冷链物流车辆状态远程监控装置设计

胡江虹

摘 要：以低温保鲜功能为主的冷链物流对运输车辆的要求较高，监控冷链物流车辆状态成为提升物流质量的有力支撑，现阶段仍然缺少有效的实时监控冷链物流车辆的监控终端。为此设计了一种冷链物流车辆状态远程监控装置，通过该监控装置实现全方位实时监控功能，该装置主要由各类传感器和摄像机等设备构成，完成对运输车辆重要数据实时高效的收集与分析处理过程，详细展示当前车辆状态信息并保留原始数据，根据严重等级发出警报信息以供工作人员及时处理。

关键词：冷链物流;车辆状态监控;远程监控装置;传感器;实现路径

中图分类号：TP 277

文献标志码：A

文章编号：1007-757X（2020）11-0133-04

Abstract：Cold chain logistics， which is mainly based on low-temperature fresh-keeping function， has higher requirements for transport vehicles. Monitoring the status of cold chain logistics vehicles has become a powerful support for improving the quality of logistics. At this stage， there is still a lack of effective real-time monitoring terminals for cold chain logistics vehicles. This article mainly designs a remote monitoring device for the status of cold chain logistics vehicles. Through this monitoring device， a comprehensive real-time monitoring function is implemented. The device is mainly composed of various sensors and cameras and other equipment. It can analyze the processing process， display the current vehicle status information in detail and retain the original data， and issue alarm information according to the severity level for timely processing by staff.

Key words：cold chain logistics;vehicle condition monitoring;remote monitoring device;sensors;implementation path

0 引言

随着电子商务的快速发展和完善，拓宽了对存储温度及环境要求较高的生鲜农产品（包括奶制品、水果、蔬菜、禽畜等）的销售路径，近年来冷链物流业得到了迅速发展，但现阶段国内的生鲜农产品产业仍然面临着运输环节损耗率较高、物流存储及运输技术有待提高等方面的问题，冷链物流车辆作为鲜活农产品运输不可缺少的工具在确保产品品质方面起到重要作用，研究确定最短运输线路，降低运输成本，使冷链物流车辆远程监控系统成为行业内的一项研究热点。为有效提高冷链配送车辆的管理水平及工作效率，同时降低配送方面的相关成本，本文在现有研究成果的基础上完成了车辆状态远程监控装置的设计。

1 现状分析

冷链物流过程的关键在于保持低温环境，不断发展进步的科学技术及制冷技术促使基于冷冻工艺学的冷链物流（使用制冷技术构建的一种低温供应链系统）得到快速发展。随着物质生活水平的提高及市场需求的多样化，促使冷链货物的种类及数量不断增多，冷链物流的复杂程度随之不断提高，这就对冷链物流的监控和管理提出了更高的要求。确保冷链商品质量的关键在于严格的温度控制过程，冷链货物在贮藏、运输过程不符合规定要求的情况下极易降低产品的新鲜甚至变质，影响了产品的营养价值及口味。特别是对车辆运输过程中的数据采集记录与问题的及时处理能力不足，从而进一步提升货物交接质量及效率，同时简化了后续的责任追溯与索赔等工作流程。冷链物流在国内起步相对较晚，发展水平仍有待提高，冷链运输业尚处于起步阶段，相比于发达国家我国的冷链运输率较低，现阶段我国每年消费的易腐食品已达到上亿顿，这些商品中超过一半需冷链运输，已实现的冷链运输供给同市场需求间仍存在一定的差距，尤其是肉类、水产品、牛奶和豆制品普遍存在冷链运输能力不足的问题，流通环节中易腐食品的损失率较高（25%～30%左右）。这些具备易腐易变质特点的商品增加了冷链物流使用成本及监管难度，目前监控冷链物流车辆状态已成为进一步提升冷链环节效率的重要环节。如何兼顾满足客户需求及物流运输环节的质量和效率受到越来越多的学者的关注。近年来为满足冷链运输需求部分企业加大了购置冷藏车的力度，在运输环节温度控制方面数量不断增加的冷藏车大多采用傳统粗放型的控制手段，缺少统一标准的温度控制及操作流程，监控与管理能力不高，限制了各环节运输信息的有效衔接和使用，不利于提高产品运输品质并且自出现问题后难追溯[1]。

