利用物联网技术的现代粮食物流跟踪设计

　　20世纪末由美国麻省理工学院Auto—ID中心提出的EPC (Electronic Product Code产品电子代码)及物联网引起了世界各国的普遍关注，随后EPC及物联网的应用领域日益扩大，涉及生活的各个方面，在我国也同样成为大家关注的热点，得到了政府部门及相关行业的高度重视。许多行业、科研机构、企业开始研究、推广应用物联网，物联网遍及环境保护、政府工作、公共安全、工业监测、智能交通、智能消防等多个领域，在我国具有十分广阔的推广应用前景，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。

　　目前，我国粮食物流存在粮食物流技术装备水平较落后，粮食物流通道网络不完善，粮食现代物流信息系统不健全等突出问题。发展粮食现代物流是一项复杂的系统工程，它需要以物流信息技术为先导，融合粮食生产、加工、储存、运输、交易等粮食流通的各个环节，通过实现粮食物流技术装备的现代化、粮食物流通道结点网络化，借助飞速发展的现代信息技术，形成信息高度集中的粮食物流信息平台，才能真正构筑我国的粮食现代物流体系。物联网技术在粮食物流领域的推广应用必将带动粮食行业的快速发展。

　　1 物联网技术

　　1．1 物联网

　　物联网即EPC (Electronic Product Code产品电子代码)系统是在计算机互联网和射频技术RFID的基础上，利用全球统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个唯一的代码，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”。EPC系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统，其最终目标是为每一实体对象建立全球的、开放的标识标准，主要由6个方面组成：

　　EPC 编码标准、RFID 标签(Tag)、阅读器(Reader)、神经网络(Savant)系统、对象名解析服务(ONS)、实体标记语言(PML)。

　　其中射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种高级的自动识别技术，利用它通过无线射频方式进行非接触式的全双工数据通信，以对实物目标加以识别；阅读器(Reader)可控制射频模块向电子标签发射读取信号，并接收标签的应答信号，同时可对电子标签的对象标识信息进行解码，从而将对象标识信息连带电子标签上的其它相关信息传输到Savant系统以供处理；Savant是一种软件技术，在EPC网络中扮演中枢神经的角色并负责信息的管理和流动，减少从阅读器传往企业应用的数据量，确保现有的网络不超负荷运作；对象名解析服务(ONS)是联系前台Savant软件和后台PML服务器的网络枢纽，把Savant引入储存该产品信息的企业数据库；实体标记语言(PML)是EPC网络中的通用语言，用来定义物理对象的数据。

　　1．2 物联网组成

　　从物联网在物流中应用角度来看，物联网可以分为3部分：物流信息实时采集、物流信息传输和物流信息发布。

　　①信息实时采集主要由EPC射频识别系统和Savant系统组成。其中，EPC射频识别系统负责收集EPC编码数据，并将数据传给Savant系统。Savant系统利用分布式的结构，层次化地进行组织、管理数据流。Savant终端软件需要安装在生产企业、加工企业、零售店等各个物流结点以及运输设备、装卸搬运设备上。每一层次上的Savant系统将收集、储存和处理由EPC射频识别系统识别的信息，并与其它层次的Savant系统进行交流。每当阅读器扫描到一个EPC标签所承载的单位货物信息时，收集到的数据将传递到整个Savant系统。物流信息采集在各个环节收集的动态信息，为物流跟踪提供数据来源，从而实现了物流作业的无纸化。

　　②物流信息传输是将采集获得的数据通过无线或有线的通信方式传到Savant系统。目前常用的无线通信方式有GSM、CDMA、GPRS以及蓝牙技术(Blue Tooth)等，有线通信方式有数字数据网络技术(DDN)、电话网络(PSTN)、局域网(LAN)及宽带网等。

　　③物流信息发布提供的服务主要包括为单位产品提供身份认证，无论是批发企业、加工企业、零售店还是消费者，都可以从物流信息发布平台查明他们购入货物的渠道，防止劣质和过期的产品进入流通环节；加工企业可以通过查询物流信息发布的信息跟踪物流全过程和产品交易信息，防止窜货；零售店和消费者可以查询他们委托处理的接近保质期的产品是否已被妥善处理，防止过期产品重新流人市场继续销售。

