水果冷鏈物流智能調度范文

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《現代農業裝備雜志》2014年第三期

1國內外發展現狀

冷鏈物流（ColdChainLogistics）指在生產、貯藏、運輸、銷售直至最終消費前的各個環節中，將易腐敗的生鮮食品始終保持在規定的低溫環境下，以最佳的物流手段保證食品質量，減少食品損耗的一種物流體系[3]。在水果冷鏈物流過程中，要遵守“3T原則”，即流通時間（Time）、溫度（Tempera-ture）和產品耐藏性（Tolerance）要達到特定水果產品的要求。同時還要滿足“3M條件”，即冷藏保鮮的工具手段（Mean）、方法（Method）和管理措施（Management）要達到一定要求[4，5]。美國等西方發達國家在水果等鮮活農產品的流通方面，多以物流網絡的形式提供產品和相關服務，以滿足顧客需要[6，7]。普遍采用水果采后冷卻、氣調儲藏、洗果、涂蠟、分級和冷鏈運輸一系列規范配套的處理方式，使得水果采后商品化處理量幾乎達到100%。并配以EDI（ElectronicDataInterchange）系統等先進的信息技術，建立了包括生產、加工、儲藏、運輸、銷售在內的完整的新鮮水果冷鏈流通體系，使得新鮮果品具有極大的冷藏運輸率和運輸水果完好率。我國是水果生產大國，但產地基礎設施不完善，大部分產地未能解決分選、分級、預冷、保鮮等水果采摘后的處理問題，使得水果在采后流通過程中的損失每年超過生產總量的30%[10]。我國冷鏈技術起步較晚，雖然近年來政府和企業逐步開始重視和支持其發展，但水平依舊較低，特別是預冷處理、冷藏運輸等環節尤為薄弱，使得現有的冷鏈流通難易形成完整、連貫的系統。

2捕食搜索算法

車輛路徑問題（VRP）自Dantzing和Ramser于1959年首次提出該問題以來，一直是運籌學和組合優化領域的研究前沿與熱點。車輛最優路徑的確定是降低物流成本的有效方法之一，能解決一個起始點、多個終點的貨物運輸中，如何降低物流作業費用，并保證服務質量的問題，包括決定使用多少輛車，每輛車的行駛路線等。VRP的一般描述是：為服務于己知的一組顧客的一個車隊，設計一組開始和結束于一個中心（設施）出發點的最小費用路徑，每個顧客只能被服務一次，而且一個車輛服務的顧客數不能超過它的能力[11]。目前國內外對VRP求解算法的研究較多，大體上可分為精確算法和啟發式算法兩種[12，13]。精確算法主要應用于早期規模較小的VRP研究，隨著計算規模的增大，使得計算量成指數增長，嚴重限制了精確算法在實際中的應用。啟發式算法早期的代表有Clarke和Wright提出的節約法[14]、Gillett和Miller提出的掃描法[15]、Bramel和Simchi提出的LBH法[16]等。近年來以遺傳算法（GA）為代表的現代啟發式算法備受關注，也成為了VRP算法的一個新方向[17，18]。但是，上述方法多是對單設施的VRP模型進行求解，而對于多設施的問題涉及不多。動物學家在研究動物的捕食行為時發現，盡管動物物種的不同造成其身體結構千差萬別，但它們的捕食行為卻驚人地相似。動物在沒有發現獵物跡象時，在整個捕食空間沿著一定的方向以較快的速度尋找獵物；一旦發現獵物，則放慢步伐，并在獵物附近區域進行集中搜索，以找到更多獵物。研究人員通過模擬動物的這種捕食策略，提出了一種新的現代啟發式算法，即捕食搜索算法（PSA），利用控制搜索空間的限制大小來實現局域搜索和全局搜索以及它們之間的轉換，具有很好的局部集中搜索和跳出局部最優的能力。在車輛調度的現實情況中，物流配送網絡的顧客（或配送中心）之間不能都有直接最短配送線路，即便在交通十分發達的大城市中，也無法做到這一點。因而為保證完成對所有顧客的配送任務，一些顧客可能會被多次訪問。基于以上因素，本文提出以實際的物流配送網絡為基礎，采用了PSA對冷鏈物流的車輛路徑模型進行求解，建立嶺南特色水果冷鏈物流配送路徑優化的模型。

