鐘海，朱文球

（湖南工業(yè)大學計算機與通信學院，湖南株洲412007）

基于RFID的豬肉溯源系統(tǒng)設計

鐘海，朱文球

（湖南工業(yè)大學計算機與通信學院，湖南株洲412007）

設計了以追溯管理平臺為核心，以屠宰、批發(fā)、零售、消費等環(huán)節(jié)追溯子系統(tǒng)為支撐的豬肉溯源系統(tǒng)。系統(tǒng)中運用先進的射頻識別技術和Internet,GPRS等多種現(xiàn)代網(wǎng)絡通信技術為追溯手段，按照相關法律法規(guī)的規(guī)范，以發(fā)展現(xiàn)代流通方式為基礎，構建完整的質(zhì)量追溯信息鏈條。以IC卡（即肉類流通服務卡）為信息傳遞的載體，在批發(fā)交易環(huán)節(jié)進行電子化結算，給農(nóng)貿(mào)市場內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營者配備具備打印憑證能力的交易電子秤，交易信息通過無線網(wǎng)絡進行傳輸，從而做到豬肉產(chǎn)品來源可追溯、去向可查證、責任可追究。

射頻識別；豬肉溯源；C/S和B/S混合開發(fā)模式

0 引言

近年來，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題日益嚴重，國內(nèi)外都出現(xiàn)了重大的農(nóng)產(chǎn)品安全事件。國外有英國的“瘋牛病”事件、比利時的“二惡英”事件，以及德國的“毒黃瓜”事件等；國內(nèi)有“三聚氰胺”“毒大米”“瘦肉精”等事件。這些事件對人們的身體健康和生命安全造成了嚴重的威脅。雖然國內(nèi)外已經(jīng)有多種有效控制食品安全的辦法和標準，如ISO 9001認證、良好操作規(guī)范（good manufacturing mractice，GMP）、衛(wèi)生標準操作程序（sanitation standard operation procedures，SSOP）、危害分析和關鍵點分析系統(tǒng)（hazard analysis critical control point，HACCP），并在實踐中進行運用，但是這些標準都是針對具體環(huán)節(jié)進行控制，缺少將農(nóng)產(chǎn)品全程追溯鏈接起來的技術手段或者規(guī)范。一旦其中的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，想要尋找問題的源頭，或者查找出所有與這個問題相關的產(chǎn)品信息，這些手段和方法就顯得不夠完善。

可追溯系統(tǒng)強調(diào)產(chǎn)品的統(tǒng)一標示和全過程追蹤，對實施可追溯系統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品，在其各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中實行各種質(zhì)量控制方法，對整個供應鏈各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)品信息進行跟蹤和追溯。一旦發(fā)生食品安全問題，就可以有效地追溯到食品的源頭，及時召回不合格產(chǎn)品，將損失降到最低[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)相關技術概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)的概念，由美國麻省理工學院的教授Kevin Ashton于1999年10月率先提出。它是在Internet的基礎上利用無線射頻識別（radio frequency dentification，RFID）、無線數(shù)據(jù)通信等技術構造的一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的網(wǎng)絡。在這個網(wǎng)絡中，物品能夠彼此進行“交流”，而無需人工進行干預[2]。其實質(zhì)是利用無線射頻識別技術，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。

在物聯(lián)網(wǎng)的構想中，RFID標簽中存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡把它們自動采集到中央信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物品的識別，進而通過開放性的計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交換和共享，實現(xiàn)對物品的“透明”管理。

1.2 RFID技術

RFID即射頻識別技術，也稱為無線射頻識別或者電子標簽。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，其通過利用射頻信號和空間耦合（電感和電磁耦合）傳輸特性，進行自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)[3]。RFID可同時識別多個標簽，且識別過程無需人工干預，可應用于各種惡劣的環(huán)境。

