一种冷链运输监控系统及其装置和方法与流程

一种冷链运输监控系统及其装置和方法
【技术领域】
1.本发明专利属于冷链运输相关技术领域，特别涉及一种冷链运输监控系统及其装置和方法。


背景技术：

2.冷链运输是指在运输全过程中，无论是装卸搬运、变更运输方式、更换包装设备等环节，都使所运输货物始终保持一定温度的运输。冷链运输的对象包括生鲜食品、加工食品、生物医药材料等，其中生物医药材料，如药品、疫苗、血液/组织样品、用于移植的器官等对温度的要求尤为严格，在运输期间如果温度控制不当，可能影响其安全性、有效性。按照温度不同，生物医药材料的冷链运输可分为超低温冷链(-70℃)、冷冻链(-20℃)和冷藏链(2-8℃)。超低温储存设备的普及性差、制冷源的有限性、长途运输过程中天气、交通等突发状况造成的运输时间意外延长等众多因素使得超低温冷链运输的温度维持和监控、以及应急处置成为亟待解决的难题。
3.现有技术1(cn210479596u)公开了一种可用于-70℃超低温冷链运输的干冰冷链保温箱，其箱体的前外侧壁上安装有温度计，用于检测保温箱内的温度。该现有技术依赖人工读取温度计获得温度数据，存在无法对温度进行自动实时检测、存储的缺点，进而无法对冷链运输过程进行监测和追溯。
4.现有技术2(cn110182474a)公开了一种使用干冰作为冷源的冷链保温箱，其带有温控组件，温控组件包括温控器及温度传感器。该现有技术可以实现超低温冷链运输的温度实时检测功能，但不能对温度数据进行存储，也没有设置温度失控时的报警机制，因此冷链运输过程信息不能追溯，无法根据报警信号进行应急处置。
5.现有技术3(cn101334848b)公开了一种冷链监控系统，包括对应冷链中每一个物品单位设置的rfid标签，具有rfid射频识别单元、通讯单元、报警单元的低温保藏设备，远程服务器，能够实现对冷链中物品的实时监控，同时具有报警功能。然而该监控系统适用于冷藏链和冷冻链，尚不能满足超低温冷链运输温度检测、调控、应急处置的需求。
6.除温度之外，长途运输过程中的颠簸、震荡，突发事件造成的保温装置倾斜或倾覆，可能会使生物医药材料的包装破损，或者即使在包装未破损的情况下，使物理稳定性差，特别是对机械震动较为敏感的生物医药材料发生稳定性改变。生物医药材料的稳定性改变往往并非肉眼可见、不可逆转，可能对其安全性、有效性产生不良影响。例如，对某些对稳定性要求较高的制剂而言，如脂质体混悬剂等，剧烈震动或者多次、长时间的震动可能造成包封在脂质体内的活性物质发生不希望的渗漏或不希望的制剂分层，导致药物递送受到不良影响。因此，控温的同时，提高运输过程中保温装置的防震性能，并对其倾斜或倾覆情况进行实时检测和记录，设置应急处置机制，将更加有利于维持生物医药材料的稳定性。
7.【技术方案】
8.本发明的目的在于提供一种冷链运输监控系统及其装置和方法，以解决上述背景技术中存在的问题，实现冷链运输过程中温度和密封度的实时检测、调控、数据存储，同时
具有定位功能，本地、远程双重报警机制。收到本地报警信号后，装置自动可在一定范围内进行温度和密封度的调节，也可以由运输人员或随行人员进行应急处置；收到远程信号后，必要时，远程监控人员可进行远程应急指导，如应急资源调配，尤为适合生物医药材料的超低温冷链运输，避免途中运输产生的损耗。
9.本发明更进一步的发明目的在于提高冷链运输过程中运输物品和装置整体的防震性能，减少震动对运输物品和装置整体的影响，对其倾斜或倾覆情况进行实时检测、数据存储、应急处置，收到本地报警信号后，装置可及时响应并在一定范围内自动调节抗震等级，避免远程信号传输和再干预过程时间过长所带来的不可逆的损失。收到远程信号后，例如遇到偏远地区特殊路段，超过装置自动调节的范围，也可以在相关人员干预下，对抗震阻尼进行直接的调校。以更好的满足维持生物医药材料稳定性的需求，也有利于传感器和各种元器件等精密仪器的使用、维护。
