RFID溫度標簽在現代冷鏈運輸過(guò)程中的應用

引言

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

RFID標簽根據其能量獲取方式，可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是無(wú)源標簽，標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收讀卡器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，這類(lèi)標簽通常具有數字標識和有限的幾個(gè)存儲單元，屬于被動(dòng)標簽；第二類(lèi)是半有源標簽，這類(lèi)標簽的射頻電路同樣借助于感應電流來(lái)提供能量，其它部分電路則是靠?jì)戎玫碾姵靥峁┠芰?，因此也屬于被?dòng)標簽的一種；第三類(lèi)是有源標簽，這類(lèi)標簽的內置電池為整個(gè)電路提供能量，主動(dòng)將數據發(fā)送給接收設備，屬于主動(dòng)標簽；后兩類(lèi)標簽在除了具備數字標識外，還具有其它的關(guān)鍵信息，例如溫度信息，并且該信息的存儲量比較大。

RFID溫度標簽將數字標識與溫度測量緊密結合在一起的一種標簽，在通過(guò)數字標識完成物資身份識別的同時(shí)又對其所處的環(huán)境進(jìn)行測量和記錄。本文就RFID溫度標簽在現代冷鏈運輸領(lǐng)域做了一些深入的探討。

圖1溫度標簽、讀寫(xiě)器與應用

1冷鏈運輸的現狀介紹

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

對于冷鏈運輸我們必須掌握其溫度情況，傳統的監控方式則是采用溫度記錄儀來(lái)測量并記錄整個(gè)的車(chē)廂的溫度，即每臺運輸車(chē)輛放一臺或者多臺溫度記錄儀來(lái)測量并記錄運輸過(guò)程中的溫度，當貨物達到運輸目的地后，將溫度記錄儀與電腦通過(guò)有線(xiàn)連接的方式將數據導入計算機，再進(jìn)行數據統計與分析，例如找出最大值、最小值以及曲線(xiàn)趨勢等。傳統的溫度記錄儀有價(jià)格昂貴、體積龐大、無(wú)法對單個(gè)箱體進(jìn)行測溫、無(wú)法自動(dòng)識別產(chǎn)品信息以及需要有線(xiàn)連接和人工干預才能導出數據等缺點(diǎn)，無(wú)法滿(mǎn)足現代冷鏈運輸行業(yè)溫度監控的要求。

除了溫度外，冷鏈運輸行業(yè)還面臨一個(gè)責任區分問(wèn)題，有一位冷鏈運輸的負責人曾經(jīng)發(fā)出這樣的感慨“我們企業(yè)的冷藏運輸和冷藏庫都按照食品達標溫度控制，但從供應商那里接貨的時(shí)候，經(jīng)常發(fā)現供應商沒(méi)有把貨物按照相應的溫度來(lái)操作，遇到這個(gè)情況，我們會(huì )把貨物重新冷凍，然后運輸到各個(gè)門(mén)店，但一旦在門(mén)店出現問(wèn)題，客戶(hù)就把責任轉嫁到我們頭上。”而另一方面，對于一些責任心不強的企業(yè)，為了節省費用，在客戶(hù)裝入貨物的時(shí)候打開(kāi)冷機，運輸過(guò)程中覺(jué)的差不多了則就關(guān)掉制冷設備，快到目的地時(shí)再打開(kāi)冷機，不能做到全程開(kāi)機，當貨物交付時(shí)，貨物雖然表面凍的不錯，實(shí)際上已經(jīng)變質(zhì)了。所以責任區分問(wèn)題也是一個(gè)急需解決的一個(gè)問(wèn)題，即當產(chǎn)品到達接收方出現產(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輸溫度不符合要求導致的。正是出于這樣的擔心，目前國內一些大的醫藥公司，寧可花大價(jià)錢(qián)高成本來(lái)自建物流也不愿意采用第三方的冷鏈運輸企業(yè)，顯然這樣做付出的成本是昂貴的。

