汪力行

（東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

射頻識(shí)別技術(shù)下的產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

汪力行

（東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

在葡萄酒行業(yè)中，如何用客觀的方法評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量一直是一個(gè)棘手的問(wèn)題。射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的出現(xiàn)則提供了一個(gè)方法，可以更有效地管理葡萄酒生產(chǎn)。本項(xiàng)研究提出了一個(gè)基于RFID的質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以監(jiān)控葡萄酒的整個(gè)供應(yīng)鏈。這個(gè)系統(tǒng)可以在葡萄酒投放市場(chǎng)出售之前記錄、處理和管理所有有關(guān)葡萄酒的信息。基于該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本項(xiàng)研究提出了一種結(jié)合k-NN算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方法以對(duì)葡萄酒的最終質(zhì)量進(jìn)行量化。該質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故，減少損失，防止偽造。

射頻識(shí)別；葡萄酒產(chǎn)業(yè)；食品質(zhì)量

0 引言

葡萄酒產(chǎn)業(yè)是一個(gè)擁有幾百年歷史的古老產(chǎn)業(yè)，也正因如此，業(yè)內(nèi)人士在生產(chǎn)葡萄酒和評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量上仍在使用著古老傳統(tǒng)的方法。現(xiàn)在最常見(jiàn)的評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量的方法是通過(guò)專家判斷給出葡萄酒的質(zhì)量評(píng)分。這種傳統(tǒng)方法并不是一個(gè)客觀合理的方法，專家的判斷往往過(guò)于主觀。此外，因?yàn)閷＜页杀咎?，大多?shù)葡萄酒產(chǎn)品質(zhì)量未被評(píng)價(jià)過(guò)，消費(fèi)者通常只能根據(jù)品牌的聲譽(yù)或生產(chǎn)葡萄酒的產(chǎn)地來(lái)判斷其質(zhì)量。許多研究在關(guān)注如何制定有效的葡萄酒質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。一些科學(xué)家試圖通過(guò)分析葡萄酒的成分來(lái)找出為什么有些葡萄酒具有良好的風(fēng)味而有些沒(méi)有。但是葡萄酒的成分是復(fù)雜的，很難找到有相同成分的兩種葡萄酒。還有一些科學(xué)家試圖通過(guò)分析葡萄酒的制造工藝來(lái)評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量，但卻受限于技術(shù)，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到工藝中的每一個(gè)環(huán)節(jié)。隨著RFID技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)供應(yīng)鏈的每一環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變?yōu)榭赡?。同時(shí)，對(duì)制造和運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)還可以有效防止仿造。本項(xiàng)研究的目的是基于RFID技術(shù)設(shè)計(jì)的一種質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)幫助消費(fèi)者更好地了解葡萄酒質(zhì)量。

為了更好的識(shí)別和追蹤產(chǎn)品，條形碼技術(shù)已被用于貨物管理多年。目前，RFID技術(shù)開(kāi)始替代條形碼技術(shù)。RFID是一種新興的技術(shù)，最近幾年越來(lái)越多地應(yīng)用在物流和供應(yīng)鏈管理方面[1]。該技術(shù)使用無(wú)線電來(lái)識(shí)別物體，而不需要光線或物理接觸[2]。相對(duì)于條形碼，RFID能夠確保在快速移動(dòng)中捕獲實(shí)時(shí)信息。此外，RFID提供了更大的數(shù)據(jù)容量和可更改的特性，還能抵御濕度和灰塵[3]。同時(shí)，EPCglobal提出的ePedigree系統(tǒng)使識(shí)別和跟蹤產(chǎn)品更加容易。葡萄酒生產(chǎn)商可以在酒廠安裝傳感器和RFID讀寫(xiě)器，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)被傳送到EPCglobal，在相關(guān)的ePedigree系統(tǒng)中記錄各項(xiàng)生產(chǎn)儲(chǔ)存信息。在葡萄酒集裝箱運(yùn)輸中，則可以應(yīng)用嵌入傳感器和RFID標(biāo)簽來(lái)記錄各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)，例如集裝箱內(nèi)的溫度和濕度。具體細(xì)節(jié)將在第2節(jié)予以介紹。

