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1、基于组件库的生鲜农产品冷链物流云服务系统设计与实现作者：天天论文网日期： 2016-5-31 9:16:14 点击： 1 引 言：生鲜农产品冷链物流是指从农产品采收开始经过产品加工、储藏、运输、配送、销售，直至消费者手中， 其各个环节始终处于低温环境下的特殊供应链体系1 。中国生鲜农产品冷链物流起步较晚，由于体系不完整、基础设施和技术落后、组织化和信息化程度低，缺乏有效的第三方监管手段，导致大量生鲜农产品由于储运不当腐烂2 。据国家发改委数据显示，每年仅生鲜果蔬损失就达1 000 亿元以上，占果蔬总量的 20% 30% ，损失总金额高居世界榜首3-4。近年来，已有很多学者致力于生鲜农产品冷链物
2、流领域的研究，基于云计算及物联网技术提出了很多有效的监控溯源方法并积累了一系列研究成果。孙旭，杨印生等通过集成近场通信、北斗定位、全球移动通信等技术，设计了生鲜农产品供应链数据采集终端，实现了生鲜农产品供应链各环节数据的自动智能采集，保证节点企业间信息连续度5 ；陈勇等基于云计算提出一种农产品冷链物流监测系统，对冷链车辆运行状态实现实时、无缝的远程控制和管理，运用云计算的数据处理技术，提高运算分析效率，降低冷链物流的运营成本 6 ；郭斌等以冷藏车辆厢体环境监控为研究对象，从信息技术的角度构建了一个基于Zigbee 的果蔬冷链配送环境信息采集系统，对冷藏车辆厢体环境远程采集技术进行了探讨7 ；颜
3、波等设计了基于 RFID 和 EPC 物联网的水产品供应链可追溯平台，可以实现水产品从养殖、加工、冷链配送到销售的全程跟踪与追溯8 ；另外还有一系列针对生鲜肉, 水产品等其他相关领域的研究成果9-13。但是，上述系统都以特定的研究对象为基础建立，采用统一的模式服务于所有用户，未充分考虑到在实际应用过程中由于用户信息化水平差异所带来的需求差异以及对个性化需求的响应，因此大部分成果在面向行业推广应用上面临很大困难，大多都是特定范围内使用或者停留在试验研究阶段。随着云计算、大数据时代的来临，差异化服务，资源的高效复用，低成本快速个性化定制已成为农业信息技术发展的必然方向。为此，本文提出了基于组件式开
4、发、私有云共享，多租户数据隔离等技术的生鲜农产品冷链物流云服务系统，以期为不同企业的差异化冷链物流监管公共服务提供参考。1 冷链物流云服务系统需求分析生鲜农产品冷链物流云服务系统需要在零负担的模式下同时服务于信息化程度不同、对冷链物流过程监控具有差异化需求的企业，需要建立一套能够大范围应用推广的生鲜农产品冷链监控云服务体系，因此在用户需求、系统结构及功能设计等方面具有如下需求：1.1 用户现状与需求分析中国农业企业信息化水平参差不齐，一些知名企业已建立完善的企业信息化体系，能够流程化管理企业生产线，相反，大多数中小型企业都处于谋生存、求发展阶段，其普遍存在信息资源少、业务流程不清晰等问题14-
5、15 。在这种情况下，对于信息化程度高的大型企业，系统需为其开放必要的数据接口，通过集成定制相应功能模块，最大程度使用其已有资源，在不增加额外使用负担的前提下满足企业需求；相反，对于信息化程度较弱的中小型企业，系统需要分析提炼其共性需求，以通用组件的形式供企业选择，以云服务的方式进行发布，让多家企业共同分摊研发成本，最大限度降低一次性投入，减轻企业负担。1.2 系统构架及功能分析要实现差异化的服务，系统需要同时响应不同用户的个性化需求，并且不能给用户带来额外的使用负担，因此系统不同组件与其功能和结构之间必须采用开放的松耦合模式，通过建立统一的数据交互总线与接口协议将各组件按需进行自由组合16-