RFID系統(tǒng)由射頻識別標簽、閱讀器和天線組成，如圖1所示。

圖1 RFID系統(tǒng)基本組成Fig. 1Basic components of the RFID system

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的豬肉追溯系統(tǒng)設計

本追溯系統(tǒng)建設以追溯管理平臺為核心，以屠宰環(huán)節(jié)、批發(fā)環(huán)節(jié)、零售環(huán)節(jié)、消費環(huán)節(jié)等追溯子系統(tǒng)作為支撐而構成。系統(tǒng)中運用先進的射頻識別技術和Internet,GPRS（general packet radio service）等多種現(xiàn)代網(wǎng)絡通信技術為追溯手段，按照相關法律法規(guī)的規(guī)范，以發(fā)展現(xiàn)代流通方式為基礎，構建完整的質(zhì)量追溯信息鏈條[4]。以IC卡（即肉類蔬菜流通服務卡）為信息傳遞的載體，在批發(fā)交易環(huán)節(jié)進行電子化結算，給農(nóng)貿(mào)市場內(nèi)的經(jīng)營者配備交易電子秤，交易信息通過無線網(wǎng)絡進行傳輸，同時具備打印憑證的能力，真正做到豬肉產(chǎn)品來源可追溯、去向可查證、責任可追究。系統(tǒng)的結構框架如圖2所示。

圖2 豬肉追溯系統(tǒng)的總體架構Fig. 2The overall architecture of pork traceability system

2.1 城市追溯管理平臺

城市追溯管理中心平臺，是由政府商務部門主導的管理平臺。其作為城市肉類產(chǎn)品追溯體系的指揮調(diào)度中心，能夠?qū)⑼涝准庸?、批發(fā)配送、零售終端各子系統(tǒng)相聯(lián)結，提供豬肉流通全程信息，包括監(jiān)管、追溯、召回、分析等。該平臺還將按照統(tǒng)一的信息采集標準和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，向上連接至省追溯管理平臺，向下連接至各流通節(jié)點追溯子系統(tǒng)，匯總各流通節(jié)點追溯信息，并上傳省追溯管理平臺。

2.2 屠宰環(huán)節(jié)追溯子系統(tǒng)

屠宰子系統(tǒng)包括入場管理、檢疫管理、數(shù)據(jù)上傳等環(huán)節(jié)。屠宰場設有閱讀器和RFID接口的管理系統(tǒng)，并且連接至市追溯管理平臺，能夠與其他環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享。當載有生豬的車輛進入屠宰場時，閱讀器讀取車中RFID卡里的信息，存儲到屠宰場管理系統(tǒng)中并上傳到市追溯管理平臺。當生豬進入屠宰流水線后，其基本信息如質(zhì)量、瘦肉率檢疫等基本信息將會被采集并記錄。屠宰完畢的豬被貼上新的RFID標簽，用于記錄在流水線上采集到的數(shù)據(jù)以及屠宰場編號、屠宰批次號等，用于標示豬肉的信息。屠宰批號是與養(yǎng)殖場的出欄編號相對應的，這樣就能建立起豬肉和生豬之間的聯(lián)系，完成屠宰環(huán)節(jié)的信息跟蹤與追溯。

2.3 批發(fā)環(huán)節(jié)子系統(tǒng)

批發(fā)環(huán)節(jié)子系統(tǒng)包括批發(fā)商備案、入場登記、肉品檢測管理、肉品交易、數(shù)據(jù)管理等環(huán)節(jié)。在豬肉批發(fā)市場，可以使用RFID標簽來作為對豬肉批發(fā)信息追溯的數(shù)據(jù)載體。運送豬肉的冷鏈車刷RFID卡進入批發(fā)市場，RFID卡中的信息即被讀入到追溯系統(tǒng)中。豬肉批發(fā)商通過使用手持式閱讀器掃描附著在豬肉上的RFID標簽來獲取豬肉信息并以此進行結算。批發(fā)市場售出的肉品在到達目的地時，收貨點的RFID閱讀器即會讀取豬肉上的RFID標簽，隨即將讀取到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_的數(shù)據(jù)庫中，并且發(fā)送信息到批發(fā)市場綜合管理系統(tǒng)確認。這樣即可確認是否每片豬肉都到達了目的地，從而對豬肉的流向進行有效地跟蹤。

2.4 銷售環(huán)節(jié)子系統(tǒng)

銷售子系統(tǒng)包括零售商備案、服務卡發(fā)放、銷售交易等環(huán)節(jié)。零售市場對進入市場的零售商進行實名備案，包括姓名、身份證號碼、聯(lián)系電話等。備案后到市場所屬地工商局領取豬肉流通服務卡。在市場內(nèi)，所有零售商使用專用的電子秤（如圖3所示）進行豬肉銷售。銷售時可以要求商家將其服務卡插入電子秤內(nèi)，以獲取其進貨信息。在交易時，電子秤將通過GPRS網(wǎng)絡將產(chǎn)生的交易相關信息上傳至系統(tǒng)中。交易完成后，商家需向顧客提供電子秤打印的溯源小票，消費者可以持該票到市場配置的查詢終端進行查詢，即可通過小票上的追溯碼查詢到該豬肉經(jīng)歷過的一系列流程信息。

