楊 瑋，黨 培

（陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，西安 710021）

0 引言

醫(yī)藥冷鏈物流泛指低溫藥品在生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、銷售等各個供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，需始終保持在特定的低溫環(huán)境下，最大程度地保證藥品的品質(zhì)和安全、減少耗損的特殊供應(yīng)鏈系統(tǒng)，是為了保障低溫藥品從生產(chǎn)到消費(fèi)全程安全，而實(shí)施的一種必不可少的措施。當(dāng)前，我國冷鏈藥品從品種到使用數(shù)量均在高速發(fā)展，據(jù)我國醫(yī)藥商業(yè)協(xié)會報道：苗類制品、注射針劑、酊劑、口服藥品、外用藥品、血液制品等低溫藥品的銷售金額占我國醫(yī)藥流通企業(yè)總銷售額的3%～8%[1]，且呈持續(xù)上升趨勢。然而，我國藥品冷鏈物流體系建設(shè)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于日新月異的生物科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在：1）自動化水平低。各環(huán)節(jié)對環(huán)境（如溫度、濕度等）的監(jiān)控的自動化水平比較低，不能實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的自動、實(shí)時的監(jiān)控，從而會導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)達(dá)到或超過設(shè)定閥值，造成冷鏈物流上的低溫藥品不可逆的腐壞，危害巨大。2）信息化程度低。各環(huán)節(jié)主要是以手工或半自動化的管理方式為主，幾乎都沒有完善的管理系統(tǒng)及基于全程藥品冷鏈物流的管理平臺。造成無法對全程冷鏈的藥品及環(huán)境等信息進(jìn)行預(yù)警、跟蹤和追溯[2]。從而，導(dǎo)致冷鏈物流各環(huán)節(jié)的流通效率低下，不僅提高了冷鏈物流成本，同時也加重了藥品風(fēng)險。媒體曝光的山西、深圳等系列疫苗不良反應(yīng)或致死事件和藥品質(zhì)量案件，其中有30%左右是由于滯后的藥品冷鏈物流所造成的[3]。由此可見，安全有效的藥品冷鏈物流管理成為保證疫苗、血液制品等低溫藥品安全的關(guān)鍵，對低溫藥品全程冷鏈環(huán)境監(jiān)控及可追溯管理的迫在眉睫。

針對當(dāng)前冷鏈物流的不足，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量與之相關(guān)的研究。陳宇錚[4]、K.R.Prasanna[5]等人對無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）在冷鏈物流環(huán)境信息監(jiān)測上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了對溫濕度、定位等環(huán)境信息的自動化監(jiān)測；王希杰[6]、Jankovi?[7]等人利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）來監(jiān)控冷鏈物流的環(huán)境信息，對環(huán)境信息的監(jiān)控更準(zhǔn)確、高效；楊靜[8]、朱恒軍[9]等人優(yōu)化改進(jìn)了WSN對環(huán)境信息的監(jiān)測，極大的提高了對環(huán)境信息監(jiān)控的準(zhǔn)確性及高效性；Ting[10]、李斌[11]、Mirshahi[12]等人將RFID與WSN技術(shù)相融合來跟蹤監(jiān)控冷鏈物流的環(huán)境信息，不僅提高了監(jiān)控的準(zhǔn)確性及高效性，還極大的降低了成本；馬婷[13]、Ungurean[14]等人研究了物聯(lián)網(wǎng)在全程冷鏈跟蹤及可追溯方面的應(yīng)用，為低溫藥品質(zhì)量提供了有力保障；秦桂英[15]、王琦峰[16]、Franklin[17]等人把云計(jì)算與物流相結(jié)合，構(gòu)建了云物流模式，大大提升了現(xiàn)代物流的信息化水平；陳聯(lián)誠[18]、劉紅霞[19]等人結(jié)合云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，極大提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，但沒有涉及低溫藥品。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算的相關(guān)理論，本文將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)綜合運(yùn)用到醫(yī)藥冷鏈物流中，來構(gòu)建基于云計(jì)算的醫(yī)藥冷鏈物流體系，進(jìn)一步提升現(xiàn)代醫(yī)藥冷鏈物流的自動化及信息化，實(shí)現(xiàn)對低溫藥品生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、銷售等各環(huán)節(jié)信息的全程跟蹤、監(jiān)測、預(yù)警分析及可追溯，保證低溫藥品的質(zhì)量安全。

