宋啟祥，芮　凱

1.宿州學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽宿州，234000;

2.安慶師范學(xué)院計(jì)算與信息學(xué)院，安徽安慶，246000

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基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋啟祥1，芮凱2

1.宿州學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽宿州，234000;

2.安慶師范學(xué)院計(jì)算與信息學(xué)院，安徽安慶，246000

摘要：為從源頭上解決蔬菜質(zhì)量安全問題，構(gòu)建了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)蔬菜從種植生產(chǎn)、加工儲(chǔ)運(yùn)到銷售所有環(huán)節(jié)信息的跟蹤與可追溯，解決了蔬菜種植生產(chǎn)源頭上實(shí)施質(zhì)量監(jiān)控和實(shí)現(xiàn)可追溯的問題。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的工作原理，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體框架，構(gòu)建了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由申請(qǐng)與認(rèn)證、蔬菜生產(chǎn)管理和蔬菜質(zhì)量追溯三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)用戶使用過程，給出了系統(tǒng)的使用流程。然后對(duì)系統(tǒng)用到的關(guān)鍵技術(shù)——信息采集、信息編碼和多平臺(tái)追溯進(jìn)行了分析和描述，實(shí)現(xiàn)了蔬菜質(zhì)量安全的追溯和跟蹤功能，從種植、生產(chǎn)、加工、銷售等各環(huán)節(jié)保證了蔬菜的質(zhì)量安全，最后給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的部分效果圖。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；蔬菜質(zhì)量安全；追溯系統(tǒng)

目前，我國生產(chǎn)的蔬菜農(nóng)藥殘留過高，經(jīng)常發(fā)生因食用蔬菜而中毒的事件[1-2]。如何保證蔬菜質(zhì)量安全，讓人們吃上“放心菜”，是當(dāng)前人們共同關(guān)注的問題[3-4]。作為新興的信息網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)為實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)、營銷的跟蹤和追溯提供了技術(shù)支持[5-7]?；谖锫?lián)網(wǎng)的追溯技術(shù)，將二維碼貼到蔬菜上，無論該蔬菜被售到何處，購買者均能利用追溯系統(tǒng)快速查詢蔬菜的產(chǎn)地、生產(chǎn)種植、肥料以及農(nóng)藥的使用原因、時(shí)間等與質(zhì)量相關(guān)的情況，從源頭上對(duì)蔬菜質(zhì)量安全進(jìn)行控制和監(jiān)督[8]。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于蔬菜質(zhì)量安全的追溯具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢，能夠自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速地采集蔬菜生產(chǎn)以及流通各個(gè)環(huán)節(jié)的各種信息，將數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行整合，消費(fèi)者只要通過手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)蔬菜各種信息的查詢。

1物聯(lián)網(wǎng)及其工作原理

物聯(lián)網(wǎng)指的是利用二維碼等信息傳感設(shè)備，遵照指定的規(guī)則，把相關(guān)的全部物品通過互聯(lián)網(wǎng)相互連接起來，實(shí)現(xiàn)信息的交換和相互間的通訊，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新型網(wǎng)絡(luò)[9]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1總體框架設(shè)計(jì)

蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)包括從蔬菜種植到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)。首先采集蔬菜種植、加工、儲(chǔ)運(yùn)、銷售各個(gè)過程的信息；然后將采集到的信息上傳到蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫，并對(duì)其進(jìn)行分類整理；最后消費(fèi)者、監(jiān)管者等通過多追溯平臺(tái)查詢蔬菜的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜種植、加工、儲(chǔ)運(yùn)到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤和追溯，總體框架如圖2所示。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2　總體框架

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要功能模塊：采集追溯信息，用戶申請(qǐng)、注冊(cè)、登錄，管理追溯信息、追溯信息查詢和系統(tǒng)管理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過傳感器節(jié)點(diǎn)及RFID采集蔬菜種植、儲(chǔ)運(yùn)等信息，蔬菜標(biāo)簽上的信息利用閱讀器獲取，然后傳至網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)庫；查詢模塊根據(jù)追溯碼查詢出蔬菜的各種相關(guān)信息。種植管理員、儲(chǔ)運(yùn)管理員等需要通過系統(tǒng)管理模塊注冊(cè)，獲得相應(yīng)權(quán)限之后方可對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行編輯，普通消費(fèi)者無須注冊(cè)即可進(jìn)行查詢。