圖3 GPRS/RFID溯源電子秤Fig. 3 GPRS/RFID traceable electronic scale

2.5 客戶查詢子系統(tǒng)

客戶查詢子系統(tǒng)包括客戶查詢管理、投訴管理和政府監(jiān)督管理等模塊?？蛻裟軌蛟谙到y(tǒng)中查詢到他們所購買的豬肉的全部信息，包括原產(chǎn)地、飼養(yǎng)地、屠宰場、屠宰時間、檢驗證號、檢驗員、等級、銷售員等信息?？蛻粢部梢酝ㄟ^此系統(tǒng)對所購買的肉品進行投訴和建議。政府部門則可以根據(jù)投訴信息對企業(yè)進行監(jiān)督和管理。

3 系統(tǒng)的拓撲結構

豬肉溯源系統(tǒng)與其他產(chǎn)品的溯源系統(tǒng)相比，有其自身的特點[5]。它涉及到屠宰場、批發(fā)市場、超市/農(nóng)貿(mào)市場等不同的單位和場所，涉及到的地域較廣。對于網(wǎng)絡的設計需要根據(jù)各個環(huán)節(jié)的不同特點整合多種不同類型的網(wǎng)絡。在整個系統(tǒng)中既有Windows下的桌面程序，也有Web應用程序，同時還有海量的實時數(shù)據(jù)需要交互和傳輸。因此，根據(jù)我國生鮮豬肉產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈本身的特點和可追溯系統(tǒng)的需要，設計使用C/S和B/S結構相混合的開發(fā)模式。在Intranet應用子系統(tǒng)中，業(yè)務操作量非常多，數(shù)據(jù)維護量大，在這部分可以采用C/S模式；而在Internet子系統(tǒng)中，查詢功能使用比較多，這部分就采用B/ S模式。C/S模式的特點是響應速度快，數(shù)據(jù)處理由客戶端進行；B/S模式的特點是開發(fā)簡單，容易實現(xiàn)功能擴展[6]。這樣的混合開發(fā)模式兼顧了兩種模式的優(yōu)點，適合在豬肉溯源系統(tǒng)這樣復雜的環(huán)境下使用。系統(tǒng)在硬件上由Web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和客戶機等構成，數(shù)據(jù)庫使用Microsoft SQL Server 2008，與Windows桌面應用程序和服務之間的數(shù)據(jù)交換，通過主服務器提供的Web服務實現(xiàn)，這樣既能滿足企業(yè)數(shù)據(jù)保密的需要，又能滿足客戶方便迅捷查詢的需求。通過網(wǎng)絡提供的信息流，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對豬肉產(chǎn)品全程無縫跟蹤和溯源。整個系統(tǒng)的拓撲結構如圖4所示。

圖4 豬肉溯源系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖Fig. 4The network topology for pork traceability system

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

3.1編碼技術

要實現(xiàn)對豬肉的質(zhì)量安全管理和追溯，編碼的設計是一個非常關鍵的技術，因為要追溯的信息都包含在其中。要在選準質(zhì)量追溯信息采集關鍵點的基礎上，進行追溯信息條碼的設計[7]。本系統(tǒng)使用農(nóng)業(yè)部2006年公布的《禽畜標示和養(yǎng)殖檔案管理辦法》[8]，豬肉加工過程中的標示編碼由禽畜種類代碼、縣級行政區(qū)域代碼、標示順序號3部分組成，一共15位數(shù)字。編碼的定義如圖5所示。

圖5 禽畜個體標示編碼定義Fig. 5Livestock individual marking code definition

3.2 數(shù)據(jù)同步技術

在追溯系統(tǒng)中，企業(yè)端的數(shù)據(jù)信息需要定時地更新到市追溯管理平臺，而兩者所使用的數(shù)據(jù)結構不一定相同，兩者進行數(shù)據(jù)同步的時候就會出現(xiàn)異構數(shù)據(jù)庫同步的問題。可以采用XML進行異構數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步。在企業(yè)端，技術人員選擇一個日期，系統(tǒng)便會自動分離出更新部分的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為XML，同時啟動數(shù)據(jù)同步模塊。市追溯管理平臺會自動識別該數(shù)據(jù)信息是否已經(jīng)存在，如果存在則退出同步，如果不存在則把XML數(shù)據(jù)反序列化為數(shù)據(jù)記錄，并添加到市追溯管理平臺[9]。這樣的方式適合于肉類批發(fā)市場等網(wǎng)絡環(huán)境不理想的情況中，也可以減少單次數(shù)據(jù)的更新量。