這項(xiàng)研究的目的是在RFID技術(shù)環(huán)境下開(kāi)發(fā)一種質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)葡萄酒的整條供應(yīng)鏈，從葡萄園中的葡萄到瓶中的葡萄酒，從倉(cāng)庫(kù)到零售商。在這個(gè)過(guò)程中，當(dāng)有異常事件發(fā)生時(shí)，它會(huì)給運(yùn)營(yíng)商警告。該系統(tǒng)的另一個(gè)功能是應(yīng)用k-NN算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)葡萄酒質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)價(jià)結(jié)果提供消費(fèi)者以供參考。

本文的其他部分安排如下：第1節(jié)為關(guān)于RFID應(yīng)用的研究文獻(xiàn)的回顧，以及對(duì)于RFID的系統(tǒng)以及有關(guān)葡萄酒產(chǎn)業(yè)的一些調(diào)查研究。第2節(jié)主要介紹所提出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，接著描述了基于RFID的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及該系統(tǒng)是如何跟蹤監(jiān)測(cè)葡萄酒的供應(yīng)鏈。第3節(jié)主要描述了評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量的方法。最后一節(jié)對(duì)該項(xiàng)研究予以總結(jié)，并討論未來(lái)的工作計(jì)劃。

1 文獻(xiàn)綜述

RFID技術(shù)使用日益廣泛，許多研究人員已經(jīng)為這種新技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)了不同的系統(tǒng)。應(yīng)用RFID和傳感器技術(shù)，Dupuit等人[4]在2007年提出了針對(duì)污水處理廠結(jié)合基于規(guī)則的推理算法，提出了一個(gè)決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)從傳感器中分析數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)污水處理情況，并檢查污水網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生故障。Park等人[5]在2006年提出了一個(gè)集裝箱堆場(chǎng)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)目的是確保集裝箱的安全，以防集裝箱里物體丟失，并追蹤查探集裝箱。Sadek等人[6]在2001年為高速公路交通流量的管理開(kāi)發(fā)出一個(gè)基于案例推理的原型系統(tǒng)。他們的研究結(jié)果表明該原型系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公路交通，并通過(guò)案例庫(kù)自動(dòng)產(chǎn)生高質(zhì)量的解決方案。為了在傳輸中監(jiān)測(cè)集裝箱內(nèi)的產(chǎn)品，Jedermann等人[7]在2006年開(kāi)發(fā)了一種實(shí)時(shí)自助傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)把傳感器和RFID標(biāo)簽分離開(kāi)，因此，系統(tǒng)可以很容易擴(kuò)展連接不同種類的傳感器，以滿足客戶對(duì)特殊環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的要求。Woo等人[8]在2009年提出了一個(gè)對(duì)于產(chǎn)品狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤的系統(tǒng)，甚至當(dāng)產(chǎn)品在一個(gè)盒子或容器中時(shí)，該系統(tǒng)都可以對(duì)其進(jìn)行跟蹤。Abad等人[9]在2009年為追溯食品供應(yīng)鏈和冷鏈監(jiān)測(cè)開(kāi)發(fā)了基于RFID的系統(tǒng)。Huang等人[10]在2009年討論了在制造業(yè)方面基于RFID的無(wú)線技術(shù)。Zhang等人[11]在2010年采用工作流管理作為機(jī)制來(lái)促進(jìn)RFID的實(shí)時(shí)可重構(gòu)制造系統(tǒng)。韓存武等人[12]采用RFID技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)高校設(shè)備管理系統(tǒng)，極大地提高了設(shè)備管理水平。

