摘 要

近十余年来随着人们生活品质和餐饮要求的提高，果蔬、生鲜、乳制品、肉制品等温敏冷链产品越来越多地摆上人们的餐桌。冷链产品需要从生产、储存、物流到消费的适宜温湿度环境，以确保其质量和安全。应用车联网技术，实现冷链物流过程的可监管、可追溯、标签化、信息化，可为冷链产品的运输质量提供保障。

本文结合冷链物流业和车联网技术的特性，设计了物流车联网的远程实时监控系统，系统设计包括车辆联网传感层、网络传输层和应用层的三层架构。在传感层上，集成了温度和湿度、油量和接近开关传感器，同时运用RFID 无线射频识别、GPS/INS 定位导航、CAN总线、ZigBee无线通信、汽车电子控制等技术，设计了物流车的车载传感设备、互联通讯网络和信息控制单元，实现物流过程中对驾驶员、物流车辆、运送货品的监管的功能；同时，后文基于对企业需求的分析，对车联网系统的驾驶员管理、车辆状态管理和货厢货物监管三大功能模块的具体业务逻辑和功能流程方面进行了设计。在传输层上，设计了基于基带芯片模组的4G 蜂窝移动通信网络，用于建立车内网与互联网云平台的车云网连接。在应用层上，分别设计了车载物流管理交互屏和物流监控中心云平台系统两大部分的服务与应用，并对其结构功能进行了分析研究。

在完成车联网系统和功能设计的基础之上，站在冷链物流企业宏观管理的角度，将本系统与企业仓储信息化管理系统、ERP 系统对接，进一步分析了企业应用本系统的方案策略：实现企业物流配送过程的透明化、可视化、可追溯式管理并为客户提供配送信息透明化查询服务的接口；基于实时数据为配送路径规划的优化和车辆调度管理提供决策依据和参考；以企业数据库中海量数据积累为前提，进行驾驶行为分析、交通预测、客户配送预测等的物流车联网数据分析挖掘与应用。

本文以冷链物流为行业背景，将车联网技术应用于物流车辆上，着重对车辆上的传感感知设备及车载信息控制终端的硬件和功能进行了设计，同时也提出了冷链物流企业应用该物流车联网远程实时监控系统的措施及策略。

关键词： 冷链物流；车联网；信息化；实时监控；系统设计

Abstract

With the improvement of people's living quality and catering requirements in the past decade, more and more heat-sensitive cold-chain products such as fruits and vegetables, fresh food, dairy products and meat products have been placed on people's tables. Cold-chain products need a suitable temperature and humidity environment from production, storage, logistics to consumption to ensure their quality and safety. The application of Internet of vehicles (IoV) technology can realize the supervision, traceability, labeling and informatization of cold chain logistics process, which can provide guarantee for the transport quality of cold chain products.

Based on the characteristics of cold chain logistics industry and IoV technology, this paper designs a remote real-time monitoring system for cold chain logistics vehicles. The system includes three layers: sensor layer, network transport layer and application layer. On the sensor layer, we integrates the temperature and humidity sensor, oil amount sensor, approach switch sensor, radio frequency identification (RFID), GPS/INS , CAN bus and ZigBee, automotive electronic control technology, to design the logistics vehicle on-board sensors, communications network and T-Box, which the regulatory function for drivers, vehicles and cargo. At the same time, based on the analysis of enterprise demand, the paper designs the specific business logic and functional process of the three functional modules: driver management, vehicle management and cargo management. On the network transport layer, a 4G cellular mobile communication network based on baseband chip module is designed, which is used to establish the connection between the vehicular network and the Internet cloud platform. On the application layer, the service and application of the vehicle-mounted logistics management interactive screen and the logistics monitoring center cloud platform system are respectively designed. Meanwhile, their structure and functions are analyzed.