圖3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1申請(qǐng)與認(rèn)證子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要用于蔬菜種植或儲(chǔ)運(yùn)、銷售等企業(yè)注冊(cè)申請(qǐng)、認(rèn)證、登錄以及這些信息的維護(hù)。企業(yè)在申請(qǐng)時(shí)首先需要輸入本企業(yè)的基本信息，等待農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)管部門審核，審核通過之后獲取一個(gè)賬戶和密碼，具有相應(yīng)的權(quán)限。原則上要求申請(qǐng)使用蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的企業(yè)必須具有一個(gè)唯一的廠商識(shí)別代碼，且該代碼在中國物品編碼中心注冊(cè)通過。

2.2.2蔬菜生產(chǎn)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)用于記錄蔬菜從培育、種植以及生長過程的環(huán)境、使用的化肥、農(nóng)藥一直到成熟采摘過程的所有相關(guān)信息。此階段使用一種標(biāo)識(shí)方式對(duì)采集到的蔬菜信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，通常以蔬菜大棚為單位，批次識(shí)別大棚編號(hào)，記錄各個(gè)批次的整體信息情況。

2.2.3蔬菜質(zhì)量追溯子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可根據(jù)蔬菜上的追溯碼查詢蔬菜的各種相關(guān)信息，包括生產(chǎn)種植、加工運(yùn)輸以及銷售等和蔬菜質(zhì)量安全有關(guān)的信息。為各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)建立統(tǒng)一的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫，建立功能強(qiáng)大、易于操作使用的追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)、監(jiān)管部門以及消費(fèi)者對(duì)蔬菜相關(guān)信息的查詢。可以通過網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、電話和呼叫中心等進(jìn)行追溯查詢。

2.3系統(tǒng)流程

蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計(jì)之初，考慮了種植、生產(chǎn)、加工、運(yùn)銷、儲(chǔ)運(yùn)、批銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)流程如圖4所示。該追溯系統(tǒng)以生產(chǎn)管理為管理平臺(tái)，以蔬菜追溯碼為信息傳遞工具，以蔬菜上的追溯標(biāo)簽為表現(xiàn)形式，以數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為查詢服務(wù)手段，從而完成蔬菜從生產(chǎn)基地、加工儲(chǔ)運(yùn)到銷售市場的整個(gè)過程的質(zhì)量安全追溯，從源頭上保證蔬菜的質(zhì)量安全。

圖4　系統(tǒng)流程

3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1信息采集

信息采集層采集與蔬菜質(zhì)量安全相關(guān)的信息，包括培育、種植、施肥、病歷、用藥、加工、儲(chǔ)運(yùn)以及銷售等信息。溯源系統(tǒng)要追溯跟蹤到蔬菜質(zhì)量安全的各個(gè)具體環(huán)節(jié)，而非對(duì)局部環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和追溯跟蹤。局部信息采集只能得到蔬菜質(zhì)量安全的個(gè)別環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，而無法了解整個(gè)蔬菜質(zhì)量安全的情況，當(dāng)蔬菜出現(xiàn)問題時(shí)，無法進(jìn)行有效的查詢，從而無法實(shí)現(xiàn)從源頭上消除質(zhì)量安全問題。保障蔬菜質(zhì)量安全的工作才能行之有效。

根據(jù)蔬菜生產(chǎn)信息、儲(chǔ)運(yùn)信息、加工信息、銷售信息以及各個(gè)階段的時(shí)間信息，給蔬菜貼上二維碼，通過掃描二維碼就可查詢到蔬菜質(zhì)量安全的所有信息。消費(fèi)者在購買蔬菜后，可以通過各種方式的查詢，清楚看到該蔬菜的產(chǎn)地、加工、物流等信息，如圖5所示。

圖5　信息采集

3.2信息編碼

為了保證蔬菜質(zhì)量安全的完整性，蔬菜上的標(biāo)簽均采用唯一編碼的方式。 編碼包含蔬菜類別碼、生產(chǎn)農(nóng)場標(biāo)識(shí)碼、蔬菜ID碼、銷售地碼、采摘時(shí)間碼、加工時(shí)間碼和序列碼。每棵蔬菜在銷售前均貼上含有該編碼的標(biāo)簽，如圖6所示。

