隨著科技的不斷進步和全球物流需求的增加，物流作為供應鏈管理領域的關鍵組成部分正受到廣泛矚目[1]。在當前全球化的環(huán)境下，冷鏈物流在確保生鮮和溫度敏感商品安全運輸方面扮演著至關重要的角色。隨著物聯(lián)網技術的逐漸成熟和普及，其在冷鏈物流中的應用愈發(fā)成為提高運輸效率、降低損耗以及保障貨物質量的關鍵要素[2][3][4][5][6]。
本文的目標在于深入研究物聯(lián)網技術在冷鏈物流中的應用，重點關注系統(tǒng)設計、系統(tǒng)架構、系統(tǒng)工作流程以及系統(tǒng)測試等關鍵方面。首先，通過對系統(tǒng)設計方案的設計，本文研究了冷鏈物流中物聯(lián)網技術的系統(tǒng)架構。其次，本文聚焦于系統(tǒng)架構，探討在冷鏈物流環(huán)境中建立高效可靠的物聯(lián)網系統(tǒng)結構的方法。同時，對系統(tǒng)工作流程進行重點研究。最后，通過系統(tǒng)測試階段，本文驗證了所提出系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，為物聯(lián)網技術在冷鏈物流中的應用提供實踐支持。
通過對這一綜合性研究的深入剖析，本文旨在為冷鏈物流領域的從業(yè)者、研究者以及相關決策者提供有益的理論指導和實踐經驗，推動物聯(lián)網技術在冷鏈物流中的更深層次應用和發(fā)展。
如圖1所示，基于物聯(lián)網技術的物流監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋網絡攝像機、溫度傳感器、濕度傳感器、窄帶物聯(lián)網(narrow band internet of things, NB-IoT)網絡、NB-IoT雙網絡網關、NB-IoT外部網絡、云平臺以及手機應用等組成部分[7][8][9]。
網絡攝像機負責實時捕獲物流環(huán)境的圖像信息，溫度傳感器和濕度傳感器負責實時監(jiān)測貨物的溫濕度情況。NB-IoT技術是一種通信技術，通過NB-IoT雙網絡網關實現(xiàn)對NB-IoT外部網絡的連接。所有采集到的數(shù)據(jù)均經由數(shù)據(jù)傳輸通道傳送至云平臺進行集中管理和分析。云平臺在系統(tǒng)中扮演著數(shù)據(jù)存儲、處理和管理的核心角色。此外，為了便于物流從業(yè)人員隨時隨地掌握物流動態(tài)，本系統(tǒng)還配套開發(fā)了一款功能齊全、操作便捷的手機應用程序。用戶通過手機應用，可輕松查閱物流監(jiān)控系統(tǒng)實時推送的各項關鍵信息。手機應用以其友好的用戶界面設計和豐富的數(shù)據(jù)可視化功能，極大提升了信息獲取和決策制定的效率，有力地保障了物流運輸流程的安全、透明與可控。
在系統(tǒng)中，物聯(lián)網架構包括四層結構體系：感知層、網絡層、平臺層、應用層。感知層作為物聯(lián)網架構的基礎組件，承載了一系列智能感知裝置，如網絡攝像機，其主要用于實時捕獲和記錄環(huán)境視頻信號，實現(xiàn)物理空間的可視化表征；與此同時，還包括溫濕度傳感器，通過連續(xù)精確地監(jiān)測和量化實際環(huán)境中的溫濕度變量，有效地實現(xiàn)實體世界的動態(tài)感知及數(shù)字化轉化。網絡層在架構中起到了至關重要的通信作用，采用NB-IoT標準，搭配NB-IoT雙模網絡網關技術，既保證了廣域覆蓋下海量設備的低功耗無線數(shù)據(jù)傳輸，又確保了跨網絡間數(shù)據(jù)流動的無縫銜接和高可靠性，從而有力支撐了感知層收集數(shù)據(jù)向更高級別處理單元的有效傳送。平臺層則構成了整個架構的核心處理中樞，對經過網絡層傳輸而來的多源異構數(shù)據(jù)進行處理和存儲。最上層的應用層，則聚焦于用戶體驗和服務交付，以智能手機應用程序的形式展現(xiàn)。這一層級將經由平臺層提煉和加工后的實時監(jiān)控信息及數(shù)據(jù)分析成果，以直觀且易于理解的界面展示給最終用戶，使得用戶能夠通過移動智能終端實現(xiàn)對冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)的實時訪問與操控，從而有力支撐了基于數(shù)據(jù)驅動的決策制定和業(yè)務流程優(yōu)化。
具體來說，感知層，包括網絡攝像機、溫度傳感器和濕度傳感器，通過捕捉與物流環(huán)境相關的實時數(shù)據(jù)啟動信息流。在數(shù)學上可以表示為式(1)。
