物聯網技術在冷鏈物流中的應用研究

時間：2024-11-01 05:11:25來源：admin01欄目：冷鏈新聞閱讀：

0 引言

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。隨著物聯網技術的逐漸成熟和普及，其在冷鏈物流中的應用愈發成為提高運輸效率、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網技術在冷鏈物流中的應用，重點關注系統設計、系統架構、系統工作流程以及系統測試等關鍵方面。首先，通過對系統設計方案的設計，本文研究了冷鏈物流中物聯網技術的系統架構。其次，本文聚焦于系統架構，探討在冷鏈物流環境中建立高效可靠的物聯網系統結構的方法。同時，對系統工作流程進行重點研究。最后，通過系統測試階段，本文驗證了所提出系統的性能和穩定性，為物聯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，推動物聯網技術在冷鏈物流中的更深層次應用和發展。

1 基于物聯網的冷鏈物流監控系統設計

1.1 系統架構設計

如圖1所示，基于物聯網技術的物流監控系統涵蓋網絡攝像機、溫度傳感器、濕度傳感器、窄帶物聯網(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]。

圖1 系統設計方案NB-IoT

網絡攝像機負責實時捕獲物流環境的圖像信息，溫度傳感器和濕度傳感器負責實時監測貨物的溫濕度情況。NB-IoT技術是一種通信技術，通過NB-IoT雙網絡網關實現對NB-IoT外部網絡的連接。所有采集到的數據均經由數據傳輸通道傳送至云平臺進行集中管理和分析。云平臺在系統中扮演著數據存儲、處理和管理的核心角色。此外，為了便于物流從業人員隨時隨地掌握物流動態，本系統還配套開發了一款功能齊全、操作便捷的手機應用程序。用戶通過手機應用，可輕松查閱物流監控系統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據可視化功能，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。

在系統中，物聯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境視頻信號，實現物理空間的可視化表征；與此同時，還包括溫濕度傳感器，通過連續精確地監測和量化實際環境中的溫濕度變量，有效地實現實體世界的動態感知及數字化轉化。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據傳輸，又確保了跨網絡間數據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據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據進行處理和存儲。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。這一層級將經由平臺層提煉和加工后的實時監控信息及數據分析成果，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對冷鏈物流監控系統的實時訪問與操控，從而有力支撐了基于數據驅動的決策制定和業務流程優化。

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，通過捕捉與物流環境相關的實時數據啟動信息流。在數學上可以表示為式(1)。

Dperception

=fperception

(Ienvironment

)?????????(1)

?perception=?perception(?environment)?????????(1)

式(1)中，Dperception代表感知層捕捉到的數據，fperception描述了感知過程的函數，Ienvironment表示環境輸入。

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據傳輸。該信息傳遞可以表示為式(2)。

Dnetwork

=fnetwork

(Dperception

)?????????(2)

?network=?network(?perception)?????????(2)

式(2)中，Dnetwork表示網絡層傳輸的數據，fnetwork表示控制網絡通信過程的函數。

平臺層以云平臺為核心，接收并管理來自網絡層的數據。它通過先進的算法對數據進行實時分析和關鍵信息的提取。該處理步驟表示為式(3)。

Dplatform

=fplatform

(Dnetwork

)?????????(3)

?platform=?platform(?network)?????????(3)

式(3)中，Dplatform表示平臺層處理的數據，fplatform表示數據處理算法。

平臺層處理后的數據隨后傳輸到應用層，該傳輸可以表示為式(4)。

Dapplication

=fapplication

(Dplatform

)?????????(4)

?application=?application(?platform)?????????(4)

式(4)中，Dapplication表示應用層接收的數據，fapplication表示控制數據從平臺層到應用層傳輸的函數。

應用層中的手機應用與接收到的數據進行交互。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。

1.2 系統工作流程

如圖2所示，系統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，系統上電后啟動系統初始化程序，進行必要的硬件和軟件設置，確保系統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境的數據。這些設備的準確設置對于保證數據采集的有效性至關重要，從而為后續的數據處理和分析提供可靠的基礎。最后，系統啟動網絡連接，確保能夠與其他設備或平臺進行通信，實現數據傳輸。

