基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系构建: 框架、机理与路径

来源：SCI期刊网 分类：经济论文 时间：2022-04-21 09:36 热度：

　　摘 要: 将物联网技术应用到生鲜农产品冷链物流体系建设中，有助于破解当前冷链物流中断频发的难题，对于确保生鲜农产品质量安全、稳定农产品价格具有重要意义。本文从政府监管部门、冷链相关企业和消费者的功能需求出发，构建了包含多个物联网系统和信息平台在内的生鲜农产品冷链物流体系框架，并从生鲜农产品冷链物流过程视角分析了该体系的运行机理，指出生鲜农产品冷链物联网的完善程度、冷链物联网标准体系以及冷链各节点之间的信息共享程度是该体系运行效率的三个主要决定因素，进而从政府先期投入与优惠措施并举，加快农产品冷链物联网标准体系建设，组建多种形式的冷链物流联盟体系，分阶段、分步骤逐步推进冷链相关企业的物联网化改造，引导消费者需求等方面提出了该体系的建设路径。

　　关键词: 物联网; 生鲜农产品; 冷链物流

　　一、问题的提出

　　据统计，我国每年约有 4 亿吨生鲜农产品进入流通领域，但是绝大多数生鲜农产品运输销售缺乏必要的冷链保障，果蔬类进入冷链系统的比重只有 5% ，肉类 15% ，水产品约 23% ，导致生鲜农产品流通过程中的腐损较为严重，其中果蔬流通腐损率高达 20% ～ 30% 、肉类达 12% 、水产品达 15% 。仅果蔬一项，每年损耗金额就达 1000 亿元以上。而英国、美国、加拿大、日本、韩国、新加坡等发达国家生鲜农产品的冷链流通率达到 95% 以上，腐损率一般可以控制在 5% 以下。此外，目前我国某些生鲜农产品零售价居高不下的现状与冷链物流发展的滞后也有密切关系，因为大量易腐农产品售价中的 70% 是用来补贴流通过程中的损失。所以生鲜农产品冷链物流体系建设是解决当前农产品质量安全问题和部分农产品价格持续走高的关键。中央一号文件连续多年提出要完善农产品市场流通体系，逐步推进生鲜农产品冷链物流体系建设。

　　自 2010 年国家发改委出台《农产品冷链物流发展规划》以来，农产品冷链物流开始进入一 个新的发展阶段，冷库和冷车数量增长较快，年均增长率达到 30% ，制冷技术水平也有了显著提高。但尽管如此，与国外先进冷链物流体系相比，还有很大差距。整体而言，冷链物流企业信息化程度低，即使冷链上的某个节点实现了信息化，也难以保证该技术已应用到整条冷链上，冷链中断的现象频频发生。冷链物流体系建设关键不是强调“冷”，而是强调“链”，生鲜农产品只有在流通加工、贮藏、运输、分销、零售等环节始终处于适宜的低温控制环境，才能够最大程度地保证产品品质和质量安全，减少损耗。

　　将物联网技术应用到生鲜农产品冷链物流体系建设中，有助于破解当前冷链物流发展的难题。所谓“物联网”，在技术上也叫传感网，是指通过射频识别( RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、二维码识别终端等信息传感设备，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[1]。通过物联网技术的集成运用，可以实现对生鲜农产品的位置跟踪、来源追溯，以及运输、仓储、流通加工等环节的电子化作业，特别是可以对整个流通过程进行温湿度监控，能够有效加强冷链物流各个环节的沟通，减少信息不对称现象，提高冷链效率，防止冷链中断。虽然我国物联网起步较晚，但是发展速度较快，特别是我国已经将物联网上升为国家战略，并将其作为未来产业竞争的关键支撑。伴随着物联网技术在生产流通、绿色节能、智慧城市、智能电网等不同领域的推广应用，一些关键性技术也越来越成熟，这使得物联网技术初步具备了全面应用于生鲜农产品冷链物流体系建设的条件。本文将构建基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架，分析其运行机理，进而提出有效构建该体系的路径，这对降低生鲜农产品流通损耗率，确保生鲜农产品质量安全、稳定农产品价格具有重要理论与现实意义。

