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基于Ecode的冷链物流单品追溯系统设计

发布时间:2017年05月04日 来源:中国自动识别网 作者:黄永霞

根据中国食品工业协会的官方数据显示,我国每年约有1200万吨水果和1.3亿吨蔬菜由于冷链问题而导致腐损,其总价值在100亿美元左右,足以满足数亿人的需求。因此,冷链问题越来越受到社会各界的重视,对于降低冷链物流产品的腐损率和致力于建立一套完善的冷链物流追溯系统的研究与应用也越来越多。
 
Ecode物联网标识体系
在物联网发展的过程中,各领域的应用和研究都取得了一定的成果,但标准不统一、编码方案多样化、编码系统互不联通导致的信息孤立、资源浪费等问题日益突出。利用Ecode兼容现有的编码系统,实现编码统一、标识规范统一,且在国家物联网标识云平台上实现信息交互,同时实现冷链产品的一物一码单品追溯。
2010年,国家发改委和国家标准委批准成立国家物联网基础标准工作组,形成标识技术、安全和架构三个项目组。2012年国家发改委设立了物联网技术研发及产业化专项项目,中国物品编码中心分别承担了《物联网基础共性技术标准研究—物联网标识体系等13项标准研制》项目和由中国科学院计算机网络信息中心牵头的《物联网标识管理公共服务平台》项目。2015年物联网标识体系之一的国家标准GB/T 31866-2015《物联网标识体系 物品编码Ecode》正式发布,同时Ecode物联网标识服务云平台满足了任何企业和个人对Ecode编码的申请和使用,为各级平台提供接口和查询服务,逐渐成为物联网信息交互的纽带。
Ecode物联网标识体系由Ecode编码、数据标识、中间件、解析系统、信息查询、发现服务和安全机制等部分组成,是一个完整的体系。Ecode物联网标识体系架构如图1所示:
 
 
图1   Ecode物联网标识体系架构图
 
Ecode编码  根据GB/T 31866-2015,Ecode编码的一般结构为三段式:“版本+编码体系标识+主码”如表1所示。版本(version,V):用于区分不同数据结构的Ecode。编码体系标识(numbering system identifier,NSI):用于指示某一标识体系的代码。主码(master data code,MD):用于表示某一行业或应用系统中标准化的编码。
 
 
Ecode标识  Ecode可以存储于一维码、二维码、RFID标签、NFC标签等多种数据载体中,标识体系系列标准中对不同载体的Ecode存储规则进行了规定。采用一维条码、二维码、NFC标签作为载体时,通常将“E=V+NSI+MD”整体写入标签中,其中 “E=”为采用Ecode编码体系的标识符。采用RFID作为载体时,将根据标签空口协议和标签存储结构的不同进行具体的规定。
Ecode解析  Ecode提供了基于云平台的Ecode编码解析服务和基于DNS的域名解析服务,从而实现产品信息的搜索和发现服务。如图2所示: 
 
图2  Ecode解析图
 
Ecode编码解析分为三个步骤:(1)编码体系解析(VNSI),是指通过解析云平台完成版本V和编码体系标识NSI的解析,可处理所有跨系统的请求;
(2)编码数据结构解析,是指完成编码转换成URI;
(3)物品码解析,是指完成与物品相关信息服务器地址的对应。
Ecode兼容性  Ecode一方面可以满足物联网各个行业的编码应用需求,另一方面能够对现有各领域已存在的编码方案进行兼容。Ecode可通过编码层、标识层、解析层三种方式对现有编码系统进行兼容。
在编码层,对于已经采用成熟的编码方案的产品或应用领域,Ecode标识体系为其分配新的版本和编码标识,从而构成完整的Ecode编码。例如某商品的GTIN代码为6940786180203,Ecode为GTIN分配的版本为1,编码标识体系NSI为0003,则商品构成的Ecode编码为E=100036940786180203。
在标识层,对于在编码层无法加入Ecode的版本和编码体系标识的情况,可以通过Ecode Logo将“V NSI”信息标注在标签之外,如图3所示: 
 
图3  Ecode Logo表示方式
 
在解析层,对已采用成熟的编码方案,建立有该应用领域的解析系统的产品,可以在不改变物品编码和承载标签的前提下,通过Ecode平台中间件将物品原有编码转换成Ecode,实现该物品信息查询以及其他服务。
 
 
冷链物流单品追溯系统设计
系统总体架构
基于Ecode物联网标识体系,设计了冷链物流单品追溯系统的总体架构。系统从层次上由信息采集层、信息存储层、信息解析层和用户服务层四个层次组成,如图4所示:
 
图4  基于Ecode物联网的冷链物流单品追溯系统总体架构
 
从系统的总体架构来看,基于Ecode物联网的冷链物流单品追溯系统由信息采集层、信息存储层、信息解析层和用户服务层四个层次组成。
信息采集层
信息采集层通过集成温湿度传感功能的RFID电子标签设备、GPS定位技术、数据读写器等,实时搜集冷链产品的温湿度信息、位置信息、相关作业信息等,将这些信息对应更新到本地数据库的产品信息列表中,如图5所示:
 
