基于RFID的农产品配送系统开题

攻读硕士学位研究生学位论文开题报告学 院： 交 通 学 院 专 业： 交通运输规划与管理 学 号：姓 名：研究方向：指导教师：论文题目：基于 RFID 的农产品配送系统制定时间：福建农林大学研究生处制表一、本研究的立题依据和目标1、项目研究意义及在国内外的研究现状与存在问题1.1 研究意义农产品物流即为以脱离农业生产领域的农产品为中心而发生的一系列物质运动过程和相关的技术信息和组织、物流管理等活动。它所涉及到就是农产品的运输、储存、加工、包装、装卸搬运、配送和信息管理等一系列环节，并将各个环节做到有效整合。农产品物流业一头连接生产，一头连接消费，犹如一条纽带，活跃着农产品的生产和消费 1。中国是一个农业大国，改革开放以来，农产品物流水平有了较大提高，但仍处于起步阶段，农产品物流体系不健全、流通渠道不畅、物流主体发育不成熟、农产品供应链管理薄弱，在流通中的损耗率仍较高。农产品配送是整个农产品物流的末端，是指在经济合理区域范围内，按照客户要求，对农产品进行拣选、加工、包装、配载等作业，并按时送达指定地点的物流活动 2。它是农产品物流中心与超市、农贸市场、商店等最终销售网点之间的桥梁、是加快农产品物流的中心环节、是提高农产品流通效率的手段、是支撑农产品物流现代化经营的基础。随着消费者对农产品需求多样化和快速变化，要求农产品在配送过程中必须采取“少批量、多种类”的方式，由于我国农产品配送服务网络不够完善和信息技术应用不够充分，大大影响了农产品在途质量，以及信息的准确性和及时性，这直接导致了配送成本的增加。这就要求将信息技术引入到农产品配送的全过程，它把传统的物的流通方式转变为信息的流通方式，为经营主体提供真实有效信息，减少市场运营中的不确定性和盲目性，有效地提高农产品流通速度，降低物流成本 3。RFID 技术 21 世纪最重要的信息技术之一，具有简单实用、准确率高、识别速度快、受信号传输媒体的限制小、无接触识别阅读距离远等优点，基于这些优点在配送领域，RFID 技术可以用于农产品跟踪、上下车监控、配载优化、订单控制等方面。RFID 能够实现配送全程的实时监控，促进信息共享，能够有效地整合业务流程，提高对市场变化的快速反应能力，同时也能为客户提供准确、实时的物流信息，有效降低运营成本。1.2 国内外研究现状1.2.1 RFID 的分拣作业分拣作业的目的在于迅速而准确的把客户所需商品集中到一起，随着客户需求向小批量多样化方向发展，物流中心需要配送的农产品数量和种类急剧增加，分拣逐渐成为配送中心里最耗费时间和人力的作业 4。因此分拣作业效率将直接影响农产品配送中心的经营效益，也成为农产品配送中心服务水平高低的重要因素 5。国内外将 RFID 技术与分拣作业相结合的研究主要在于电子标签辅助分拣系统的设计。国外辅助拣货系统研究方面开始得比较早，比较典型的是日本爱鸥(AlOI)公司的 L-PICK 辅助拣货系统。该系统由 PC 机、连接盒、电子标签组成，采用 TW 两线制电子标签。AIOI公司是世界上最先开创 DPS 应用的公司，自 1984 年成立以来，一直专注于电子标签产品的开发、生产和完善，其产品种类之多、质量之稳定、应用领域之广，一直占据行业主导地位。该公司的 L-Pick 电子标签拣货系统是含有电子标签硬件、计算机设备及电子标签应用软件的拣货系统。是一套先进的、无纸化的电脑辅助拣货系统。该方案可以使仓库和分配中心的订单处理过程简单化。具有快速的出库效率、简单的操作性和近于零的差错率等特点。已经广泛地应用到物流配送的各个领域，包括医药、烟草、零配件、日用百货、农产品、服装等连锁行业 6。国内在辅助拣货系统领域的研究起步较晚，主要集中在沿海经济较为发达的区域，且多为引进技术。如上海上尚公司的 ABLEPICK 电脑辅助拣选系统。上海上尚公司的ABLEPICK 电子辅助拣货系统是一套安装在货物储位上的电子装置。由电脑上安插的一片界面卡连接并控制这些电子装置，借由灯号与数字显示引导拣货人员快速、准确、轻松地完成拣货工作。