大学论文
摘要：冷链物流作为现代物流的重要分支，是为保持食品或其他产品品质，减少损耗，在加工、贮藏、运输、分销、零售等环节，使其始终保持在特定的温度范围之内的一种现代化物流方式[1]。近年来，我国道路冷链物流行业快速发展。2018年，我国食品冷链物流需求总量达到1.89亿吨，同比增长21.4%。全国冷库总量达到5238万吨（折合1.3亿立方米），同比增长10.3%。全国冷藏车市场保有量为18万台，较上年增长4万台，年增长率约为28.6%。随着冷链市场的发展，由于冷链运输过程的不可控，常导致运输品失效的问题；本文在充分调研的基础上，论证分析了行驶温度记录仪在冷链运输过程中所起到的重要作用，对其应监测的冷链运输相关指标进行分析，并研究了各指标的检测评价方法进行研究，为冷链市场健康发展提供了良好的保障作用。
关键词：冷链运输; 行驶温度记录仪; 冷藏车;
Technical Research on Testing and Evaluation of Travelling Temperature Recorder
ZHENG Lijiao
Beijing Zhong Gong Gao Yuan Automotive Test Ltd National Automobile Quality Supervision and Inspection Center
Abstract：Cold chain transportation,as an important branch of modern transportation technology,is a method to maintain the quality of food or other products and reduce loss in processing, storage, transportation, distribution, retail and other parts,so that it always maintains within a specific temperature range. In recent years,China's road cold chain transportation industry has developed rapidly. In 2018,China's total food cold-chain transportation demand reached 189 million tons,up21.4 percent year-on-year. The total volume of cold storage in China reached 52.38 million tons(130 million cubic meters),up 10.3% year on year. The number of refrigerated vehicles in the national market was 180,000,as an increase of 40,000 over the previous year,with an annual growth rate of about 28.6%. With the development of the cold chain market,the uncontrollability of the cold chain transportation process often leads to the failure of products. On the basis of full investigation,this paper demonstrated and analyzed the important role played by the traveling temperature recorder in the cold chain transportation process,analyzed the relevant indicators of the cold chain transportation to be monitored,and studied the testing and evaluation methods of each indicator,providing a good guarantee for the healthy development of the cold chain market.
1 技术简介
