為滿足現(xiàn)代冷鏈儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中貨物的溫度管理要求，本文敘述了采用半有源RFID溫度標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)貨物儲(chǔ)運(yùn)的全程溫度記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物運(yùn)輸溫度的可追溯性采用有源RFID溫度標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)輸過(guò)程中的貨物溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，限度的降低因溫度因素造成的貨物損失。

詳細(xì)介紹

RFID溫度標(biāo)簽在現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中的應(yīng)用

［編輯簡(jiǎn)介］：為滿足現(xiàn)代冷鏈儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中貨物的溫度管理要求，本文敘述了采用半有源RFID溫度標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)貨物儲(chǔ)運(yùn)的全程溫度記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物運(yùn)輸溫度的可追溯性采用有源RFID溫度標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)輸過(guò)程中的貨物溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，限度的降低因溫度因素造成的貨物損失。

［關(guān)鍵詞］：射頻識(shí)別、有源溫度標(biāo)簽、半有源溫度標(biāo)簽、可追溯性、實(shí)時(shí)測(cè)溫

Abstract：In order to satisfy the modern cold chainstorage and transportation of goods in the thermal management requirements, thepaper describes the full temperature records, storage and transportation ofgoods using semi-active RFID temperature tags to achieve traceability of goodstransport temperature; use of active RFIDthe temperature labels to achievereal-time monitoring of the temperature of goods in the vehicle duringtransport to reduce the loss of goods due to the temperature factor.

Keywords: RFID, active temperature tags,semi-active temperature tags, traceability, real-time temperature measuring

引言

冷鏈運(yùn)輸是指在運(yùn)輸全過(guò)程中，無(wú)論是裝卸搬運(yùn)、變更運(yùn)輸方式、更換包裝設(shè)備等環(huán)節(jié)，都使所運(yùn)輸貨物始終保持一定溫度的運(yùn)輸。冷鏈運(yùn)輸方式可以是公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸，也可以是多種運(yùn)輸方式組成的綜合運(yùn)輸方式。冷鏈運(yùn)輸是冷鏈物流的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。冷鏈運(yùn)輸?shù)膶?duì)象主要有：醫(yī)藥品如：疫苗、血液制品；保鮮食品如：速凍食品、肉類等、冷飲，蔬菜、水果、水產(chǎn)品等。

RFID標(biāo)簽根據(jù)其能量獲取方式，可以分為三類：類是無(wú)源標(biāo)簽，標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收讀卡器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，這類標(biāo)簽通常具有數(shù)字標(biāo)識(shí)和有限的幾個(gè)存儲(chǔ)單元，屬于被動(dòng)標(biāo)簽；第二類是半有源標(biāo)簽，這類標(biāo)簽的射頻電路同樣借助于感應(yīng)電流來(lái)提供能量，其它部分電路則是靠?jī)?nèi)置的電池提供能量，因此也屬于被動(dòng)標(biāo)簽的一種；第三類是有源標(biāo)簽，這類標(biāo)簽的內(nèi)置電池為整個(gè)電路提供能量，主動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收設(shè)備，屬于主動(dòng)標(biāo)簽；后兩類標(biāo)簽在除了具備數(shù)字標(biāo)識(shí)外，還具有其它的關(guān)鍵信息，例如溫度信息，并且該信息的存儲(chǔ)量比較大。

RFID溫度標(biāo)簽將數(shù)字標(biāo)識(shí)與溫度測(cè)量緊密結(jié)合在一起的一種標(biāo)簽，在通過(guò)數(shù)字標(biāo)識(shí)完成物資身份識(shí)別的同時(shí)又對(duì)其所處的環(huán)境進(jìn)行測(cè)量和記錄。本文就RFID溫度標(biāo)簽在現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸領(lǐng)域做了一些深入的探討。

圖1 溫度標(biāo)簽、讀寫(xiě)器與應(yīng)用

1 冷鏈運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀介紹

美國(guó)、日本及西歐國(guó)家的食品冷鏈運(yùn)輸率達(dá)80%～90%，東歐國(guó)家約50%，而我國(guó)只有10%左右。據(jù)了解，去年我國(guó)因丟棄腐爛食品造成的浪費(fèi)達(dá)到700億元人民幣，占食品生產(chǎn)總值的20%之多。這種浪費(fèi)主要是由于缺少冷鏈運(yùn)輸體系，導(dǎo)致一些食品在運(yùn)輸過(guò)程中因無(wú)法長(zhǎng)期保鮮被丟棄造成的。對(duì)于藥品而言，溫度偏離將導(dǎo)致藥品質(zhì)量的劣化，甚至發(fā)生毒性變異；多肽、蛋白類藥品凍結(jié)會(huì)使效價(jià)降低，影響療效，疫苗凍結(jié)活性喪失，甚至產(chǎn)生有害毒素。

