黃葉玨

（浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院 信息技術(shù)系，浙江 杭州310018）

1 引言

近幾年來，食品安全問題日益突出，食源性疾病危害巨大，因此食品安全問題逐漸成為人們關(guān)注的焦點。國際上有瘋牛病、口蹄疫、豬鏈球菌感染以及禽流感等疾病的爆發(fā)和傳播，國內(nèi)有蘇丹紅、三聚氰胺毒奶粉、瘦肉精豬肉、抗生素超標雞肉等食品質(zhì)量安全事件的發(fā)生。目前，歐盟、美國等地區(qū)與國家相繼立法來強制實行食品質(zhì)量安全追溯制度，質(zhì)量安全追溯制度通過對產(chǎn)品生產(chǎn)和流通過程中各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的信息加強管理來實現(xiàn)預警和追溯，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題可迅速追溯到問題源頭，進行相應的處理［1～3］。文獻［4］綜合應用動物個體標識、二維條碼、RFID射頻電子標識和一維條碼標簽技術(shù)，將網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與傳統(tǒng)的養(yǎng)豬業(yè)和屠宰加工業(yè)結(jié)合，構(gòu)建了一種適合中國國情的肉用豬和豬肉安全質(zhì)量監(jiān)控可追溯系統(tǒng)。文獻［5］基于產(chǎn)品批次記錄與逐級編碼方式，將肉雞生產(chǎn)、加工、物流銷售等與雞肉產(chǎn)品安全有關(guān)的信息串連起來，建立電子文檔記錄，構(gòu)建肉雞安全生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控可追溯系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)消費者可逆向追溯肉雞飼養(yǎng)管理信息、疾病防治與免疫情況等多項可追溯內(nèi)容，達到監(jiān)控肉禽食品安全目的。文獻［6］為適應中國牛肉出口需要，采用耳標與分割肉號碼及對應的EAN／UCC條碼技術(shù)等動物標識方法，構(gòu)建了牛肉安全生產(chǎn)加工全過程質(zhì)量跟蹤與追溯系統(tǒng)。文獻［7］為實現(xiàn)蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)中蔬菜產(chǎn)品的標識，應用EAN／UCC系統(tǒng)，制定了蔬菜產(chǎn)品追溯碼編碼方案，設計實現(xiàn)了蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量追溯標簽。

文獻［8］提出一種基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法，采用C／S和B／S混合模式來構(gòu)架系統(tǒng)，利用射頻識別和條碼技術(shù)對產(chǎn)品進行標志、信息采集和傳輸，使用組件技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊。文獻［9］提出了一套統(tǒng)合性的食品生產(chǎn)追溯操作理論。文獻［10］通過對某蔬菜企業(yè)的實際調(diào)研，分析了蔬菜生產(chǎn)管理流程，設計了系統(tǒng)基本框架，建立了基于Web的蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。可以為消費者提供詳細的蔬菜產(chǎn)品信息，還為企業(yè)的生產(chǎn)管理和蔬菜質(zhì)量安全監(jiān)控提供了良好的操作平臺。文獻［11］分析了RFID技術(shù)框架，設計了一種包含產(chǎn)品信息和公鑰的RFID標簽。設計了一種基于網(wǎng)格技術(shù)的質(zhì)量追蹤分布式模型，該模型通過網(wǎng)格服務解決不同供應商之間的質(zhì)量信息追蹤問題，并通過一個實例來描述產(chǎn)品從加工到流通環(huán)節(jié)信息追溯的實現(xiàn)方法。文獻［12］對食品生產(chǎn)鏈的檢測和追溯模型展開了研究，文獻［13］通過運用射頻識別技術(shù)與二維碼技術(shù)，構(gòu)建了一種農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)。文獻［14］在對農(nóng)產(chǎn)品從田間到貨架流程進行了分析的基礎上，設計了基于RFID的追溯系統(tǒng)架構(gòu)。文獻［15］從農(nóng)產(chǎn)品安全管理技術(shù)的現(xiàn)狀出發(fā)，介紹基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品安全領(lǐng)域中的應用實例，表明在農(nóng)產(chǎn)品安全領(lǐng)域中運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)筑農(nóng)產(chǎn)品供應鏈的新型管理模式，從而實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的可視化和可追溯，使農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量更加安全、有保障，將對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷價值鏈產(chǎn)生巨大的影響。

在上述的各類農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中，不少方法在處理對象上是針對肉雞、牛肉、蔬菜等某類特定類型的農(nóng)產(chǎn)品，沒有形成一個完全的面向農(nóng)產(chǎn)品的通用質(zhì)量安全追溯平臺。另一方面，不少方法在技術(shù)層面上只采用單一的RFID和條碼技術(shù)，沒有形成一個具有RFID、GIS、GPS、智能傳感器等各傳感器聯(lián)合的物聯(lián)網(wǎng)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺架構(gòu)設計

