高　緒，謝菊芳，樊　磊，胡肄農(nóng)，賈偉亞，李　雪

（1西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400716；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南京 210014；3江蘇漣水縣林業(yè)局，江蘇淮安 223400）

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病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全可追溯系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

高緒1，謝菊芳1，樊磊2，胡肄農(nóng)2，賈偉亞3，李雪1

（1西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400716；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南京 210014；3江蘇漣水縣林業(yè)局，江蘇淮安 223400）

摘要：【目的】實(shí)現(xiàn)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛在無害化處理廠和收集點(diǎn)之間流通的安全追溯?！痉椒ā恳圆∷镭i無害化處理運(yùn)輸車輛作為研究對(duì)象，系統(tǒng)總體構(gòu)架由三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)采集層；數(shù)據(jù)采集層采用北斗/GPS雙模用戶機(jī)、溫度傳感器、無線射頻閱讀器、有源電子標(biāo)簽和GPRS無線傳輸模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全可追溯系統(tǒng)（traceability safety system of the transport vehicle for dead pig harmless handling，TSDPHH）運(yùn)輸車輛地理位置信息、車廂溫度信息、消毒點(diǎn)車載有源電子標(biāo)簽信息的采集與傳輸。其中，運(yùn)輸車輛地理位置信息主要使用采集到的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，當(dāng)北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，將GPS導(dǎo)航定位的WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的BJ-45坐標(biāo)系，利用GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)定位，提高運(yùn)輸車輛地理位置信息采集精度；在數(shù)據(jù)處理層實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、修改、儲(chǔ)存等操作；數(shù)據(jù)服務(wù)層主要是給工作人員、監(jiān)控部門提供信息服務(wù)。本系統(tǒng)以Visual Studio 2010為集成開發(fā)環(huán)境，采用C#語言進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，在數(shù)據(jù)庫SQL server 2008中利用SQL語言實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改?！窘Y(jié)果】TSDPHH的功能包括線路安全管理、消毒安全管理、溫度監(jiān)控管理、衛(wèi)生防疫管理和安全預(yù)警管理；利用蟻群算法對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的路徑規(guī)劃進(jìn)行仿真，合理規(guī)避大型養(yǎng)殖廠、人群密集地等規(guī)避區(qū)域，仿真結(jié)果切合實(shí)際，為病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛在指定運(yùn)輸區(qū)域進(jìn)行合理路徑規(guī)劃提供參考。TSDPHH為無害化處理廠的工作人員提供了實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛行走線路監(jiān)測、運(yùn)輸車輛智能調(diào)配、車廂溫度監(jiān)控、車輛信息查詢等管理功能，系統(tǒng)在江蘇省漣水縣病死豬無害化處理廠試點(diǎn)基地進(jìn)行實(shí)地測試，測試表明系統(tǒng)硬件模塊工作穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)丟包率為0.26％，車載有源電子標(biāo)簽識(shí)別誤差率為0.97％；通過運(yùn)輸車輛行走線路ArcGIS監(jiān)控管理功能模塊，對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行連續(xù)2 h行走路線實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且對(duì)溫度監(jiān)控管理、消毒安全管理等功能模塊進(jìn)行測試，系統(tǒng)各個(gè)模塊工作正常，能夠滿足TSDPHH運(yùn)行要求；同時(shí)，通過監(jiān)控客戶端實(shí)現(xiàn)以電話、網(wǎng)絡(luò)、短信的方式為動(dòng)物衛(wèi)生防疫的監(jiān)控管理部門提供服務(wù)，將TSDPHH監(jiān)測數(shù)據(jù)（車輛行走線路、車廂溫度等信息）實(shí)時(shí)推送給監(jiān)管部門，實(shí)現(xiàn)對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛進(jìn)行全方位監(jiān)督管理，保證動(dòng)物衛(wèi)生安全?！窘Y(jié)論】為病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全管理提供了有效手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛實(shí)行全方位監(jiān)督管理，合理規(guī)避動(dòng)物衛(wèi)生安全事件的發(fā)生，并給其他病死豬無害化處理綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)提供了參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：病死豬；無害化處理；車輛監(jiān)控；可追溯系統(tǒng)；無線識(shí)別技術(shù)；北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航

