王艷瑋，王拖拖

（陜西師范大學(xué)國際商學(xué)院，陜西 西安 710062）

所謂“疫苗冷鏈”是指疫苗產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用的一條持續(xù)的低溫鏈條以及其運轉(zhuǎn)過程的總稱［1］。在我國，疫苗的研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有較高的水平，有些甚至達到或者超過國際水平，但疫苗冷鏈儲運環(huán)節(jié)仍得不到保證，經(jīng)常發(fā)生“斷鏈”的情況，造成大量的經(jīng)濟損失和嚴重的醫(yī)藥惡果［2］，這在很大程度上是由于我國疫苗冷鏈儲運環(huán)節(jié)缺乏有效的監(jiān)管所致。利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立一個覆蓋疫苗全生命周期的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對疫苗冷鏈的全程監(jiān)控與管理，及時采取措施消除疫苗冷鏈過程中可能出現(xiàn)的各種隱患，對于保證疫苗質(zhì)量安全具有重要的意義。

隨著無線射頻技術(shù)（radio frequency identification，RFID）、通用分組無線服務(wù)技術(shù)（general packet radio service，GPRS）和傳感技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，建設(shè)一個覆蓋疫苗全生命周期的管理系統(tǒng)在技術(shù)上成為可能。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，具有可識別移動物體、同時識別多個對象、遠距離讀取和非接觸方式等優(yōu)點［3］。伴隨著RFID技術(shù)的快速發(fā)展，將RFID技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合，既可以實現(xiàn)對冷鏈全程溫度、濕度等敏感信息的采集，又可以實現(xiàn)采集信息的及時傳遞。GPRS技術(shù)是一種無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別適用于間斷、突發(fā)性的和頻繁、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適合于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸，具有永遠在線、實時傳輸數(shù)據(jù)、傳輸速率高、快速接入、價格合理，以及基于IP協(xié)議可以訪問整個Internet等優(yōu)勢［4－5］。

筆者融合RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、GPRS技術(shù)和Internet技術(shù)等先進的電子商務(wù)技術(shù)，構(gòu)建了一個能夠覆蓋疫苗全生命周期的管理信息系統(tǒng)，提供了一個從疫苗制造廠到疫苗分發(fā)使用全程的解決方案。

1 系統(tǒng)分析

1.1 疫苗冷鏈全程監(jiān)控的需求分析

在整個疫苗冷鏈中存在著多個參與者，如物流承運企業(yè)、疫苗接種單位、生產(chǎn)企業(yè)、接種個體和疫苗安全監(jiān)管部門，不同的參與者對疫苗冷鏈信息的需求也各不相同。在每個不同的冷鏈環(huán)節(jié)可能使用多種冷藏儲運設(shè)備來實現(xiàn)疫苗產(chǎn)品的儲運，其中任何一個環(huán)節(jié)或者冷藏節(jié)點的斷鏈都可能引發(fā)疫苗產(chǎn)品的質(zhì)量變化，為了能夠明確責(zé)任、強化管理，必須對疫苗冷鏈的全程實施監(jiān)控。另外，隨著疫苗接種數(shù)量的增加和疑似預(yù)防接種異常反應(yīng)報告的敏感性逐年增強（2009年報告近5萬例），疫苗的安全性日益受到社會關(guān)注［6］，當(dāng)接種異常事件發(fā)生時，需要快速地找出事故發(fā)生的原因，及時地召回其他可能發(fā)生質(zhì)量變化的疫苗產(chǎn)品，從而防止惡性事件的不斷擴大。