ABLEPICK 能弹性地控制拣货流程，并对现场的拣货状况进行即时性的监控，而且能降低拣货错误率，加快拣货速度，免除表单作业的不便与浪费，可节省部分的人力资源。该系统有两种不同的应用模式：摘取式系统(DPS)、播种式系统(DAS)，具有弹性控制拣货作业流程、即时现场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大的功能 7。此外，廖三立提出了采用 EIQ 分析方法对配送中心电子标签辅助分拣系统规划的思想，使物流分拣活动更科学，更柔性化，更人性化 8。徐强设计出一套完整的电子标签与主控 PC 机的通信方案，实现了上、下位机之间的串行通信 9。贺地求等设计了一款高性能零件分拣系统，采用 RFID 标签作为零件的临时身份证，通过阅读器对零件身份定义和识别，从而达到高效、准确分拣的目的。实现了所有成品在混合输出时，分拣线、后续加工和包装线之间无缝对接，零件在生产过程中的设备负荷均衡化和零库存 10。1.2.2 基于 RFID 的农产品物流追溯近些年来，农产品安全成为老百姓在生活中最为关心的问题，而确保农产品安全的重要手段之一就是实施追溯机制。国外关于将 RFID 应用于溯源机制的研究起源于美国的 EPC Global 将 RFID 技术与互联网技术结合，提出被称为下一代互联网的“物联网”(Intemet of Things) 11。日本学者设计了基于 RFID 技术的农产品配送追溯系统，每单元农产品被贴上具有唯一 ID 号的 RFID标签， 在配送过程中，用户通过 RFID 阅读器读取标签内容，并将产生的配送信息通过网络发送到配送记录数据库， 实现配送过程追溯 12。韩国政府于 2003 年已颁布农畜产品追溯制度的相关法律，并且强制执行生产必须安装 RFID 自动追溯系统，各企业已基本于2004 年底前完成了设施配套安装 13。泰国软件工业促进局 (SIPA)将采用 RFID 技术追踪闻名于世的泰国香米，这是继 SIPA 成功采用条形码追踪香米供应链后又一技术革新。SIPA利用条形码追踪香米从稻谷市场到碾米厂、再至供应商的流通过程 14。我国利用在农产品物流追溯的方面也发展很快，孙旭东等利用 RFID 技术，将赣南脐橙作为研究对象，以构建柑桔安全可追溯信息系统目标，解决每个赣南脐橙信息的完整性、可追溯性以及赣南脐橙在种植、流通、配送、交易等环节的信息交换所涉及的关键技术，实现该农产品质量安全信息可追溯 15。施亮等所构建的肉牛养殖的可追溯系统。通过使用RFID 技术，实现了对每个个体肉牛养殖信息的自动采集，同时针对每头肉牛形成了可在网络上进行在线查询的质量追溯档案。从而解决了在养殖环节上进行以个体为单位实施质量监管和实现可追溯的问题 16。1.2.3 装箱配载与线路优化配载是农产品物流配送中不可缺少的一个环节。配载调度所需考虑的问题包括运输路线安排问题和车辆调度问题 17，即将一批批品种各异、体积不同和送达地点不同的货物，以最优的策略配装到车辆上，以保证车辆的满载率和运输效率，使得经济效益最佳。在传统的农产品配载的过程中，工人仅凭经验或简单的纸质装配清单引导装配，经常发生错装、漏装、多装等现象；同时，由于农产品配载过程还处于“黑箱”状态 18，配载过程不能及时或完全没有将装配信息可视化；管理人员不能及时了解装配信息。采用人工和条形码技术的数据采集方式是造成上述问题的主要原因。因为在数据采集过程中，人工的干预不仅花费人力成本，而且容易发生人为错误。条形码也不能实现信息的自动采集，且容易发生漏扫、多扫、错扫等缺陷；因此，需要加强数据采集能力，提高农产品装配过程信息的信息化 19。哥伦比亚物流提供商 Empresa de Prevenei6n Y Vigilaneia(Emprevi)于 2007 年 6 月份起采用 Savi Networks RFID 软件，成功地解决了货物配载过程的可视化管理 20。国内学者颉靖从解决物流配送中车辆空载率和配载问题出发，提出了一套基于物联网中 RFID 技术的货车配载系统。