促进冷链物流规范健康发展，对提高人民群众生活品质，保障食品药品安全具有重要意义。2017年4月，国务院办公厅发布《关于加快发展冷链物流保障食品安全促进消费升级的意见》（国办发[2017]29号），明确当前我国冷链物流的发展目标是：到2020年，初步形成布局合理、覆盖广泛、衔接顺畅的冷链基础设施网络，基本建立“全程温控、标准健全、绿色安全、应用广泛”的冷链物流服务体系（见图1），冷链物流信息化、标准化水平大幅提升，普遍实现冷链服务全程可视、可追溯，生鲜农产品和易腐食品冷链流通率、冷藏运输率显着提高，腐损率明显降低，食品质量安全得到有效保障[2]。为实现冷链物流全程温控可追溯，文件要求国务院相关部门要研究发布冷藏运输车辆温度监测装置技术标准和检验方法，明确冷藏运输车辆温度监测装置的安装要求。
图1 冷链运输信息化管理体系
Fig.1 Cold chain transportation information management system
本文在充分研究了所参与交通运输行业标准《行驶温度记录仪技术要求及检验方法》的检测评价指标基础上，对安装在冷藏车和冷藏半挂车上的行驶温度记录仪的基本要求进行了分析论证，并对设备的温度采集、行驶记录、人机交互等功能以及性能、通讯协议与数据格式、安装、检验方法等要求进行阐释。
调研数据显示，目前超过九成的冷链物流运输尚未配备定位、温度监控等信息化设备，仓储管理、运输管理、订单管理等信息化系统尚未大范围普及，冷链物流企业缺乏覆盖冷链物流全过程的信息化监控手段，存在着大量“断链”的隐患。进而导致冷链运输过程中发生监控信息缺失、温度超过阈值导致货物失效和变质、冷链运输在城市配送时的监控数据缺失等典型问题的发生，本文在充分研究上述冷链运输问题的基础上，提出了行驶温度记录仪的功能和性能要求以及相应的检测方法。
2 终端功能特点分析
为了保障冷藏车在行驶过程中能够不仅能够监测自身的冷藏箱温度，且能够同时监测车辆的运行状况以及车厢开关门状态和位置信息等数据，行驶温度记录仪应在具备温度监测的基础功能前提下，能够实现车辆位置、速度、开关门状态等数据的采集并上传平台，以保证车辆各指标随时处于可监测状态，以应付各种突发状况。因此，行驶温度记录仪不仅能够外接温度传感器，同时还应包括微处理器、数据存储、卫星定位、无线通信、实时时钟、人机交互操作、外接装置信息采集、车辆信息采集、内置可充电电池、数据输出等模块、部件。当行驶温度记录仪具备上述功能或外接设备后，不仅能够解决冷链运输的温度监控不断链，同时可以代替现有的卫星定位系统；以避免同一车辆安装多个功能性终端设备。
随着自动驾驶等新技术新理念在冷链运输上的不断应用发展，行驶温度记录仪在满足上文所述的各功能模块构成外，还应具备诸如温度高精度采集、存储及上传功能、车辆信息采集功能、行驶记录功能以及人工警示、超速提醒、疲劳驾驶提醒等报警功能；此外还应具有休眠、定位、通信、人机交互等能力以满足运输过程中的各类信息采集并能保证冷链运输的行驶安全，同时方便驾驶员操作。
通常安装在冷藏货车和冷藏挂车上，由于车辆构造的不同，行驶温度记录仪通常具有不同的安装方式，并且依据安装方式的不同，其所具备的功能也有一定的差异；主要是因为若终端主机安装在挂车上，则驾驶员通常无法在驾驶室内直接操作。表1为不同类型车辆的行驶温度记录仪应具备的基本功能。
行驶温度记录仪的温度记录、显示、上传和范围设定以及温度数据的检索导出功能是该设备的基本功能；在使用过程中为了保证数据的准确性首先应保证其测量和显示精度满足使用要求；主要包括温度测量的基本误差、重复性误差以及数值显示误差、漂移等几方面。数据测量的误差及检测方法应满足《冷链温度记录仪》（GB/T 35145-2017）对应条款的要求；目前市场上的主机型号较多无法实时显示每一路温度传感器的温度信息，导致不能实时掌握冷藏箱内各监测点的温度信息；因此，主机应能实时采集并显示每一路传感器的温度信息，显示分辨率则应≥0.1℃；而为应对通信中断等突发状况，主机应能保存不少以168小时的温度数据。此外，主机还能通过手动或平台指令等的形式唯一设定温度数据报警阈值。
表1 记录仪的基本功能
注：“○”表示应具有的功能，“△”表示可选功能，“×”表示不必具有的功能。
信息采集则包括驾驶员信息、车辆CAN信息和行驶状态、载货状态等相关信息；驾驶员信息通常通过IC卡或其他方式记录并上传。为保证随时掌握车辆的运行和装载状况，终端主机应保留采集车辆CAN信息的数据接口，并能通过饰品、称重或车辆CAN信息等不同方式获得其运行信息和载货状态。除此之外，终端还应能够外接音频、视频等信息采集组件，以满足对冷链运输过程中车辆内部和外部关键位置的信息监控，以方便故障、事故或其他事件的溯源。
警示通常包括人工警示和自动报警；不同的报警内容应依据场景设置不同的触发条件和报警阈值；在报警时，主机应能通过声、光、文字等方式向驾驶员提示警示信息[3]。本文所列警示条款的目的是保证在冷链运输过程中的驾驶员人身安全和运输品安全。本文所述信息采集和警示功能的测试方法均依据《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》（JT/T 794-2019）完成。
