0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步和全球物流需求的增加，物流作為供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域的關(guān)鍵組成部分正受到廣泛矚目[1]。在當(dāng)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(yùn)輸方面扮演著至關(guān)重要的角色。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐漸成熟和普及，其在冷鏈物流中的應(yīng)用愈發(fā)成為提高運(yùn)輸效率、降低損耗以及保障貨物質(zhì)量的關(guān)鍵要素[2][3][4][5][6]。

本文的目標(biāo)在于深入研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冷鏈物流中的應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)工作流程以及系統(tǒng)測(cè)試等關(guān)鍵方面。首先，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)，本文研究了冷鏈物流中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。其次，本文聚焦于系統(tǒng)架構(gòu)，探討在冷鏈物流環(huán)境中建立高效可靠的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)工作流程進(jìn)行重點(diǎn)研究。最后，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試階段，本文驗(yàn)證了所提出系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冷鏈物流中的應(yīng)用提供實(shí)踐支持。

通過(guò)對(duì)這一綜合性研究的深入剖析，本文旨在為冷鏈物流領(lǐng)域的從業(yè)者、研究者以及相關(guān)決策者提供有益的理論指導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冷鏈物流中的更深層次應(yīng)用和發(fā)展。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrow band internet of things, NB-IoT)網(wǎng)絡(luò)、NB-IoT雙網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、NB-IoT外部網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)以及手機(jī)應(yīng)用等組成部分[7][8][9]。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)捕獲物流環(huán)境的圖像信息，溫度傳感器和濕度傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)貨物的溫濕度情況。NB-IoT技術(shù)是一種通信技術(shù)，通過(guò)NB-IoT雙網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)NB-IoT外部網(wǎng)絡(luò)的連接。所有采集到的數(shù)據(jù)均經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸通道傳送至云平臺(tái)進(jìn)行集中管理和分析。云平臺(tái)在系統(tǒng)中扮演著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(shí)隨地掌握物流動(dòng)態(tài)，本系統(tǒng)還配套開(kāi)發(fā)了一款功能齊全、操作便捷的手機(jī)應(yīng)用程序。用戶通過(guò)手機(jī)應(yīng)用，可輕松查閱物流監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)推送的各項(xiàng)關(guān)鍵信息。手機(jī)應(yīng)用以其友好的用戶界面設(shè)計(jì)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(yùn)輸流程的安全、透明與可控。

在系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)包括四層結(jié)構(gòu)體系：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層。感知層作為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)組件，承載了一系列智能感知裝置，如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，其主要用于實(shí)時(shí)捕獲和記錄環(huán)境視頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物理空間的可視化表征；與此同時(shí)，還包括溫濕度傳感器，通過(guò)連續(xù)精確地監(jiān)測(cè)和量化實(shí)際環(huán)境中的溫濕度變量，有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)體世界的動(dòng)態(tài)感知及數(shù)字化轉(zhuǎn)化。網(wǎng)絡(luò)層在架構(gòu)中起到了至關(guān)重要的通信作用，采用NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)，搭配NB-IoT雙模網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)技術(shù)，既保證了廣域覆蓋下海量設(shè)備的低功耗無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，又確保了跨網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)流動(dòng)的無(wú)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(jí)別處理單元的有效傳送。平臺(tái)層則構(gòu)成了整個(gè)架構(gòu)的核心處理中樞，對(duì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸而來(lái)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。最上層的應(yīng)用層，則聚焦于用戶體驗(yàn)和服務(wù)交付，以智能手機(jī)應(yīng)用程序的形式展現(xiàn)。這一層級(jí)將經(jīng)由平臺(tái)層提煉和加工后的實(shí)時(shí)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(guò)移動(dòng)智能終端實(shí)現(xiàn)對(duì)冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)訪問(wèn)與操控，從而有力支撐了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策制定和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化。

具體來(lái)說(shuō)，感知層，包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、溫度傳感器和濕度傳感器，通過(guò)捕捉與物流環(huán)境相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)啟動(dòng)信息流。在數(shù)學(xué)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(guò)程的函數(shù)，Ienvironment表示環(huán)境輸入。

網(wǎng)絡(luò)層包括NB-IoT和NB-IoT雙網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，促進(jìn)了從感知層到平臺(tái)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(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，fnetwork表示控制網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程的函數(shù)。

平臺(tái)層以云平臺(tái)為核心，接收并管理來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)。它通過(guò)先進(jìn)的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和關(guān)鍵信息的提取。該處理步驟表示為式(3)。

式(3)中，Dplatform表示平臺(tái)層處理的數(shù)據(jù)，fplatform表示數(shù)據(jù)處理算法。

平臺(tái)層處理后的數(shù)據(jù)隨后傳輸?shù)綉?yīng)用層，該傳輸可以表示為式(4)。

式(4)中，Dapplication表示應(yīng)用層接收的數(shù)據(jù)，fapplication表示控制數(shù)據(jù)從平臺(tái)層到應(yīng)用層傳輸?shù)暮瘮?shù)。

應(yīng)用層中的手機(jī)應(yīng)用與接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。用戶通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用獲得有關(guān)物流過(guò)程的實(shí)時(shí)信息，從而支持決策。

1.2 系統(tǒng)工作流程

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(jīng)過(guò)了一系列步驟。首先，系統(tǒng)上電后啟動(dòng)系統(tǒng)初始化程序，進(jìn)行必要的硬件和軟件設(shè)置，確保系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)能夠正常運(yùn)行。其次，感知層設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、溫度傳感器和濕度傳感器等，被精確配置以確保準(zhǔn)備好捕捉物流環(huán)境的數(shù)據(jù)。這些設(shè)備的準(zhǔn)確設(shè)置對(duì)于保證數(shù)據(jù)采集的有效性至關(guān)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(chǔ)。最后，系統(tǒng)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接，確保能夠與其他設(shè)備或平臺(tái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