　　二、文献回顾

　　欧美发达国家率先将物联网应用于生鲜农产品冷链物流体系的构建，美国、加拿大、德国、意大利、澳大利亚、日本、韩国等已经形成了完整的农产品冷链物流体系，典型事例如加拿大与韩国的猪肉追踪系统以及英国的耳标追踪系统等，利用物联网技术实现对于生鲜肉制品流通全过程的跟踪管理，从而实施有效的监管[2]。目前，物联网技术在生鲜农产品冷链物流中的应用研究主要集中在农产品物流追溯系统，如 Liddell & Bailey 对牲畜可追溯系统的追溯性、透明性和质量保证做了区分，对六个主要的猪肉出口和进口国的牲畜追溯系统进行了比较[3]。Hobbs 等认为可追溯系统有三个功能，一是对存在安全隐患食品的召回，降低了公共成本[4]; 二是可明确农产品安全事故的责任主体; 三是可降低消费者购买农产品的信息成本。

　　此外还有很多研究对冷链物流中易腐品保管问题、冷链绩效的优化问题等进行了探讨[5-7]，这些研究中所涉及的冷链配送路径优化、冷链温度控制、冷链中断等难点问题，完全可以通过物联网技术加以优 化。近 年 来，发展中国家农产品冷链物流问题也日益受到国际学者的关注， Joshi 等的研究显示，冷链是易腐品供应链的关键组成部分，目前发展中国家急需一个强有力、可信赖的冷链体系，该研究采用博弈论方法论证了冷链在发展中国家的广泛应用前景，并以印度为例做了说明[8]。

　　相对于国外研究，国内关于冷链物流与物联网的研究才刚刚起步。苏国贤，李富忠对我国如蔬菜冷链物流的发展现状、存在问题及发展趋势进行了探讨[9]; 胡天石强调当前冷链物流发展要完善标准、加强监管，抓紧传统冷库升级和技术改造，提升冷库物流作用[10]; 缪小红等利用改进遗传算法探讨了冷链物流配送路径优化[11]; 兰洪杰和李龙飞将食品冷链协同过程分为战略层协同、战术层协同和操作层协同三个阶段，并从物流组织、物流资源、物流信息三个方面对最重要的战略层协同进行了系统分析[12]。由此可知，目前国内关于该领域的研究虽然已经取得了一定进展，但是将物联网技术应用到冷链物流体系建设中的研究并不多见，秦立公等说明了物联网各项技术在冷链物流设备管控各环节的应用价值，且以物联网技术中的 RFID 技术为例做了分析，构建了基于物联网的冷链物流设备 BSC 管控绩效评价指标体系[13]; 佟金等进一步提出并开发了一种基于 RFID、UPS 和 UPRS 技术的冷链物流状态和质量监控信息系统，用以实时监控生鲜农产品在运输过程中的状态和质量，通过网络发布相关信息，包括温度、货物状态图片和 UPS 定位信息、农产品状态和质量信息等[14]。但这仅仅是物联网技术在冷链物流某个环节的具体应用，并未触及生鲜农产品冷链物流体系的建设。

　　国内外关于物联网技术应用于冷链物流的研究虽然积累了较多成果，但往往只是触及了冷链物流体系建设的某个方面，而且这些研究大多是以数理分析求解的方法从理论上探讨物联网部分技术应用于冷链物流的效果，仅仅从局部说明了物联网技术应用的理论可行性。事实上，生鲜农产品冷链物流体系建设是一项复杂的系统工程，并非单一的生鲜农产品追溯系统、运输调度系统或实时监控系统就可以解决的，更应该强调的是多个系统或平台的互动和融合。目前国内外将物联网技术全方位应用于冷链物流体系建设的研究还非常罕见，国内对物联网技术应用于冷链物流的理论研究与实践发展都较为滞后。基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架究竟应包括哪些内容或子系统? 该体系的运行机理是怎么样的? 现有的研究并没有给出解释。从理论上讲，物联网技术的应用可以提高生鲜农产品冷链物流效率，但是由于我国物联网刚处于兴起阶段，而新技术应用本身必然会导致成本的上升，这使得冷链物流服务商必须在物联网技术应用成本与生鲜农产品损耗降低带来的收益之间进行权衡，当损耗降低收益大于新技术应用成本时，物联网技术才可以得到更为广泛的应用。因此，基于物联网的冷链物流体系建设在我国面临严峻的挑战，那么应采取什么样的建设路径? 这些都是本文拟探讨和解决的问题。