式(1)中，Dperception代表感知層捕捉到的數(shù)據(jù)，fperception描述了感知過程的函數(shù)，Ienvironment表示環(huán)境輸入。
網絡層包括NB-IoT和NB-IoT雙網絡網關，促進了從感知層到平臺層的數(shù)據(jù)傳輸。該信息傳遞可以表示為式(2)。
式(2)中，Dnetwork表示網絡層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，fnetwork表示控制網絡通信過程的函數(shù)。
平臺層以云平臺為核心，接收并管理來自網絡層的數(shù)據(jù)。它通過先進的算法對數(shù)據(jù)進行實時分析和關鍵信息的提取。該處理步驟表示為式(3)。
式(3)中，Dplatform表示平臺層處理的數(shù)據(jù)，fplatform表示數(shù)據(jù)處理算法。
平臺層處理后的數(shù)據(jù)隨后傳輸?shù)綉脤?，該傳輸可以表示為?4)。
式(4)中，Dapplication表示應用層接收的數(shù)據(jù)，fapplication表示控制數(shù)據(jù)從平臺層到應用層傳輸?shù)暮瘮?shù)。
應用層中的手機應用與接收到的數(shù)據(jù)進行交互。用戶通過移動應用獲得有關物流過程的實時信息，從而支持決策。
如圖2所示，系統(tǒng)的工作流程從上電初始化到用戶界面顯示經過了一系列步驟。首先，系統(tǒng)上電后啟動系統(tǒng)初始化程序，進行必要的硬件和軟件設置，確保系統(tǒng)在啟動時能夠正常運行。其次，感知層設備，包括網絡攝像機、溫度傳感器和濕度傳感器等，被精確配置以確保準備好捕捉物流環(huán)境的數(shù)據(jù)。這些設備的準確設置對于保證數(shù)據(jù)采集的有效性至關重要，從而為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供可靠的基礎。最后，系統(tǒng)啟動網絡連接，確保能夠與其他設備或平臺進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
在網絡連接的基礎上，平臺層被初始化，負責接收并處理感知層捕捉到的數(shù)據(jù)。云平臺作為數(shù)據(jù)的中心處理和存儲中心，承擔了重要的角色，通過高效的算法對數(shù)據(jù)進行分析和管理，為用戶提供準確可靠的信息支持。
另外，應用層啟動能為用戶提供可視化的界面，準備接收用戶的交互請求。系統(tǒng)在應用層等待用戶的交互，持續(xù)檢測用戶的請求以響應其操作。這種用戶與系統(tǒng)的交互設計使得用戶可以方便地獲取所需信息，并對系統(tǒng)進行操作和調整。最終，根據(jù)用戶的請求，系統(tǒng)加載相應的界面，并將其顯示在用戶設備上，提供實時的物流監(jiān)控信息。交互式界面設計不僅提升了用戶體驗，還增強了系統(tǒng)的可操作性和實用性。
這一整體流程確保了系統(tǒng)的有序運行，為用戶提供了方便、實時的物流數(shù)據(jù)管理界面。
本文采用的支持NB-IoT通信協(xié)議的核心硬件以及主要實驗設備如表1所示。Sensirion SHT35是一款高性能數(shù)字溫濕度傳感器，它結合了高精度和長期穩(wěn)定性等特點，非常適合應用于冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)中。該傳感器能夠實時測量并輸出精準的環(huán)境溫度和相對濕度數(shù)據(jù)，且體積小巧，適合嵌入式安裝在各種嚴苛環(huán)境下，確保對冷鏈貨物儲存和運輸過程中的溫濕度條件進行有效監(jiān)控。Hikvision DS-2CD2143G0-I為?？低曢_發(fā)的高清網絡攝像機，具備優(yōu)秀的成像質量和全天候監(jiān)控能力。該攝像機支持高清分辨率，可進行實時視頻監(jiān)控，且內置紅外夜視功能，即便在光線不足的情況下也能保持良好的視頻質量。SIMCom SIM7000 G是一款集成多模全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(global navigation satellite system, GNSS)定位功能和NB-IoT/eMTC/CAT-M1通信標準的無線通信模塊，該模塊負責收集傳感器和攝像頭等前端設備的數(shù)據(jù)，并通過NB-IoT網絡將這些數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定地傳輸至云端服務器，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換。在移動終端方面，本研究選擇的是支持Android操作系統(tǒng)的國產智能手機作為用戶端的監(jiān)控工具。