聯(lián)系方式：高緒，Tel：15723278639；E-mail：401701638@qq.com。通信作者謝菊芳，E-mail：xjufang0311@qq.com

0 引言

【研究意義】病死豬無害化處理是畜禽養(yǎng)殖清潔生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。農(nóng)業(yè)部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)病死動(dòng)物無害化處理監(jiān)管工作的通知》中提出，各地畜牧獸醫(yī)部門要扎實(shí)做好病死動(dòng)物無害化處理監(jiān)控管理工作［1-2］。目前，病死豬無害化處理是防止動(dòng)物疫病擴(kuò)散、有效控制和撲滅動(dòng)物疫情、防止病原體擴(kuò)散的重要舉措和最有效方法［3-4］。截至 2014年 6月，中國生豬的存欄量為42 895萬頭，每年因病死的生豬數(shù)量為2 144.75萬頭，如果這類病死豬產(chǎn)品利用不正規(guī)渠道流入市場，不僅給消費(fèi)者身心健康帶來極大的影響，而且對(duì)畜牧市場會(huì)造成很大沖擊［5］。因此，實(shí)現(xiàn)病死豬無害化處理車輛安全追溯體系具有重要意義：一是保證運(yùn)輸安全，規(guī)避動(dòng)物衛(wèi)生安全事件的發(fā)生；二是強(qiáng)化病死豬無害化處理廠的企業(yè)責(zé)任，保障衛(wèi)生安全；三是加強(qiáng)政府監(jiān)管，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)能夠迅速追其根源?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】追溯系統(tǒng)在國外的發(fā)展相對(duì)來講比較完善。起因是1985年英國發(fā)現(xiàn)瘋牛?。˙SE）以來，短短十來年時(shí)間，瘋牛病相繼在法國、德國、愛爾蘭、西班牙、意大利、瑞士、荷蘭和丹麥等 20多個(gè)國家發(fā)生，成為讓全球恐慌的重要?jiǎng)游镆卟。?］。因此，20世紀(jì)90年代，歐盟率先通過管理與動(dòng)物標(biāo)識(shí)的實(shí)施，在肉類企業(yè)和加工業(yè)生產(chǎn)中，采用結(jié)合危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)HACCP（Hazard Analysis Critical Control Point）、良好操作規(guī)范GMP（Good Manufacturing Practice）與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的質(zhì)量保證系列標(biāo)準(zhǔn) ISO 9000 （International Organization For Standardization）規(guī)范的前提下，促進(jìn)食品信息可追溯系統(tǒng)的建立，來提高食品安全性［7］?？勺匪菹到y(tǒng)的定義按照國際食品法典委員會(huì)的一個(gè)特別委員會(huì)的闡述為“食品生產(chǎn)、加工、貿(mào)易各個(gè)階段的信息流的連續(xù)性保障體系”［8］。2002年，美國與加拿大也分別對(duì)食品安全的跟蹤與溯源提出了“生物反恐法案”與“品牌加拿大戰(zhàn)略”［9-10］。2003年7月，歐盟國家正式發(fā)布了食品安全的白皮書，對(duì)肉制品和家禽實(shí)施追溯體系的建立［11］，針對(duì)水產(chǎn)品制定了追溯計(jì)劃［12］。澳大利亞通過牲畜標(biāo)識(shí)計(jì)劃（NLIS），將家畜從出生到屠宰的信息全部保存在數(shù)據(jù)庫中，以實(shí)現(xiàn)家畜產(chǎn)品的全程追溯［13］。韓國國會(huì)于2007年12月公布了牛與牛肉可追溯性法案，對(duì)每一頭牛都要求能夠識(shí)別有全程追溯的 ID號(hào)，實(shí)現(xiàn)牛與牛肉產(chǎn)品的全程追溯［14］。中國與國外相比，在產(chǎn)品追溯上還存在著很大的差距，但是針對(duì)肉制品、水產(chǎn)品、蔬菜、糧油等農(nóng)產(chǎn)品的追溯體系的建立也取得了不少進(jìn)展。2008年北京奧運(yùn)會(huì)舉辦期間，對(duì)奧運(yùn)食品安全實(shí)施全程監(jiān)控和追溯體系建立［15］。2015年9月河北省對(duì)包裝熟肉制品、保健食品、嬰幼兒產(chǎn)品以及酒類商品進(jìn)行電子追溯，建立了河北省食品安全追溯電子平臺(tái)［16］。近年來，陸昌華等［17］利用SQL Server 2000和VB.NET應(yīng)用在豬肉安全生產(chǎn)追溯系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了工廠化豬肉的信息可追溯系統(tǒng)。任守綱等［18］利用RFID與GIS物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)肉制品的跟蹤追溯系統(tǒng)的搭建。楊信廷［19］、錢建平［20］等對(duì)水產(chǎn)品與蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行了追溯溯源管理系統(tǒng)的建立與應(yīng)用?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】運(yùn)輸車輛作為病死豬無害化處理中最為重要的部分。針對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全的追溯與管理可以有效規(guī)避動(dòng)物衛(wèi)生安全事件的發(fā)生，特別是對(duì)畜牧業(yè)大國來說，具有無法替代的作用，但國內(nèi)尚未見病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全追溯方面的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸為主線，通過研究分析整個(gè)過程中車輛安全關(guān)鍵因素，開展跟蹤與追溯關(guān)鍵技術(shù)的研究，構(gòu)建病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全可追溯系統(tǒng)（traceability system for the vehicle safety of dead pig harmless handling，TSDPHH）框架，實(shí)現(xiàn)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的全程信息追溯。