图5 信息采集业务流程
 
生产加工环节
生产加工作业人员在产品经过生产加工流水线的过程中,协同种植/养殖户将产地信息、产品相关信息、操作人员信息等写入集成温湿度传感功能的RFID标签中。在产品从生产加工线上下来装入物流单元时,在物流单元(如托盘)上贴上此RFID标签;
产品出库时,库房门口的阅读器读取RFID标签传回的温湿度信息和记录在内的作业信息,同时上传到生产加工子系统;
当阅读器上的GPS定位器感应到RFID标签与阅读器之间发无线电波传输时,通过确认RFID发出的信号来进行定位,并且将此时的位置信息上传到生产加工企业的GPS系统中; 
生产加工子系统和GPS系统将各自的信息上传到企业的本地数据库中。
冷链物流环节
产品在出库装车时,作业人员用手持终端扫描物流单元上的RFID标签,查询生产加工环节的温湿度信息、作业信息等,确认合格后开始装车;
装车过程中,用手持终端将装车作业的相关信息更新到电子标签中,并读取此时的温湿度信息,一并将装车作业信息和温湿度信息上传到冷链物流子系统;同时,手持终端上的定位器感应到无线电波,确认RFID发出的信号,并将位置信息上传到物流企业的GPS系统中,防止随意卸货、换货和以次充好等不良现象;
运输过程中,司机随身携带的手持终端设备,每隔一段固定的时间(30秒或1分钟)就自动读取一次车厢内的温湿度信息并上传到冷链物流子系统中,同时定位器通过确认RFID信号来定位,将位置信息上传到物流企业的GPS系统中,防止车货分离等不良现象;
货物在下一环节的交接入库过程中,接货员用手持终端扫描物流单元上的RFID标签,查询产品在生产加工、出库、装卸搬运和运输各个环节的温湿度信息、位置信息和相关作业信息,确认合格后开始收货,并将收货入库相关的作业信息更新到电子标签中;
在收货入库的过程中,库房门口的阅读器自动读取RFID标签,查询到作业信息和温湿度信息,并上传到冷链物流子系统中。同时,阅读器上的定位器感应到无线电波将位置信息上传到物流企业的GPS系统中。
销售环节
卖场的作业人员在产品上架前,通过手持终端扫描查询产品在之前各环节的温湿度信息、位置信息、相关作业信息等,确认合格后开始上架销售;同时,更新标签上的相关拆包、上架等作业信息,并上传到销售子系统中;同时定位器确认RFID发出的信号,将位置信息上传到销售企业的GPS系统;
产品脱离物流单元进入卖场,销售人员将卖场内的温湿度信息、位置信息等输入到销售子系统,以便后续的产品追溯信息查询。
信息存储层
信息存储层的业务包括两个部分:各子系统中产品具体业务信息的存储和企业级信息系统及其他平台的业务地址在国家物联网标识服务云平台信息服务地址库中的存储。信息存储层的业务流程如图6所示:
 
图6 信息存储业务流程
 
 
各子系统中具体业务信息的存储
生产加工子系统、冷链物流子系统、销售子系统根据各自对产品所从事的具体业务将信息保留在本地的数据库中,具体的信息条目可参照图6。
企业级信息系统及其他平台的业务地址在国家物联网标识服务云平台信息服务地址库中的存储
国家物联网标识服务云平台为各级平台和系统提供API接口:中国商品信息服务平台通过接口将其业务地址(www.gds.cn)存储到国家物联网标识服务云平台的信息服务地址库中,方便后续追溯过程中产品基本信息的查询;
企业级信息系统,通过API接口将各自的业务系统的地址存储到国家物联网标识服务云平台的信息服务地址库中,方便后续追溯过程中产品具体业务信息的查询。
信息解析层
信息解析层的业务是基于物联网标识服务云平台和DNS,通过Ecode编码解析和地址解析实现产品信息搜索和发现的。如图7所示:
 
图7  信息解析过程
 
Ecode中间件读取用户通过查询终端发送的唯一编码;
Ecode中间件在国家物联网标识服务云平台上,进行编码体系解析:
编码体系解析,完成版本V和编码体系标识NSI的解析;
编码数据结构解析,完成编码转换成URI;
信息地址解析,在信息服务地址库中找到产品基本信息和具体业务信息的地址,返回NAPTR记录;
Ecode中间件根据返回的地址信息到中国商品信息服务平台请求产品基本信息,到企业级信息系统请求产品的详细业务信息;
中国商品信息服务平台和企业级信息系统分别将产品基本信息和产品详细业务信息返回给Ecode中间件;
Ecode中间件将产品详细的追溯信息返回给用户。
用户服务层
用户服务层面向的用户包括监督管理部门、冷链参与方和最终消费者,用户可以下载国家物联网标识服务云平台的定制软件客户端,扫描或者输入唯一编码进行产品信息查询,从而实现冷链产品的全流程追溯。
 
应用与发展
以Ecode兼容GTIN和AI的情况为应用案例:如商品条码为“(01)06901234567892(91)02121203000012”的同庆号普洱茶,在对其条码和包装不做修改的前提下,使用扫描枪扫描时,Ecode的解码系统会解析得到该物品的 Ecode为E=100036901234567892,以及附加的AI信息为(91)02121203000012,Ecode和附加的AI信息作为一个整体发送到解析系统用于查询相关信息。解析系统在中国商品信息平台查询到商品基本信息,到同庆号普洱茶的企业信息管理系统查询到具体的商品追溯信息。如图8所示:
 
图8  Ecode对包含AI的商品条码的解析流程
 
 
随着社会各界对冷链物流问题的重视程度越来越高,国内外学者对这一问题的研究也越来越深入,文中提出将Ecode物联网标识体系应用到冷链物流追溯系统中,利用Ecode兼容性实现对冷链单品、包装单元和物流单元的唯一编码,在国家物联网标识服务云平台上完成编码解析和产品信息地址解析,实现冷链单品的全流程追溯。不仅丰富了Ecode物联网标识体系的理论,同时还对于冷链物流追溯系统的设计和实现具有一定的指导意义。
随着冷链物流的普及与应用,今后可从物联网技术在冷链平台的搭建、数据的存储和业务地址解析等方面入手,使冷链物流的管理水平得到提高。
 
 
黄永霞
(作者单位:北京交通大学)

《中国自动识别技术》2017年第2期总第65期

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