對(duì)于冷鏈運(yùn)輸我們必須掌握其溫度情況，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式則是采用溫度記錄儀來(lái)測(cè)量并記錄整個(gè)的車廂的溫度，即每臺(tái)運(yùn)輸車輛放一臺(tái)或者多臺(tái)溫度記錄儀來(lái)測(cè)量并記錄運(yùn)輸過(guò)程中的溫度，當(dāng)貨物達(dá)到運(yùn)輸目的地后，將溫度記錄儀與電腦通過(guò)有線連接的方式將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，例如找出值、最小值以及曲線趨勢(shì)等。傳統(tǒng)的溫度記錄儀有價(jià)格昂貴、體積龐大、無(wú)法對(duì)單個(gè)箱體進(jìn)行測(cè)溫、無(wú)法自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品信息以及需要有線連接和人工干預(yù)才能導(dǎo)出數(shù)據(jù)等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸行業(yè)溫度監(jiān)控的要求。

除了溫度外，冷鏈運(yùn)輸行業(yè)還面臨一個(gè)責(zé)任區(qū)分問(wèn)題，有一位冷鏈運(yùn)輸?shù)呢?fù)責(zé)人曾經(jīng)發(fā)出這樣的感慨“我們企業(yè)的冷藏運(yùn)輸和冷藏庫(kù)都按照食品達(dá)標(biāo)溫度控制，但從供應(yīng)商那里接貨的時(shí)候，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商沒(méi)有把貨物按照相應(yīng)的溫度來(lái)操作，遇到這個(gè)情況，我們會(huì)把貨物重新冷凍，然后運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)門店，但一旦在門店出現(xiàn)問(wèn)題，客戶就把責(zé)任轉(zhuǎn)嫁到我們頭上。”而另一方面，對(duì)于一些責(zé)任心不強(qiáng)的企業(yè)，為了節(jié)省費(fèi)用，在客戶裝入貨物的時(shí)候打開(kāi)冷機(jī)，運(yùn)輸過(guò)程中覺(jué)的差不多了則就關(guān)掉制冷設(shè)備，快到目的地時(shí)再打開(kāi)冷機(jī)，不能做到全程開(kāi)機(jī)，當(dāng)貨物交付時(shí)，貨物雖然表面凍的不錯(cuò)，實(shí)際上已經(jīng)變質(zhì)了。所以責(zé)任區(qū)分問(wèn)題也是一個(gè)急需解決的一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)接收方出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求時(shí)，必須判斷出是否是由于貨物運(yùn)輸溫度不符合要求導(dǎo)致的。正是出于這樣的擔(dān)心，目前國(guó)內(nèi)一些大的醫(yī)藥公司，寧可花大價(jià)錢高成本來(lái)自建物流也不愿意采用第三方的冷鏈運(yùn)輸企業(yè)，顯然這樣做付出的成本是昂貴的。

2 溫度標(biāo)簽在冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中的應(yīng)用

RFID作為一種新興的自動(dòng)非接觸性識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展[1],將RFID技術(shù)引入物流應(yīng)用領(lǐng)域的研究成為熱點(diǎn)[2]。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于RFID技術(shù)的煙草物流分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煙品自動(dòng)化分揀作業(yè)[3]；基于汽車制造企業(yè)物流跟蹤系統(tǒng)的需求分析，提出了基于RFID的物流跟蹤管理系統(tǒng)[4];等一系列應(yīng)用，以上應(yīng)用僅僅是把RFID作為一種標(biāo)識(shí)，用來(lái)識(shí)別產(chǎn)品，而對(duì)于現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸行業(yè)，不但要關(guān)心其產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)，更關(guān)心與之相關(guān)的溫度值。而溫度標(biāo)簽因同時(shí)具備數(shù)字標(biāo)識(shí)和溫度信息，可以滿足冷鏈運(yùn)輸溫度監(jiān)控的要求。