1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

構(gòu)建TSDPHH的框架，從病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛監(jiān)控管理的實(shí)際情況出發(fā)，設(shè)計(jì)運(yùn)輸車輛全程跟蹤與溯源框架。終端采集系統(tǒng)采用北斗/GPS雙模用戶機(jī)、溫度傳感器和GPRS無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)。利用蟻群算法對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛行走路徑進(jìn)行規(guī)劃，合理規(guī)避大型養(yǎng)殖基地，避免所在地區(qū)有動(dòng)物疫情的可能。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

TSDPHH針對(duì)規(guī)?；牟∷镭i無害化處理廠，在運(yùn)輸環(huán)節(jié)中對(duì)車輛的線路、消毒、環(huán)境參數(shù)等各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程的分析，采用HACCP與故障模型效應(yīng)和關(guān)鍵分析（failure mode effect and criticality analysis，F(xiàn)MECA）方法［21-22］，提出病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全的關(guān)鍵要素，設(shè)計(jì)終端采集系統(tǒng)，獲取運(yùn)輸車輛全過程的信息采集、傳輸與保存，構(gòu)建包含線路安全、消毒安全、溫度監(jiān)控、防疫管理和預(yù)警管理等功能的TSDPHH平臺(tái)，除了滿足病死豬無害化處理廠運(yùn)輸車輛內(nèi)部管理與追溯要求外，開發(fā)了基于短信、電話、郵件的安全監(jiān)控管理接口，當(dāng)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛在實(shí)際的運(yùn)輸過程出現(xiàn)行駛線路偏離、不按照指定消毒通道進(jìn)行消毒、車廂溫度較高等違反病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛工作章程的時(shí)候，通過TSDPHH向政府衛(wèi)生防疫部門發(fā)送郵件、短信等提醒，為衛(wèi)生防疫部門對(duì)本地區(qū)病死豬無害處理運(yùn)輸車輛安全運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)督管理提供有效手段。