因此，建立疫苗冷鏈全生命周期管理信息系統(tǒng)既是冷鏈參與方安全監(jiān)管的要求，也是實現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)的要求。通過覆蓋疫苗全生命周期的管理信息系統(tǒng)，對疫苗冷鏈溫度、濕度和位置變化進行實時的監(jiān)控，形成連續(xù)的溫度記錄，動態(tài)監(jiān)測運輸環(huán)境是否超標，不僅能夠提高疫苗冷鏈過程的透明度，而且能夠提升疫苗冷鏈的安全監(jiān)管水平，為安全監(jiān)管部門提供充分的監(jiān)管依據(jù)，為消費者提供安全的質(zhì)量保障，為承運商、生產(chǎn)企業(yè)和疫苗接種單位提供及時的控制依據(jù)［7］。一旦有傳染病暴發(fā)、流行或者出現(xiàn)接種異常反應(yīng)報告時，該系統(tǒng)可以作為應(yīng)急指揮系統(tǒng)的一部分，提供疫苗的購銷記錄、庫存分布、統(tǒng)計查詢和冷鏈溫度等信息，為政府的疫苗調(diào)配提供決策依據(jù)。

1.2 疫苗冷鏈業(yè)務(wù)流程分析

疫苗冷鏈實質(zhì)上是一個由線連接起多個節(jié)點的低溫鏈條，為保證疫苗品質(zhì)及降低損耗，鏈條中的節(jié)點和線均需進行溫度控制。典型的疫苗冷鏈節(jié)點包括生產(chǎn)節(jié)點、存儲節(jié)點和使用節(jié)點，連接這些節(jié)點的線主要有疫苗冷藏運輸線和疫苗冷藏中轉(zhuǎn)線。

從整體來看，不同的疫苗冷鏈涉及到的節(jié)點和線可能各不相同，例如:疫苗可以直接從生產(chǎn)節(jié)點經(jīng)過中轉(zhuǎn)進入到使用節(jié)點，也可以從生產(chǎn)節(jié)點出發(fā)經(jīng)過多次冷藏運輸、中轉(zhuǎn)和存儲，然后進入使用節(jié)點，因此現(xiàn)實中的冷鏈并不存在固定的業(yè)務(wù)流程。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對疫苗冷鏈的全程監(jiān)控，規(guī)范疫苗冷鏈的標準化操作，筆者將疫苗冷鏈的業(yè)務(wù)流程抽象為:出發(fā)地冰箱（冷藏庫）—冷藏周轉(zhuǎn)箱—冷藏運輸車輛—冷藏周轉(zhuǎn)箱—目的地冰箱（冷藏庫），即疫苗冷鏈首先從出發(fā)地的冰箱開始，經(jīng)過冷藏周轉(zhuǎn)箱的中轉(zhuǎn)，然后進入冷藏運輸車輛，通過運輸?shù)竭_目的地，再經(jīng)過冷藏周轉(zhuǎn)箱的中轉(zhuǎn)，移入目的地冰箱。

根據(jù)以上分析，要實現(xiàn)對整個業(yè)務(wù)流程的監(jiān)控，就必須對疫苗產(chǎn)品所經(jīng)過的冷藏庫、冷藏周轉(zhuǎn)箱、冷藏運輸車輛進行溫度環(huán)境檢測、實時定位和產(chǎn)品追蹤。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體框架

疫苗冷鏈全生命周期管理系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

圖1 疫苗冷鏈全生命周期管理系統(tǒng)總體框架圖

系統(tǒng)主要由3大部分組成:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集是通過在疫苗冷鏈的不同載體設(shè)備（冷藏庫、冷藏車、冷藏周轉(zhuǎn)箱）上安裝數(shù)據(jù)采集終端，實現(xiàn)對疫苗冷鏈全程的實時數(shù)據(jù)采集，并通過無線傳輸模塊進行數(shù)據(jù)的發(fā)送；數(shù)據(jù)傳輸是將采集終端的數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和Internet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)匯集到冷鏈監(jiān)控中心，并負責(zé)將來自冷鏈監(jiān)控中心的指令數(shù)據(jù)傳送至不同的終端設(shè)備；數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用是通過冷鏈監(jiān)控中心實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、處理、儲存和權(quán)限設(shè)置，以不同的方法和形式展示給不同的信息需求者，滿足信息需求者對冷鏈全程的監(jiān)控，進而指導(dǎo)疫苗在整個生命周期內(nèi)的儲運，確保受眾群體的用藥安全。