　　就现代化粮食物流而言，物联网可以运用于粮食的仓库储存管理、粮食运输时集装箱可视化管理以及粮食加工后产品的跟踪等整个粮食流通领域，利用RFID技术组建物联网，可以将各种粮食货物的信息通过Internet实现信息整合，同时可优化物流供应和流通流程，提高粮食的生产效率和产品质量，进而提高整个粮食产业的核心竞争力，实现优质原材料入库以及高效高质量的产品出库。

　　2 基于物联网的粮食物流信息跟踪过程

　　2．1 粮食物流中EPC信息设计内容

　　对于粮食物联网而言，RFID标签(Tag)由芯片和天线(Antenna)组成，每个标签具有唯一的产品电子代码EPC。该产品电子码是Auto—ID为每个实体对象分配的唯一的可查询的标识码，其内含的一串数字可代表产品类别和生产商、生产日期和地点、有效日期、应运往何地等信息。粮食信息可以分为固定信息和可变信息。固定信息大部分是与粮食交易项目相关联的信息，包括确定该粮食交易项目的基本特征信息(如粮食的名称、包装规格等)和相关的管理信息(如粮食的产地名称、价格、粮食产品管理分类等)；可变信息是粮食交易项目随具体单元不同而变化的信息(如粮食的保质期、批号、毛重、皮重、水分、容重、杂质、不完善粒、矿物质含量等)。

　　同时，随着粮食在粮库或者加工厂内的转移或变化，这些数据可以实时更新。通常，EPC码可存入硅芯片做成的电子标签内，并附在被标识产品上，以被高层的信息处理软件识别、传递和查询，进而在互联网的基础上形成专为供应链企业服务的各种信息服务。目前国际上有3种格式的EPC码，EPC码的位数分别为64位、96位和256位。为了保证所有物品都有一个EPC编码，并使标签成本尽可能降低，建议采用96位。

　　当粮食在某个阶段完成某一道工序并贴上储存有EPC标识的RFID标签后，在粮食的整个生命周期中，该EPC代码将成为它的唯一标识，以此EPC编码为索引能实时的在RFID系统网络中查询和更新粮食相关信息，也能以此为依据，在粮食的运输、储存、加工等各个流通环节对它进行定位和定时追踪。每一道工序前都设有一个阅读器，并配备相应的Savant系统和计算机Internet系统。在粮食半成品的加工、转运、储存，以及成品的再加工、转运、包装和储存过程中，当粮食流通到某一环节的阅读器前时，阅读器在有效的读取范围内就会监测到标签的存在，因为阅读器可以不断的读取一连串的产品电子代码。

　　2．2 物联网在粮食物流跟踪过程中的运用

　　粮食物流具体跟踪过程可分为6个部分(见图1)，包括粮食入库、存储、出库、运输、加工以及销售信息跟踪。粮食物联网的整个过程是以Savant系统作支撑，通过在托盘、货架、车辆、仓库内部、出入库口、搬运器械、物流关卡等安装RFID阅读器，能够实现自动化的入库、出库、盘点，以及物流交接环节中的RFID信息采集，通过RFID技术与物流设备、设施的结合，实现粮食物流的透明化、信息化和自动化管理。粮食物联网的整体架构见图2

图1 现代粮食物流跟踪过程

图2 粮食物联网架构

　　粮库从农户或者中间商手中收购粮食，在粮食正式入库前，检验员会对每批产品进行质量检验，同时会在该批粮食中加载包含对应EPC代码的射频识别标签，收集粮食的登记信息和检验结果。在入库和储存过程中发生装卸搬运操作、入仓和转仓等情况时，Savant系统会将粮食实际变化情况与对应PML文件信息相匹配。

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　　当粮食以散存的方式入库后，插入粮食无线温度、湿度电子标签，并且在粮仓内安装温度、湿度和气体浓度等传感器，通过安装在粮仓内部或者附近的RFID阅读器，实时监控粮食存储过程中仓库内的温度、湿度和气体浓度，并将接收到的EPC信息传输到本地服务器中的Savant软件，随后将RFID阅读器识别到的粮仓内信息记录到本地EPC信息服务器，同时通过无线通信方式传送到粮食监控系统中心，系统中心通过GIS开发的软件将信息转变成直观性信息，同时系统就地与通风等设备组成控制系统，实现粮仓内环境的自动调节。