同時(shí)，該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)采集層3個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集層主要由病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全關(guān)鍵因素指標(biāo)的選取，為實(shí)現(xiàn) TSDPHH提供數(shù)據(jù)支持；數(shù)據(jù)處理層由信息采集、無線傳輸、信息交換以及相關(guān)硬件的開發(fā)，為TSDPHH提供硬件支撐；數(shù)據(jù)服務(wù)層由短信、網(wǎng)絡(luò)、郵件等多種方式為監(jiān)管部門提供病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的安全信息進(jìn)行監(jiān)管與督查服務(wù)。圖1表示系統(tǒng)總體框架。

圖1　病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全可追溯總體框架Fig. 1 System architecture diagram for the vehicle of dead pig harmless hand tracing

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

TSDPHH由線路安全管理、消毒安全管理、溫度監(jiān)控管理、衛(wèi)生防疫管理和安全預(yù)警管理5個(gè)子系統(tǒng)組成。線路安全管理系統(tǒng)主要是對(duì)運(yùn)輸車輛的行走路線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可實(shí)時(shí)查詢追溯歷史數(shù)據(jù)；消毒安全管理系統(tǒng)是病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛在消毒點(diǎn)進(jìn)行消毒監(jiān)控管理數(shù)據(jù)的查詢追溯；溫度監(jiān)控管理系統(tǒng)主要是對(duì)運(yùn)輸車輛車廂內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢；衛(wèi)生防疫管理系統(tǒng)主要是針對(duì)運(yùn)輸車輛及其工作人員按照病死動(dòng)物無害化處理技術(shù)規(guī)范中的要求，對(duì)運(yùn)輸車輛、操作工具和工作人員進(jìn)行檢疫管理，實(shí)時(shí)記錄檢疫記錄，方便以后追溯和查詢；安全預(yù)警管理是針對(duì)運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸過程出現(xiàn)線路偏差、轎廂溫度較高情況下進(jìn)行安全預(yù)警。

2 系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是建立TSDPHH的前端，它是溯源過程信息采集與處理的基礎(chǔ)。

北斗/GPS雙模用戶機(jī)主要是完成運(yùn)輸車輛線路信息的采集，采集運(yùn)輸車輛的位置信息：經(jīng)度、緯度、高度。系統(tǒng)采用UM220-III北斗/GPS雙系統(tǒng)導(dǎo)航授時(shí)模塊，模塊可以提供兩種導(dǎo)航信息。一種是GPS導(dǎo)航定位信息，另一種是北斗導(dǎo)航定位信息，但是兩種導(dǎo)航定位采用的坐標(biāo)系并不相同。北斗導(dǎo)航定位采用是BJ-45坐標(biāo)系，而GPS導(dǎo)航定位采用的WGS-84坐標(biāo)系，將WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)系后，再轉(zhuǎn)化成BJ-45坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)兩種定位算法坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)化，大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)系如公式（1）所示［23-26］。

式中L代表位置所在的經(jīng)度（°）；B代表位置所在的緯度（°）；H代表位置高程（m）；N代表該處的卯酉圈曲率半徑（m），N=α/（1-e2sin2B）1/2；α表示該大地坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)橢球的長半軸（m）；e為第一偏心率。系統(tǒng)采用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為主要導(dǎo)航算法，當(dāng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時(shí)，利用GPS導(dǎo)航定位算法進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)定位。

2.2 路徑規(guī)劃技術(shù)

病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸?shù)倪^程中，根據(jù)當(dāng)前的收集任務(wù)合理規(guī)劃路徑，尋求一條距離近、安全性高的線路進(jìn)行運(yùn)輸，能夠合理的規(guī)避運(yùn)輸車輛的生物安全問題，避免給周圍環(huán)境帶來二次污染。