3結果與討論

本文首先采用模型分析，設計平臺使用框架，再到系統設計，最終實現應用集成。并通過實驗和實地試用驗證系統的可行性和有效性，最后進行了產品化設計。PSA算法主要實現步驟為：對VRP進行捕食搜索尋優時，先在整個搜索空間進行全局搜索，直到找到一個較優解；然后在較優解附近的區域（鄰域）進行集中搜索，直到搜索很多次也沒有找到更優解，從而放棄局域搜索；接著再在整個搜索空間進行全局搜索；如此循環，直到找到最優解（或近似最優解）為止。捕食搜索這種策略能很好地協調局部搜索和全局搜索之間的轉換，在較差區域進行全局搜索以找到較好區域，即對解空間進行廣度探索；然后在較好區域進行集中搜索，即對較好區域進行深度開發。應用PSA計算冷鏈物流的車輛最優路徑，具有一定的應用創新性。該算法簡潔、有效，是求解VRP這類復雜組合優化問題的一種較好方法。這樣，可以全程記錄控制條件、作物生長狀況與調節變化進行對比，適當修訂控制參數，實現最優化管理。

采用上海秀派電子科技有限公司生產的SP-THT-100溫度電子傳感標簽，內置2.4G有源RFID芯片和溫度傳感器，具有全自動識別和較高的識別率，能實時在線自動獲取環境溫度數據并存儲在RFID芯片內，還可通過RFID天線發送到RFID讀寫器，再通過GPRS無線傳輸系統傳送到監控中心。溫度電子傳感標簽內部的超薄紐扣電池能夠連續使用三年以上，當電池電量過低時能自動報警，掉電時可保存10y以上。產品外觀形貌如圖1所示。該溫度電子傳感器標簽還具有如下特性：①空氣中的識別距離最遠可達80m；②工作頻段在2.4～13.56MHz；③射頻輸出功率-20～0dBm；④存儲空間可擴充至最大256KB；⑤ID號碼為64bit；⑥工作溫度為-40～80℃，保存溫度為-60～85℃，溫度敏感度達0.5℃；⑦能抗10V/m，0.1～1000MHzAM調幅電磁波的電磁干擾；⑧震動：10～2000Hz15g三個軸。有利于及時掌握水果產品冷鏈運輸狀況，減少執行差錯，降低水果產品質量損耗，增強冷鏈物流的技術能力，提高管理效率、透明度和真實度。在運輸過程中，將RFID溫度監測器放入物品包裝或貨箱中。結合運用GPS，GIS，GPRS和智能傳感等先進技術，開發了水果產品冷鏈物流智能調度和監控管理信息系統。監測器按照系統預定的時間間隔周期性地記錄運輸過程中的水果環境溫度，系統通過安裝在倉庫、配送中心等各節點的讀寫器將這些數據讀取之后自動上傳至監控中心的信息平臺存儲和處理，用戶可以隨時上網下載與之相對應的記錄數據，從而實現貨物在途信息查詢、實時溫度監控和地理位置跟蹤等功能。同時可以向消費者提供方便的查詢手段，向社會公布水果產品的安全溯源信息。系統詳細拓撲圖和架構圖詳見圖2和圖3。