2 冷链物流车辆监控终端功能描述

在实际物流运输过程中部分商品要求低温冷藏，部分药品、奶制品、保鲜食品受到低温保鲜运输条件的限制极易出现变质现象，包括计算机网络、传感器、单片机、电子信息等在内的技术为冷链物流的建立、管理、跟踪监控提供了有力的支撑，促使冷链物流向标准化、规模化、智能化方向发展。随着冷藏车数量的不断增多，多种冷链车监控系统不断投入到市场中以满足市场运输监管需求，但这些监控系统大多难以实现对冷链车的全方位监控，导致难以及时发现和解决出现的相关问题，为有效满足低温冷藏产品的运输要求保证产品品质，本文针对冷链物流运输环境完成了一种车辆远程终监控终端装置的设计，用于全程监控车辆运输过程，全方位实时监控驾驶员、车辆及货物信息（同时保留原始数据），及时发现问题并加以追溯，确保整个运输环节的运输质量和效率[1]。本文所设计的车载冷链物流车辆远程监控装置的显示主界面，如图1所示。

主要由主界面、视频界面和导航界面构成，可完成对运输车辆重要数据的实时高效的采集过程，主要通过使用单片机实现监控功能，该监控装置界面的右边包括导航、视频、退格、确认和重启5个功能键，实时显示地理位置、当前时间、车内货物信息、车厢内温度、油量、车门状态和服务器指令等信息，通过可触摸液晶屏完成对温度范围与采集间隔的设置（在温度显示区域实现），在指令显示区域可对具体服务器指令进行查看与回复，可对服务器时间进行手动读取和设置（在时间显示区域），在货物显示区域可上下翻页查看列表中的货物信息。车载终端的视频界面需驾驶员调用启动（包括安装于车辆上的全部摄像头），主要用于特殊情况下帮助驾驶员查看具体情况（如收到提示/警告信息时不便停车检查），点击退出该界面后相关进程和各摄像头会自动关闭，返回至显示主界面。驾驶员切换到该监控装置的导航界面即可开启导航软件，以货物目的地信息（可由驾驶员输入）和GPS 信息为依据完成最佳行车路线的计算和确定，有效缩短前往目的地的耗时。该装置配合服务器使用以便更好的实现远程调度功能，在保证货物运输质量、提高运输效率的同时节省了运输成本[2]。

3 冷链物流车辆远程监控装置的设计

该智能监控装置主要由车厢温度、车门状态、油量、GPS 定位和物品几大功能监控模块构成，为提升后续的使用、升级和维护的便利性，采用模块化开发思想实现各模块功能。

3.1 车厢温度监控模块

温度监控模块的具体流程，如图2所示。

根据实际采集需要在车厢内布置温度采集节点（确定数量和位置），大型运输车辆可能需要对其不同厢体位置的温度进行采集，然后向车载监控装置传输已采集到的温度信息，在此基础上完成对相关信息的保存、显示、上传及异常判断功能，报警器在检测温度超出预设温度范围的情况下会向驾驶员发出调节温度的提示信息。温度采集模块根据采集到的温度信息在车载终端显示（以折线图方式），以便驾驶员快速直观的掌握车厢温度变化情况，用户可根据实际需要自由选择手动控制（需驾驶员以显示温度为依据通过调控冷气压缩机完成）和自动控制（由车载终端主动控制冷气压缩机完成）这2种温度调节方式。可自行设定每次采集温度的间隔（如1 min），并在硬盘中存储采集数据信息后上传给服务器，最终在终端主界面上显示，同时对比已保存的预设合理温度范围，超出范围则发出“请注意，车厢温度异常”的报警信息，驾驶员据此通过调节冷压机实现对车厢温度的有效控制[3]。