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據。云平臺作為數據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據進行分析和管理，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。系統在應用層等待用戶的交互，持續檢測用戶的請求以響應其操作。這種用戶與系統的交互設計使得用戶可以方便地獲取所需信息，并對系統進行操作和調整。最終，根據用戶的請求，系統加載相應的界面，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，還增強了系統的可操作性和實用性。

這一整體流程確保了系統的有序運行，為用戶提供了方便、實時的物流數據管理界面。

圖2 系統工作流程

2 系統測試與分析

本文采用的支持NB-IoT通信協議的核心硬件以及主要實驗設備如表1所示。Sensirion SHT35是一款高性能數字溫濕度傳感器，它結合了高精度和長期穩定性等特點，非常適合應用于冷鏈物流監控系統中。該傳感器能夠實時測量并輸出精準的環境溫度和相對濕度數據，且體積小巧，適合嵌入式安裝在各種嚴苛環境下，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控。Hikvision DS-2CD2143G0-I為海康威視開發的高清網絡攝像機，具備優秀的成像質量和全天候監控能力。該攝像機支持高清分辨率，可進行實時視頻監控，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星系統(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據，并通過NB-IoT網絡將這些數據高效、穩定地傳輸至云端服務器，實現遠程監控和數據交換。在移動終端方面，本研究選擇的是支持Android操作系統的國產智能手機作為用戶端的監控工具。

表1 核心硬件選型

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網的冷鏈物流系統并進行了測試，具體步驟如下：

第一，系統硬件搭建。

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，確保其與系統要求相符，配置網絡設備以確保網絡連接的穩定性和高效性。

第二，系統軟件搭建。

編寫系統初始化程序，包括上電初始化、硬件設備初始化程序等，確保系統在啟動時能夠正常運行。調用感知層設備的驅動程序，實現對攝像機、溫度傳感器和濕度傳感器的有效控制和數據采集。編寫平臺層和應用層的軟件，包括云平臺的數據處理和分析算法，以及手機應用的界面設計和用戶交互邏輯。

第三，系統集成和測試。

將各硬件設備連接至系統，確保它們能夠協同工作。并將編寫好的軟件模塊進行整合，形成完整的系統。對系統進行功能測試，驗證感知層設備的數據采集、網絡連接、平臺層和應用層的功能是否正常。

本文開發的應用軟件的檢測界面如圖3所示，包括視頻監控、溫度、濕度、網絡狀態等。視頻監控模塊提供實時的物流環境圖像，使用戶能夠直觀地監測貨物狀態和運輸過程。溫濕度模塊展示了物流環境中的實時溫濕度數據，使用戶能夠即時了解貨物狀態。通過以上數據，用戶可以追蹤貨物是否在規定的溫濕度范圍內運輸，從而確保冷鏈物流的質量。網絡狀態模塊顯示了設備與NB-IoT網絡的連接狀態，保證了數據傳輸的穩定性。用戶可以即時了解設備是否成功連接，確保監控系統的實時性。

圖3 展示監控信息的手機界面

本系統全面覆蓋了冷鏈物流監控的核心要素，通過可視化展示，用戶能夠直觀地了解物流環境和設備狀態。另外，系統提供了實時的監控數據，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。

3 結語

綜上所述，本文通過對基于物聯網技術的冷鏈物流監控系統開展的深入探究與實踐驗證，成功構建了一套實時監控系統模型，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協議的智能感知設備，具體涵蓋了用于實時環境監控的網絡攝像機以及監測冷鏈物流溫濕度環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，成功構建出一套穩定且可靠的系統軟件架構，確保了在冷鏈物流復雜環境條件下數據傳輸的實時性和穩定性。最終，開發的手機應用程序界面整合了視頻監控、實時溫濕度數據顯示以及網絡狀態反饋等多項功能模塊，將冷鏈物流全程的關鍵監控信息以一種直觀且全面的方式呈現給用戶，顯著提升了監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控系統的更新換代，更為冷鏈物流領域內監控系統的規劃設計與實際運用提供了富有價值的實踐依據和理論導向，有助于冷鏈物流行業運營效率和服務品質的提升，同時也為物聯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。返回搜狐，查看更多

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