1 基于云計(jì)算的智能醫(yī)藥冷鏈物流體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是通過RFID、電子產(chǎn)品編碼（Electronic Product Code，EPC）、傳感器等感知技術(shù)，按照約定的協(xié)議，通過短距離匯聚通信技術(shù)及廣域傳輸通信系統(tǒng)把物體和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息的交換，實(shí)現(xiàn)對物體的實(shí)時、智能的識別、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)算及挖掘能力。而云計(jì)算（Cloud Computing）是由分布式計(jì)算（Distributed Computing）、并行計(jì)算（Parallel Computing）、網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）發(fā)展來的，是一種能夠?qū)討B(tài)伸縮的虛擬化資源，以服務(wù)的方式通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶的計(jì)算模式。云計(jì)算不僅具有無限的數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)算及挖掘能力，并以“租賃”服務(wù)的廉價形式，按需向客戶提供服務(wù)，不僅可以使客戶節(jié)省許多購買和維護(hù)軟硬件等設(shè)施的資金，降低其運(yùn)營成本，還保證了數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)算及挖掘的高可靠性、通用性及擴(kuò)展性。

為實(shí)現(xiàn)低溫藥品全程冷鏈的信息化，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算的理論，建立一套完善的數(shù)據(jù)采集、分析、處理與共享機(jī)制，構(gòu)建基于云計(jì)算的冷鏈物流體系，促進(jìn)“運(yùn)輸千萬里，追溯零距離”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1.1 基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系的模塊化構(gòu)想

將物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)地應(yīng)用到冷鏈物流體系構(gòu)建中，利用EPC編碼體系、RFID系統(tǒng)、傳感器感知技術(shù)、通信技術(shù)、云計(jì)算接口技術(shù)等，對冷鏈物流體系進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，并對各個模塊提出供參考的具體技術(shù)和方法。本文所構(gòu)建的基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系主要包括三大模塊：信息采集、預(yù)警分析和公共信息平臺搭建，其相互關(guān)系如圖1所示：基于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集網(wǎng)絡(luò)和基于云平臺的數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)算及挖掘能力，共同為低溫藥品全程冷鏈的跟蹤監(jiān)測、預(yù)警分析和公共信息平臺的查詢及可追溯等功能提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)、存儲力及計(jì)算力支撐。

圖1 冷鏈物流體系的模塊間關(guān)系

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的信息的采集及存儲模塊設(shè)計(jì)

對低溫藥品進(jìn)行物品、環(huán)境等信息采集，并通過匯聚及通信網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲到云平臺，并寫入與物品EPC編碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)表。為公共信息平臺及各環(huán)節(jié)的子管理系統(tǒng)，通過與云平臺的統(tǒng)一接口，調(diào)用云平臺的信息、計(jì)算及數(shù)據(jù)挖掘能力，提供數(shù)據(jù)支撐。從而滿足不同用戶在相應(yīng)權(quán)限下，對物品、環(huán)境等信息的實(shí)時和動態(tài)的可視化跟蹤監(jiān)測、預(yù)警分析及可追溯等的信息需求。

構(gòu)建同時包括物聯(lián)網(wǎng)物品識別技術(shù)和環(huán)境感知技術(shù)的全程冷鏈信息采集網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，是對全程冷鏈物品、環(huán)境等信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，保證低溫藥品質(zhì)量的關(guān)鍵，從而是構(gòu)建基于云計(jì)算的低溫藥品全程冷鏈物流體系的重點(diǎn)。

圖2 全程冷鏈信息采集網(wǎng)絡(luò)