基于這些以往的調(diào)查研究，本項(xiàng)研究提出了一個(gè)基于RFID的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合RFID和傳感器技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)葡萄酒整條供應(yīng)鏈。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，葡萄酒行業(yè)的特性也要予以考慮。Charters和Pettigrew[13]2007年在他們的葡萄酒行業(yè)的研究中采用定性的方法調(diào)查澳大利亞葡萄酒飲用者關(guān)于葡萄酒質(zhì)量的看法，從而提出了全面的葡萄酒質(zhì)量理念復(fù)雜性的描述。Ferrer等人[14]在2008年關(guān)注釀酒葡萄的收獲，并得出葡萄的質(zhì)量對(duì)葡萄酒質(zhì)量有很大影響的結(jié)論。在他們的文章中，一個(gè)質(zhì)量損失函數(shù)被用于表示相對(duì)于最佳日期過(guò)早或延遲收獲所造成的葡萄酒質(zhì)量的損失程度。Raptis等人[15]在2000年用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究陳年蒸餾酒的分類，發(fā)現(xiàn)釀造桶是主要的影響因素，葡萄酒的香氣和味道是判斷葡萄酒質(zhì)量的主要考慮因素。

FALKEN Secure Networks[16]已經(jīng)開(kāi)發(fā)一個(gè)基于RFID的質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)法國(guó)波爾多地區(qū)葡萄酒公司的要求。該系統(tǒng)可以確保在裝卸、運(yùn)輸、分配中葡萄酒的質(zhì)量可以得到保障。系統(tǒng)有4部分。它可以在成長(zhǎng)收獲季節(jié)跟蹤葡萄園的氣候。在運(yùn)輸過(guò)程中，監(jiān)測(cè)運(yùn)輸車廂內(nèi)的環(huán)境。同時(shí)，葡萄酒的實(shí)時(shí)位置也會(huì)被記錄。此外，它具有追蹤管理釀造桶的作用，為釀酒師提供完整的釀造桶的使用歷史和風(fēng)味介紹。在零售層面，系統(tǒng)能有效防止假冒，幫助餐廳和葡萄酒經(jīng)銷商監(jiān)測(cè)酒的儲(chǔ)備，并管理庫(kù)存。

考慮到葡萄酒行業(yè)的特征，本項(xiàng)研究所提出的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將會(huì)采集了葡萄園氣候信息，車輛位置信息，卡車車廂和倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的環(huán)境等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)算法計(jì)算向用戶顯示葡萄酒質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果。

2 基于RFID的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本節(jié)首先介紹了整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。圖1顯示了基于RFID的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本工作流程。葡萄酒的供應(yīng)鏈可以分為4部分：葡萄種植，酒廠釀造，地窖存貯以及配送。對(duì)每一部分，設(shè)計(jì)不同的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。最后，所有搜集到的數(shù)據(jù)信息組成了一瓶酒的ePedigree電子家譜。相關(guān)信息在之后的質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)中進(jìn)行分析。本節(jié)接下來(lái)會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的每一部分進(jìn)行描述。在之后的第3節(jié)中會(huì)介紹質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)中使用到的算法。

圖1 基于RFID的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig. 1 The design of the RFID-based real time monitoring system

2.1 在葡萄園進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)

毫無(wú)疑問(wèn)，葡萄是影響葡萄酒質(zhì)量的主要因素。如果可能的話，在葡萄園中布置一個(gè)RFID系統(tǒng)可以日夜記錄日照時(shí)間、濕度和溫度等信息。這一步并不是必要的。為了節(jié)省成本，當(dāng)葡萄生產(chǎn)商向酒莊供應(yīng)葡萄時(shí)，他可以告訴酒莊葡萄園所在地，種植以及收獲葡萄的時(shí)間等信息。系統(tǒng)根據(jù)這一批葡萄的生產(chǎn)時(shí)間以及產(chǎn)地，自動(dòng)獲取天氣信息，并將葡萄的品種、生產(chǎn)者信息和噴灑殺蟲(chóng)劑情況記錄在ePedigree中。

信息傳送至將在第3節(jié)介紹的質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)模塊中，質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)將為這批葡萄分配一個(gè)ID。

2.2 釀造中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)

