基于電子鼻的冷鏈運輸產品質量跟蹤系統設計*

□ 秦豐城，姜曉紅

(南京林業大學 汽車與交通工程學院，江蘇 南京 210037)

冷鏈物流是利用專業設施設備及方法來保證運輸過程中貨物始終處于其規定的環境條件下的特色物流。根據我國物流運輸的發展現狀，不難看出，我國冷鏈物流自動化程度不高，且信息技術也沒有得到廣泛應用。在標準體系的構建方面，無論是設施設備的技術標準，還是操作規范以及軟件應用等領域，都需要出臺更多的強制性標準和推薦性標準，且彼此間需要更好的銜接和統籌協調[1-3]。2021年12月出臺的《“十四五”冷鏈物流發展規劃》明確提出要加強智能溫控等冷鏈智慧技術裝備的應用，這對推動冷鏈運輸設施設備升級給予了高度的重視和大力的支持。本文主要對冷鏈物流運輸過程中，基于電子鼻技術的冷鏈運輸產品質量跟蹤系統進行研究，以保障冷鏈運輸物品的品質及安全性[4-6]。

1 冷鏈物流技術及電子鼻應用簡介

國外冷鏈物流技術研究起步早，技術發展較為成熟，部分歐美地區的發達國家已經形成了相對穩定且可靠的冷鏈物流體系，生鮮易腐農產品冷鏈流通量在銷售產品總量中的占比高達50%，并且呈持續增長的趨勢。而我國冷鏈物流在經歷過萌芽到起步發展之后，自2008年開始進入快速發展階段，行業規模顯著擴大，發展質量不斷提升，但仍存在行業執行標準有待改善、硬件設施和技術水平落后等問題。如產品運輸處理階段的設施建設落后；冷鏈運輸過程中的貨物處理水平不高，冷鏈物流車仍處于相對落后的水平；部分大中城市不具備成熟的冷鏈物流體系，農業銷售市場中的冷鏈設施設備還有很多不足之處[7]。

電子鼻冷鏈產品質量跟蹤系統是面向生鮮水果以及魚肉海鮮等易腐壞易變質物品的，其采用定位技術、氣體采集系統、信號處理系統等相關信息技術，運用車載制冷設備進行溫度處理，將運輸貨物的溫度控制在適宜的儲存條件下。本系統利用現代信息處理技術將運輸貨物的品質以信息數據的形式呈現，加強了信息管理，完善了冷鏈物流運輸體系目前的缺失，從而在一定程度上降低了物品的損耗率，提高了經濟效益[8]。

2 系統設計

2.1 系統需求分析

相關統計表明，我國食品物流成本占總體物流成本的比例較高，其絕大部分原因在于運輸過程中的貨物發生了腐爛變質等損耗。國外冷鏈運輸大多采用自動溫度監測及控制設備的方式來降低冷鏈貨物的損耗率。但目前國內還沒有相對成熟的冷鏈物流溫度控制技術，運輸過程中控制溫度的手段也相對不規范，且缺乏統一的規定。有些地區至今仍使用人工記錄的方式對物品進行檢測，以至于出現主觀因素影響大、物品監測不及時等問題，從而導致貨物在運輸過程中存在較大腐壞幾率。因此，可以通過構建電子鼻冷鏈產品質量跟蹤系統來加強冷鏈運輸中對貨物的實時溫濕度以及品質監測，從而提高冷鏈物流的運輸效率，同時滿足冷鏈物流企業及消費者對貨品品質的需求[9-10]。

2.2 系統設計與實現

2.2.1 系統總體框架設計

基于上述需求分析，本文將構建電子鼻冷鏈產品質量跟蹤系統。根據開發策略，本系統主要由總體框架設計、功能模塊設計、數據庫設計和代碼設計這四部分構成。其功能模塊如圖1所示。

2.2.2 模塊設計

①貨物裝前檢測。

該部分操作執行在貨物運輸之前。主要由車輛檢測、物品檢測、包裝檢測、人員檢測四部分組成。

a.車輛檢測：檢測車輛運行狀態，確認車載溫度處理設備的正常使用并多次進行消毒。

b.物品檢測：首先確認運輸貨物有無損壞，再根據運輸貨物的儲存溫度和尺寸大小放入相對應的溫度隔間。

c.包裝檢測：貨物運輸包裝在條件允許的情況下首先選取綠色、無污染、可降解的材料，其次根據貨物規定的儲存條件確定其包裝的密封程度和存放位置，從而保持貨物的溫濕度。

d.人員檢測：審核駕駛人員的駕駛資質，同時檢查司機的健康狀況，從根源上防止疫情的傳播擴散。

②訂單管理。

該部分由訂單錄入、訂單審核和訂單反饋三部分組成。首先進行的是訂單錄入，當工作人員將運輸貨物錄入系統時，系統會根據貨物信息生成一個訂單號。后臺工作人員開始對寄件人的身份、信用狀況以及運輸貨物等信息進行核查。審核完成后，運輸公司將著手處理這批貨物，同時會給寄件人發送反饋信息告知審核的最終結果。

③運輸追蹤。

在運輸貨物過程中，利用車載北斗導航系統可以精確了解運輸冷藏車當前所處位置，并提前規劃好接下來的運輸線路，防止道路交通擁堵等意外狀況的發生，同時也為各個冷藏網點之間的交接提前做好準備。在運輸過程中執行實時溫度追蹤可以在一定程度上避免因運輸人員主觀判斷而造成運輸貨物腐爛變質等問題，從而降低運輸過程中貨物的損耗率。

