基于電子鼻的冷鏈運輸產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)設(shè)計*

□ 秦豐城，姜曉紅

(南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

冷鏈物流是利用專業(yè)設(shè)施設(shè)備及方法來保證運輸過程中貨物始終處于其規(guī)定的環(huán)境條件下的特色物流。根據(jù)我國物流運輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀，不難看出，我國冷鏈物流自動化程度不高，且信息技術(shù)也沒有得到廣泛應(yīng)用。在標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建方面，無論是設(shè)施設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還是操作規(guī)范以及軟件應(yīng)用等領(lǐng)域，都需要出臺更多的強制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn)，且彼此間需要更好的銜接和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)[1-3]。2021年12月出臺的《“十四五”冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》明確提出要加強智能溫控等冷鏈智慧技術(shù)裝備的應(yīng)用，這對推動冷鏈運輸設(shè)施設(shè)備升級給予了高度的重視和大力的支持。本文主要對冷鏈物流運輸過程中，基于電子鼻技術(shù)的冷鏈運輸產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)進行研究，以保障冷鏈運輸物品的品質(zhì)及安全性[4-6]。

1 冷鏈物流技術(shù)及電子鼻應(yīng)用簡介

國外冷鏈物流技術(shù)研究起步早，技術(shù)發(fā)展較為成熟，部分歐美地區(qū)的發(fā)達國家已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定且可靠的冷鏈物流體系，生鮮易腐農(nóng)產(chǎn)品冷鏈流通量在銷售產(chǎn)品總量中的占比高達50%，并且呈持續(xù)增長的趨勢。而我國冷鏈物流在經(jīng)歷過萌芽到起步發(fā)展之后，自2008年開始進入快速發(fā)展階段，行業(yè)規(guī)模顯著擴大，發(fā)展質(zhì)量不斷提升，但仍存在行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有待改善、硬件設(shè)施和技術(shù)水平落后等問題。如產(chǎn)品運輸處理階段的設(shè)施建設(shè)落后；冷鏈運輸過程中的貨物處理水平不高，冷鏈物流車仍處于相對落后的水平；部分大中城市不具備成熟的冷鏈物流體系，農(nóng)業(yè)銷售市場中的冷鏈設(shè)施設(shè)備還有很多不足之處[7]。

電子鼻冷鏈產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)是面向生鮮水果以及魚肉海鮮等易腐壞易變質(zhì)物品的，其采用定位技術(shù)、氣體采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)等相關(guān)信息技術(shù)，運用車載制冷設(shè)備進行溫度處理，將運輸貨物的溫度控制在適宜的儲存條件下。本系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息處理技術(shù)將運輸貨物的品質(zhì)以信息數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，加強了信息管理，完善了冷鏈物流運輸體系目前的缺失，從而在一定程度上降低了物品的損耗率，提高了經(jīng)濟效益[8]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)需求分析

相關(guān)統(tǒng)計表明，我國食品物流成本占總體物流成本的比例較高，其絕大部分原因在于運輸過程中的貨物發(fā)生了腐爛變質(zhì)等損耗。國外冷鏈運輸大多采用自動溫度監(jiān)測及控制設(shè)備的方式來降低冷鏈貨物的損耗率。但目前國內(nèi)還沒有相對成熟的冷鏈物流溫度控制技術(shù)，運輸過程中控制溫度的手段也相對不規(guī)范，且缺乏統(tǒng)一的規(guī)定。有些地區(qū)至今仍使用人工記錄的方式對物品進行檢測，以至于出現(xiàn)主觀因素影響大、物品監(jiān)測不及時等問題，從而導(dǎo)致貨物在運輸過程中存在較大腐壞幾率。因此，可以通過構(gòu)建電子鼻冷鏈產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)來加強冷鏈運輸中對貨物的實時溫濕度以及品質(zhì)監(jiān)測，從而提高冷鏈物流的運輸效率，同時滿足冷鏈物流企業(yè)及消費者對貨品品質(zhì)的需求[9-10]。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

基于上述需求分析，本文將構(gòu)建電子鼻冷鏈產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)開發(fā)策略，本系統(tǒng)主要由總體框架設(shè)計、功能模塊設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和代碼設(shè)計這四部分構(gòu)成。其功能模塊如圖1所示。