物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過RFID、紅外感應器、GPS、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺的實現(xiàn)需要構(gòu)建一個統(tǒng)一的農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)資源管理平臺，對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、庫存和檢疫等各環(huán)節(jié)的信息進行記錄、管理和共享，為各種信息系統(tǒng)提供可共享、可集成的數(shù)據(jù)?；谖锫?lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺架構(gòu)如圖1所示，由數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和客戶層構(gòu)成。數(shù)據(jù)層包含業(yè)務數(shù)據(jù)庫、GIS空間數(shù)據(jù)庫和GPS實時數(shù)據(jù)庫。業(yè)務數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、庫存和檢疫等各環(huán)節(jié)所發(fā)生的業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲；GIS空間數(shù)據(jù)庫存儲與業(yè)務發(fā)生地相關(guān)的地形、道路等基礎圖形數(shù)據(jù)，以及與這些圖形數(shù)據(jù)相關(guān)的地名、高程、坐標、經(jīng)緯度、行政區(qū)代碼等屬性數(shù)據(jù)；GPS實時數(shù)據(jù)庫存儲物流過程中，運輸車輛通過GPS獲得的實時位置與狀態(tài)等信息。業(yè)務層提供系統(tǒng)的核心功能，根據(jù)功能分為業(yè)務流程模塊和物聯(lián)網(wǎng)感知模塊。業(yè)務流程模塊由農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)子系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品庫存子系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品銷售子系統(tǒng)以及農(nóng)產(chǎn)品跟蹤與追溯子系統(tǒng)組成；物聯(lián)網(wǎng)感知模塊提供物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口模塊，主要包括RFID子系統(tǒng)、GPS子系統(tǒng)、GIS子系統(tǒng)和智能傳感器子系統(tǒng)?？蛻魧佑糜谔峁┙o終端用戶多樣化系統(tǒng)使用界面，主要分為手機客戶端、瀏覽器Web界面和用戶定制軟件客戶端等方式的界面。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺架構(gòu)

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺的分析

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的追溯依賴于農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、加工、檢疫到流通整個過程的信息記錄。實現(xiàn)優(yōu)秀的追溯平臺需要建立一個跟蹤體系，采集和記錄農(nóng)產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)的信息。追溯體系是跟蹤體系的逆過程，從農(nóng)產(chǎn)品零售商開始追溯到上級經(jīng)銷商直至生產(chǎn)廠商的第一個產(chǎn)品生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)獲取農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與各環(huán)節(jié)的地理信息結(jié)合起來在GIS地圖上直觀的提供給用戶。所以以上兩部分構(gòu)成了一個完整的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全跟蹤追溯體系。

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品跟蹤分析

在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)廠商需要記錄該批次農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)的溫度、濕度和檢疫等信息。對于牲畜家禽等大型人體的農(nóng)產(chǎn)品可以在一開始就安裝RFID標簽，以便系統(tǒng)自動采集和記錄溫度、濕度和檢疫等信息。對于未裝配RFID的農(nóng)產(chǎn)品，在生產(chǎn)完成之后在包裝上安裝RFID標簽，同時利用子系統(tǒng)導入該批次生產(chǎn)過程中相關(guān)的溫度、濕度和檢疫等信息。農(nóng)產(chǎn)品出廠之后，可根據(jù)唯一的RFID標簽信息實現(xiàn)對該農(nóng)產(chǎn)品的標識。農(nóng)產(chǎn)品入庫時，可以在安裝RFID讀寫器的庫門中記錄入庫信息。

在運輸過程中，農(nóng)產(chǎn)品可根據(jù)出庫時讀取的RFID信息記錄車輛裝載信息，運輸車輛安裝GPS、溫度和濕度等相關(guān)的傳感設備。這些運輸過程中所獲得的實時信息可進行記錄，并根據(jù)需要通過3G無線通信技術(shù)實時上傳給服務器，或者在運輸車輛到達目的地后，在入庫時一次性導入到后臺服務器中。農(nóng)產(chǎn)品入庫后，繼續(xù)根據(jù)RFID信息與倉庫的溫度和濕度等傳感信息以及同批次檢疫信息相關(guān)聯(lián)記錄在后能服務器的數(shù)據(jù)庫中。