蒸餾在葡萄酒的生產(chǎn)中是很重要的一步，蒸餾的質(zhì)量影響最終葡萄酒的質(zhì)量。新鮮的蒸餾液通常有刺鼻難聞的氣味和尖銳的味道。儲(chǔ)存在橡木桶中多年，對(duì)提高蒸餾液的香氣和味道是很有必要的（Thoukis 1974，Nishimura and Matsuyama 1989）[17-18]。在成熟過(guò)程中，釀造桶是影響蒸餾質(zhì)量的主要因素。RFID被用來(lái)記錄每一個(gè)桶的使用歷史，包括它的風(fēng)味和年限。當(dāng)桶上的RFID標(biāo)簽被讀取時(shí)，蒸餾液的年限可以在系統(tǒng)中被記錄和追溯。在該階段，系統(tǒng)的另一個(gè)功能是對(duì)釀造桶的追蹤。盡管所有的桶看起來(lái)都差不多，但在該系統(tǒng)的幫助下，可以避免誤拿不合適的釀造桶進(jìn)行釀造。

2.3 地窖中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)

葡萄酒在地窖或倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)藏時(shí)，溫度和濕度需要被記錄下來(lái)。由于地窖通常很大，只有一個(gè)溫度或濕度傳感器是不夠的。附有RFID標(biāo)簽的傳感器可以幫助操作者區(qū)分不同位置的傳感器。RFID讀寫(xiě)器也將安裝在地窖中，相關(guān)的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)發(fā)送到后臺(tái)系統(tǒng)中。獲取數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)首先清理數(shù)據(jù)：包括識(shí)別異常值，消除噪音數(shù)據(jù)，消除不一致數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，將進(jìn)入系統(tǒng)的預(yù)警模塊。預(yù)警模塊使用PROLOG語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的規(guī)則推理進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)溫度或濕度超出安全范圍時(shí)，該模塊給出警告以及警告內(nèi)容。

2.4 葡萄酒配送中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)

葡萄酒被配送時(shí)，基于RFID的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)車廂內(nèi)的環(huán)境情況。如圖2所示，系統(tǒng)包括兩部分：RFID和傳感器。RFID部件是由RFID標(biāo)簽和RFID讀寫(xiě)器組成。這一部分向EPCglobal傳送產(chǎn)品信息和配送信息。EPCglobal和全球定位系統(tǒng)的結(jié)合具有追蹤產(chǎn)品到達(dá)不同位置和位置可視化的功能。該信息可以幫助消費(fèi)者檢查葡萄酒是否遵循正確的物流流程。如果在酒的配送過(guò)程中運(yùn)輸鏈的一部分丟失，那么酒也可能出問(wèn)題，從而可以達(dá)到預(yù)防食品安全風(fēng)險(xiǎn)的目的[18]。RFID和傳感器部分可以在車輛中監(jiān)測(cè)車廂內(nèi)環(huán)境。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由RFID和數(shù)個(gè)溫度、振動(dòng)和濕度傳感器連接而成。傳感器通過(guò)GPRS或其他無(wú)線通訊技術(shù)將信息傳送到后臺(tái)系統(tǒng)。位置信息也可以通過(guò)車載GPRS實(shí)時(shí)傳送到后臺(tái)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)被處理后，信息被傳送到前面2.3節(jié)介紹的預(yù)警模塊中。當(dāng)葡萄酒在運(yùn)輸過(guò)程中時(shí)，預(yù)警模塊可以幫助用戶判斷集裝箱內(nèi)的環(huán)境是否符合運(yùn)輸要求。

最后，酒被出售時(shí)，使用RFID讀寫(xiě)器閱讀酒瓶上的RFID標(biāo)簽，整瓶酒的譜系可以從系統(tǒng)中檢索出了。圖3顯示了一瓶葡萄酒的譜系。在下一節(jié)中，質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)所使用的算法將會(huì)被介紹。