6、18，快速形成定制化系统。在系统功能方面，由于不同用户实际使用的功能有差异且相互独立，因此系统除了要提供生鲜农产品冷链物流公共服务方面的业务服务外，还需提供多租户数据隔离，组件选择，组件定制等服务，在保证系统数据交互安全的前提下，为不同用户提供差异化服务。2 系统设计 2.1 服务流程设计冷链物流云服务要实现快速响应企业用户业务要求不同的相似需求，提供差异化的应用服务，资源的积累、共享与重组是关键环节19-20，本文对 12 家从事生鲜农产品冷链物流相关业务的企业进行了日常业务、功能需求以及信息化基础等方面的深入调研，调研对象涵盖了企业员工 500 以上，拥有20 辆配送车辆的大型生鲜电商企业
7、，以及50 人以下，只有12 辆或者完全依靠第三方物流完成冷链配送的中小型企业。通过对企业共性需求及个性化需求的分析提炼，设计了冷链物流公共服务流程，如图1 所示：用于定义企业用户从身份授权开始到定制化系统发布执行过程，组件库为服务流程的核心部分，其包含了生鲜农产品冷链物流业务中的共性需求组件及企业个性化需求组件，组件库随服务对象的增加不断积累，所有组件遵循统一的数据接入标准，对用户界面及业务功能进行封装，可根据实际需求快速组装为个性化的系统。用户首先需要通过注册服务获得唯一身份标识码，该标识码用于个性化设置及识别用户组件；授权用户可在云端查看现有组件描述，根据组件功能选择适合自己的组件，如组
8、件库中没有满足要求的组件，通过定制服务提交组件定制需求，新组件定制完成后加入组件库供用户进行选择，用户选择完成后系统自动对组件间的数据关系进行配置，配置完成后形成个性化冷链物流监控服务系统，通过用户身份标识码进行区分，以便后续维护升级。图 1 冷链物流公共服务流程图Fig.1 Public service process of cold chain logistic2.2 结构设计本文以生鲜农产品储运环节信息化业务需求为核心开展研究工作。从生鲜农产品仓储、运输过程在线监测与预警，企业物流订单管理，人员与车辆管理，司机配送优化，消费者订单跟踪及追溯等不同业务角度出发设计了由数据层、业务层和应用层
9、组成的生鲜农产品冷链物流云服务系统21 ，如图 2 所示：1）农产品冷链物流数据中心是数据层的核心部分，它一方面面向各类环境感知设备提供标准的数据接口，实时接入包括冷库环境、车辆行驶状态及厢体环境监测数据，结合农产品安全储运知识库提供实时分析预警服务；另一方面，数据中心通过把握数据的方向性和交互性特征，形成以数据订阅分发为主线的组件间数据网络结构，为第三方系统或内部组件间提供双向业务数据交换通道，实现对订单信息、车辆配送信息、交通路网信息等数据的综合管理。数据中心以用户身份标识码及订单编号建立数据索引，为业务层组件的数据请求提供快速响应。2）业务层为实现系统各项功能的组件中心，它包含实时预警、
10、车辆定位、订单追溯、配送优化等通用组件和特殊气体预警、车辆偏离预警等企业个性化定制组件，所有组件在开发完成后加入组件库，通过组件标识及描述与应用层进行交互，供用户选择集成，组件通过JSON 、XML等标准数据交换方式与数据中心进行双向数据交互。3）应用层是系统的集成发布中心，通过用户身份标识码完成对业务组件的加载和卸载，运用拼装和组合方式在最大程度上利用功能组件快速按照不同用户需求实现软件系统的组装，充分利用已有的资源，避免了在软件系统研发过程中包括分析、设计、编码和测试等许多重复劳动。图 2 冷链物流云服务系统结构图Fig.2 System structure of cloud servic
11、e system for cold chainlogistics2.3 通用组件设计本文对从事生鲜蔬菜、水果、肉类以及综合性农产品冷链物流业务的12 家企业业务进行分析，提炼共性需求， 设计了设备适配、 订单管理、 冷库监测、 车辆跟踪、 订单回放、配送优化等核心通用组件。在没有特殊需求前提下，企业用户通过对通用组件的选择与适配可以快速定制适用于自身业务的应用系统，各组件功能如下：设备适配：为用户提供标准的环境感知设备接入通道，用户可以接入遵循系统数据通讯协议的环境感知设备，完成对冷库和运输车辆厢体环境信息的采集与传输。订单管理：为没有订单信息化管理系统的企业提供内部物流订单管理服务，实现订单