在物聯(lián)網(wǎng)云平臺的設(shè)計(jì)上，云平臺與外部的公共信息平臺及各環(huán)節(jié)的子管理系統(tǒng)的接口不兼容，會影響云平臺的擴(kuò)展性和維護(hù)性，是對云平臺平滑擴(kuò)展性及高性價比優(yōu)勢的隱形制約，而且是造成子系統(tǒng)割據(jù)，影響數(shù)據(jù)整合的主要障礙。因此，構(gòu)建一個全局統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，通過統(tǒng)一接口把上層應(yīng)用全部整合到云平臺之，是構(gòu)建基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系的難點(diǎn)。

1.3 基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的預(yù)警分析模塊設(shè)計(jì)

以物聯(lián)網(wǎng)采集并存儲于云平臺的全程冷鏈信息為基礎(chǔ)，選擇和利用預(yù)警分析模型，根據(jù)冷鏈企業(yè)設(shè)置的預(yù)警參數(shù)，調(diào)用云計(jì)算能力對環(huán)境等信息異常進(jìn)行預(yù)警分析，構(gòu)建基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系的預(yù)警分析模塊，實(shí)現(xiàn)對低溫藥品全程冷鏈的物品質(zhì)量等的安全預(yù)警。

在低溫藥品的全程冷鏈信息采集網(wǎng)絡(luò)中，由于智能信息采集節(jié)點(diǎn)個數(shù)是有限的，并且需要采集溫度、濕度、氣體濃度等多個指標(biāo)，因此，通過物聯(lián)網(wǎng)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸并存儲于云平臺的全程冷鏈數(shù)據(jù)信息，具有小樣本和多指標(biāo)的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)方法，針對的是多訓(xùn)練樣本情況，對此容易出現(xiàn)過學(xué)習(xí)與欠學(xué)習(xí)現(xiàn)象。因此，研究適合小樣本、多指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)測的智能算法，是實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)提前預(yù)警分析的關(guān)鍵。

1.4 基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的公共信息平臺模塊設(shè)計(jì)

構(gòu)建基于云計(jì)算的全程冷鏈物流信息共享及追溯的公共信息平臺，為對全程冷鏈物流信息的可視化跟蹤、監(jiān)控、查詢和追溯，及其對各環(huán)節(jié)相關(guān)子管理系統(tǒng)的調(diào)用，保證低溫藥品的質(zhì)量提供有力的支撐平臺。

基于云計(jì)算的冷鏈物流公共信息平臺，面向低溫藥品企業(yè)、冷鏈物流企業(yè)、政府監(jiān)管部門及其終端的銷售商和顧客等不同對象，可以采用B/S（Browser/Server）和C/S（Client/Server）的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以Eclipse為開發(fā)平臺，以Java為統(tǒng)一建模語言來分析、描述全程冷鏈物流信息的共享及追溯軟件系統(tǒng)，并構(gòu)造系統(tǒng)模型，開發(fā)物流公共信息平臺，作為整個智能冷鏈物流體系各要素的結(jié)合點(diǎn)，從而完成整個冷鏈物流的構(gòu)建，如圖3所示。從而，為終端以前的對象，提供相應(yīng)權(quán)限的對后臺監(jiān)控信息的實(shí)時、動態(tài)的可視化監(jiān)測、預(yù)警及查詢；通過該平臺對低溫藥品相關(guān)信息的逆向追溯，滿足終端銷售商、顧客和監(jiān)管部門等對象，對低溫藥品質(zhì)量進(jìn)行方便快捷追溯查詢及監(jiān)管的需要。