　　当粮食以集装箱的形式出库时，射频阅读器将它收集到的该批粮食的EPC信息传递给本地服务器中的Savant软件。随后Savant进人工作状态，将射频阅读器识别到的粮食信息记录到本地EPC信息服务器(Local EPC—IS)，EPC信息服务器将收集到的信息与入库检验、存储监控时收集在数据库里具有相同序列号的粮食信息相匹配，随后按照PML规格重新写入交易、出库记录，形成新的PML文件并存入PML服务器。在将粮食交易、出库信息记录到本地PML服务器的同时，将该批粮食EPC编码和PML服务器IP一块注册到ONS服务器使其在ONS基础构架中产生对应关系。通过Internet保障各地的Savant系统可以随时发出询问并读取该批粮食的相关信息。

　　当粮食以集装箱形式运输时，在道路货运车辆的挡风玻璃或者车体部位贴上智能化的集装箱RFID标签，标签中包含车牌号、起讫地点、线路、所属的企业、粮食基本信息等，实时记录箱、货、流信息以及开关箱时间和地理位置信息，实现粮食集装箱物流信息的全程实时在线监控。当行驶前方出现交通事故导致道路堵塞时，粮食流通信息实时监控系统重新选择最优路径，通过无线通信方式传送给货运车辆，以便及时调整货运路线，按时完成运输任务。

　　当粮食运送到粮食加工企业时，射频阅读器会根据到货检验、装卸搬运、入库等物流作业快速读取EPC标签中的代码，并将数据传递给本地Savant系统。本地Savant系统将识读到的粮食EPC编码传送给本地ONS服务器。ONS服务器将该粮食EPC编码转换成EPC域名，并把EPC域名传递给ONS基础构架，请求与EPC域名相匹配的PML服务器IP。ONS基础构架中的Savant系统负责将这一请求与粮库的PML服务器相匹配，并连接通讯。本地服务器通过Internet与远程PML服务器通讯，请求服务器中粮食相关信息。粮库的PML服务器返回粮食的检验记录、交易记录及相关物流纪录。本地服务器将远程PML服务器返回的粮食信息包括粮食品名、皮重、毛重、有效期等与入库质量复检阅读器收集到的购进重量、购进数量、购货日期等项内容，生成验收记录，存人后台的PML服务器。同时本地Savant系统将记录粮食生产企业PML服务器的IP地址。

　　在粮食批发到达销售点时，与入库、储存、出库产生的粮食物联网工作流程是相类似的。当零售店里的消费者或售货员取走货架上的粮食并最终付款时，货架上的射频阅读器会通过粮食包装上的EPC，辨认出该粮食的信息。然后通过零售店的Savant系统更新本地的库存信息并在粮食物联网中的EPC信息服务器(EPC—IS)和ONS服务器更新信息，如将信息数据库中对应的产品信息加入“已销售”一项。售货员通过EPC网络反映到粮库的本地EPC信息服务器(Local EPC—IS)中，然后粮库会注销已经消费掉的粮食信息。在粮食销售的整个过程中，粮食物联网的每个物流交接环节一直在通过自己的阅读器识别、确认粮食货物的相关信息，并通过Savant系统与PML服务器和ONS服务器建立连接，不断生成每个环节的粮食跟踪PML文件。在粮食销售过程的每个环节中，只要通过射频阅读器就可检验货物，而不需要开包验收，这样就能提高物流作业效率，还能够保证各环节实时地了解到粮食产品库存的详细情况。

　　3 结论

　　物流模式的变革呼唤了RFID技术，RFID技术的升级换代使EPC技术又演绎了全新的物联网。粮食物流在物联网的统一规划和组织下，应用现代信息技术，深入开发、广泛利用信息资源，加速实现粮食物流现代化进程。粮食企业内部实现信息化管理，粮食企业问尝试通过综合信息平台的建立，加强横向沟通和信息共享，改变以往的相对封闭状态，共享资源。可以减少企业间的重复建设所造成的资源浪费、效率低下等现象，优化社会和企业资源配置，减少企业投资，降低运输成本。现在我们具备了建立粮食物联网的主要条件，我国的无线通信网络已经覆盖了城乡，在不久的将来，每一单粮食产品将通过一个无线网址的特有识别码与互联网相连。目前物联网在粮食物流方面还处于探索和实验阶段，我们一定要抓住机遇，在建立风险防范机制的同时，进一步推广物联网在粮食物流中的应用，将会对我国现代粮食物流快速发展发挥巨大的作用。