硬件 |
選型 |
傳感器 |
Sensirion SHT35 |
網絡攝像機 |
Hikvision DS-2CD2143G0-I |
通信模塊 |
SIMCom SIM7000G |
手機 |
國產安卓手機 |
本研究構建了基于物聯(lián)網的冷鏈物流系統(tǒng)并進行了測試，具體步驟如下：
選擇感知層適用的設備，包括網絡攝像機、溫度傳感器和濕度傳感器，確保其與系統(tǒng)要求相符，配置網絡設備以確保網絡連接的穩(wěn)定性和高效性。
編寫系統(tǒng)初始化程序，包括上電初始化、硬件設備初始化程序等，確保系統(tǒng)在啟動時能夠正常運行。調用感知層設備的驅動程序，實現(xiàn)對攝像機、溫度傳感器和濕度傳感器的有效控制和數(shù)據(jù)采集。編寫平臺層和應用層的軟件，包括云平臺的數(shù)據(jù)處理和分析算法，以及手機應用的界面設計和用戶交互邏輯。
將各硬件設備連接至系統(tǒng)，確保它們能夠協(xié)同工作。并將編寫好的軟件模塊進行整合，形成完整的系統(tǒng)。對系統(tǒng)進行功能測試，驗證感知層設備的數(shù)據(jù)采集、網絡連接、平臺層和應用層的功能是否正常。
本文開發(fā)的應用軟件的檢測界面如圖3所示，包括視頻監(jiān)控、溫度、濕度、網絡狀態(tài)等。視頻監(jiān)控模塊提供實時的物流環(huán)境圖像，使用戶能夠直觀地監(jiān)測貨物狀態(tài)和運輸過程。溫濕度模塊展示了物流環(huán)境中的實時溫濕度數(shù)據(jù)，使用戶能夠即時了解貨物狀態(tài)。通過以上數(shù)據(jù)，用戶可以追蹤貨物是否在規(guī)定的溫濕度范圍內運輸，從而確保冷鏈物流的質量。網絡狀態(tài)模塊顯示了設備與NB-IoT網絡的連接狀態(tài)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。用戶可以即時了解設備是否成功連接，確保監(jiān)控系統(tǒng)的實時性。
本系統(tǒng)全面覆蓋了冷鏈物流監(jiān)控的核心要素，通過可視化展示，用戶能夠直觀地了解物流環(huán)境和設備狀態(tài)。另外，系統(tǒng)提供了實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)，用戶可以迅速響應任何潛在問題，確保貨物在運輸過程中的安全性和質量。
綜上所述，本文通過對基于物聯(lián)網技術的冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)開展的深入探究與實踐驗證，成功構建了一套實時監(jiān)控系統(tǒng)模型，該模型為冷鏈物流領域提供了一種高效的解決方案。在硬件配置層面，選用了一系列兼容NB-IoT協(xié)議的智能感知設備，具體涵蓋了用于實時環(huán)境監(jiān)控的網絡攝像機以及監(jiān)測冷鏈物流溫濕度環(huán)境的溫度傳感器和濕度傳感器。
在軟件體系的構建和實施階段，成功構建出一套穩(wěn)定且可靠的系統(tǒng)軟件架構，確保了在冷鏈物流復雜環(huán)境條件下數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和穩(wěn)定性。最終，開發(fā)的手機應用程序界面整合了視頻監(jiān)控、實時溫濕度數(shù)據(jù)顯示以及網絡狀態(tài)反饋等多項功能模塊，將冷鏈物流全程的關鍵監(jiān)控信息以一種直觀且全面的方式呈現(xiàn)給用戶，顯著提升了監(jiān)控信息獲取的便捷性和決策反應速度。
總之，此項研究工作不僅從技術角度推動了冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)的更新?lián)Q代，更為冷鏈物流領域內監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃設計與實際運用提供了富有價值的實踐依據(jù)和理論導向，有助于冷鏈物流行業(yè)運營效率和服務品質的提升，同時也為物聯(lián)網技術在未來冷鏈物流乃至更廣泛的供應鏈管理體系中的廣泛應用開辟了新的可能性并奠定了扎實的技術基礎。
滬公網安備 31011202008041號