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.根据本发明的第一方面，本发明提供一种冷链运输监控系统，包括电子标签，具有电子标签识别单元、检测单元、定位单元、信号处理单元、信号存储单元、信号传输单元的保温装置，控制单元，所述检测单元包括温度检测单元，密封检测单元。优选的，所述检测单元还包括倾斜度检测单元。
12.所述电子标签用于记录冷链运输物品的管理信息。所述管理信息包括但不限于：物品名称、生产企业、规格、批号、有效期、数量、用途、储存方式、运输方式、运输时间。可用于本发明的电子标签包括但不限于条形码、二维码、射频识别标签，以及其他可实现上述功能的替代方式。优选的，所述电子标签为射频识别标签。
13.所述电子标签识别单元用于读取电子标签中的管理信息。可用于本发明的电子标签读取器包括但不限于条形码读取器、二维码读取器、射频识别标签读取器，以及其他可实现上述功能的替代方式。优选的，所述电子标签识别单元为射频识别标签读取器。
14.所述温度检测单元用于检测保温装置的温度。在一种实施方案中，所述温度检测单元根据预设的时间间隔检测保温装置的温度。优选的，所述时间间隔为不超过60分钟、不超过30分钟、不超过15分钟、不超过5分钟；更优选的，所述温度检测单元每隔2分钟检测一次保温装置的温度。在另一种实施方案中，所述检测单元实时检测保温装置的温度。在一种实施方案中，温度检测单元位于保温装置的内部，优选的，位于保温装置的储物腔内。温度检测单元的数量可以根据保温装置的体积来确定或根据其他测温需求进行调整。在一种实施方案中，所述保温装置有多个温度检测单元；优选的，所述保温装置有至少2个温度检测单元。在另一种实施方案中，所述保温装置有2个温度检测单元，其中1个为工作模式，另1个为备用模式，当处于工作模式的温度检测单元失灵时，处于备用模式的温度检测单元立即切换为工作模式，确保温度检测不会因意外情况而中断。在一种实施方式中，所述温度检测单元为温度传感器；优选的，所述温度传感器包括但不限于热电偶式温度传感器、热电阻式温度传感器、全辐射式温度传感器、亮度式温度传感器、比色式温度传感器、半导体温度传感器。热电偶式温度传感器包括在一种实施方式中，所述温度检测单元的温度测量精度在
±
1℃范围内，优选的，所述温度检测单元的温度测量精度在
±
0.5℃范围内。
15.所述密封检测单元用于检测检测保温设备的密封状态。在一种实施方案中，所述密封检测单元用于检测密封状态改变发生的时间、次数、每次改变持续的时间。目前干冰是
超低温冷链运输中应用较为普遍的制冷源，如果保温装置的密封状态发生改变、开启次数过多、每次开启时间过长均可能加快干冰的升华，影响其有效保温时间。藉由密封检测单元可及时发现运输过程中不可抗力导致的保温装置密封状态改变，防止人为不当开启导致的温度失控。可以通过感知保温设备内部的压力变化、光照程度变化或者其他能够反应密封状态改变的替代方式来检测密封状态。在一种实施方案中，所述密封检测单元为压力传感器或光传感器，所述压力传感器包括但不限于电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器；所述光传感器包括但不限于光生伏特效应传感器、光电导效应传感器、光电管传感器、光电倍增管传感器。
