基于5G及北斗技术的猪肉冷链运输智能监控系统研究示范

20230109

信息传输、软件和信息技术服务业

数据采集终端方面主要由数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块构成。数据采集模块包括了温湿度采集模块、北斗定位模块和摄像头模块，数据传输模块为5Gcpe，提供5G数据网络，用于车厢环境数据上传，数据处理模块为车载终端，用于传感器数据的处理、上传以及车箱环境实时状态的展示。数据采集终端核心功能为对数据的采集和上报，并为后续车辆状态数据和图像视频数据的处理提供支撑。 温湿度采集模块共包含三种类型：网管型温湿度采集模块(ENC03)、温湿度采集模块(ENC01)、门磁与温湿度采集模块(ENC02)。微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)采用了ARM架构的32位增强型微控制器STM32F103RBT6，具有128k内嵌Flash，能很好满足数据采集要求。各模块均具备温湿度采集功能，设计每台车辆配置6个温湿度采集点，进行车厢温湿度监控。各传感器之间通过短距离通信协议ZigBee进行通信，由内置WiFi的网管型温湿度采集模块将各传感器数据统一通过tcp协议发送至车载终端。温湿度传感器支持的温度采集范围：-40℃-100℃，采集颗粒0.1℃，采集精度≤±0.5℃；支持的湿度采集范围：0-100%RH，湿度采集颗粒：0.1%RH，采集精度：≤±3%RH，支持壁挂、磁吸方式安装。 北斗定位模块采用U-BLOX M8030 72CH作为主控芯片，支持同时接收北斗、GPS和GLONASS定位系统数据进行混合定位，定位性能<小于2.5m，跟踪灵敏度-161dBm。通过RS-232串口和上位机以字节方式进行通信，采用NMEA 0183作为ASCII的串口通信协议，采用BDS/GPS双模混合的方式进行定位，稳定性和实时性都满足要求。 摄像头模块采用海思3516V200型号处理器，200万像素的1/3英寸cmos传感器，支持WiFi 802.11b/g/n 网络接口，可以进行rtsp和rtmp的推流，供电采用了DC12V 2A电源，满足课题使用。摄像头通过数据上报单元提供的WiFi进行rtmp推流，可在管理平台上查看视频推流情况，推流和存储部分借助阿里云视频服务器实现。

本课题研究的基于5G及北斗技术的猪肉冷链运输智能监控系统包含硬件部分和软件部分，其中硬件部分为数据采集终端设备和数据传输设备等，软件部分为基于MVC架构设计和开发的猪肉冷链运输管理系统。故为了合作方能够顺利地规模化生产出相关设备和系统并将其应用于实际场景中，对合作方相关方面提出下列要求。 传感器微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)采用了ARM架构的32位增强型微控制器STM32F103RBT6，包含温湿度采集模块、门磁模块、wifi模块、电源模块等，其设计与开发过程包含STM32模块的二次开发，电路设计，接线设计，电路板的焊接，保护外壳的设计与生产等步骤。因此合作方单位必须具备熟悉上述涉及的相关技术人员，另外，合作方单位海必须备有足够的资金采购开发传感器的电路板等原材料以及支撑产品的规模化生产。同时，硬件部分还包括摄像头、北斗模块等数据采集设备和5G CPE、车载平板等数据传输设备，因此合作方单位还需准备资金采购上述设备。 本课题的软件部分包含后台管理系统和前端界面部分。其中后台管理系统采用spring boot开发框架和mysql数据库，集成Spring、Spring MVC和MyBatis等框架进行开发，能够进行方便快捷的开发设计。而前端界面部分采用Vue.js框架进行开发，并根据北斗模块采集的数据使用高德地图API实现运输车辆位置的实时展示和路径轨迹回放，同时将项目部署到nginx服务器，通过反向代理操作实现视图转发。因此合作方单位需要具备熟悉上述技术的人才来开发和维护软件系统。