Base on the IoV System designed in this paper, Let’s look at it from logistics company's point of view, this system will dock with the enterprise storage and information management system, ERP system, further analyzes the strategy and application of the system: implementation of enterprise logistics distribution process transparent, visualization, traceability management and provide shipping information transparent query service for the customer interface; Based on real-time data, it provides decision basis and reference for the optimization of distribution path planning and vehicle scheduling management. On the premise of massive data accumulation in enterprise database, the data analysis and mining and application of logistics vehicle network, such as driving behavior analysis, traffic prediction and customer distribution prediction, are carried out.

Based on the industry background of cold chain logistics, this paper applies the Internet of vehicles technology to the logistics vehicles, focuses on the design of the hardware and function of the sensing and sensing equipment on the vehicles and the on-board information control terminal, and also puts forward the measures and strategies for the cold chain logistics enterprises to apply the remote real-time monitoring system of the logistics vehicles.

Key words: Cold chain logistics, Internet of Vehicles, Informatization, Real-time monitoring, System design

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 2

1.2 研究现状 3

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外研究现状 4

1.2.3 现状总结 5

1.3 研究内容与技术路线 6

1.3.1 研究内容 6

1.3.2 技术路线 6

第二章 车联网及物流远程监控技术概述 8

2.1 车联网技术概述 8

2.1.1 车联网简介 8

2.1.2 车联网体系架构 9

2.2 物流远程监控技术概述 13

2.3 本章小结 16

第三章 车联网系统设计 17

3.1 车载传感层设备设计 18

3.1.1 传感器设计 18

3.1.2 全球卫星及惯性导航系统 24

3.1.3 无线射频识别模块 25

3.1.4 物流管理交互屏 27

3.2 车载信息控制终端设计 27

3.2.1 整体设计 27

3.2.2 主控模块 30

3.2.3 车内网通信模块 31

3.2.4 车云网通信模块 33

3.2.5 其它模块 34

3.3 车外网络传输层及应用层设计 35

3.4 本章小结 36

第四章 系统功能模块设计 38

4.1 驾驶员管理 38

4.1.1 身份信息管理 38

4.1.2 疲劳驾驶预警 38

4.1.3 视频监控功能 40

4.1.4 驾驶行为评分 40

4.2 车辆状态管理 43

4.2.1 位置与轨迹监控 43

4.2.2 车辆行驶状态监控 44

4.2.3 油耗监管 47

4.3 货厢与货物监管 48

4.3.1 货物信息管理 48

4.3.2 温、湿度监测与控制 50

4.3.3 开关厢门检测 50

4.4 本章小结 51

第五章 冷链物流车联网应用策略分析 52

5.1 物流过程透明化管理及服务 52

5.2 配送路径优化及车辆调度管理 54

5.3 物流车联网数据分析与挖掘 56

5.4 本章小结 57

第六章 总结与展望 58

6.1 研究总结 58

6.2 研究展望 58

参考文献 60

附录 63

致谢 68

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

随着社会经济的快速发展和人们生活质量的提高，近年来，移动互联网的特快列车带着电子商务和网络购物平台迅速发展。 与之相匹配的物流业也得到了发展，许多新技术大大提高了物流的效率和质量。 冷链物流作为物流中的特殊种类，主要运输温敏性产品，如生鲜食品、药品、乳制品、肉制品等，这些产品的共性如下：

1. 保鲜期短，长时间储存易腐烂变质；
2. 对储存环境的要求高，如温度、湿度和含氧量等，这些特征给冷链产品的物流和运送过程设置了较大困难。

冷链物流是一种基于制冷技术的低温物流过程，它使产品在储存、物流等环节始终保持适宜温、湿度环境。其目的是为了确保产品的质量和安全，减少物流损失和防止产品污染，是一种特殊的供应链系统。冷链包括四个方面：冷冻加工、冷冻储存、冷藏运输和配送，以及冷冻销售四个方面^[1] 。

