基于GPRS的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現

王曉玲+馬滿增

摘 要： 基于射頻識別技術和GPRS技術進行冷鏈物流的實時監(jiān)控設計，實現對冷凍產品物流供應鏈的全天候信息監(jiān)測，提高供應鏈的可靠性。根據冷鏈物流不同階段的特點構建信息系統(tǒng)，采用射頻RFID技術進行標簽設計，實現對產品信息的追溯與跟蹤，冷鏈物流實時監(jiān)控覆蓋了冷鏈物流的客戶、項目、庫存和采購供應等管理工作，在生產、運輸、消費和銷售過程中通過GPRS技術進行產品的標簽讀取和信息反饋，將冷鏈物流信息由RFID標簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，實現冷鏈物流的實時監(jiān)控。測試結果表明，設計的系統(tǒng)具有較好的實時監(jiān)控能力，對冷鏈物流信息的傳輸和識別性能較好。

關鍵詞： GPRS； 射頻識別技術； 物流； 實時監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號： TN876?34； TP391.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）17?0109?04

Design and implementation of GPRS?based real?time monitoring

system for cold chain logistics

WANG Xiaoling， MA Manzeng

（College of Computer Science and Engineering， Cangzhou Normal University， Cangzhou 061001， China）

Abstract： On the basis of radio frequency identification （RFID） technology and GPRS technology， the real?time monito?ring of cold chain logistics was designed to monitor the all?weather information of frozen product logistics supply chain， and improve the reliability of the supply chain. According to the characteristics of cold chain logistic at different stages， the information system was constructed， and the RFID technology is used to design the label to realize the traceability and tracking of product information. The real?time monitoring of cold chain logistics covers the management of customer， project， inventory， procurement and supply of cold chain logistics. The label is read and information is fed by means of GPRS technology in the process of production， transportation， consumption and sales. The cold chain logistics information is transmitted to information management terminal through GPRS communication channel by means of RFID to monitor the cold chain logistics in real time. The test results show that the system has strong real?time monitoring ability， and high transmission and identification abilities for cold chain logistics information.

Keywords： GPRS； radio frequency identification technology； logistics； real?time monitoring system

0 引 言

在現代物流產業(yè)中，特別是在食品物流中，需要對物流產品進行全方位的實時跟蹤，保障物流的安全運行。隨著現代計算機技術和信息技術的發(fā)展，結合信息監(jiān)控和標簽識別方法進行物流產品跟蹤識別[1]，在進行冷凍產品物流中，根據《歐盟委員會關于歐盟食品法的一般原則委員會綠皮書》和《歐盟食品安全白皮書》，需要對冷鏈物流產品建立一套行之有效的信息實時監(jiān)控系統(tǒng)[2]進行產品質量追蹤和數據采集。在無線射頻標簽識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）不斷成熟的今天[3]，采用射頻識別和GPRS技術進行冷鏈物流產品的多源多格式的標簽閱讀[4]，實現物流的實時監(jiān)控，為物流監(jiān)管方和經銷商提供準確的數據支持，研究冷鏈物流的實時監(jiān)控設計方法在物流中心選址、配送中心規(guī)模確定、貨物配送規(guī)劃設計方面具有重要的作用。

1 基于RFID技術的冷鏈物流產品標簽設計

為了實現對基于GPRS的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)設計，采用RFID技術進行冷鏈物流產品的標簽設計和信息挖掘[4]，基于RFID技術的冷鏈物流產品標簽識別過程如圖1所示。

根據圖1所示的冷鏈物流產品標簽識別過程框圖得知，本文設計的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)建立在管理信息系統(tǒng)的基礎上，匯集ERP、冷鏈物流產品物流、VRM[5]。建設冷鏈物流產品供應鏈，包括冷鏈物流產品的生產、供應、銷售三個階段，GPRS的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)是連接農戶、超市、消費者之間的紐帶，這樣不僅控制了冷鏈物流產品相關信息的源頭，而且貫穿了冷凍產品供應鏈的全過程，匯集了冷凍產品客戶信息、數量、價格、地點、中轉站等相關信息。endprint