3.2 视频监控模块

视频监控模块具体流程，如图3所示。

主要通过车载摄像头实现监控功能，主要负责对驾驶员、车厢门口、油箱的图像数据进行采集和压缩处理。图像数据采集主要包括图片（jpg 格式）和视频（H264 格式）两种形式，并通过无线网络传输图像数据，显示于车载终端的视频数据可按需选择相关摄像头的视频开启（包括全屏显示某个摄像头信息），图像数据会在车载终端的硬盘及上级服务器中分别保存。车载终端对车门开关状态进行判断（通过限位开关完成），摄像头（安装于后车门车顶）在车门打开时开始采集视频。以车速为依据（由GPS 获得）对车辆行驶状态进行判断，监控油箱和车门的摄像头在车辆行驶时关闭，此时开启摄像头采集驾驶员照片和视频;车辆停止时则开启油箱的监控摄像头，并停止拍摄驾驶员。保存和上传处理全部采集到的视频数据信息，结合驾车时间将驾驶员照片通过图像处理及关键特征提取完成对其是否为疲劳驾驶的判断，判断为疲劳驾驶时会发出相应的提示音并做好历史记录[4]。

3.3 油量监控模块

油量监控模块的工作流程，如图4所示。

主要用于检测油量使用量、剩余量、偷油情况，以供服务器后期处理使用，车辆当前油量由安装在车辆上的油量传感器完成信息读取后，上传并保存油量数据，比较以往上传的历史测得数据判断油量异常情况存在与否，在油量的减少同车辆正常行驶时的油耗不符及停车仍耗油等情况下自动打开油箱的视频监控，同时发出报警提示信息（“请注意，油量异常”）[5]。

3.4 RFID 物品监控模块

RFID 物品监控模块工作流程，如图5所示。

使用RFID主要实现了：在标签中录入准确全面的包括货物品种、类型、装货及卸货地点、重量、数量、录入操作员信息等在内的货物信息（包装货物或装车货物时）;根据采集到的标签信息在货物上放置用于记录信息的 RFID 标签并上传至服务器，以供出入车厢时登记货物信息及服务器端调度指挥使用;货物上下车时通过读卡器可随时对标签信息进行读取、显示，帮助驾驶员掌握运输目的地。未关闭车门前会持续读取并记录货物信息，关闭车门后则对车上货物进行归类分析处理（以 GPS导航信息及服务器指令为依据）获取所载货物目录（包括已运达货物，显示在终端主界面上），根據货物要求设定温度范围，以便准确排序、更新运输目的地和导航[6]。

3.5 车门状态监控和GPS定位

未避免车门非正常开关、货物丢失等问题的出现，由车门状态监控模块根据限位开关的断开与接通情况完成车门状态的检测和判断并在车载终端进行与实时显示，检测到异常开启的车门及时主动的发出报警信息同时上传服务器，提醒驾驶员及时处理，并供服务器端整体监控使用，如图6所示。

打开车门时根据驾驶员操作、货物接货和卸货地点（ GPS 信息）信息完成车门开启情况的判断。GPS定位功能通过直接安装相关导航软件或使用开源软件代码完成GPS 导航功能的移植实现，接收到的定位信息分别存储于终端硬盘和上级传服务器中，以供其他模块读取使用[7]。