行驶温度记录仪应依据冷藏车的启动状态设定一定的休眠阈值，以延长其使用寿命；在此期间终端总功率不应超过1.5w，同时关闭除无线通信模块外的其他不必要设备。此外，为了保证一车多终端的不方便局面出现，行驶温度记录仪应在定位、通信、主机管理、人机交互、多中心接入功能应分别符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》（JT/T 794-2019）中5.2、5.3、5.10、5.11、5.13的要求。同时记录仪还可扩展其他功能；行驶温度记录仪本功能如图2所示。
图2 行驶温度记录仪基本功能示意图
Fig.2 Basic functions of the driving temperature recorder
3 终端功能检测方法分析
行驶温度记录仪主机的构成、外观、铭牌、文字、图形和标志、机壳防护以及内置可充电电池等技术要求，主要通过检视的方法进行检查。在检视终端主机的构成时，应依据设备使用说明书确认基本部件和外接装置，依据设备电气布局图逐一对照主机及其外接装置，依顺序进行检视核查，必要时可以询问设备生产企业；主机外观则可以按照主机机壳、外接装置、传感器、线束的顺序依次进行检视。对于终端主机内置可充电电池，可检视电池的标称容量或产品说明书，也可以在主机内置可充电电池充满电的情况下，令其正常工作并确认终端主机的内置可充电电池连续工作时间是否符合标准要求。
终端的功能要求包括：基本功能要求，自检和平台巡检，温度记录、显示、上传及温度范围设定，温度数据检索、输出和打印，信息采集，警示，休眠，数据安全以及其他功能要求。这部分要求通常采用平台发送指令、操作主机以及实车安装运行等方式对行驶温度记录仪各项功能进行核查；即通过操作终端的主机界面，或通过平台发送对应功能的检测数据或检测指令完成该项检测。
4 终端性能及检测方法分析
行驶温度记录仪通常使用于长途冷链运输货运车辆中，而在长途运输中，车辆可能会经过高温、高寒以及雨雪等各类复杂恶劣场景；因此，其使用不仅要满足冷链运输的功能要求，同时还要满足使用时长以及使用精度等性能要求。
行驶温度记录仪应满足的性能要求主要包括整机可靠性、温度测量及其他性能。整机可靠性技术指标为行驶温度记录仪连续正常工作时长。温度测量技术指标包括基本误差、重复性误差、与影响量有关的误差、漂移以及响应时间等指标。其他性能包括卫星定位模块、无线通信模块、电器适应性、机械环境适应性、电磁兼容等性能要求。
行驶温度记录仪的整机可靠性是设备性能的重要指标。在道路冷链运输过程中如安装在冷藏挂车外的主机，除了高低温环境，还有雨、雪、沙尘等恶劣环境的侵蚀。为保证整机的可靠性，行驶温度记录仪的关键元器件应进行可靠性测试，并满足本标准要求的机壳防护等级；主机按键次数、触摸屏划线次数、扬声器、受话器以及硬度耐压等性能也应作相应的耐久性测试。对整机可靠性进行测试，需要对失效现象进行分析，针对失效原因改进设计，以提高整机可靠性和耐久性。电子设备的整机可靠性通常用平均无故障时间（MTBF）表示，通常要满足≥8 000 h。
除整机可靠性外，终端主机的数据采集、记录和显示精度同样决定其性能的优劣；因此，行驶温度记录仪的基本误差、重复性误差、与影响量有关的误差以及漂移和响应时间都应符合一定的标准阈值。误差是指测量值与真实值之间的差值。本文在参考国家标准《冷链温度记录仪》（GB/T 35145）规定的基础上，结合实际应用需求，规定行驶温度记录仪温度显示值的基本误差（Δmax）应不超过标称的允许基本误差限（K），且不大于±0.5℃。当标称温差限值绝对值大于0.5℃时，则其基本误差应不超过±0.5℃，而当标称温差限值绝对值小于0.5℃时，则其基本误差应不超过标称温差限，即选取限值较低的一个作为误差限值。
温度测量的重复性误差同样是表征设备性能的主要指标，温度显示值的测量重复性误差是指每一路温度传感器以一定频率将测量的实时温度显示于显示屏时，若其温度真实值未发生变化，则其显示的测量差值不应大于规定的重复性误差限值。行驶温度记录仪温度显示值的测量重复性误差应不大于K/4，其中K是标称的允许基本误差限，该值是在充分借鉴国家标准《冷链温度记录仪》（GB/T 35145）相关要求的基础上，结合温度传感器设计生产技术水平，经多次讨论后得到的结果。
除上述性能指标外，与影响量有关的误差、漂移以及响应时间等指标均应符合JT/T 1325-2020《行驶温度记录仪技术要求和检验方法》对应条款的要求规定。此外，卫星定位模块、无线通信模块、电气适应性、机械环境适应性、电磁兼容性以及终端主机和平台通信协议与数据格式等其他性能指标应分别符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》（JT/T 794-2019）中6.2、6.3、6.4、6.5.2、6.6以及JT/T 1325-2020《行驶温度记录仪技术要求和检验方法》所规定的通信协议和数据格式对应条款的要求。