圖6　RFID電子標(biāo)簽編碼

3.3多平臺(tái)追溯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

消費(fèi)者通過手機(jī)、網(wǎng)站、觸摸屏、呼叫中心等輸入唯一的追溯碼，系統(tǒng)根據(jù)追溯查詢表判斷是否為第一次追溯查詢。如果屬于第一次查詢，則將該蔬菜的各種相關(guān)信息反饋給消費(fèi)者，否則，直接傳回追溯時(shí)間、手機(jī)號(hào)或IP地址給消費(fèi)者，達(dá)到既可追溯蔬菜的相關(guān)質(zhì)量信息，又可對(duì)蔬菜產(chǎn)品進(jìn)行真?zhèn)尾樵兊恼J(rèn)證。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)采用B/S的體系結(jié)構(gòu)；Windows Server 2003作為服務(wù)器端操作系統(tǒng)，管理Web站點(diǎn)以及發(fā)布相關(guān)信息，客戶端可以選擇Windows XP及以上各種版本的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)以.net為開發(fā)平臺(tái)，以PHP為開發(fā)工具，以SQL Server2008為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫[10]。在蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中，各個(gè)企業(yè)管理員在登錄該追溯系統(tǒng)時(shí)，先選擇相應(yīng)的用戶類別，然后輸入正確的用戶名和密碼，方能進(jìn)入相應(yīng)的應(yīng)用子系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行編輯和查詢。普通消費(fèi)者用戶可以直接進(jìn)行登錄，但無法進(jìn)行信息的更改，只可查詢。登錄界面如圖7所示。

圖7　登錄界面

購買蔬菜后，消費(fèi)者通過各種讀寫器來獲取追溯信息，如利用手機(jī)掃描等。也可以通過訪問蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，利用條形碼號(hào)碼或蔬菜名稱對(duì)蔬菜的生產(chǎn)種植、加工儲(chǔ)運(yùn)以及銷售等與質(zhì)量安全相關(guān)的信息進(jìn)行追溯查詢，界面如圖8所示。

圖8 查詢界面

只要輸入正確的追溯碼或蔬菜名稱即可得到蔬菜的相關(guān)信息，查詢結(jié)果如圖9所示。

圖9 查詢結(jié)果

5結(jié) 論

目前，很多蔬菜產(chǎn)品出現(xiàn)各種各樣的安全問題，多次出現(xiàn)因食用蔬菜導(dǎo)致中毒的事件。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步興起，為從源頭上跟蹤蔬菜的各種信息提供了有效的方法，從而解決蔬菜質(zhì)量安全問題?；诖耍疚拈_發(fā)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，僅通過蔬菜上的標(biāo)簽信息，消費(fèi)者就可以追溯到蔬菜從種子到包裝出庫、儲(chǔ)運(yùn)、銷售以及各種與質(zhì)量相關(guān)的蔬菜信息，以便人們都能吃上放心安全的蔬菜，從而有效提高企業(yè)的競爭力。

基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，用戶操作界面友好、操作流程簡單，易于計(jì)算機(jī)操作能力較低的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員接受。此外，本系統(tǒng)還具有一定的擴(kuò)展性，追溯系統(tǒng)既可用在蔬菜質(zhì)量安全的追溯，也可用在水產(chǎn)品、畜禽產(chǎn)品、生產(chǎn)投入品等的追溯。本系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品檔案進(jìn)行了規(guī)范化管理，提升了產(chǎn)品的附加值，滿足消費(fèi)者的知情權(quán)，從而提高企業(yè)的聲譽(yù)，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

中圖分類號(hào)：TP391.44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-2006(2016)02-0100-04

作者簡介：宋啟祥(1963-)，安徽宿州人，教授，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

基金項(xiàng)目：安徽省教育廳自然科學(xué)研究產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)項(xiàng)目“基于質(zhì)量安全的蔬菜供應(yīng)鏈可追溯平臺(tái)研究”(KJ2014A247)。

收稿日期：2015-12-06

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2016.02.028