16.所述倾斜度检测单元用于检测保温装置发生倾斜或倾覆的情况。在一种实施方案中，所述倾斜度检测单元用于检测保温装置发生倾斜或倾覆的时间、次数、每次倾斜或倾覆持续的时间。在一种实施方案中，所述倾斜度检测单元为水平仪或其他能够实现前述功能的仪器。可用于本发明的水平仪包括气泡水平仪、合像水平仪、电感式水平仪、电容式水平仪、数字化倾角传感器。优选的，本发明的倾斜度检测单元为数字化倾角传感器。特别优选的，当检测信号提示水平仪剧烈快速变化作出本地报警时，运输装置可以自动调整倾角和抗震阻尼，以避免运输物品受到不利的冲击和震荡，而不必依赖远程报警后再调节，节省了处置时间。
17.所述定位单元用于获得冷链运输物品的位置信号。可用于本发明的定位单元包括但不限于全球定位系统、北斗卫星导航系统、伽利略卫星导航系统、俄罗斯全球导航卫星系统，或者其他能够实现定位功能的替代方式；优选的，所述定位单元为全球定位系统、北斗卫星导航系统。
18.所述信号处理单元对来自检测单元的信号进行处理。在一种实施方案中，所述信号处理单元对来自温度检测单元和密封检测单元的信号进行处理。当温度超出设定的阈值时，发出报警信号；当密封状态改变的次数和/或每次改变持续的时间超出设定的阈值时，发出报警信号。在另一种实施方案中，所述信号处理单元对来自温度检测单元、密封检测单元和倾斜度检测单元的三种信号进行处理。当温度超出设定的阈值时，发出报警信号；当密封状态改变的次数和/或每次改变持续的时间超出设定的阈值时，发出报警信号；当发生倾斜或倾覆的次数和/或每次倾斜或倾覆持续的时间超出设定的阈值时，发出报警信号。能够实现信号处理和报警功能的设备均适用于本发明的信号处理单元。
19.所述信号存储单元用于存储电子标签中的管理信息、检测信号、报警信号、位置信号。在一种实施方案中，所述检测信号包括温度信号、密封状态信号。在另一种实施方案中，所述检测信号包括温度信号、密封状态信号、倾斜或倾覆情况信号。能够实现信息和/或信号存储功能的设备均适用于本发明的信号存储单元。
20.所述信号传输单元用于将电子标签中的管理信息、检测信号、报警信号、位置信号传输至控制单元。在一种实施方案中，所述检测信号包括温度信号、密封状态信号。在另一种实施方案中，所述检测信号包括温度信号、密封状态信号、倾斜或倾覆情况信号。在一种实施方式中，所述信号传输单元为无线信号传输单元。优选的，所述无线信号传输单元为基于gprs、3g、4g、5g或蓝牙的信号传输单元。
21.所述控制单元接收信号传输单元所传输的信息和/或信号。在一种实施方式中，所
述控制单元包括本地控制单元和远程控制单元。其中，运输人员和/或其他随行人员可以通过本地控制单元实时查看接收到的信息和/或信号，并根据报警信号进行应急处置，所述应急处置包括但不限于：调节保温装置的温度，如补充或更换制冷源；调整保温装置的密封状态；将倾斜或倾覆的保温装置复原；更换备用电源等；也包括装置自动进行温度和密封度的调节。在一种实施方案中，所述本地控制单元为智能终端，包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑以及其它可实现上述功能的替代方式。远程监控人员可以通过远程控制单元实时查看接收到的信息和/或信号，必要时，进行远程应急指导，包括但不限于应急资源调配，如替代驾驶员、替代车辆、替代运输路线、临时超低温储存地点、就近制冷源补充地点，优选的，所述制冷源为干冰。在一种实施方案中，所述远程控制单元为计算机或其他可实现上述功能的替代方式，优选的，所述计算机安装有能够对数据进行处理、分析、导出、以及智能辅助资源调配的软件。
22.根据本发明的第二方面，本发明提供一种保温装置。
23.在一种实施方案中，所述保温装置包括箱体和盖体，所述箱体内包括储物腔和制冷腔，所述保温装置还包括温度检测单元、密封检测单元。优选的，所述保温装置还包括电子标签识别单元、定位单元、信号处理单元、信号存储单元、信号传输单元。