2.2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計

疫苗冷鏈全程信息的采集主要依靠智能采集節(jié)點來實現(xiàn)。溫度傳感器、GPS接收器、RFID閱讀器、GPRS無線傳輸模塊以及微控制器共同組成了一個智能節(jié)點，如圖2所示。智能節(jié)點按照一定的密度嵌入到各種不同的冷藏設(shè)備內(nèi)。疫苗生產(chǎn)商在產(chǎn)品的包裝箱/袋上貼有較為便宜的無源RFID標簽，當(dāng)帶有RFID標簽的疫苗產(chǎn)品進入到安裝了智能節(jié)點的“智能冷藏設(shè)備”時，節(jié)點內(nèi)RFID閱讀器主動讀取RFID標簽中的疫苗產(chǎn)品信息，同時溫度傳感器開始自動采集箱內(nèi)的溫度信息，GPS接收模塊也開始接收衛(wèi)星信號，解算出定位信息，微控制器將溫度傳感器檢測到的溫度信息、RFID閱讀器讀取的標簽信息和GPS解算的定位信息進行簡單的打包處理，并將打包后的信息通過GPRS無線傳輸模塊及時地傳送至冷鏈監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可以通過識別節(jié)點ID，及時掌握智能冷藏設(shè)備的動態(tài)使用狀況。

圖2 智能采集節(jié)點設(shè)計

2.2.1 智能節(jié)點嵌入密度設(shè)計

在該系統(tǒng)中為了實現(xiàn)疫苗產(chǎn)品的自動定位，準確掌握不同空間位置的溫度環(huán)境，在布置智能節(jié)點時，首先將各種不同的冷藏設(shè)備參照RFID閱讀器的射頻范圍，劃分為不同的立體空間區(qū)域；然后在每個劃分好的立體空間區(qū)域的頂點上都放置智能節(jié)點，并給每個智能節(jié)點編號，將編號信息與實際的空間位置（X，Y，Z）進行關(guān)聯(lián)，智能節(jié)點在傳送信息時將其編號一起傳送，因而冷鏈監(jiān)控中心就能夠及時了解疫苗產(chǎn)品的環(huán)境信息，準確定位異常發(fā)生的位置，及時地采取行動。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集驅(qū)動設(shè)計

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動包括兩種方式，一種是通過疫苗產(chǎn)品的進入、移出動作觸發(fā)而進行的隨機數(shù)據(jù)采集驅(qū)動，另一種是通過微控制器控制的定時數(shù)據(jù)采集驅(qū)動。帶有RFID電子標簽的疫苗產(chǎn)品進入、移出智能冷藏設(shè)備時，智能節(jié)點自動地進行即時數(shù)據(jù)的采集，同時智能節(jié)點內(nèi)的微控制器開始計時，在設(shè)定的時間之內(nèi)如果疫苗產(chǎn)品未離開該冷藏設(shè)備，進行再次數(shù)據(jù)采集，完成再次數(shù)據(jù)采集后，計時器自動歸零并開始再次計時，如果在設(shè)定的時間內(nèi)疫苗離開冷藏設(shè)備，由第一種驅(qū)動方式進行數(shù)據(jù)采集，計時器自動歸零。

2.2.3 數(shù)據(jù)格式設(shè)計

智能節(jié)點投入使用后需要首先在冷鏈監(jiān)控中心進行注冊，只有注冊以后才能通過冷鏈監(jiān)控中心對智能冷藏設(shè)備進行實時地跟蹤和管理。疫苗產(chǎn)品在冷鏈物流起點需要將運輸貨物的信息通過智能冷藏節(jié)點傳送到監(jiān)控中心，其主要作用是將疫苗產(chǎn)品的信息與智能節(jié)點進行關(guān)聯(lián)，并提供疫苗產(chǎn)品的溫度、濕度閾值。