2.1可用于事后追溯的半有源RFID溫度標(biāo)簽

半有源溫度標(biāo)簽通過(guò)內(nèi)置電池為溫度采集和存儲(chǔ)提供能量，可獨(dú)立完成溫度的采集和存儲(chǔ)，當(dāng)進(jìn)入到讀卡器的有效識(shí)別范圍內(nèi)，通過(guò)讀卡器的激勵(lì)來(lái)獲取能量從而完成數(shù)據(jù)交換，這種溫度標(biāo)簽具有極低的消耗電流。

半有源的溫度標(biāo)簽主要有兩種類型分別是符合ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的高頻溫度標(biāo)簽【如圖2所示】和符合 ISO/IEC 18000標(biāo)準(zhǔn)的超高頻溫度標(biāo)簽。二者主要的區(qū)別體現(xiàn)在穿透力和識(shí)別距離上，高頻溫度標(biāo)簽的穿透力較強(qiáng)，適用于范圍比較廣泛，可同時(shí)適用于液態(tài)貨物(如血液制品)和固態(tài)貨物(如速凍食品)的運(yùn)輸，其缺點(diǎn)是識(shí)別距離比較短，即便是借助于大功率的讀卡器其有效識(shí)別的距離也通常保持在1米范圍之內(nèi)，【如圖3所示】而對(duì)于超高頻的標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，其識(shí)別的距離大大增加，但其穿透性又弱于高頻標(biāo)簽。

圖2 13.56M 半有源溫度標(biāo)簽以及讀卡器

圖3 13.56M半有源大功率讀卡器

半有源溫度標(biāo)簽的使用流程如下：在產(chǎn)品出庫(kù)時(shí)，根據(jù)貨物運(yùn)輸?shù)男枰瑢囟葮?biāo)簽設(shè)置好溫度標(biāo)簽的啟動(dòng)時(shí)間和采集間隔周期，將溫度標(biāo)簽放到貨物運(yùn)輸箱內(nèi)交付貨運(yùn)方；貨物出庫(kù)完畢，溫度標(biāo)簽在達(dá)到的的時(shí)間后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)溫度記錄功能，以預(yù)設(shè)的采集周期不間斷的記錄環(huán)境溫度值；在貨物中轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)手持終端讀取貨箱RFID標(biāo)簽的信息和溫度，以保證貨物的有效性；在產(chǎn)品的入庫(kù)，可由手持終端或者大功率固定式讀卡器根據(jù)RFID標(biāo)簽信息方便、快速、準(zhǔn)確的分揀貨物的同時(shí)驗(yàn)證其溫度是否符合其存儲(chǔ)溫度，直接拒收不合格產(chǎn)品，滿足存儲(chǔ)溫度要求的貨物在入庫(kù)的同時(shí)，會(huì)把溫度數(shù)據(jù)同步導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)物流過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了全程的溫度記錄，確保了產(chǎn)品品質(zhì)。

應(yīng)用流程如圖4所示：

圖4 應(yīng)用流程圖

2.2 可用于大量貨物實(shí)時(shí)溫度采集的有源RFID溫度標(biāo)簽

半有源溫度標(biāo)簽具有溫度記錄的功能，類似于黑匣子，主要用于事后責(zé)任認(rèn)定，對(duì)于運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度報(bào)警，則可采用有源溫度標(biāo)簽【如圖5所示】。有源溫度標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度值，并將數(shù)據(jù)主動(dòng)發(fā)送給接收設(shè)備，因此對(duì)于異常的情況能快速做出反應(yīng)，以提醒司機(jī)采取措施，避免損失。讀取設(shè)備【如圖6所示】可實(shí)現(xiàn)大量溫度標(biāo)簽的實(shí)時(shí)溫度同時(shí)讀取，通過(guò)讀卡器內(nèi)置的SD卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能，通過(guò)GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信實(shí)時(shí)溫度報(bào)警，此外接收設(shè)備本身具備網(wǎng)關(guān)功能還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)功能將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，終端客戶也可以通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)及時(shí)查看產(chǎn)品溫度信息，有源溫度標(biāo)簽須和讀取設(shè)備配套使用，因此局限于冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)于車廂貨物溫度的監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)貨物溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

有源溫度標(biāo)簽的工作頻段主要有四種：433MHz、915MHz、2.4GHz和5.8GHz。這四種頻段并無(wú)明顯的差別，僅在在穿透力上433頻段略勝，最主要的還是成本的差異。由于有源溫度標(biāo)簽屬于主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此除了功耗、有效識(shí)別距離之外，數(shù)據(jù)的防碰撞能力和識(shí)別標(biāo)簽的數(shù)量也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。