建立基于RFID技術的冷鏈物流產品標簽識別過程描述為：

Step1： 高頻無線信號識別。該過程是對冷鏈物流產品供應鏈信息的初步處理，消除其中的干擾數據。

Step2： 物流供應鏈物資標簽批量讀取。該過程是將不同的數據源進行融合，采用RFID智能卡閱讀器實現對物流供應鏈信息的控制、檢測和跟蹤。

Step3： 沿著追蹤的反向跟蹤監(jiān)控。該過程采用RFID技術構建射頻模塊、天線模塊，獲得物流實時監(jiān)控中所需的數據格式。

Step4：數據挖掘。該過程采用合理的算法通過智能RFID射頻識別，在生產、運輸、消費和銷售過程中通過GPRS技術進行產品的標簽讀取和信息反饋，獲得物流供應鏈監(jiān)控的隱含信息。

Step5：結果分析。通過監(jiān)控系統(tǒng)設計，與物流供應鏈合作伙伴建立穩(wěn)定的長期合作關系，并進行評估，從而篩選得到安全、快捷、標準化的冷鏈物流產品和信息知識。

Step6：知識表示。該過程是對知識的可視化表達，從根本上提高冷鏈物流產品信息流的集成能力，以適當的數據結構記錄于信息系統(tǒng)中，不斷調整供應鏈，完成知識的表達。

2 實時監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現

2.1 基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤設計

為了實現對冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)設計，基于GPRS技術進行冷鏈物流正向追蹤設計，內部追蹤流程由企業(yè)管理者和員工觸發(fā)產生，冷鏈物流產品與工業(yè)品不同，采用GPRS技術進行信息通信，在冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)中用到的身份識別技術主要有超高頻射頻識別技術（UHF RFID）和GPRS通信識別技術，基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤過程由閱讀器、電子標簽及應用軟件三部分組成，建立冷鏈物流產品供應鏈信息管理體系要以信息系統(tǒng)為基礎。實現高組織化、高秩序化、高標準化、高現代化的內部追蹤，基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤流程如圖2所示。

在對冷鏈物流正向追蹤中，對整個供應鏈的運作進行監(jiān)督，確保冷鏈物流產品的質量，控制各個環(huán)節(jié)的損耗。因此要有相應的監(jiān)督體系、完善質量檢查體系，采用RFID射頻中間件技術設計冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)的物資標簽批量讀取中間件[6]，RFID智能卡閱讀器的控制中心單元采用反饋、預測、指導等操作過程進行冷鏈物流的正向追蹤設計。

2.2 冷鏈物流監(jiān)控識別的實例數據分析

在進行了基于GPRS的冷鏈物流正向追蹤設計的基礎上，采用標簽識別算法進行冷鏈物流監(jiān)控識別的實例數據計算，在標簽批量讀取過程中，冷鏈物流正向追蹤識別概率為，企業(yè)B的生產能力定義為時，物流配送中心對冷鏈物流監(jiān)控的識別概率為：

（1）

產品從企業(yè)A，B到物流配送中心的搜索深度的均值為：

（2）

假設供應商數量為運輸方式為循環(huán)取料的分批運輸，物流配送中心到客戶的產品運費為：

（3）

冷鏈物流的逆向追蹤流程是以物流配送中心的信息反饋需求作為觸發(fā)事項，得到冷鏈物流逆向追蹤的平均時隙數為：

（4）

設兩個供應商之間的運輸時間為，冷鏈物流供應鏈的貨物全部完成的時間為：

（5）

通過冷鏈物流監(jiān)控識別的實例數據計算，得到冷鏈物流配送中心到客戶的運費一覽表，見表1。

在進行了冷鏈物流監(jiān)控識別的實例數據分析的基礎上，進行冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)設計。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)設計實現

冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)中，實時監(jiān)控覆蓋了冷鏈物流的客戶、項目、庫存和采購供應等管理工作，在生產、運輸、消費和銷售過程中通過GPRS技術進行產品的標簽讀取和信息反饋，針對物流配送中心的選址問題，需確定如下決策變量：

（1） 物流配送中心的選定，其相應的變量定義為；

（2） 相應的產品運輸量，定義為

；

（3） 產品運輸量（從選定的物流配送中心到客戶），定義為。

物流供應鏈上存在著信息流、資金流以及物流，而物流是整個過程的核心，將冷鏈物流信息由RFID標簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，構建冷鏈物流實時監(jiān)控的信息分發(fā)模型如圖3所示。