智能節(jié)點與冷鏈監(jiān)控中心在交互通信過程中，所采集到的主要數(shù)據(jù)包括智能節(jié)點ID、疫苗產(chǎn)品ID、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)和GPS定位數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的發(fā)送格式如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送格式

2.3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的中心是Internet網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)采集終端將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至Internet網(wǎng)絡(luò)，冷鏈監(jiān)控中心通過接入Internet獲得采集終端傳來的實時數(shù)據(jù)，不同的冷鏈參與者通過接入Internet網(wǎng)絡(luò)訪問冷鏈監(jiān)控中心，實現(xiàn)對疫苗冷鏈的全程監(jiān)控。數(shù)據(jù)從GPRS網(wǎng)絡(luò)到Internet網(wǎng)絡(luò)需要進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化。

智能節(jié)點中的GPRS信息傳輸模塊將采集到的疫苗信息及時地傳送至與之最近的GPRS基站，GPRS基站將信息傳遞到GPRS的服務(wù)支持節(jié)點（SGSN），SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN）進行通信，將信息傳送至GGSN，GGSN對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理后將數(shù)據(jù)傳送到Internet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，冷鏈監(jiān)控中心通過接入Internet獲取即時的冷鏈信息［8］。相反，來自冷鏈監(jiān)控中心的指令信息，由GGSN接收然后轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，再傳送至不同的移動終端，從而實現(xiàn)自動報警、溫度調(diào)整等。其中SGSN的主要作用是記錄移動終端的當(dāng)前位置，并且實現(xiàn)移動終端與GGSN之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。GGSN可以實現(xiàn)與多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕司W(wǎng)絡(luò)。

2.4 監(jiān)控中心子系統(tǒng)

冷鏈物流監(jiān)控中心作為整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，負責(zé)接收來自數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進行實時的數(shù)據(jù)分析、處理和存儲，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯示信息，形成直觀的操作界面，進行查詢權(quán)限的設(shè)置，提供及時的預(yù)警，便于進行監(jiān)控和管理［9］。

冷鏈物流監(jiān)控中心由7個模塊組成，如圖4所示。

圖4 冷鏈物流監(jiān)控子系統(tǒng)

2.4.1 信息采集模塊

信息采集模塊用于采集疫苗全生命周期的所有信息數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)及時準確地傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，保證產(chǎn)品追溯功能的實現(xiàn)，實現(xiàn)溫度、濕度、智能冷藏設(shè)備等信息的追蹤功能［10］，為監(jiān)控子系統(tǒng)中的其他模塊提供數(shù)據(jù)支持。

2.4.2 信息傳輸模塊

信息傳輸模塊主要是通過GPRS通信技術(shù)與Internet將采集到的信息發(fā)送至冷鏈監(jiān)控中心，同時保證冷鏈監(jiān)控中心發(fā)出的指令也能夠及時地傳遞到各個冷鏈終端。

2.4.3 分析預(yù)測模塊

分析預(yù)測模塊可以根據(jù)對疫苗冷鏈全程的監(jiān)控數(shù)據(jù)，通過各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用各種分析預(yù)測模型，預(yù)測疫苗在經(jīng)歷了特定溫度、濕度之后的保質(zhì)期，預(yù)測疫苗產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量、儲備數(shù)量等，并在查詢系統(tǒng)中直觀地顯示出來。

2.4.4 預(yù)警模塊

預(yù)警模塊包括溫度、濕度超標預(yù)警，設(shè)備異常預(yù)警，疫苗收貨、發(fā)貨數(shù)量與品種預(yù)警，疫苗儲備數(shù)量預(yù)警等功能，各種預(yù)警模塊可以通過信息傳輸模塊向聯(lián)系人發(fā)布預(yù)警信息，及時對預(yù)警事件進行處理。

2.4.5 基本信息管理模塊

基本信息管理模塊主要是對相關(guān)者、冷藏設(shè)備、疫苗產(chǎn)品進行管理，給車輛、周轉(zhuǎn)箱、冷庫一個固定的ID，以此來實現(xiàn)對冷鏈節(jié)點的識別與管理，增強冷鏈監(jiān)管系統(tǒng)的主動性，提高冷鏈物流的效率。