24.在另一种实施方案中，所述保温装置包括箱体和盖体，所述箱体内包括储物腔和制冷腔，所述保温装置还包括缓冲单元、倾斜度检测单元。优选的，所述保温装置还包括电子标签识别单元、定位单元、信号处理单元、信号存储单元、信号传输单元。
25.在一种优选的实施方案中，所述保温装置包括箱体和盖体，所述箱体内包括储物腔和制冷腔，所述保温装置还包括温度检测单元、密封检测单元、缓冲单元、倾斜度检测单元。优选的，所述保温装置还包括电子标签识别单元、定位单元、信号处理单元、信号存储单元、信号传输单元。
26.所述箱体和盖体可由任何具有保温性能的材料制备，优选保持低温效果优异的材料。优选的，箱体材料为可发性聚苯乙烯或聚丙烯或聚氨酯中的一种或几种组成。所述箱体和盖体之间通过耐低温的密封条进行密封，使箱体内部与箱体之间形成密封空间，减少内部的温度损失。所述盖体与箱体的连接处可以附有阻尼装置，以减少开关盖体所产生的震动，阻尼装置也可以用其他可实现缓冲功能的装置替代。所述盖体可以位于所述箱体的上面或侧面，优选位于上面。
27.所述储物腔用于放置运输物品。其腔体尺寸可以根据实际需求进行设置，腔体内部可以视实际需求设置分隔。
28.所述制冷腔用于放置制冷源，所述制冷源能够使保温装置内部温度维持在-200℃至10℃的范围内；优选的，内部温度维持在-200℃至-50℃或-50℃至-10℃或-10℃至10℃的范围内；更优选的，内部温度维持在-100℃至-50℃的范围内；优选的，所述制冷源为干冰。
29.所述储物腔和制冷腔的相对位置没有限制，优选的，所述制冷腔位于储物腔的上方或者位于储物腔的四周。
30.所述温度检测单元、密封检测单元、倾斜度检测单元、电子标签识别单元、定位单元、信号处理单元、信号存储单元、信号传输单元如上文所定义。在一种实施方案中，所述温度检测单元位于箱体内部，优选位于储物腔内。在一种实施方案中，所述密封检测单元位于
盖体下方。
31.所述缓冲单元用于减少运输过程中颠簸或其他突发情况导致的震动，进而避免或减少对运输物品稳定性的影响。在一种实施方式中，所述缓冲单元为弹性体。所述弹性体由常用的缓冲材料制备，缓冲材料应具有对冲击能量的吸收性、振动吸收性、复原性、温湿度安全性。缓冲材料包括但不限于：聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫，优选的，所述缓冲材料为聚氨酯泡沫，更优选的，所述缓冲材料为可耐受超低温的聚氨酯泡沫。在另一种实施方案中，所述缓冲单元为弹性装置。所述弹性装置为具有弹性的、能够实现缓冲功能的各种机械装置，包括但不限于弹簧、交叉臂、气囊等。优选的，所述缓冲单元位于储物腔内部，更优选的，所述缓冲单元包裹运输物品。所述缓冲单元可以位于保温装置的内部和/或外部，其可以与运输物品直接接触和/或非直接接触的方式设置。
32.所述保温装置具有自动进行温度和密封度的调节的功能，包括但不限于在需要的范围内自动升温或降温、以及内部加压或减压调节。
33.根据本发明的第三方面，本发明提供一种使用本发明第一方面所述冷链运输监控系统的方法，包括下述步骤：
34.s1.设置电子标签；
35.s2.识别电子标签，获得管理信息；
36.s3.检测保温装置运行情况信号、位置信号；
37.s4.处理步骤s3所获得的运行情况信号，当运行情况信号超出预定的阈值时，发出报警信号；
38.s5.存储步骤s2中获得的管理信息、步骤s3中获得的运行情况信号和位置信号、步骤s4中的报警信号；
39.s6.传输步骤s5中存储的信息和信号；
40.s7.接收步骤s6中传输的信息和信号，必要时进行应急处置。
41.在一种优选的实施方案中，所述方法包括下述步骤：
42.s1.给运输物品设置电子标签；
43.s2.当运输物品进入冷链运输流程时，由电子标签识别单元读取电子标签中的运输物品管理信息；