目前市场上的食品冷链大多依托第三方冷库企业及第三方物流企业完成储存、转运和配送等过程。对于市场上的大多数冷链物流公司而言，高物流成本是由于对设备的高要求和新鲜食品的运输及时性，同时运输过程中由于监控不到位造成的货品变质而承担了大量的损失^[2] 。出于这个原因，一些生鲜食品企业通过添加防腐剂和食品添加剂等等不利于食品本身质量的方式来保持食品的新鲜度，如此以节约成本。然而，这样做会损害人们的健康及安全并造成不良的社会反响。部分小型生鲜食品企业出于资本的限制，选择使用一些不正规的第三方物流企业来运输生鲜食品，因其物流车、冷藏箱、温控装置等设备设置较为落后，使得冷链食品的运输过程无法达到产品所要求的运输效率或环境标准，导致霉变或微生物滋生进而出现食品安全问题，造成大量浪费及风险。

物流环节处在供应链管理体系中的第三步，是连接生产和销售的关键特殊的环节，其过程中常存在诸多的不确定因素（交通事故、耗时、路况、天气等），导致了本就对环境敏感的冷链产品在质量和安全性方面的监管、追溯变得更加困难与盲目。2015年政府工作报告^[3]中提出的食品安全问题再次引起全国上下的热议，尤其是生鲜食品、肉制品这类冷链食品，即是人们日常生活中不可或缺的，又由于地域及气候等的环境差异使得其产出量在全国分布不均，因而其在物流过程中实现可监管、可追溯、标签化、信息化是保障其在流通过程中食品安全质量的必由之路。

随着人们生活质量的提高和健康意识的觉醒，冷链产品的需求和要求必将增加。这就给整条食品冷链上的生产、仓储、物流企业都提出了全新的要求。中国是粮食生产和消费的大国。然而，目前存在的问题包括缺乏冷链物流管理标准和体系，食品冷链可追溯性建设不健全，第三方冷链物流企业水平滞后，技术和基础设施相对薄弱^[4]。因此需要采用现代技术手段设计新的解决方案。

1.1.2 研究意义

在现今的物流行业中，无论对物流企业或者是政府交管部门而言，提高交通资源的利用率、缓解交通压力是必要的。除了确保物流车辆在运输过程中的安全性和可靠性外，降低物流和运输成本是一个必须解决的问题。作为物流业的一个比较特殊的分支，冷链物流通过车载网络技术，传感器技术，北斗/ GPS定位技术，无线通信技术，汽车电子技术， GIS地理信息技术，移动互联网，嵌入式技术等，实现对冷链物流的全过程跟踪、实时监控、车辆调度和管理，将有利于实现对物流过程的科学管控，同时类似技术同样也可以推广到所有的物流监管应用中，将使得物流行业更加标准规范化，并实现更大的社会经济效益。

为了降低冷链物流过程中的货物损失率、提高物流透明度和客户满意度、健全可追溯体系、实现产品全过程实时监管，利用信息技术进行物流过程监督是一种有效的手段。车辆智能和车辆网络技术的发展为解决冷链物流存在的问题带来了新的可能性。车联网是物联网的重要分支，它不仅可以收集车辆信息、道路交通信息等，同时可以实现“车amp;车、车amp;人、车amp;路、车amp;货”之间的信息共享，将搜集的实时动态信息传输到终端平台进行处理，按照不同要求对车辆实施监督和管理^[5]。将车辆联网技术和冷链物流业相互结合应用，在运输车上加装必要的传感器，将采集的货物状态数据、车辆状态数据等通过车联网与企业管理平台共享，可以实现冷链物流企业对货品的实时监控以及物流车辆的调度管理，最大限度的降低货品变质的可能，节省运输及人力成本，实现企业管理信息化的同时将过程透明化，使货物可追溯。

对政府监管部门而言，能够通过这些技术手段实现对冷链物流过程中的食品、药品等安全问题进行强制性的监督管控，以此督促生厂商、物流企业都依法依规将安全质量问题落到实处。对大众而言，通过冷链公司的信息透明化、政府的监管，也能放心的消费。总体而言，这对食品冷链物流体系的完善、物流运输效率的提高、政府监管的建立健全、食品药品安全保障等问题都具有实际意义。

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