行驶温度记录仪主机性能检测通常依据检测项目不同采用不同的检测方法。例如，整机可靠性是指行驶温度记录仪在连续稳定工作条件下，MTBF应不小于8 000 h。整机可靠性按照国家标准《设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》（GB/T 5080.7-1986）中编号4:1的序贯试验方案进行，验证MTBF是否符合要求，而为了加快检测时间，通常使用阿氏模型测试计算[4]，公式如下：
基本误差、重复性误差的测量应在参比工作条件下进行，试验用标准仪器及设备应预先在参比工作条件下保持稳定状态不少于2小时。试验点一般选择包括上、下限值、零点在内的至少5个值，试验点原则上应均匀分布在整个测量范围内。试验顺序一般安装试验点从小到大的方向逐点进行试验，测量范围中如包含了负值，则按照从零点开始到下限负值的方向逐点进行试验。对于多通道的行驶温度记录仪，可选择一个主通道进行试验，其他试验通道的试验点可酌情减少为量程的上、中、下三个试验点。行驶温度记录仪的温度传感器外置时，应保证温度敏感元件浸没于恒温设备均匀温区。温度传感器与主机集成时，应将整体装入金属网兜浸没于恒温设备的均匀温区内。试验时，将恒温设备的温度恒定在各试验点，温度偏移不超过±2℃。保持温度恒定在20 min或40 min后，启动行驶温度记录仪，在记录仪记录数据的时刻，读取并记录测量标准和计时器的示值，按照记录仪设置的记录间隔连续读取4次。
与影响量有关的试验按照国家标准《过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第3部分：影响量影响的试验》（GB/T18271.3-2000）规定的试验程序进行。试验点一般包括10%、50%、90%附近量程在内的至少3个试验点。
温漂试验包括始动温漂和长期温漂，按照国家标准《过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第2部分：参比条件下的试验》（GB/T18271.2-2000）规定的方法进行。响应时间按照国家标准《过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第2部分：参比条件下的试验》（GB/T18271.2-2000）规定的方法进行，施加的阶跃信号为记录仪量程的80%。试验时，记录仪的记录间隔调整为最小值[5]。本文所描述的卫星定位性能、无线通信、电气适应性、环境适应性、电磁兼容性能同卫星定位终端要求一致，因此这些性能依据《道路运输车辆卫星定位系统车载终端检测方法》JT/T 1253-2019中4.4.3至4.4.7中所描述的方法进行测试。
5 结论
目前我国冷链市场逐年扩大，而伴随着冷链运输的发展，出现了很多运输问题；例如，在冷链运输过程中由于货箱内温度改变导致的货物变质；同时，由于缺乏有效的监测手段，并不能确定在运输的哪一环节出现了上述问题。因此，交通运输行业标准JT/T 1325-2020《行驶温度记录仪技术要求和检验方法》的定制具有较大的现实意义；本文是在充分解读该标准的基础上，对其规定的基本要求、功能要求、性能要求以及通信协议和数据格式等检测项的内容和检测方法所做的研究分析。
本文对行驶温度记录仪的使用环境、工作流程等做了较为详细的说明；同时对标准的各项功能要求和性能要求指标进行了合理性阐述，并对每一项测试指标的检测方法进行了分析；对于需要引用其他检测标准或检测方法的内容也进行了说明。对于行驶温度记录仪的使用、检测有着较好的指导作用，从而间接促进了冷链市场的有序健康发展。
参考文献
[1]孟晓梅．医药冷链物流解决方案比较及应用[J]．上海：集装箱化，2020．
[2] 杨英俊．JT/T 905.1-2014，出租汽车服务管理信息系统第1部分：总体技术要求[S]．中国标准出版社，2014．
[3]罗冠伟．JT/T808-2011，道路运输车辆卫星定位系统终端通讯协议及数据格式[S]．中国标准出版社，2011．
[4]刘森．区块链技术在冷链物流信息化中的应用研究--以云南省普洱市冷链物流为例[J]．天津：产业创新研究，2020．
[5]O.Sidla,L.Paletta,Y.Lypetskyy,C.Janner，“Vehicle Recognition for Highway Lane Survey”The 7th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems,2004,pp:531-536.