品物流全程可視化監控，并及時上傳相關數據信息至監控系統、追溯系統。對于消費者而言，可對農產品進行溫度、視頻信息的全程追溯；對于監管部門來說，在制定相應標準的基礎上，可實時監控農產品冷鏈物流全程，保證農產品質量安全。

3 某超市農產品供應鏈應用RFID 技術研究

在某超市現行農產品管理模式的基礎上，利用RFID 技術提高其農產品供應鏈的管理效率，使某超市實現農產品冷鏈溫控的全程數據化管理。

3.1 某超市農產品管理現狀

目前，某超市將農產品外包給第三方物流企業進行運輸配送。第三方物流企業，通過低溫冷藏對農產品進行運輸、加工、倉儲、配送等方面進行管理，其擁有的冷鏈系統，包括電子標簽掃描揀貨系統、WMS倉庫管理系統，并通過冷鏈技術將各節點銜接，形成了“產銷一體”的冷鏈物流模式[4]。據調查，某超市農產品管理面臨的問題：（1）由于某超市農產品產銷環節的透明度不高，從采購至管理員再到消費者，因供應鏈各個環節之間的數據沒有共享，信息不對稱，而導致農產品出現質量問題、環節拖延等情況。（2）第三方物流企業的倉儲管理環節的溫度控制手段較粗陋，不能精確控制溫濕度，也不能及時反饋、發現溫度異?；蛞炎冑|的農產品。（3）農產品供應商所掌握的信息與某超市信息不匹配，導致超市熱銷商品庫存得不到及時補充，滯銷農產品出現庫存積壓的狀況，使得庫存管理成效不理想。

3.2 RFID 技術農產品冷鏈物流管理體系基本應用框架

由于農產品易腐爛而需要在特定的溫度范圍內保持新鮮度和質量，如圖4 為農產品冷鏈物流管理體系在某超市基本應用框架，目的是提高某超市冷鏈物流作業效率和準確性，以及提高供應鏈中各個企業之間信息的及時性、有效性和共享水平，使某超市提供多品種的高質量農產品來滿足消費者的多樣化需求。

圖4 某超市應用RFID 技術的應用框架

在采購、加工過程中，某超市應用RFID 系統中心服務器，借助RFID 在采購數據庫系統中記錄農產品產地、新鮮度、品質等信息，特別是對于易腐農產品的多維信息，并對農產品進行預冷處理。在冷鏈加工環節，向數據庫系統中添加加工時間、方式、存儲要求等信息，通過溫濕度傳感器、攝像頭等記錄加工全過程，將得到的數據全部存入數據庫系統中，為農產品安全預警和追溯提供前期準備。同時對農產品按類別匯總，實現對農產品的自動分揀，減少員工的成本及失誤率。

在存儲、運輸過程中，采用專業的冷庫、冷藏車、保溫盒、冷藏陳列柜等基礎設施，實時監測并確保庫內易腐農產品最優的貯藏條件，避免人工造成的溫度差錯或是農產品混淆差錯等，提升倉儲的作業準確率；在運輸途中通過RFID 標簽及時調整溫度，保持農產品適宜的運輸環境，能夠幫助第三方物流企業在農產品運輸中明確問題出現時的責任歸屬，提高運輸的效率。同時將GPS/GIS、信息采集技術、無線通過技術等應用在冷鏈運輸車設備中，作為物聯網信息采集終端的一部分。

在銷售過程中，利用RFID 技術實現農產品的高效監控。消費者可通過農產品RFID 標簽，了解到該商品的采購時間、產地、產品運輸保存天數和最佳使用日期等，讓顧客買的放心[5]。某超市可根據農產品的標簽信息判斷其需要的存放溫度和環境，以及判斷其最佳銷售時間和存放時間，充分做好價格和庫存量決策，從而幫助減少損失，實現利潤最大化。

4 試驗成效與尚需優化的后期研究

本研究通過RFID 技術在冷鏈物流溫控管理中的應用，提出優化冷鏈物流溫控管理體系，在智能化實時監控、安全預警和農產品溯源等管理過程中，解決目前冷鏈物流各環節出現的基礎設施建設水平低、技術含量不足和“斷鏈”等問題，實現農產品從農田到餐桌的冷鏈物流運輸高效銜接和全程追溯，各環節全程實時監控，信息無縫對接，保證了果蔬、畜產品、水產品等農產品的新鮮品質，提高了農產品冷鏈流通的效率，為未來建設全程無縫、高度信任、絕對安全、超高效率的冷鏈物流和全面進入數字經濟時代打好基礎。

RFID 技術在某超市冷鏈物流中的應用成效：（1）實現了農產品的實時跟蹤、路徑追蹤和時效監控等功能，通過RFID 系統中心服務器對運輸環節進行定位和監控，提升農產品配送的效率和安全性。（2）根據農產品的RFID 標簽，及時分析和掌握供應鏈農產品資源管理、品質監控等數據，為超市提供準確的數據支持，提高超市的管理服務水平和農產品的品質。（3）應用RFID 技術了解農產品的存儲溫度、貨源位置、存放時間和移動情況等信息，實現消費者購買需求與超市農產品供給的智能化匹配，提高超市存儲管理水平和農產品質量的控制效能。

某超市在應用RFID 技術實現冷鏈物流溫控管理過程中，凸現了管理的優勢，但還存在冷鏈運輸的協調性及成本高等問題，如長短途運輸之間多元運輸協調的問題，技術運用成本與其產生的效益之間的關系，采用何種材質的電子標簽才能使得利潤最大化，特別是對于利潤空間小的農產品，如何解決“最后一公里”的問題，這些將是后續研究需要考慮的問題。