3 質(zhì)量評(píng)價(jià)算法

質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為五部分：葡萄質(zhì)量評(píng)價(jià)，蒸餾液質(zhì)量評(píng)價(jià)，貯存質(zhì)量評(píng)價(jià)，配送質(zhì)量評(píng)價(jià)，葡萄酒質(zhì)量評(píng)價(jià)。對(duì)于葡萄質(zhì)量評(píng)價(jià)，輸入是地區(qū)的經(jīng)度、緯度、日照時(shí)間、災(zāi)害情況、殺蟲(chóng)劑和惡劣天氣，輸出是葡萄質(zhì)量評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。對(duì)于蒸餾液質(zhì)量評(píng)價(jià)，輸入是釀造年限、釀造桶的使用情況和釀造桶的年齡，輸出是蒸餾液質(zhì)量評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。對(duì)于貯存質(zhì)量評(píng)價(jià)，輸入是異常溫度和濕度，輸出是貯存質(zhì)量評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。對(duì)于葡萄酒配送的質(zhì)量評(píng)價(jià)，輸入是運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸距離、異常地震度、異常溫度和濕度，輸出是質(zhì)量評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。對(duì)于葡萄酒質(zhì)量評(píng)價(jià)，輸入是葡萄分?jǐn)?shù)、蒸餾液分?jǐn)?shù)、貯存分?jǐn)?shù)和配送分?jǐn)?shù)，輸出是葡萄酒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。系統(tǒng)中評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的范圍是從0到10。

該算法結(jié)合了k-NN算法（Keller等1985年提出）[19]與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使得解決問(wèn)題的能力得到顯著改善和加強(qiáng)。劉幫等[20]就曾成功應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的支持向量回歸機(jī)模型（SVR）量化污水水質(zhì)并

圖2 基于RFID的追蹤和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig. 2 The monitoring system in logistics

圖3 葡萄酒的譜系Fig. 3 An example of identification code in wine industry

其中n是感知器輸入的數(shù)量，step是激活函數(shù)。

步驟3：訓(xùn)練權(quán)重

更新感知器的權(quán)重

其中Δwi（p）是迭代p中的權(quán)重校正。

加權(quán)系數(shù)校正是由增量規(guī)則計(jì)算：

步驟4：迭代

增加一個(gè)迭代p，返回到步驟2，并重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到收斂。

這樣wi就被確定了。

設(shè)ui（x）為未分類x的指定的成員，uij為第j個(gè)向量集的第i個(gè)類的成員。模糊分類器的輸入是成員uij，k-NN算法的數(shù)量和未知分類x的集合W。模糊分類器的輸出是指定成員進(jìn)行預(yù)測(cè)。

本算法的具體描述如下：

W={x1,x2,…xn}是n個(gè)向量的集合，其中每個(gè)向量的元素代表輸入zi的定性測(cè)量，即xi=（w1×z1i，w2×z2i，…，wn×zni），其中wi×zij是一個(gè)坐標(biāo)軸的值，wi是權(quán)重系數(shù)。它的值是根據(jù)具體問(wèn)題決定。一個(gè)簡(jiǎn)單的單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)訓(xùn)練它們的值[21]。

步驟1：初始化

設(shè)置初始權(quán)重wi和臨界值θ為任意值。

步驟2：激活

通過(guò)輸入值z(mì)i（p）和所需的輸出Yd（p）激活感知器。讓P=1迭代計(jì)算實(shí)際輸出。

模糊算法描述如下：

步驟1：選擇k，1≤k≤n

輸入未知數(shù)x

初始化i=1

直到k-NN算法中x被找到，j=1，2，…，n

步驟2：計(jì)算從x到xj的距離

M是一個(gè)p×p的正定矩陣，p是向量xj（j=1，2，…，n）的維數(shù)。當(dāng)M是單位矩陣Ip時(shí)，d是其歐幾里得距離。

步驟3：如果i＜=j，則將xj包含在k-NN集合中；否則，如果xj比任何先前最近鄰結(jié)點(diǎn)更接近x，則刪除k近鄰集中最遠(yuǎn)的，包括k-NN集中的xj。