3.3 標簽的防碰撞技術

在讀寫器讀取RFID標簽的過程中，讀寫器工作范圍內(nèi)可能出現(xiàn)多個帶識別的標簽，這樣就容易發(fā)生錯讀、漏讀和誤讀等問題，所以防碰撞的問題非常重要[10]。在本系統(tǒng)中，可以采用時隙ALOHA算法來解決這個問題。時隙ALOHA算法的思想是：如果有多個發(fā)送者同時向一個接受者發(fā)送信息，則所有發(fā)送者重新隨機選擇一個時間再次傳輸數(shù)據(jù)，如果此過程中再次與其他發(fā)送者發(fā)生沖突，則再選擇一個隨機時間重新發(fā)送，直到數(shù)據(jù)發(fā)送成功為止[11]。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

整個溯源系統(tǒng)包含：查詢端瀏覽器、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。查詢端瀏覽器負責處理和用戶之間的互動，能夠使用HTTP協(xié)議從Web服務器上下載頁面。應用服務器包含應用程序和Web服務器2個部分，其中Web服務器處理用戶發(fā)出的HTTP請求并解析應用程序處理后返回的處理結果。而應用程序包含如下幾個相互獨立的模塊：新用戶注冊和老用戶登錄、數(shù)據(jù)庫定期備份和數(shù)據(jù)恢復、基本信息的維護和預警。數(shù)據(jù)庫服務器包含多種數(shù)據(jù)信息，主要是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商上傳的產(chǎn)品信息和各個質(zhì)量檢測機構上傳的檢測結果信息等。

溯源系統(tǒng)首頁設有農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)查詢專欄，用戶可以直接在首頁輸入追溯號進行查詢，如圖6所示。輸入正確的追溯號，即可得到想要追溯的農(nóng)產(chǎn)品信息。

圖6 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)查詢專欄Fig. 6The query column of agricultural productquality traceability system

5 結論

近幾年由于瘦肉精事件的影響，人們對于食品安全特別是豬肉的安全產(chǎn)生了強烈的關注，人們迫切希望能買到放心的豬肉，也就是從生豬出生到銷售之間的全過程信息都能夠得到公開?；谶@個問題，在研究國內(nèi)外實踐和成果的基礎上，本文設計了基于RFID技術的豬肉全程可追溯系統(tǒng)，結合RFID和二維碼技術對豬肉的整個流程進行分析和設計，并對追溯過程中的一些關鍵技術進行了研究，增加了系統(tǒng)實現(xiàn)的可行性。希望能夠?qū)崿F(xiàn)對生鮮豬肉全過程的跟蹤和溯源，促進政府部門對于生鮮豬肉市場的管理和監(jiān)控，杜絕瘦肉精豬肉和病死豬肉的出現(xiàn)，使人們能夠吃上真正放心的豬肉；也希望能為其他食品的安全監(jiān)督提供借鑒。

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（責任編輯：鄧光輝）

RFID-Based Pork Traceability System Design

Zhong Hai，Zhu Wenqiu
（School of Computer and Communication，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China）

With the trace management platform as the core and retroactive subsystems of the slaughter segment,the wholesale segment,the retail and consumer segment as the support,designs a pork traceability system. The system uses advanced RFID technology,Internet,GPRS and the other modern network communication technology for the tracing means. In accordance with the principles of the relevant laws,constructs a complete information chain of quality traceability on the basis of the development of modern circulation ways. IC card (i.e.,meat circulation service card) as the carrier of information transmission is used for electronic settlement in the transaction of wholesale part,and equips the agricultural product operators with trading electronic scales that can print voucher,the trading information is transmitted through the wireless network. Thus the source of pork products will be traceable,the buyer’s place can be verified and the responsibility shall be investigated.

RFID ；pork traceability ；C/S and B/S mixed development mode

TP399

A

1673-9833(2015)01-0083-05

2014-11-27

鐘 海（1990-），男，湖南岳陽人，湖南工業(yè)大學碩士生，主要研究方向為物聯(lián)網(wǎng)應用，E-mail：445023904@qq.com

10.3969/j.issn.1673-9833.2015.01.015