建立各個環(huán)節(jié)的監(jiān)督網絡，對冷鏈物流產品的源頭、信息、質量、采購、銷售、運輸、貯存進行監(jiān)督，對整個過程進行跟蹤，采用的效率和成本博弈方法構建碰撞因子，冷鏈物流產品的監(jiān)控系統(tǒng)整合各種資源，在生產、運輸、消費和銷售過程中，按照一定的規(guī)范集合各個階段的信息資源，并對收集的信息進行整理，信息編碼長度為其中產品監(jiān)控系統(tǒng)輸出的比特位為在冷鏈物流產品的基礎數據庫中，采用GPRS技術計算信息損傷因子。如果系統(tǒng)中存在個待識別標簽，當讀寫器喚醒所有標簽后，輸入時鐘頻率為驅動電子標簽，得到冷鏈物流信息監(jiān)控的特征分布均值為：

（6）

式（6）表明，當冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)中待識別標簽的數量越大時，輸入標簽讀取時鐘頻率在閱讀存儲卡中被兩分頻。假設系統(tǒng)內有個待識別標簽，在最大窗口時間內使用叉樹進行物資標簽批量讀取，搜索深度為1時，各個標簽在傳輸數據被識別的閱讀存儲卡中確定不同供應商的運輸次序，得到冷鏈物流實時監(jiān)控的實現過程：

第一步：建立采購、運輸、存儲、運輸以及銷售五個階段的供應鏈管理體系，設當前冷鏈物流貨物的批次；

第二步：對不同流通階段的產品建立位置信息點，假設初始位置通過建立供應商關系管理平臺（Vendor Relationship Management，VRM）對信息系統(tǒng)的源頭信息進行實時監(jiān)控[7]，對其進行全方位的追蹤；

第三步：基于GPRS技術進行信息通信，假設運輸車輛處于第批次貨物的訪問點，運輸車輛當前的剩余容量為通過對各供應鏈的標準化操作，對冷鏈物流工具和設備的標準化，組成；endprint

第四步：根據信息發(fā)布者和使用者的需求，基于GPRS技術選擇組合中最近的訪問點作為下一個訪問點，建立產地、產品、生產者到物流地、商品、物流商的關系網，令，返回第三步；

第五步：若不存在，且，則批次完成分配，對產品的損耗進行檢驗，將運輸車輛遣回配送中心，開始分配下一批貨物。令，同時返回第二步；

第六步：若不存在，且，計算終止，生成啟發(fā)批次策略，將冷鏈物流信息由RFID標簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，實現對整個過程的監(jiān)控。

3 實驗測試分析

為了測試本文設計的基于GPRS的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)的性能，進行系統(tǒng)仿真測試分析，冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)建立在RTOS操作系統(tǒng)的基礎上，選擇Android OS制作交叉工具鏈，選擇GPRS模塊GF?2000W與S3C6410連接進行冷鏈物流數據的無線傳輸，使用TCP/IP協(xié)議建立網絡通信[8]，設計客戶機/服務器應用程序構建冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)作模式，融合ERP信息系統(tǒng)、VRM、公共信息平臺實現冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)的應用程序開發(fā)，從Socket中提取接收到的冷鏈物流實時監(jiān)控數據，根據上述測試環(huán)境設計，采用不同方法構建的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)進行性能測試，以冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)的總傳輸數據量、對產品標簽的準確識別率測試指標，得到性能對比結果如圖4所示。

分析上述結果得知，采用本文設計的系統(tǒng)進行冷鏈物流監(jiān)控能有效提高物流總傳輸能力和對冷鏈標簽的準確識別能力，實現對冷鏈物流的實時準確監(jiān)控。

4 結 語

本文提出一種基于GPRS的冷鏈物流實時監(jiān)控系統(tǒng)設計方法，根據冷鏈物流不同階段的特點構建信息系統(tǒng)，采用RFID技術進行標簽設計，實現對產品信息的追溯與跟蹤，冷鏈物流實時監(jiān)控覆蓋了冷鏈物流的客戶、項目、庫存和采購供應等管理工作，在生產、運輸、消費和銷售過程中通過GPRS技術進行產品的標簽讀取和信息反饋，將冷鏈物流信息由RFID標簽通過GPRS通信信道傳送至信息管理終端，實現冷鏈物流的實時監(jiān)控。實驗分析結果表明，采用本文設計的系統(tǒng)進行冷鏈物流監(jiān)控，具有較好的實時監(jiān)控能力，對冷鏈物流信息的傳輸和識別性能較好，具有較高的應用性。

參考文獻

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