　　三、基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架

　　基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系建设要综合运用射频识别技术、视频监控技术、传感器技术、移动 GIS 技术等物联网技术，确保生鲜农产品从产地到消费者餐桌全流通过程始终处于维持其品质所必需的可控温湿度环境下，实现农产品各冷链物流环节的无缝衔接，保持冷链的完整性和可控性，同时最大限度地提高物流配送效率，降低物流成本。该体系是一个包含若干信息系统和平台的复杂工程，政府监管部门、冷链相关企业和消费者是主要的应用主体，其中冷链相关企业包括了农产品冷链流通全过程涉及的企业，如农产品批发市场、农产品物流中心、农产品流通加工企业、第三方物流企业等。构建基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架，可从三方应用主体的功能需求倒推。( 1 ) 从政府监管部门的功能需求看，为了营造安全的生鲜农产品环境，基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系必须能够在冷链终端对于生鲜农产品进行全程可视化追溯，保证监管部门在农产品流通过程中，可以随时查询并观看，及时纠正流通过程中存在的问题，变“事后控制”为“事中控制”，甚至“事前控制”，最大限度地减少不必要的损失。( 2) 从冷链相关企业的功能需求看，为了实现上下游信息的共享，基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系必须能够在产品流通的各个环节进行数据的采集、传输和管理，同时在生鲜农产品流通全程对温湿度进行有效监控，发生参数超标时，相关系统能够发出预警并进行智能调节; 而且必须能够在相关智能系统的辅助下，以成本最小化为原则，设计冷链物流仓储或配送方案( 包括冷链仓储管理或冷链运输路径优化方案等) ，提高冷链物流效率，并可对远程运输的冷藏车行使轨迹进行有效监控; 此外，还必须能够对不同冷链企业间生鲜农产品交接信息进行采集，并实现对相关农产品的可视化追溯，一旦发生质量安全问题，可以快速明确责任。( 3 ) 从消费者的功能需求看，由于传统的流通过程使得消费者无法知晓最终购买的生鲜农产品是否存在安全隐患，如农药超标、使用有毒物质保鲜等，所以消费者从内心希望能够对所购买的冷链农产品进行流通全程的质量追溯，实现从田间到零售终端的全过程信息查询，而且如果消费者可以查询到生鲜农产品生产、加工、运输、销售的“全生命周期”数据，既满足了消费者对所购买农产品信息知情权的需求，又可以促使消费者大胆放心地购买相关农产品。鉴于政府监管部门、冷链相关企业和消费者的功能需求，基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架如图 1 所示。