2.2.2 模塊設(shè)計

①貨物裝前檢測。

該部分操作執(zhí)行在貨物運輸之前。主要由車輛檢測、物品檢測、包裝檢測、人員檢測四部分組成。

a.車輛檢測：檢測車輛運行狀態(tài)，確認(rèn)車載溫度處理設(shè)備的正常使用并多次進行消毒。

b.物品檢測：首先確認(rèn)運輸貨物有無損壞，再根據(jù)運輸貨物的儲存溫度和尺寸大小放入相對應(yīng)的溫度隔間。

c.包裝檢測：貨物運輸包裝在條件允許的情況下首先選取綠色、無污染、可降解的材料，其次根據(jù)貨物規(guī)定的儲存條件確定其包裝的密封程度和存放位置，從而保持貨物的溫濕度。

d.人員檢測：審核駕駛?cè)藛T的駕駛資質(zhì)，同時檢查司機的健康狀況，從根源上防止疫情的傳播擴散。

②訂單管理。

該部分由訂單錄入、訂單審核和訂單反饋三部分組成。首先進行的是訂單錄入，當(dāng)工作人員將運輸貨物錄入系統(tǒng)時，系統(tǒng)會根據(jù)貨物信息生成一個訂單號。后臺工作人員開始對寄件人的身份、信用狀況以及運輸貨物等信息進行核查。審核完成后，運輸公司將著手處理這批貨物，同時會給寄件人發(fā)送反饋信息告知審核的最終結(jié)果。

③運輸追蹤。

在運輸貨物過程中，利用車載北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以精確了解運輸冷藏車當(dāng)前所處位置，并提前規(guī)劃好接下來的運輸線路，防止道路交通擁堵等意外狀況的發(fā)生，同時也為各個冷藏網(wǎng)點之間的交接提前做好準(zhǔn)備。在運輸過程中執(zhí)行實時溫度追蹤可以在一定程度上避免因運輸人員主觀判斷而造成運輸貨物腐爛變質(zhì)等問題，從而降低運輸過程中貨物的損耗率。

④電子鼻檢測。

a.電子鼻介紹

電子鼻學(xué)名為氣味掃描儀，是一種起源于20世紀(jì)90年代的能夠?qū)κ称愤M行快速檢測的設(shè)備。電子鼻因具有特異性傳感器和模式識別系統(tǒng)，所以能對被測樣品的一些特征進行快速檢測，定性或定量地輸出對氣體所含成分的分析結(jié)果。電子鼻是模擬動物嗅覺器官而制造的一種高科技產(chǎn)品，在某些方面可以代替人的感官。目前，我國已經(jīng)自主研發(fā)出了具有較好適應(yīng)性的電子鼻設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)模塊圖

b.電子鼻原理

電子鼻檢測主要是利用電子鼻技術(shù)，將設(shè)備分為氣體采集系統(tǒng)、傳感器陣列、信號處理系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)四個模塊。氣體采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集運輸箱內(nèi)脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物產(chǎn)生的肉類臭氣、硫化氫變質(zhì)氣體，例如烴酯類化合物和揮發(fā)性物質(zhì)，并將其傳給傳感器。傳感器陣列和信號處理系統(tǒng)接收到化學(xué)信號后，根據(jù)氣體種類的不同，將其轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的電信號。最后由模式識別系統(tǒng)將這些不同種類的電信號以信息數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)給運輸人員。傳感器陣列在一定的檢測限度范圍內(nèi)對多種氣體進行鑒別，而且還可以進行多維空間的響應(yīng)。目前的電子鼻技術(shù)，根據(jù)其監(jiān)測對象的不同，利用特殊傳感陣列，將不同的結(jié)果通過物理信號進行傳輸及系統(tǒng)分析，并將其結(jié)果與監(jiān)測要求進行比對分析，獲得最終的結(jié)論[11-13]。

c.電子鼻應(yīng)用

近年來，電子鼻已經(jīng)在生活各方面得到了廣泛的應(yīng)用，根據(jù)檢測方面的不同從而衍生出多項電子鼻子技術(shù)。在肉類方面，電子鼻可以檢測出肉制品的新鮮度、風(fēng)味評價、摻假程度、微生物污染等方面的狀況；在酒類檢測中，通過對色澤、酚含量、氧水平等指標(biāo)的檢測可以避免摻假、惡意勾兌、濫用甜味劑、塑化劑超標(biāo)、工業(yè)乙醇等類似事件的發(fā)生；在糧油和調(diào)味料方面，糧食屬于活的有機體，因其代謝快的特點，極易發(fā)霉變質(zhì)，從而產(chǎn)生一些真菌揮發(fā)性的代謝物，對人體造成一些壞的影響，而電子鼻的使用則可以在一定程度上減少此類狀況的產(chǎn)生；在環(huán)境治理方面，電子鼻的應(yīng)用可以得出環(huán)境污染的一些具體指標(biāo)，并有效地對HS、SO2、 CO、NO、CH4等有害氣體和一些有機揮發(fā)性物質(zhì)的濃度進行監(jiān)測，從而將其控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。