2溫度標簽在冷鏈運輸過(guò)程中的應用

RFID作為一種新興的自動(dòng)非接觸性識別技術(shù)在國內外已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展[1]，將RFID技術(shù)引入物流應用領(lǐng)域的研究成為熱點(diǎn)。設計開(kāi)發(fā)基于RFID技術(shù)的煙草物流分揀系統，實(shí)現了煙品自動(dòng)化分揀作業(yè)；基于汽車(chē)制造企業(yè)物流跟蹤系統的需求分析，提出了基于RFID的物流跟蹤管理系統[4]；等一系列應用，以上應用僅僅是把RFID作為一種標識，用來(lái)識別產(chǎn)品，而對于現代冷鏈運輸行業(yè)，不但要關(guān)心其產(chǎn)品的標識，更關(guān)心與之相關(guān)的溫度值。而溫度標簽因同時(shí)具備數字標識和溫度信息，可以滿(mǎn)足冷鏈運輸溫度監控的要求。

2.1可用于事后追溯的半有源RFID溫度標簽

半有源溫度標簽通過(guò)內置電池為溫度采集和存儲提供能量，可獨立完成溫度的采集和存儲，當進(jìn)入到讀卡器有效識別范圍內，通過(guò)讀卡器的激勵來(lái)獲取能量從而完成數據交換，這種溫度標簽具有極低的消耗電流。

半有源的溫度標簽主要有兩種類(lèi)型分別是符合ISO/IEC 15693標準的高頻溫度標簽「如圖2所示」和符合ISO/IEC 18000標準的超高頻溫度標簽。二者主要的區別體現在穿透力和識別距離上，高頻溫度標簽的穿透力較強，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）的運輸，其缺點(diǎn)是識別距離比較短，即便是借助于大功率的讀卡器其有效識別的距離也通常保持在1米范圍之內，「如圖3所示」而對于超高頻的標簽來(lái)說(shuō)，其識別的距離大大增加，但其穿透性又弱于高頻標簽。

圖2 13.56M半有源溫度標簽以及讀卡器

圖3 13.56M半有源大功率讀卡器

半有源溫度標簽的使用流程如下：在產(chǎn)品出庫時(shí)，根據貨物運輸的需要，將溫度標簽設置好溫度標簽的啟動(dòng)時(shí)間和采集間隔周期，將溫度標簽放到貨物運輸箱內交付貨運方；貨物出庫完畢，溫度標簽在達到的指定的時(shí)間后，會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)溫度記錄功能，以預設的采集周期不間斷的記錄環(huán)境溫度值；在貨物中轉過(guò)程中，通過(guò)手持終端讀取貨箱RFID標簽的信息和溫度，以保證貨物的有效性；在產(chǎn)品的入庫，可由手持終端或者大功率固定式讀卡器根據RFID標簽信息方便、快速、準確的分揀貨物的同時(shí)驗證其溫度是否符合其存儲溫度，直接拒收不合格產(chǎn)品，滿(mǎn)足存儲溫度要求的貨物在入庫的同時(shí)，會(huì )把溫度數據同步導入數據庫，整個(gè)物流過(guò)程中實(shí)現了全程的溫度記錄，確保了產(chǎn)品品質(zhì)。

應用流程如圖4所示：

2.2可用于大量貨物實(shí)時(shí)溫度采集的有源RFID溫度標簽

半有源溫度標簽具有溫度記錄的功能，類(lèi)似于黑匣子，主要用于事后責任認定，對于運輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度報警，則可采用有源溫度標簽。有源溫度標簽可以實(shí)時(shí)測量環(huán)境溫度值，并將數據主動(dòng)發(fā)送給接收設備，因此對于異常的情況能快速做出反應，以提醒司機采取措施，避免損失。讀取設備可實(shí)現大量溫度標簽的實(shí)時(shí)溫度同時(shí)讀取，通過(guò)讀卡器內置的SD卡實(shí)現數據記錄功能，通過(guò)GSM模塊實(shí)現短信實(shí)時(shí)溫度報警，此外接收設備本身具備網(wǎng)關(guān)功能還可以實(shí)現遠程監控，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)功能將數據直接存儲到數據中心，終端客戶(hù)也可以通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)及時(shí)查看產(chǎn)品溫度信息，有源溫度標簽須和讀取設備配套使用，因此局限于冷鏈運輸過(guò)程中對于車(chē)廂貨物溫度的監控，以實(shí)現貨物溫度的實(shí)時(shí)監控。