仅限国内转让

本课题研发的基于5G及北斗的冷链运输监控系统可以全流程的监控猪肉在运输过程中的状态，在运输环境发生异常时，及时发出信号，提醒相关人员进行干预，防止出现冷链“断链”的情况，降低了猪肉在运输环节的损耗，保证了猪肉运输过程中的品质，带来了经济和社会双重效益。 新冠疫情发生以来，人与人之间的接触加大了疫情传播的风险，本课题的研究成果为无接触式检查提供了解决思路，在猪肉进京检查站，相关工作人员只需要通过查看摄像头视频就能够查看车厢内猪肉的情况，减少了人与人之间的接触，降低了疫情传播的风险。 课题研发的猪肉冷链智能监控终端对需要从外地调运猪肉的北京屠宰企业以及承担运输的第三方物流公司来说具有积极的经济效益。现行传统的猪肉冷链运输车由于车体内温度信息无法及时传递到承运司机、承运企业，当冷链出现“断链”时容易造成猪肉品质的下降而直接影响经济效益，尤其是高温季节的长途运输。所以，猪肉冷链智能监控系统的直接的经济效益在于保障猪肉冷链在既定的最佳的冷链环境中运输，避免“断链”问题造成的损失，提高运输企业对全程冷链的管理效率。同时间接的效益在于实现猪肉冷链运输的全程追溯，提升猪肉的品质和品牌价值。 2020年新冠肺炎疫情发生后，冷链食品多次被查出“核酸检测阳性”的问题，冷链运输成为新冠疫情期间的“高危行业”。因此，无接触式运输、配送成为有待解决的问题。课题旨在推动建立基于智能终端和信息系统的现代化猪肉冷链管理体系，并对猪肉冷链运输进京的全流程进行了多次跟踪调研，针对进京过程中停车“检测”环节的问题，提出了“猪肉冷链运输ETC”模式。即猪肉冷链运输车辆通过北京动监的检查站时，检查人员可以通过手机“扫码”查看到司机、车辆的起始地、运输轨迹、目的地信息，也可以通过车体内视频监控终端查看仓体内的猪肉的情况，以及该批猪肉的产地检疫证，从而实现“无接触式”检测。一方面有利于减少冷链人员、车体、物品与检测人员的接触，减少疫情传播的风险；另一方面也有利于提高进京检测、通行的效率，提高政府部门对猪肉冷链运输、进京的监管水平。

基于5G及北斗技术的猪肉冷链运输智能监控系统研究示范

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本课题研发的基于5G及北斗的智能数据采集终端，包括温湿度采集模块、北斗定位模块和摄像头模块，用于采集车厢环境温湿度数据、车厢门开关状态、车辆位置和行驶路径数据、车厢内货物视频数据，终端设备采集到的数据通过5Gcpe提供的5G数据网络上传至车载终端和服务器，为后续数据处理和展示提供支撑。同时，根据猪肉运输流程开发的与采集终端配套的猪肉冷链物流状态实时监测管控系统，包括登陆模块、用户管理模块、数据处理模块、展示模块和订单管理模块，用于接收、存储终端设备采集的数据，管理订单信息和订单状态，并对采集的数据和订单数据进一步的处理和分析，最终展示给相关用户。 本课题采取的技术路线主要包括以下几点：1、北斗+5G+传感器的融合定位，根据各自技术的特点，利用北斗实现室外定位，利用5G辅助室内和室外定位；2、通过5G+WiFi+北斗和数据集中器实现数据通信，数据传输主要依托5G进行远距离通信，5G目前基站覆盖范围主要在城市，农村、边远地区、山区等区域的覆盖范围还存在一些问题，所以利用北斗进行低速辅助通信，车厢内部系统通信可以有线和无线通信，考虑高效性和易用性采用WiFi进行无线通信，为了实现切片应用或QoS服务，在车厢内增加数据集中器，实现服务质量保证；3、物联网技术，利用物联网、传感器技术采集车内环境信息，设计实现数据采集设备，为了推广应用，简易型数据采集器安装采用悬挂、粘贴等方式，设备充电采用无线充电和有线充电两种方式；4、大数据技术，借助已有的传感器模块采集车辆环境状态信息，在完成数据的初步清洗和处理后，搭建车厢内温湿度场，模拟车厢内温湿度的分布情况，在之后可以通过少数传感器实现对整车环境的预测，同时利用猪肉流通数据，建立长时间序列LSTM模型，对猪肉价格进行了分析和预测；5、计算机视觉技术，利用计算机视觉技术研究了驾驶员疲劳检测，进行车辆安全驾驶管理，同时通过车厢内摄像头上传的猪肉图像数据研究猪肉新鲜度识别；6、业务流程重构，通过GIS和车厢环境状态数据构建虚拟监控网络，辅助动物检疫部门进行安全监测，溯源管理等，利用虚拟监控系统实现监管，达到业务流程重构的目的。 课题核心内容主要包括数据采集终端的设计和实现以及猪肉冷链监控平台的构建两个部分，融合北斗定位和5G通信两大国家核心技术，是物联网技术在猪肉冷链运输场景下的集成创新和应用创新。