44.s3.由检测单元对保温装置的运行情况进行实时检测，同时由定位单元确定保温装置的实时位置；其中所述运行情况包括温度和密封状态，优选的，所述运行情况包括温度、密封状态和倾斜或倾覆情况；
45.s4.由信号处理单元对s3步骤中检测单元获得的保温装置运行情况信号进行处理，当信号超出预定的阈值时，发出报警信号；
46.s5.由信号存储单元对s2步骤中获得的运输物品管理信息，s3步骤中获得的保温装置运行情况信号、位置信号以及s4步骤中获得的报警信号进行存储；
47.s6.由信号传输单元将s2步骤中获得的运输物品管理信息，s3步骤中获得的保温装置运行情况信号、位置信号以及s4步骤中获得的报警信号传输至控制单元，所述控制单元包括本地控制单元、远程控制单元；
48.s7.本地控制单元将报警信号实时传送给运输人员和/或其他随行人员，运输人员和/或其他随行人员进行应急处置；远程控制单元对接收到的运输物品管理信息以及保温
装置运行情况信号、位置信号、报警信号进行存储、分析、生成运输过程监控报告，必要时，远程监控人员远程指导运输人员进行应急处置。
49.应当理解，本发明的冷链运输监控系统及其装置和方法涵盖各种能够实现其监控目的的硬件设备和软件。
50.与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：可对冷链运输进行远程、实时监控，具有温度可控性、信息可追溯性，防震性能增强，提供本地和远程双重报警、应急处置机制，尤为适合生物医药材料的超低温冷链长途运输，全方位确保其稳定性、安全性、有效性。特别的，经由本发明监控系统、装置和方法在超低温冷链下运输的生物医药材料解冻后，可以冷藏保存至少5天，仍然保有活性或疗效。对于疫苗产品而言，优选的，在冷藏保存5天后，仍然维持至少95％的保护率。
【附图说明】
51.附图1：示出了本发明的冷链运输监控系统硬件组成示意图；
52.附图2：示出了本发明的一种保温装置示意图；
53.附图3：示出了本发明的另一种保温装置示意图；
54.附图4：示出了使用本发明冷链运输监控系统及保温装置，对一种生物医药材料的运输过程进行监控的方法。
55.附图及其显示的整体形状、零部件位置、位置连接关系等要素均不得理解为任何对本发明保护范围的限制。
【具体实施方式】
56.下面结合附图对本发明做进一步说明。附图和实施例仅仅是对本发明实施方式的具体阐述，并非对本发明范围的限制。
57.实施例1
58.附图1示出一种本发明的冷链运输监控系统硬件组成示意图，其包括电子标签，具有电子标签识别单元、检测单元、定位单元、信号处理单元、信号存储单元、信号传输单元的保温装置，控制单元；其中，检测单元包括温度检测单元，密封检测单元、倾斜度检测单元；控制单元包括本地控制单元和远程控制单元。具体的，电子标签为射频识别标签，用于记录冷链运输物品的管理信息；电子标签识别单元为射频识别标签读取器，用于读取电子标签中的管理信息；温度检测单元为温度传感器，用于检测保温装置的温度；密封检测单元为压力传感器，用于检测保温装置的密封状态；倾斜度检测单元为数字化倾角传感器，用于检测保温装置发生倾斜或倾覆的时间、次数、每次倾斜或倾覆持续的时间；定位单元为全球定位系统，用于获得冷链运输物品的位置信息；信号处理单元对来自温度检测单元、密封检测单元、倾斜度检测单元的信号进行处理，当温度，密封状态改变的次数和每次改变持续的时间，发生倾斜或倾覆的次数、每次倾斜或倾覆持续的时间超出设定的阈值时，信号处理单元均发出报警信号；信号存储单元存储电子标签中的管理信息、温度信号、密封状态信号、倾斜或倾覆情况信号、位置信号、报警信号；信号传输单元以蓝牙的方式将信号存储单元存储的管理信息和信号传送给本地控制系统，即智能手机；同时，信号传输单元以gprs的方式将信号存储单元存储的管理信息和信号传送给远程控制系统，即计算机。