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　　冷链相关企业一般应建立基于物联网技术的监控中心，并建立信息采集系统、仓储管理系统、运输调度系统、监控与预警系统、企业冷链安全追溯系统以实现与监控中心的协调配合。信息采集系统用于采集生鲜农产品在流通过程各节点上的信息( 包括生鲜农产品进入流通过程的初始信息) ，通过 EPC 编码技术对冷链上的农产品做出唯一的标准编码，根据编码为每组农产品建立一个档案，通过无线传感器网络( WSN) 、射频技术( RFID) 、全球定位系统( GPS) 、通用分组无线服务技术( GPRS) 等物联网技术进行数据信息采集，并传输到监控中心供其他物联网系统共享使用。仓储管理系统用于生鲜农产品入库到出库过程中的智能化管理，接受来自监控中心的数据信息，配合仓库管理人员的智能终端，利用 WSN 和 RFID 技术，提高农产品入库、在库盘点、出库的作业效率，减少生鲜农产品仓储过程中的损耗，还可以进行库存智能化分析，确定最优库存和补货订货点。运输调度系统通过 RFID、GPS 定位及地理信息系统( GIS) 实现运输车辆跟踪、指挥调度和最优配送路线的设计，有助于进行“多温共配”等冷链联合配送方案的优化设计，节省配送时间，降低生鲜农产品在运输环节的损耗。监控与预警系统综合运用 RFID、温度传感器、二氧化碳传感器、声光报警器等对生鲜农产品在仓储、运输等物流环节的温湿度进行实时监控，尤其是在远距离运输过程中，即便冷藏车具有恒温控制设备，当外界温度急剧变化时，冷藏车内的实际温度也会发生变化，严重影响温度敏感性高的生鲜农产品品质，而监控与预警系统的作用恰恰在于当温湿度数据超出预设数值上限或下限时自动报警，以便冷链相关企业进行实时调控。仓储管理系统、运输调度系统、监控与预警系统的数据信息也都会通过 GPRS 无线通信技术随时传送给远程监控中心。企业冷链安全追溯系统将接受来自监控中心的信息，有针对性地对生鲜农产品冷链流通全过程进行追溯，发现问题并及时解决。

　　政府监管部门建立的政府监控与追溯系统主要是对生鲜农产品冷链全过程进行监控与追溯，将生鲜农产品冷链物流链条上各个节点的数据进行汇总，建立统一的安全追溯基础数据库。政府监控与追溯系统直接对接冷链相关企业的监控中心，实时获取信息采集系统、仓储管理系统、运输调度系统、监控与预警系统、企业冷链安全追溯系统的信息，将各物流节点的数据按照统一编码加以汇总形成物流节点备案。同时，政府监控与追溯系统具备公共平台性质，建立过程中还涉及到配套冷链物联网标准体系的建设，即政府应该制定统一的冷链物流作业标准、物联网信息采集与传输标准、各个物流节点之间的交互标准等，形成物联网建设标准体系，指导不同的冷链相关企业按照统一标准进行物联网化改造，将不同冷链物流链的监控中心和政府监控与追溯系统进行有效的兼容和衔接，确保政府监控与追溯系统能够在区域范围内进行多品类、跨企业、跨冷链的全方位监控与追溯。

　　农产品全生命周期查询系统是供消费者使用的，也是基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架的一个重要组成部分。由政府相关部门主持开发农产品全生命周期查询系统，并建立统一的公共信息存储后台，设计官方查询网站以及客户端，成立专门的部门加以管理。消费者可通过官网或安装在电脑及智能手机等 IT 设备上的客户端查询农产品的全生命周期数据。消费者只需要输入或扫描购买的农产品 EPC 码，点击产品追溯，即可获得该产品从产地到最终零售终端所经历的流通过程以及所有流通节点的相关信息。

　　此外，在基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系框架中，还有一个物联网信息公共平台。政府监控与追溯系统的核心信息以及所有冷链相关企业监控中心的主要信息都将上传至该信息平台，该平台按照统一的信息采集标准和数据传输协议加以汇总，实现追溯数据查询统计、根据批次码正向跟踪生鲜农产品以及通过追溯码反向溯源等。而该平台上集聚的大量数据信息经过整合也将反向提供给政府监控与追溯系统、企业的监控中心，消费者使用的农产品全生命周期查询系统的信息也都来自该信息平台。而且该平台还是一个采用线下实体市场和线上虚拟市场相结合的服务平台，可以为生鲜农产品提供货源、车源、库源的交易撮合，以及在线支付、供应链金融服务、农产品冷链物流行情指数发布、冷链知识普及和冷链政策信息发布等相关服务。——论文作者：汪旭晖，张其林

文章名称：基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系构建: 框架、机理与路径

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