该系统充分利用了 RFID 技术，可提供身份认证和查询功能，保证了车主、货主之间信息的实时性和真实性，还可实现车辆的在途管理，提高了运输管理的水平和质量，实现了货物的实时追踪 21。张俊应用 RFID 技术和电子看板技术实现了对装配生产实时状态的监控，解决了装配生产实时状态数据的采集、产品装配生产实时状态的识别、产品装配实时状态的可视化方法和电子看板实时生产指令处理的方法 22。余式汪首次提出了将于 RFID 技术与装配过程可视化管理系统(AVMS)结合这一新型装配生产管理体系，并开发出了装配过程可视化管理软件 23。1.2.4 农产品运输过程监控将 RFID 技术与其他信息技术结合，应用于运输监控方面的研究国内外都很充分，美国的凤凰城 Sky Harbor 国际机场现在就在使用 TransCore 公司为其开发的基 RFID 和 GPS技术的车辆跟踪系统。该系统可以为各种运营车辆排定服务顺序，为机场今后的管理升级和加强对车辆跟踪和安检做好准备。该机场安装了这一系统后，经济收益增加了 25%，交通堵塞减少 20%。据机场有关负责人估计，如果没有这种无线跟踪系统，机场的工作人员至少要增加一倍甚至两倍，才能满足联邦航空管理总局的临时强化安检要求 24。日本的Kokuyo 公司已经开始运用先进的 RFID(电子标签)和 GPS 来追踪目标。这项技术应用于易腐农产品物流方面，实时监控易腐农产品在运输过程中的安全 25。目前国内专家学者在吸取外国先进经验的基础上进行了相关研究。王亚东基于 RFID技术、数据采集技术以及 Web 技术设计的化工物品物流安全监控系统，对危险品的使用、运输、跟踪和溯源实时地和全方位地进行自动化管理。极大地提高危险品的管理水平，降低对于环境和生命安全的危害，降低相关物流链的成本，缩短事故应急的反应时间 26。宿晓利采用 RFID 技术构建了一个分别以制造商和回收处理中心为核心的正逆向物流系统模型，该仿真能够有效地处理物流过程中产生的大量信息提高，提高资源利用效率 27。虽然近年来，中国在农产品物流方面取得长足进步，但信息化的程度还很低，对农产品物流信息化的研究还处于起步阶段。刘伟华给出了绿色农产品供应链 RFID 中间件系统设计现场总线技术与 GPRS 技术的集成部件设计和核心企业供应链成本信息管理平台设计方法，为绿色农产品供应链动态成本数据采集系统提供了技术基础 28。孙传恒等以 RFID 和农产品信息流通控制技术为基础，采取“硬控制”的思路，自主研发了嵌入式农产品流通专用设备。并建立了基于 Linux 嵌入式农产品运输阶段质量追溯系统，具有良好的推广前景 29。尚娅等提出了一套基于 RFID 技术热带特色农产品低碳运输发展模式，并对该模式进行了设计和探讨，最终得出可将 RFID 技术应用于热带特色农产品低碳运输是可行的这个结论30。1.2.5 农产品配送系统信息化随着信息技术不断发展，与之相关的新技术、新产品被广泛的运用于物流配送系统，通过数据载体(条码、RFID 标签 )有效地把信息流与商流联系起来，实现各个环节间的信息交换 31。条码作为信息技术的一个重要组成部分，由于其技术成熟、识别可靠性高、使用成本低等特点，在物流配送领域的应用率极高。最早开始使用一维条码，但受到信息容量小、自动纠错能力差、需后台辅助工具等限制，二维条码应运而生，因其容量大、纠错能力强、保密防伪性强、所载信息丰富等优点，被喻为“便携式纸面数据库” 32。然而二维条码存在设备识读性能差、编码效率低、价格昂贵等缺点，使得全面推广和应用受阻。目前国内学者关于条码技术在物流配送领域的研究不多，其中高羽佳对二维条码中的快速响应矩阵码中的识别译码技术、编码和图像预处理进行了具体的分析，将其运用于农产品可追溯物流体系中，并提出了具体方案，但是运用快速响应矩阵码生成的图像失真校正算法在通用性还存在问题，需要做进一步深入实验和研究 33。丁毅等在研究了一维条码与二维条码现状的基础上，设计了一种集成一维条码和二维条码特点的创新型编码，为物品仓储管理提供了很大的方便 34。