4 终端功能的实现

传感器作为实现本文车辆远程监控装置功能的关键部分，为使监控装置更加灵活方便，其在车辆上的安装示意，如图7所示（可根据实际需要灵活变换传感器位置及数量）。

為满足冷链车的控制需求，在车厢顶部和底部各安装1个性价比较高的温度传感器DS18B20，冷链车通常不会超过8个监控点，为简化冷链车内的布线情况，可在唯一的三线上并联多个温度传感器（单线上并联不超过8个，以确保信号传输的稳定性），该传感器可测量-55～125 ℃区间内的温度，固有测温误差为 1 ℃，为提高分辨率，可使用公式TEMP_READ-0.25=（COUNT_PER_C-REMAIN）/CONT_PER_C 提高温度测量的精度，该监控装置（无需备用电源）的电压在3～5.5 V区间内，对于单开门的冷链车可使用一个安装于车厢顶部靠右的限位开关完成对车门状态的监控（可灵活变动限位开关的安装位置），对于双开门的冷链车则使用 安装于车厢顶部的2个限位开关进行监控，选用的限位开关具有自定义升降杆更易于安装和调节反应灵敏[8]。使用3～4个摄像头实现对驾驶员、车门（将广角球型摄像头安装于车厢顶端后部，实现整个车门视角的全覆盖，以监控车门和货物）、油箱的视频监控功能，在车内驾驶员正对面安装隐式夜视监控摄像头（不会遮挡驾驶员视线）用于检测和判断疲劳驾驶。可在有油箱侧的后视镜上安装隐式夜视摄像头，便于对暗光线下的油箱进行监控。将油量传感器（通常由冷链车自带）通过连接线连接控制终端完成对油量数据的读取和监控，为实现全程油量的监控目的由终端负责为停车后的油量传感器供电。采用 RFID 记录货品信息，在货物侧面粘贴RFID 标签将RFID 远距离读卡器安装于车后两侧实现对装卸货物信息的自动读取和上传，并在服务器端同步货物信息，使信息读取的准确率、工作效率、货物的安全性得到显著提升。从而有效提高了车辆整个运输过程的管理及调度的自动化及智能化。物流企业可实时准确的获取车辆运输过程中的运输货品信息及实际流动方向，根据货品销售地确定采购源，为实现对物流运输的信息共享、宏观调控提供支撑[9]。

5 总结

本文主要对冷链物流车辆状态远程监控装置进行了研究和设计，该监控终端通过传感器的使用完成对各类重要信息的全面采集，再通过单片机完成采集信息的实时处理，各原始监控信息及操作信息均保存到存储硬盘，以便后续使用及问题追溯，并据此发出相应提示及警报信息，并在触摸液晶屏上显示，该监控装置具备集成度高、操作便利、监控功能全面的优势，实现了对物流车辆的全方位实时监控与报警功能，并可远程调度冷链车辆（通过远程服务器指令完成），在满足货物物流运输需求的同时节省运营成本，最大程度减少运输损失。

参考文献

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[2] 龙文祥，周贝，向梅，等.基于O2O和众包的生鲜冷链物流模式创新[J]. 物流工程与管理， 2017（7）：10-13.

[3] 孙明明，张辰彦，林国龙，等.生鲜农产品冷链物流配送问题及其路径优化[J]. 江苏农业科学， 2017（11）：282-285.

[4] 汪传雷，陈娇，万一荻.现代规模经济视角下城市共同配送模式研究[J]. 西安财经学院学报， 2017（3）：82-87.

[5] 张波，王志刚，张睿. 基于GPS和CDMA的物流车辆监控终端的设计[J].电子设计工程， 2018（1）：121-124.

[6] 李进，傅培华，李修琳，等.低碳环境下的车辆路径问题及禁忌搜索算法研究[J]. 中国管理科学， 2018（10）：98-106.

[7] 杨红霞，曹丽婷，蒋萧猛，等.冷链物流车状态监控系统[J]. 中国市场， 2019（5）：174-175.

[8] 凌海峰，谷俊辉. 带软时间窗的多车场开放式车辆调度[J].计算机工程与应用， 2017（14）：232-239.

[9] 万玉龙，章艳华，胡荣林，等.冷链物流企业车辆状态远程监控终端总体设计研究[J].知识经济，2018（20）：87-88.

（收稿日期：2020.04.11）