⑤異常處理。

當(dāng)上一階段電子鼻檢測呈現(xiàn)出的信息如溫度、濕度、指定氣體濃度等數(shù)據(jù)超出事先所規(guī)定的偏差最大值時，電子鼻監(jiān)測系統(tǒng)將會立刻向運輸人員傳達報警信息并自動智能分析和生成調(diào)整方案。工作人員將立刻根據(jù)系統(tǒng)所呈現(xiàn)的信息對車廂內(nèi)的環(huán)境進行相對應(yīng)的檢查與調(diào)整，并將之記錄下來，降低此類事件發(fā)生的概率。

⑥訂單交付。

在訂單交付時，工作人員應(yīng)再次檢測運輸貨物的品質(zhì)，確任品質(zhì)完好無誤后，進行公司與客戶之間的派送。當(dāng)派送結(jié)束后，工作人員掃描訂單碼來錄入訂單的回執(zhí)，并向客戶發(fā)送反饋消息，結(jié)束此次冷鏈運輸?shù)娜^程。

2.3 SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要有以下組成部分：由操作系統(tǒng)、程序、管理系統(tǒng)等組成的軟件部分，對數(shù)據(jù)進行增加、修改及刪除的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理員，應(yīng)用系統(tǒng)以及用戶。主要優(yōu)點有：①程序和數(shù)據(jù)獨立性高；②數(shù)據(jù)安全性高，支持長期保存；③數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有備份和恢復(fù)功能，可以數(shù)據(jù)共享；④控制數(shù)據(jù)冗余度。SQL Server因具有可擴展、高性能和可以為分布式客戶機/服務(wù)器計算所設(shè)計的優(yōu)點，能夠?qū)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)與Windows NT進行有機結(jié)合，給客戶提供許多基于事務(wù)的企業(yè)級信息管理系統(tǒng)方案。基于SQL Server，本文對質(zhì)量追蹤系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的需求進行分析，主要數(shù)據(jù)包括運輸車輛的信息、電子鼻檢測的數(shù)據(jù)、貨物的數(shù)據(jù)以及運輸人員的數(shù)據(jù)[14]。通過圖2來表明數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)。

圖2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

3 可行性分析

有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在我國每年近十億噸左右的易腐食物消耗中，有一半以上是需要冷鏈運輸?shù)?，但目前我國綜合冷鏈流通率較低，不足20%，而發(fā)達國家的冷鏈流通率可以達到90%，甚至超過95%。對此，國務(wù)院與發(fā)改委等相關(guān)部門多次發(fā)布相關(guān)政策，以此來推進冷鏈運輸體系的完善與發(fā)展。近期，國務(wù)院發(fā)布的《“十四五”冷鏈物流規(guī)劃》也特地提出要推動冷鏈物流運輸設(shè)備升級。本文研究的電子鼻冷鏈產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)主要利用電子鼻技術(shù)和Python編程技術(shù)。其中，電子鼻技術(shù)多利用集成電路和傳感器技術(shù)，在我國發(fā)展已經(jīng)相對成熟，而Python編程技術(shù)的操作相對簡單，且具有強大的分析能力，使用者可以根據(jù)源代碼進行對應(yīng)的更改與變換。因此，基于電子鼻的冷鏈運輸產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)在技術(shù)上具有較好的可行性和適應(yīng)性。

4 結(jié)論

本文將電子鼻技術(shù)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相結(jié)合，通過對車廂內(nèi)氣體、溫濕度及其他化學(xué)指標(biāo)的識別與監(jiān)測，實現(xiàn)對貨物的實時質(zhì)量監(jiān)控并作出相應(yīng)的預(yù)警，避免運輸過程中因溫度控制不當(dāng)、處理不及時等帶來的產(chǎn)品質(zhì)量問題?；陔娮颖堑睦滏湲a(chǎn)品質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)的使用將會完善冷鏈物流運輸體系，并在提高冷鏈物流的信息化水平的同時，降低貨損率以及物流運輸過程中的總成本。