在網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上，平臺(tái)層被初始化，負(fù)責(zé)接收并處理感知層捕捉到的數(shù)據(jù)。云平臺(tái)作為數(shù)據(jù)的中心處理和存儲(chǔ)中心，承擔(dān)了重要的角色，通過(guò)高效的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，為用戶提供準(zhǔn)確可靠的信息支持。

另外，應(yīng)用層啟動(dòng)能為用戶提供可視化的界面，準(zhǔn)備接收用戶的交互請(qǐng)求。系統(tǒng)在應(yīng)用層等待用戶的交互，持續(xù)檢測(cè)用戶的請(qǐng)求以響應(yīng)其操作。這種用戶與系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)使得用戶可以方便地獲取所需信息，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和調(diào)整。最終，根據(jù)用戶的請(qǐng)求，系統(tǒng)加載相應(yīng)的界面，并將其顯示在用戶設(shè)備上，提供實(shí)時(shí)的物流監(jiān)控信息。交互式界面設(shè)計(jì)不僅提升了用戶體驗(yàn)，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可操作性和實(shí)用性。

這一整體流程確保了系統(tǒng)的有序運(yùn)行，為用戶提供了方便、實(shí)時(shí)的物流數(shù)據(jù)管理界面。

2 系統(tǒng)測(cè)試與分析

本文采用的支持NB-IoT通信協(xié)議的核心硬件以及主要實(shí)驗(yàn)設(shè)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(jié)合了高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)中。該傳感器能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量并輸出精準(zhǔn)的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，且體積小巧，適合嵌入式安裝在各種嚴(yán)苛環(huán)境下，確保對(duì)冷鏈貨物儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的溫濕度條件進(jìn)行有效監(jiān)控。Hikvision DS-2CD2143G0-I為海康威視開(kāi)發(fā)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，具備優(yōu)秀的成像質(zhì)量和全天候監(jiān)控能力。該攝像機(jī)支持高清分辨率，可進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，且內(nèi)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(zhì)量。SIMCom SIM7000 G是一款集成多模全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(global navigation satellite system, GNSS)定位功能和NB-IoT/eMTC/CAT-M1通信標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信模塊，該模塊負(fù)責(zé)收集傳感器和攝像頭等前端設(shè)備的數(shù)據(jù)，并通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定地傳輸至云端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換。在移動(dòng)終端方面，本研究選擇的是支持Android操作系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)作為用戶端的監(jiān)控工具。

本研究構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流系統(tǒng)并進(jìn)行了測(cè)試，具體步驟如下：

第一，系統(tǒng)硬件搭建。

選擇感知層適用的設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、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(wǎng)絡(luò)設(shè)備以確保網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性和高效性。

第二，系統(tǒng)軟件搭建。

編寫(xiě)系統(tǒng)初始化程序，包括上電初始化、硬件設(shè)備初始化程序等，確保系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)能夠正常運(yùn)行。調(diào)用感知層設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)、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(xiě)平臺(tái)層和應(yīng)用層的軟件，包括云平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理和分析算法，以及手機(jī)應(yīng)用的界面設(shè)計(jì)和用戶交互邏輯。

第三，系統(tǒng)集成和測(cè)試。

將各硬件設(shè)備連接至系統(tǒng)，確保它們能夠協(xié)同工作。并將編寫(xiě)好的軟件模塊進(jìn)行整合，形成完整的系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試，驗(yàn)證感知層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接、平臺(tái)層和應(yīng)用層的功能是否正常。

本文開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件的檢測(cè)界面如圖3所示，包括視頻監(jiān)控、溫度、濕度、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。視頻監(jiān)控模塊提供實(shí)時(shí)的物流環(huán)境圖像，使用戶能夠直觀地監(jiān)測(cè)貨物狀態(tài)和運(yùn)輸過(guò)程。溫濕度模塊展示了物流環(huán)境中的實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，使用戶能夠即時(shí)了解貨物狀態(tài)。通過(guò)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(nèi)運(yùn)輸，從而確保冷鏈物流的質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模塊顯示了設(shè)備與NB-IoT網(wǎng)絡(luò)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(shí)了解設(shè)備是否成功連接，確保監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

本系統(tǒng)全面覆蓋了冷鏈物流監(jiān)控的核心要素，通過(guò)可視化展示，用戶能夠直觀地了解物流環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)。另外，系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，用戶可以迅速響應(yīng)任何潛在問(wèn)題，確保貨物在運(yùn)輸過(guò)程中的安全性和質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)展的深入探究與實(shí)踐驗(yàn)證，成功構(gòu)建了一套實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)模型，該模型為冷鏈物流領(lǐng)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(shè)備，具體涵蓋了用于實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及監(jiān)測(cè)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(gòu)建和實(shí)施階段，成功構(gòu)建出一套穩(wěn)定且可靠的系統(tǒng)軟件架構(gòu)，確保了在冷鏈物流復(fù)雜環(huán)境條件下數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。最終，開(kāi)發(fā)的手機(jī)應(yīng)用程序界面整合了視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)顯示以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)反饋等多項(xiàng)功能模塊，將冷鏈物流全程的關(guān)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(yīng)速度。

總之，此項(xiàng)研究工作不僅從技術(shù)角度推動(dòng)了冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)的更新?lián)Q代，更為冷鏈物流領(lǐng)域內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用提供了富有價(jià)值的實(shí)踐依據(jù)和理論導(dǎo)向，有助于冷鏈物流行業(yè)運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)品質(zhì)的提升，同時(shí)也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在未來(lái)冷鏈物流乃至更廣泛的供應(yīng)鏈管理體系中的廣泛應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性并奠定了扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。