步驟4：i=i+1

步驟5：初始化i=1 直到（x在所有類中被分配成員）

對(duì)于j=1，2，…，n

步驟6：計(jì)算

4 案例分析

由于葡萄酒的生產(chǎn)往往需要數(shù)年，現(xiàn)實(shí)生活中收集到的數(shù)據(jù)往往不夠系統(tǒng)分析。在這里，用一個(gè)模擬案例來(lái)描述系統(tǒng)的操作步驟。

CLR是波爾多地區(qū)的一個(gè)酒莊，該酒莊每年生產(chǎn)大量的葡萄酒。過(guò)去，酒莊做了很多努力，付出很多錢(qián)來(lái)區(qū)分葡萄酒的品質(zhì)。他們使用傳統(tǒng)的方法即聘請(qǐng)一些專家品嘗葡萄酒，專家會(huì)給葡萄酒做上一個(gè)評(píng)分，評(píng)分幫助酒莊比較葡萄酒的不同批次。然而，該方法是過(guò)于主觀的。另外，不同專家的評(píng)分也很難相互比較。酒莊希望有一個(gè)客觀的方法來(lái)評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量。一個(gè)基于RFID的質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)因此被提出。該系統(tǒng)的操作步驟將在下面的段落中予以描述。酒莊不強(qiáng)制農(nóng)民在葡萄園里安裝基于RFID的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是，當(dāng)農(nóng)民向酒莊出售葡萄時(shí)，他們需要填寫(xiě)如表1那樣的表格。

制造葡萄酒的第一步是蒸餾。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于管理釀造桶。在每個(gè)桶的外部安裝有一個(gè)D2B設(shè)備。設(shè)備是由活性RFID標(biāo)簽和無(wú)線通信終端組成。該RFID標(biāo)簽頻率是433兆赫茲，并且設(shè)備工作在大約40-60米的距離（Kwok等人2008年提出）[22]。當(dāng)員工用RFID閱讀器讀標(biāo)簽時(shí)，如表2所示，他可以獲得釀造桶的當(dāng)前以及歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)員工想拿某一些特定釀造桶時(shí)，他只需點(diǎn)擊手機(jī)上所需的釀造桶，一條無(wú)線消息將會(huì)被傳送到桶，然后，這些桶上被選擇的D2B設(shè)備將會(huì)閃爍，并發(fā)出蜂鳴聲，以獲得員工的注意。蒸餾后，葡萄酒儲(chǔ)存在地窖中，系統(tǒng)可以幫助監(jiān)測(cè)地窖里的濕度和溫度。20個(gè)溫度和濕度傳感器安裝在地窖中，每個(gè)傳感器粘貼一個(gè)RFID標(biāo)簽。標(biāo)簽可以幫助人們識(shí)別傳感器的位置以及區(qū)分各個(gè)傳感器。在這種情況下，安全溫度設(shè)置為13度到17度之間，安全濕度設(shè)置為70%到75%。如果溫度或濕度超出范圍，帶有無(wú)線模塊的傳感器就會(huì)向后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)出警告，該事故將被記錄，如表3所示。在運(yùn)輸過(guò)程中，基于RFID的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在車輛中，如圖4所示。該系統(tǒng)可以提供車輛位置實(shí)時(shí)信息。而且，如表4所示，系統(tǒng)可以在運(yùn)輸過(guò)程中記錄車廂里的環(huán)境情況以幫助人們分析其對(duì)葡萄酒質(zhì)量的影響。

表1 葡萄信息Tab. 1 Infoon about grapes

表2 桶的信息Tab. 2 Information about barrel

表3 酒窖環(huán)境Tab. 3 Information about cellar environment

表4 運(yùn)輸信息Tab. 4 Information about transportation

4個(gè)表中每個(gè)因素都有一個(gè)權(quán)重；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)訓(xùn)練權(quán)重。初始階段，葡萄酒會(huì)被專家評(píng)分，專家給出的評(píng)分則用來(lái)訓(xùn)練權(quán)重。經(jīng)過(guò)多次訓(xùn)練后，權(quán)重值幾乎一致，也就沒(méi)有必要雇專家了。公式（6）被應(yīng)用于計(jì)算葡萄酒被分類到何種程度。