为克服一维条码与二维条码存在缺陷，国际物品编码协会与美国统一代码委员会联合推出了复合码，将一维条码中的线性组分与二维条码中的复合组分有机的结合起来，成功地解决了常规条码存在的问题，极大地提高了物流配送的效率和质量 35。目前国内仍停留在复合码应用性方面的研究，主要为复合码优劣性和在物流领域的市场应用前景等；而理论方面，至今仍未见相关报道。随着自动识别技术进一步发展，作为物联网技术的核心之一的 RFID 技术由于其优越性，成为研究的热点。施亮等基于 RFID技术构建肉牛养殖的可追溯系统。通过使用 RFID 技术，实现了对每个个体养殖信息的自动采集，同时针对每头肉牛形成了可在网络上进行在线查询的质量追溯档案。从而解决了在养殖环节上进行以个体为单位实施质量监管和实现可追溯的问题 36。尚娅等提出了一套基于 RFID 技术热带特色农产品低碳运输发展模式，并对该模式进行了设计和探讨，最终得出可将 RFID 技术应用于热带特色农产品低碳运输是可行的这个结论 37。胡艺峰等以合肥市周谷堆农产品批发市场为研究对象，基于 RFID 技术开发了农产品流通信息系统，实现了农产品信息的及时准确共享，有效地降低了流通成本 38。此外，将 RFID 技术与 GIS、GPS技术相结合，将会给 RFID 技术带来革命性的变化，使其有更广阔的发展空间。1.3 存在问题1) 针对农产品配送问题的研究较少总体来说，农产品配送由于自身的特殊性，需要考虑的外界因素很多，因此研究难度较大。相关农产品配送的专门研究仍然较为罕见。遵循农业发展轨迹来看，目前农产品流通理论主要涵盖农产品流通的组织模式、农产品流通的物流主体、农产品流通制度等层面，而对从配送角度来考虑的农产品物流问题的研究却很少提及，特别是在建设新农村背景下，我国农产品物流配送发展问题以及相关技术的研究明显不足，严重的制约了农产品物流的进一步发展。2) 农产品配送信息化体系不健全农产品物流配送中信息系统起着至关重要的作用。而多数农产品配送中心缺乏现代物流配送观念，作业过程缺乏规范。代表性的信息技术如：RFID 技术、农产品质量溯源技术、农产品质量速测技术和 HACCP 技术没有广泛的运用于配送领域，信息化、机械化、自动化水平偏低，计算机应用不普及。许多作业，如盘点、分拣、配载和传递信息等，大多依靠人工搬运，工作效率相当低下，并且容易造成农产品的挤压、受损、变形。3) 对农产品配送过程环境信息采集、监控力度不足农产品在物流配送过程中缺乏有效环境监控管理，容易造成食品安全事故、经济损失。现阶段中国的监控技术手段的主要症结是：以人工测量和纸面记录为主；无统一数据系统支持；实时性差、监管脱节；取证困难、无法确定责任；无法进行预警、损失率大等。因此，运用实时监测技术对农产品配送过程中的环境信息，如温度、湿度、耗氧量等，进行采集、监控以保证农产品质量。4) 缺乏针对农产品特性建立农产品配载及线路优化模型目前，国内对配载及线路优化的研究已取得一定进展，但是对模型建立的约束条件普遍仅考虑一般商品特征(如运输费用、货物需求量、发送量、交发货时间、车辆容量限制、行驶里程限制、时间限制等) ，专门针对农产品配载及线路优化特点建立配送模型很少有研究。由于不同种类的农产品特性之间存在很大差别，因此针对不同种类的农产品建立配送模型采取不同的约束条件(如温度、湿度、耗氧量等 )。参考文献：1 陈秋双，孙 鑫，龙 磊现代物流系统概论M北京：中国水利水电出版社，2005：4-52 赵春江农产品物流存在的问题及对策J天津商学院学报，2005(5)：42-443 张 晖，王东辉RFID技术及其应用的研究J 微计算机信息，2007，23(4-2)：252-2544 宿长海，王 雯，金 芝中国农产品物流的现状、问题及对策 J商业经济，2010 (8)：98-1005 江 娜混合遗传算法在集装箱装载问题中的应用研究D山东：中国海洋大学，20066 翟 钰三维集装箱装载问题的混合遗传算法研究D上海：上海交通大学，2007 7 EBischoff，MDMarriott。