④電子鼻檢測。

a.電子鼻介紹

電子鼻學名為氣味掃描儀，是一種起源于20世紀90年代的能夠對食品進行快速檢測的設備。電子鼻因具有特異性傳感器和模式識別系統，所以能對被測樣品的一些特征進行快速檢測，定性或定量地輸出對氣體所含成分的分析結果。電子鼻是模擬動物嗅覺器官而制造的一種高科技產品，在某些方面可以代替人的感官。目前，我國已經自主研發出了具有較好適應性的電子鼻設備。

圖1 系統模塊圖

b.電子鼻原理

電子鼻檢測主要是利用電子鼻技術，將設備分為氣體采集系統、傳感器陣列、信號處理系統和模式識別系統四個模塊。氣體采集系統負責采集運輸箱內脂肪、蛋白質和碳水化合物產生的肉類臭氣、硫化氫變質氣體，例如烴酯類化合物和揮發性物質，并將其傳給傳感器。傳感器陣列和信號處理系統接收到化學信號后，根據氣體種類的不同，將其轉化為相對應的電信號。最后由模式識別系統將這些不同種類的電信號以信息數據的形式呈現給運輸人員。傳感器陣列在一定的檢測限度范圍內對多種氣體進行鑒別，而且還可以進行多維空間的響應。目前的電子鼻技術，根據其監測對象的不同，利用特殊傳感陣列，將不同的結果通過物理信號進行傳輸及系統分析，并將其結果與監測要求進行比對分析，獲得最終的結論[11-13]。

c.電子鼻應用

近年來，電子鼻已經在生活各方面得到了廣泛的應用，根據檢測方面的不同從而衍生出多項電子鼻子技術。在肉類方面，電子鼻可以檢測出肉制品的新鮮度、風味評價、摻假程度、微生物污染等方面的狀況；在酒類檢測中，通過對色澤、酚含量、氧水平等指標的檢測可以避免摻假、惡意勾兌、濫用甜味劑、塑化劑超標、工業乙醇等類似事件的發生；在糧油和調味料方面，糧食屬于活的有機體，因其代謝快的特點，極易發霉變質，從而產生一些真菌揮發性的代謝物，對人體造成一些壞的影響，而電子鼻的使用則可以在一定程度上減少此類狀況的產生；在環境治理方面，電子鼻的應用可以得出環境污染的一些具體指標，并有效地對HS、SO2、 CO、NO、CH4等有害氣體和一些有機揮發性物質的濃度進行監測，從而將其控制在規定范圍之內。

⑤異常處理。

當上一階段電子鼻檢測呈現出的信息如溫度、濕度、指定氣體濃度等數據超出事先所規定的偏差最大值時，電子鼻監測系統將會立刻向運輸人員傳達報警信息并自動智能分析和生成調整方案。工作人員將立刻根據系統所呈現的信息對車廂內的環境進行相對應的檢查與調整，并將之記錄下來，降低此類事件發生的概率。

⑥訂單交付。

在訂單交付時，工作人員應再次檢測運輸貨物的品質，確任品質完好無誤后，進行公司與客戶之間的派送。當派送結束后，工作人員掃描訂單碼來錄入訂單的回執，并向客戶發送反饋消息，結束此次冷鏈運輸的全過程。

2.3 SQL數據庫系統

數據庫系統主要有以下組成部分：由操作系統、程序、管理系統等組成的軟件部分，對數據進行增加、修改及刪除的數據庫管理系統，數據庫管理員，應用系統以及用戶。主要優點有：①程序和數據獨立性高；②數據安全性高，支持長期保存；③數據庫系統有備份和恢復功能，可以數據共享；④控制數據冗余度。SQL Server因具有可擴展、高性能和可以為分布式客戶機/服務器計算所設計的優點，能夠將數據庫系統與Windows NT進行有機結合，給客戶提供許多基于事務的企業級信息管理系統方案?；赟QL Server，本文對質量追蹤系統數據庫的需求進行分析，主要數據包括運輸車輛的信息、電子鼻檢測的數據、貨物的數據以及運輸人員的數據[14]。通過圖2來表明數據庫概念結構。

圖2 數據庫結構圖

3 可行性分析

有關數據表明，在我國每年近十億噸左右的易腐食物消耗中，有一半以上是需要冷鏈運輸的，但目前我國綜合冷鏈流通率較低，不足20%，而發達國家的冷鏈流通率可以達到90%，甚至超過95%。對此，國務院與發改委等相關部門多次發布相關政策，以此來推進冷鏈運輸體系的完善與發展。近期，國務院發布的《“十四五”冷鏈物流規劃》也特地提出要推動冷鏈物流運輸設備升級。本文研究的電子鼻冷鏈產品質量跟蹤系統主要利用電子鼻技術和Python編程技術。其中，電子鼻技術多利用集成電路和傳感器技術，在我國發展已經相對成熟，而Python編程技術的操作相對簡單，且具有強大的分析能力，使用者可以根據源代碼進行對應的更改與變換。因此，基于電子鼻的冷鏈運輸產品質量跟蹤系統在技術上具有較好的可行性和適應性。

4 結論

本文將電子鼻技術與數據庫系統相結合，通過對車廂內氣體、溫濕度及其他化學指標的識別與監測，實現對貨物的實時質量監控并作出相應的預警，避免運輸過程中因溫度控制不當、處理不及時等帶來的產品質量問題?；陔娮颖堑睦滏湲a品質量跟蹤系統的使用將會完善冷鏈物流運輸體系，并在提高冷鏈物流的信息化水平的同時，降低貨損率以及物流運輸過程中的總成本。