12、、车辆、驾驶员等信息的智能匹配调度，替代企业原有纸质订单档案管理手段，提高内部管理工作效率。冷库监测：为有冷库温湿度环境信息监测需求的企业提供冷库环境24 h 在线监测功能，配合安全阈值实现远程报警。车辆跟踪：结合实时感知数据提供在途车辆的行驶状态在线跟踪及厢体环境监测服务，结合农产品安全储运模型实现运输过程监测预警。订单回放：以订单为单位，结合电子地图实现生鲜农产品配送全程追溯，为用户提供配送起始地，行驶路线、时长，配送过程全程厢体温湿度曲线与极值信息。配送优化：以配送线路及订单分布为基础，结合实时交通路网数据，以最短时间、最短路径、最低费用等多种优化方式为驾驶员提供配送优化服务，提高配送效
13、率。3 核心功能实现3.1 感知设备接入所有接入系统的车载及冷库环境信息感知设备根据实际监测需求定时向服务器推送感知数据，设备与服务器之间采用TCP/IP 通讯方式，服务器端通过监听特定Socket 端口接收感知数据包；数据包参考GPS 数据帧（定位数据帧）方式进行编码，并在此基础上进行了改进，融入了环境监测信息，每个数据包共34 字节大小，由10 部分组成，各部分内容用十六进制数字表示，各部分说明及内容大小如表1 所示。表1 感知数据包结构Table 1 Structure in data package of sensor序号 NO.内容 Content 大小Size/Byte01 记录头
14、 102 网关编号 403时间 304 日期 305 纬度值 406 经度值 507 速度方向 308 感知节点编号 209 监测值 810 保留段 1 以2015 年 9 月 02 日 13 点 3 分 16 秒 1 号网关监测数据为例，数据包详细信息如下：服务器端接收到数据包，按位解析得到如下信息：“$” （0x24）：记录头，用于中心识别记录起始位置；时间：0x050316，标准时间 5 点 3 分 16 秒，相当于北京时间13 点 3 分 16 秒；日期：0x220902，2015 年 9 月 02 日；纬度值： 0x39942113，399421.13 经度值：0x116290717
15、C， 1162907.17 ， 东经、北纬，有效，最后字节含义： C-bit1110bit3，1： 东经，0： 西经 bit2 ， 1：北纬，0： 南纬 bit1 ， 1： A-有效，0：V-无效 bit0 ， 未定义速度、 方向：0x014028：速度 014 节，方向 028 感知节点编号： 0x0001，1 号节点监测值：每两字节表示一个参数，依次为：温度 0x0487-6.8 ，湿度 0x02BE-42% ，乙烯 0x012C-1510-6 ，二氧化碳0x00DD-10810-6 ，当监测值为0xFFFF 时表示无该参数监测。保留段：监测内容扩充使用解析完成后的监测数据存入数据中心，通
16、过数据库视图与其他业务数据关联后以实体对象MonitorInfo 为其他组件提供数据支撑。3.2 组件间数据交换在把握数据的流动性、方向性和交互性基础之上，通过对系统内组件间数据信息的产生、处理和传输等特征进行分析，设计了点对点组件实例间数据通信总线，为组件实例间的数据传输提供支撑。在数据总线中，汇集了组件运转所需要的各类实体对象，通过这些对象描述信息可以全面反映组件所完成的业务功能及流程，组件在实例化数据对象后采用JSON 规范的数据编码格式与其他业务组件进行交互。以车辆跟踪组件为例，其JSON 数据格式如下：“OrderNumber“:“N201503070126“,“Warehourse“:“ 玉泉营仓库 “,“Destination“:“ 北京市石景山区海特饭店 “,“ProductInfo“:“鲜果 “,“Recipient“:“周志军 “,“RecipientTel“:“156656566532“, “StatusId“: 0, “CompanyID“:1, “CarInfo“:“CarNum“:“