A comparative evaluation of heuristics for container loadingEuropean Journal of Operational Research，1990，44：2672768 Bischoff EE ，Ratcliff MSW Loading multiple pallets Journal of the Operational Research Society， 199546：132213369 DSJohnsonNear-Optimal Bin Packing AlgorithmsDMassachusetts Institute of Technology,Department of Mathematics，Cambridge ，197310 DSJohnsonNear-Optimal Bin Packing AlgorithmsDMassachusetts Institute of Technology,Department of Mathematics，Cambridge ，197311 JCsirik，DSJohnson BoundedSpace On-Line Bin Packing：Best is Better than FirstAIn：Proceedings 2nd Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete AlgorithmsC， 1991：309-31912 WMaoBest-k-Fit Bin PackingJComputing，1993(50)：265-27013 SMartello，DPisinger and DVigoThe Three-Dimensional Bin Packing ProblemR Technical Report DEISOR976，l 99714 DKFriesen and MALangstonVariable Sized Bin PackingJSIAM Journal of 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邱荣祖，钟聪儿，修晓虎基于GIS和禁忌搜索集成技术农产品物流配送路径优化J数学的实践与认识，2011，41(10)：145-15133 彭 敏基于改进遗传算法的农产品物流配送车辆路径优化研究D 湖南：长沙理工大学硕士论文，200934 G Clarke and JV WrightScheduling of vehiclesfrom acentral depot to a number of deliverypointsJOperations Research，1964(12)：56858135 KC Tan ，THLee，KOu，and LHLeeA Messy Genetic Algorithm for the Vehicle Routing Problem with Time Window ConstraintsAIn：IEEE Congress on Evolutionary ComputationC，200 1：67968636 KC Tan ，THLee，YH Chew,LHLeeA Multi-objective Evolutionary Algorithm for Solving Vehicle Routing Problem with Time WindowsAIn ：2003 IEEE International Conference on Systems，Man and CyberneticsC，2003：36336637 R.J.Kuo，C.Y.Chiu and YJLinIntegration of Fuzzy Theory andAntAlgorithm for Vehicle Routing Problem with Time WindowAIn：Annual Meeting of the North American Fuzzy Information Processing SocietyC，Piscataway,NJ ，USA ， 2004：92593038 徐小勇物流配送车辆运行径路优化问题的仿真实现J价值工程，2010，29(32)：202、本项目的研究内容、研究目标和拟解决的关键问题2.1 研究内容基于 RFID 的农产品配载及路径优化研究作为农产品配送问题的核心及难点，目前利用枚举法在大型计算机上求出精确最优解是很困难的。