59.实施例2
60.附图2示出本发明的一种保温装置。该保温装置具有箱体1和盖体2，箱体1和盖体2由聚氨酯材料制备，盖体2位于箱体1的上面，盖体2与箱体1之间设有密封条3，箱体1与盖体2的连接处附有阻尼装置41和42，可减少开关盖体所产生的震动；箱体内设有储物腔5和制冷腔6，储物腔5用于放置运输物品，制冷腔6用于放置制冷源干冰，制冷腔6位于储物腔5的上方；储物腔5内设有两个温度传感器71和72，用于实时检测保温装置内储物腔的温度；盖体下方设有一个压力传感器8，通过感知保温装置内部的压力变化，实时检测保温装置的开启时间、开启次数、每次开启持续时间；保温装置外部设有一射频识别标签读取器9、一gps定位器10、一信号处理器11、一信号传输器12，信号处理器11具有报警功能，信号传输器12具有gprs和蓝牙传输功能。
61.实施例3
62.附图3示出本发明的另一种保温装置。该保温装置具有箱体1和盖体2，箱体1和盖体2由聚苯乙烯材料制备，盖体2位于箱体1的上面，盖体2与箱体1之间设有密封条3，箱体1与盖体2的连接处附有阻尼装置41和42，可减少开关盖体所产生的震动；箱体内设有储物腔5和制冷腔6，储物腔5用于放置运输物品，运输物品四周包裹聚氨酯泡沫13，制冷腔6用于放置制冷源干冰，制冷腔6位于储物腔5的四周；储物腔内设有两个温度传感器71和72，用于实时检测保温装置内储物腔的温度；盖体下方设有一个光传感器8，通过感知保温装置内部的光线的变化，实时检测保温装置的开启时间、开启次数、每次开启持续时间；盖体下方还设有一数字化倾角传感器14，用于检测保温装置发生倾斜或倾覆的时间、次数、每次倾斜或倾覆持续的时间；保温装置外部设有一射频识别标签读取器9、一gps定位器10、一信号处理器11、一信号传输器12，信号处理器11具有报警功能，信号传输器12具有gprs和蓝牙传输功能。
63.实施例4
64.附图4示出使用本发明冷链运输监控系统及保温装置，对一种生物医药材料的运输过程进行监控的方法：给待运输的生物医药材料，如疫苗，设置射频识别标签，电子标签中记录疫苗的管理信息，包括名称、生产企业、规格、批号、有效期、数量、用途、储存方式、运输方式、运输时间；运输开始时，将疫苗放入保温装置、装载于运输工具中，经由保温装置上的射频识别标签读取器读取管理信息；运输过程中实时检测保温装置的运行情况，包括温度、密封状态(开启时间、开始次数、每次开启持续时间)、倾斜或倾覆情况(发生时间、次数、每次持续时间)，同时对保温装置进行实时定位；对运行情况信号进行处理，当信号超出预设的阈值时，发出报警信号；运行情况信号、报警信号、定位信号存储在保温装置所附存储器上，之后传输至远程控制单元计算机上和本地控制单元智能手机上。运输人员和其他随行人员可通过智能手机实时查看运行情况信号，如接到报警信号，立即进行应急处置；远程监控人员接到报警信号可进行远程应急处置协助。运输结束后，计算机对接收到的数据进行存储、分析，生成监测报告，所述数据存储至少5年以上，以保持疫苗运输信息的可追溯性。
65.以上仅为本发明的具体实施方式，但不得理解为对本发明保护范围的任何具体限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，以未来实施时可能实现的手段对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，以达到与本
发明相同的效果，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。