2.4.6 查詢模塊

查詢模塊主要負責(zé)查詢界面的顯示設(shè)置和權(quán)限設(shè)定，冷鏈監(jiān)控中心管理平臺可以根據(jù)用戶權(quán)限實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。中心數(shù)據(jù)系統(tǒng)的信息和簡單的相關(guān)者對信息的權(quán)限關(guān)系如表1所示［11］。

表1 相關(guān)者信息查詢權(quán)限

2.4.7 GIS 地理信息模塊

GIS地理信息模塊主要是實現(xiàn)運輸車輛的定位、行車路線的規(guī)劃和緊急援助的調(diào)配等。智能節(jié)點向冷鏈監(jiān)控中心上報GPS定位信息，監(jiān)控中心根據(jù)GPS信息，查詢GIS地圖數(shù)據(jù)庫獲得車輛所在位置的地理名稱，并顯示其電子地圖，根據(jù)地圖顯示進行最優(yōu)線路選擇、緊急援助等。

3 結(jié)論

筆者介紹的疫苗全生命周期管理系統(tǒng)，針對一條完整的疫苗冷鏈，采用一種相同的數(shù)據(jù)采集和傳輸格式，將動態(tài)的數(shù)據(jù)信息傳送至一個冷鏈監(jiān)控中心，成功地解決了信息孤島問題，實現(xiàn)了信息共享，滿足了不同疫苗冷鏈參與方的信息需求，達到了真正意義上的全程冷鏈監(jiān)控，對于保證疫苗產(chǎn)品的質(zhì)量安全，提高疫苗冷鏈整體績效，以及加強我國疫苗防疫工作都具有重大的意義。但系統(tǒng)的設(shè)計仍存在一些不足之處，如數(shù)據(jù)傳遞的實時性與通信費用之間存在一定的矛盾，需要進一步解決。

［1］李丹榮，李偉松，碩楠.運用信息化手段建設(shè)疫苗冷鏈監(jiān)測系統(tǒng)［J］.中國醫(yī)療器械信息，2008，14（9）:38－48.

［2］劉秀娟，賀可太，馮愛蘭.蓄冷箱在疫苗運輸中的應(yīng)用研究［J］.物流技術(shù)，2008，27（6）:116－125.

［3］王庭滿，張小栓，陳煒，等.基于無線識別技術(shù)的羅非魚冷鏈物流溫度監(jiān)控系統(tǒng)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27（9）:141 －145.

［4］王曉東.基于GPRS技術(shù)的食品智能包裝運輸監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計［D］.杭州:浙江大學(xué)圖書館，2008.

［5］北京圣天河科技有限公司.冷鏈溫度監(jiān)測［J］.中國電子商情，2006（4）:34－37.

［6］白美麗.疫苗的冷鏈運輸與保存［J］.中國臨床醫(yī)生，2006，34（5）:4 －5.

［7］劉國梅，孫新德.基于WSN和RFID的農(nóng)產(chǎn)品疫苗冷鏈物流監(jiān)控追蹤系統(tǒng)［J］.農(nóng)機化研究，2011（4）:179－182.

［8］李建廷.鮮活農(nóng)產(chǎn)品物流實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（9）:38－41.

［9］ABAD E，PALACIO F，NUIN M.RFID smart tag for traceability and cold chain monitoring of foods:demonstration in an intercontinental fresh fish logistics chain［J］.Journal of Food Engineering in Press，Corrected Proof，2009，93（4）:394 －399.

［10］趙長青，傅澤田，劉雪，等.食品冷鏈運輸中溫度監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)［J］.微計算機信息，2010，26（6）:27－28.

［11］彭云飛，朱汝君.基于IT技術(shù)的冷鏈運輸過程控制［C］//第22屆中國（天津）2008 IT、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)、電子、儀器儀表創(chuàng)新學(xué)術(shù)會議論文集.［S.l.］:［s.n.］，2008:426 －430.