在農(nóng)產(chǎn)品銷售環(huán)節(jié)中，農(nóng)產(chǎn)品的RFID標簽可以作為該產(chǎn)品的唯一標識與價格關(guān)聯(lián)，同時記錄進入市場所進行的抽樣和檢疫等相關(guān)信息。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯分析

可追溯的定義為：“通過記錄的標識，對某個實體歷史、用途或者位置予以追蹤的能力”，即利用已有的、唯一對實體對應的記錄標識，追溯產(chǎn)品的歷史、應用情況、所在位置或者類似產(chǎn)品、活動的能力。農(nóng)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)就是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)和流通各個環(huán)節(jié)采集和記錄的數(shù)據(jù)對農(nóng)產(chǎn)品進行追蹤溯源的操作。

具體操作步驟如下：①用戶根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的RFID信息在手機客戶端、瀏覽器客戶端或者用戶定制軟件界面中查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)；②系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的農(nóng)產(chǎn)品RFID信息以及用戶的權(quán)限訪問該農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)流通過程中各個環(huán)節(jié)所記錄的各種信息，并根據(jù)用戶的訪問權(quán)限對信息進行過濾；③系統(tǒng)將過濾后的信息與地理信息系統(tǒng)進行結(jié)合，在GIS系統(tǒng)中進行顯示，給用戶直觀和便利的產(chǎn)品追溯體驗；④用戶可以根據(jù)GIS顯示的信息，在各個環(huán)節(jié)的節(jié)點中對農(nóng)產(chǎn)品信息進一步交互查詢，以獲取更詳細的農(nóng)產(chǎn)品信息。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯平臺的用戶包括普通消費者用戶和監(jiān)管部門用戶，二者的需求存在差別，在追溯平臺中對不同的用戶設置不同的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。對于普通消費者用戶，其對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的需求限于對該農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、檢疫和流通過程中的一些基本的信息；而對于監(jiān)管部門用戶，其對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的信息要求更詳細，需要訪問生產(chǎn)、檢疫和流通過程中各種詳細信息，包括物聯(lián)網(wǎng)中涉及的智能傳感信息、流通過程中的實時GPS信息以及同批次產(chǎn)品的流向信息等。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺實現(xiàn)研究

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺的實現(xiàn)需要各個子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，以共享信息。平臺基于三層架構(gòu)，采用Visual Studio 2008作為開發(fā)工具，Web服務器部署采用Tomcat，應用服務器軟件采用JBoss，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008。系統(tǒng)在實驗室的模擬環(huán)境下運行良好，數(shù)據(jù)采集自動化程度高、速度快。在平臺的可追溯功能中，根據(jù)用戶的類型分為普通消費者用戶和監(jiān)管部門用戶。普通消費者用戶購買了農(nóng)產(chǎn)品之后，可利用追溯終端提供的RFID讀寫器輸入到系統(tǒng)進行產(chǎn)品追溯，系統(tǒng)顯示該農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)廠商到零售所在地所經(jīng)歷的路徑，并在GIS地圖上顯示各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及相關(guān)的信息。普通消費者用戶可以進一步在GIS地圖上進行操作，點擊各個環(huán)節(jié)以進一步顯示更詳細的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。監(jiān)管部門用戶可以完成比普通消費者用戶更多的功能，以便實現(xiàn)對出現(xiàn)質(zhì)量安全問題的農(nóng)產(chǎn)品進行追尋源頭、同批次農(nóng)產(chǎn)品查封召回銷毀等操作。監(jiān)管部門用戶登陸之后，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的RFID信息在GIS地圖上顯示生產(chǎn)流量的各個環(huán)節(jié)以及相應的各種詳細信息，并可以查看同批次農(nóng)產(chǎn)品的流向信息以及物流的實時GPS信息，一旦出現(xiàn)質(zhì)量安全問題，可為監(jiān)管部門快速、準確的處理提供足夠的信息。

5 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺是一個包含數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和客戶層的層次式體系架構(gòu)，該架構(gòu)的設計和實現(xiàn)表明采用統(tǒng)一的基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯平臺層次式體系架構(gòu)是可行的。在層次式體系架構(gòu)中，在業(yè)務層中獨立各個業(yè)務功能的子系統(tǒng)一方面可以在系統(tǒng)開發(fā)和實施過程中降低難度，減少除錯的成本；另一方面獨立物聯(lián)網(wǎng)的各個子系統(tǒng)可以讓業(yè)務功能開發(fā)只關(guān)注于業(yè)務的本身，降低物聯(lián)網(wǎng)各種傳感器細節(jié)的掌握難度，同時也方便對新型傳感器的擴充。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以讓追溯平臺數(shù)據(jù)擁有采集過程自動化程序更高、速度更快、信息顯示更直觀等特點。

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