其中，水果冷鏈運輸信息監控子系統，主要用于實時采集水果產品在運輸過程中的溫度、位置等信息，后臺信息系統負責對采集的信息進行存儲、分布式處理和。該子系統根據冷藏車的具體溫度控制需求，建立了溫度管理接口程序和GPS車載終端控制指令程序。通過GPS車載終端隨時偵測溫度傳感器的感知溫度來調整控制，保證所運送的生鮮水果處于恰當的溫度，從而保證了貨物的質量。基于WebGIS的水果產品冷鏈物流配送子系統，主要用于實現物流配送信息的收集、存儲，并利用Interne網絡實現物流信息的自動化處理和動態數據采集。以Web數據庫中配送信息構成空間對象的屬性，開發了用于物流配送的GIS應用系統，利用WebGIS技術實現貨物空間位置和配送網絡的直觀展現。針對物流配送的共性問題（綜合算法的效率、復雜度），分析、選擇算法，實現算法在配送業務流中的集成和在Web平臺上的，并保留功能擴展能力，解決諸如網絡流量均衡、最優路徑、最小費用等實際問題。采用最優化模型，實現算法改進，以提高軟件的運行效率。并利用GIS工具的空間分析功能，對已有的優化結果空間對象進行付諸優化和定性分析。農產品信息管理子系統能提供網上訂貨（訂單處理）、倉庫管理等功能，實現了農產品供應各項數據的采集、匯總、快速檢索和統計分析功能，能顯著提高工作效率和管理水平。在標準化方面，借鑒國際標準，依據國家標準和行業標準，結合實際，根據HACCP原理和GMP（GoodManufacturingPractice，良好操作規范），制定、修改、完善新鮮果蔬，尤其是廣州的名特優產品的產前、產中、產后的地方標準。加快食品安全、農藥殘留量、質量及新鮮果蔬采后整修、分選、分級、清洗、預冷、包裝、冷藏、氣調貯藏、催熟、運輸、銷售等環節技術標準和規范的制定并加強推廣工作。

4對行業發展的推動作用

本項目由廣州市健坤網絡科技發展有限公司與廣州市從化萬祺水果專業合作社合作研發與推廣。在技術上，利用RFID、GPS、傳感器技術、移動物流信息技術等關鍵技術，實現嶺南特色水果冷鏈物流的應用。通過嶺南特色水果冷鏈物流智能監控和調度管理信息系統，實現貨物在途信息查詢、實時溫度監控和地理位置跟蹤等功能。在生產和流通環節上，以農民專業合作社為主體，以先進的信息技術為手段，以提升農民專業合作社信息化水平為基礎，以增強和提高農民專業合作社經營能力為重點，促進農民持續增收，在地方農產品龍頭企業的帶動下實現規模化、產業化。廣東省當前約2000多個城鎮計算，未來5年按每城鎮平均建設一個農民專業合作社示范點的需求，需要至少2000多套冷鏈物流智能監控和調度管理信息系統，如果再擴展到全國，需求量將翻好幾倍，市場前景十分廣闊。通過發展先進的保鮮、冷鏈物流信息管理技術，采用專業化的物流服務，降低物流成本，培育冷鏈物流的各環節主體的組織化程度，促進培育壯大冷鏈物流的各環節主體，降低在冷鏈物流中農產品流通損耗和成本，從而不斷提高嶺南特色水果的質量和產銷。

5結語

國外的冷鏈物流技術的發展已經相當成熟，在冷藏運輸過程中大多采用了自動溫度檢測設備以及自動溫控設備，能實時的監督冷藏箱內的溫度變化從而保證冷鏈物流的產品不會發生質變。我國目前的冷鏈設施和冷鏈裝備不足，原有設備陳舊，發展和分布不均衡，無法為生鮮食品流通系統提供低溫保障，以至于在冷鏈技術的應用上遠遠落后于國外。本文采用帶溫度傳感RFID電子標簽的監測器，及時對數據集中存儲和處理，實現冷鏈溫度的全程、實時監控和預警，顯著提高了我國冷鏈物流的信息化和標準化水平。通過技術成果的進一步實施，一方面，有利于降低水果產后損失和流通成本，對進一步推動農業農村經濟穩定發展、促進農民持續增收，具有十分重要的意義。另一方面，在當前對食品安全性和內在品質要求越來越高的情況下，減少對化學保鮮劑依賴的同時，滿足人民群眾對新鮮、營養的嶺南特色水果產品的需求，并可為農業生產管理的信息化以及冷鏈物流產業的標準化發展奠定基礎。

作者：彭賓黃家懌孟祥寶謝秋波單位：廣州市健坤網絡科技發展有限公司廣東省現代農業裝備研究所