最后，當(dāng)消費(fèi)者想要買一瓶葡萄酒時(shí)，他只需將葡萄酒放在安裝有RFID讀寫(xiě)器的柜臺(tái)上；系統(tǒng)將顯示其質(zhì)量評(píng)分和這瓶酒的ePedigree（電子譜系）。此外，該系統(tǒng)也可以用來(lái)防止偽造。

圖4 基于RFID的追蹤和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig. 4 The monitoring system installed on trucks

5 總結(jié)

為了提高葡萄酒行業(yè)的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，一個(gè)基于RFID技術(shù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。該系統(tǒng)有2個(gè)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和質(zhì)量評(píng)價(jià)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能是監(jiān)測(cè)和管理葡萄酒產(chǎn)品的整個(gè)供應(yīng)鏈。質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的功能是在供應(yīng)鏈每一個(gè)環(huán)節(jié)中評(píng)價(jià)葡萄酒質(zhì)量。質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，應(yīng)用k-NN和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的算法計(jì)算評(píng)分。

在葡萄交給酒廠時(shí)，系統(tǒng)便開(kāi)始工作。質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)根據(jù)天氣和葡萄的地區(qū)信息標(biāo)記葡萄的質(zhì)量等級(jí)。根據(jù)葡萄等級(jí)，生產(chǎn)商可以決定為制造酒投入多少資源和成本。在釀造過(guò)程中，質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)釀造桶予以識(shí)別，可以避免誤用不合適的釀造桶這類的人為錯(cuò)誤。酒窖里的環(huán)境因素也會(huì)被系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。如果發(fā)生任何意外情況，該系統(tǒng)可以及時(shí)給予警告。釀造后，蒸餾的質(zhì)量將通過(guò)評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。如果蒸餾的評(píng)分很高，生產(chǎn)商應(yīng)該更注意釀造和配送環(huán)節(jié)。當(dāng)葡萄酒進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，RFID標(biāo)簽將會(huì)貼在酒瓶上。消費(fèi)者可以掃描標(biāo)簽從系統(tǒng)了解葡萄酒的評(píng)分，并據(jù)此來(lái)選擇葡萄酒。此外，葡萄酒瓶上的RFID標(biāo)簽也為偽造產(chǎn)品的鑒別提供有效工具。

本項(xiàng)研究所提出的系統(tǒng)可以改進(jìn)葡萄酒的供應(yīng)鏈管理，它可以取代現(xiàn)在的主觀和無(wú)效的葡萄酒質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，它可以幫助消費(fèi)者在開(kāi)軟木塞之前了解葡萄酒。此外，現(xiàn)在不同地區(qū)有不同評(píng)價(jià)規(guī)則。該系統(tǒng)旨在建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，幫助人們更方便地了解他們買到的產(chǎn)品的質(zhì)量。

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The Design and Development of a RFID Enabled Quality Evaluation System

WANG Li-xing
(School of Computer Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110000, China)

It is a challenge for evaluation of a product quality in object ways. With the development of radio frequency identifcation (RFID) technology, supply chain management of products becomes effective. This paper frstly introduced how to design a RFID for monitoring everything that happened in the supply chain. Using the data archived by the RFID-based system, a k-nearest neighbor algorithm hybrid with artifcial neural network is proposed. The algorithm can be used for product quality evaluation. Additionally, a case about quality evaluation in wine industry is introduced to illustrate how the system and the algorithm worked. With the help of such a system for quality evaluation, accidents can also be discovered timely, which can reduce losses and prevent counterfeit.

RFID; Wine industry; Food quality evaluation

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.12.007

:WANG Li-xing. The Design and Development of a RFID Enabled Quality Evaluation System [J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(12) : 36-44.

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（71502029），中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（N150404023）資助

汪力行（1984-），女，江西人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：RFID技術(shù)應(yīng)用，決策支持系統(tǒng)，數(shù)據(jù)挖掘等

本文引用格式：汪力行.射頻識(shí)別技術(shù)下的產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（12）：36-44.