本论文采用 DIJ 算法与遗传算法组合式算法对 GIS 线路进行优化，用三维配载算法来实现配货优化，通过层次分析法得出最佳配送方案。并结合物联网技术，通过 RFID 技术实现对商品识别和货物监控、GPS 定位实现导航和跟踪、GSM 平台实现信息交流与共享。主要的研究内容有：1) 需求分析 对于论文所涉及的配送农产品种类、客户地址分布以及运力情况进行调查，并运用 GIS 绘制备选区域数字地图；2) 模型研究 深入分析 DIJ 算法、遗传算法和三维配载算法，为系统开发做准备；3) 农产品路径优化问题的模型与算法研究 本文首先针对农产品配送多点运输问题的特点进行描述，并建立以配送成本最小为目标，且符合农产品配送特性的路径模型采用DIJ 算法与遗传算法组合式算法来求解。使得车辆运输线路符合农产品物流配送企业车辆路线优化的作业实际；4) 基于 RFID 的农产品配载问题模型与算法 农产品配载问题要解决的是如何用符合农产品特性且尽量少的运力资源将农产品配载完毕，本文首先对农产品配载问题的特点进行剖析，运用 RFID 技术，迅速获取货物的体积和重量，以运费最低为约束条件建立相应的模型并利用三维配载算法求解。5) 信息技术监控与导航 运用 GPS 对配送车辆进行跟踪导航、RFID 对货物上下车进行监控并生产装卸日志、通过 GSM 平台发送短信通知收货方做好准备，并且配发收货专属密码进行身份验证，防止配送错误。2.2 研究目标1) 针对配送路径优化问题，建立数学模型，利用 GPS 导航、RFID 技术确定最近空车，通过 DIJ 算法确定备选路径，基于遗传算法优化路径，以成本最小为约束条件，通过层次分析法筛选出最优配送方案。2) 在农产品配载过程中，运用 RFID 技术，快速分析所配送农产品的高宽、重量等条件，建立车辆货物优化配载模型。重点是利用三维配载算法对农产品车辆模型求解。3) 针对配载过程信息优化模块比例不高问题，充分地将物联网技术优势与配载及线路优化问题结合起来，实现快速分拣、装车检查、农产品上下车监控、定位导航以及收货确认等功能，从而大幅提升配载和运输效率。2.3 拟解决的关键问题1) 选择和构建农产品配送路径优化模型：依据福州某区的配送网点布局，确定优化目标与约束条件，符合实际的农产品配送路径模型，利用 DIJ 算法与遗传算法组合式算法对 GIS 线路进行优化，通过层次分析法比对获得的最优路径。2) 选择和构建农产品配载优化模型：利用 RFID 技术，迅速准确地收集多个客户需求农产品种类、体积、质量等信息，将其作为约束条件，建立车辆货物配载模型。利用三维配载算法对农产品车辆模型求解。3、本项目的特色和创新之处及立论依据(与国内外类似研究比较)目前，国内对于适用农产品特性的配载及输送路径优化问题研究较少。本项目的创新之处在于将 RFID 技术引入到农产品配载过程，对配载及输送路径优化问题进行研究，目的是为了使配载快速合理和运输成本最小化。4、研究工作的预期结果或成果。1) 构建农产品配送路径优化模型和算法；2) 以 RFID 技术作为支撑，构建农产品配载优化模型和算法；3) 开发系统，将配载及线路优化连接成统一的整体；3) 将信息技术运用于农产品配载及线路优化领域，实现快速寻找空车、车辆导航、装卸检查、货物监控和身份核对等功能。二、 研究方法和技术路线1、拟采取的研究实验方法、步骤、技术路线及可行性论证；1.1 研究方法、步骤1) 对农产品配送多点运输问题的特点进行描述。2) 以福州市某区的配送网点布局依据，开展客户地址和运力方面的调查，绘制 GIS 地图。3) 对 DIJ 算法、遗传算法、三维配载算法进行研究。4) 寻找最