圖3 基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系

2 實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系的參考關(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID與WSN相結(jié)合的信息采集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在EPC物聯(lián)網(wǎng)中，RFID與WSN在物品識別和環(huán)境感知等方面有諸多相同點(diǎn)，并且在技術(shù)和成本層面上，RFID與WSN可優(yōu)勢互補(bǔ)。從而，可以考慮研究基于RFID與WSN相結(jié)合的智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：把RFID閱讀器，作為WSN的一個智能傳感節(jié)點(diǎn)，并把傳感器技術(shù)集成到RFID模塊中，從而WSN不僅采集低溫藥品全程冷鏈的產(chǎn)品、環(huán)境等數(shù)據(jù)信息，也進(jìn)行RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，并通過無線匯聚網(wǎng)絡(luò)接入到廣域通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)把采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息高效、準(zhǔn)確的輸送并存儲到云平臺，如圖4所示。從而，為對低溫藥品全程冷鏈的物品、環(huán)境等信息的實(shí)時、動態(tài)的跟蹤監(jiān)測、預(yù)警分析及可追溯等的相關(guān)需求，提供低廉、高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

圖4 RFID與WSN相結(jié)合的信息采集網(wǎng)絡(luò)

2.2 采集信息的預(yù)警分析模型

針對全程冷鏈的數(shù)據(jù)信息具有小樣本和多指標(biāo)的特點(diǎn)，可以選用基于支持向量機(jī)(Support Vector Machine，SVM)的預(yù)警分析模型，其在解決小樣本、非線性及高維模式識別問題時，具有許多特有的優(yōu)勢。

通過使用SVM的學(xué)習(xí)機(jī)制，對低溫藥品的質(zhì)量安全參數(shù)，及全程冷鏈中產(chǎn)生的物品、環(huán)境等各種跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律的信息整合；利用SVM分析實(shí)時、動態(tài)采集的各種數(shù)據(jù)信息，依據(jù)整合的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，獲得數(shù)據(jù)趨勢信息，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律的推測；建立反饋和反應(yīng)系統(tǒng)，利用反饋的異常數(shù)據(jù)變化情況，通過反應(yīng)系統(tǒng)，對全程冷鏈中可能出現(xiàn)的問題提前預(yù)警，最終實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系對質(zhì)量安全的預(yù)警功能。

2.3 云平臺的接口技術(shù)

云平臺通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用訪問接口，與外部的客戶端進(jìn)行交互，并按不同的應(yīng)用服務(wù)需求，來支撐訪問請求和數(shù)據(jù)處理多元化的不同系統(tǒng)的同時運(yùn)行和資源共享。

基于Wukong[20]的云存儲接口虛擬化服務(wù)——wIVS，通過將存儲抽象層獨(dú)立為一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這種獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以適應(yīng)各種不同的云平臺的應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API），不僅可以作為Wukong的服務(wù)端，還可以為其他客戶端提供服務(wù)接口，所以非常容易與云平臺進(jìn)行整合。從而，即使面向不同的云平臺提供商，都可以實(shí)現(xiàn)云平臺與外部的物流公共信息平臺及各環(huán)節(jié)子管理系統(tǒng)的統(tǒng)一接口，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)云平臺服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化，不僅增大了對不同云平臺選擇空間及遷移的彈性，也提高了對云平臺訪問的安全性和易維護(hù)性。

3 結(jié)論

針對低溫藥品的全程冷鏈物流，集成物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，面向不同相關(guān)對象的，構(gòu)建基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系。通過采集全程冷鏈中的產(chǎn)品、環(huán)境等數(shù)據(jù)信息，對各個環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行自動跟蹤識別、動態(tài)分析、預(yù)測，對可能導(dǎo)致低溫藥品質(zhì)量安全問題的異常信息進(jìn)行預(yù)測和預(yù)警，并通過公共信息平臺為相關(guān)方，提供一種對低溫藥品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控、查詢和追溯的有效途徑，實(shí)現(xiàn)對低溫藥品全程冷鏈的管控，提高低溫藥品的物流效率和質(zhì)量。從而，基于云計(jì)算的智能冷鏈物流體系，可以解決當(dāng)前冷鏈物流體系的不足，促進(jìn)低溫藥品全程冷鏈的自動化及信息化，并極大的促進(jìn)現(xiàn)代冷鏈物流的發(fā)展。

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