2.2.1 蟻群算法 路徑規(guī)劃是指在有障礙物的環(huán)境中，按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，尋找一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)無碰撞的路徑。蟻群算法是由意大利學(xué)者Dorigo等觀察到螞蟻在覓食的過程中食物與蟻穴之間的行走線路既不是曲線也不是其他形式，而是幾乎近似的直線，利用這一現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)蟻群擁有較好的路徑尋優(yōu)能力［27-29］。TSDPHH需要運(yùn)輸車輛合理的規(guī)避運(yùn)輸區(qū)域內(nèi)大型的養(yǎng)殖基地，又要選擇最短的運(yùn)輸路徑，適合蟻群算法的基本原理。

2.2.2 路徑規(guī)劃算法分析 病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的路徑規(guī)劃屬于二維路徑規(guī)劃問題，利用MAKLINK圖論建立路徑規(guī)劃的二維空間［30-31］，初始化路徑規(guī)劃采用 Dijkstra算法規(guī)劃出一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的初始路徑，圖上依次通過路徑節(jié)點(diǎn)的一條次優(yōu)路徑。通過Dijkstra算法得到路徑經(jīng)過自由連接線時(shí)，只要通過一組不同的劃分節(jié)點(diǎn)就可以得到一條新的路線，采用蟻群算法需要將工作空間進(jìn)行離散化，由于初始化選擇的自由連接線不同，因此，采用固定距離劃分法，設(shè)定劃分長度，對(duì)每條線路進(jìn)行劃分。蟻群尋優(yōu)尋找路徑參數(shù)集合，使得在空間中得到最短的路徑，假設(shè)有m只螞蟻從起點(diǎn)S出發(fā)到終點(diǎn)T，循環(huán)路徑可以表示為：S→n1j→n2j……ndj→T，其中，ndj代表d條連接線上的第j個(gè)等分點(diǎn)上，在移動(dòng)的過程中，當(dāng)螞蟻選擇下一個(gè)連接點(diǎn)j的方法如式（2）所示：

式中，i為連接線上所有的點(diǎn)的集合，q為 ［0，1］ 區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，q0為［0，1］區(qū)間內(nèi)的可調(diào)參數(shù)；ηi，j為啟發(fā)值，τi，k為信息素。j的計(jì)算方式：首先一次計(jì)算當(dāng)前連接線節(jié)點(diǎn)i到下條連接線節(jié)點(diǎn)j的選擇概率Pij，然后選擇概率Pij，采用輪盤賭法找出下一個(gè)節(jié)點(diǎn) j，其中Pij的計(jì)算公式如式（3）所示。

通過對(duì)實(shí)時(shí)信息素和路徑信息素更新實(shí)現(xiàn)路徑尋優(yōu)的依次迭代，實(shí)時(shí)信息素更新是指每一只螞蟻在選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)后必須對(duì)該節(jié)點(diǎn)的信息素進(jìn)行更新，更新公式如（4）所示。

其中，τ0為信息素的初始值；ρ為［0，1］區(qū)間內(nèi)可調(diào)參數(shù)。當(dāng)所有螞蟻?zhàn)咄陱某跏键c(diǎn)到終點(diǎn)完成依次迭代后，選擇所有螞蟻經(jīng)過最短的一條更新該條路徑上的每一個(gè)點(diǎn)的信息素。按照公式（5）進(jìn)行更新。

其中，L*為最短路徑的長度，ρ為［0，1］區(qū)間內(nèi)可調(diào)參數(shù)。

2.2.3 路徑規(guī)劃算法仿真 首先使用Dijkstra算法生成初始次優(yōu)路徑，其次將運(yùn)輸車輛所走區(qū)域內(nèi)大型養(yǎng)殖場進(jìn)行坐標(biāo)設(shè)置在圖中用紅色填充圖來表示，利用蟻群算法求解全局最優(yōu)路徑，每條鏈路均離散化為10小路段，種群個(gè)體數(shù)為10，個(gè)體長度為6，算法迭代次數(shù)為500次，圖2為規(guī)劃的初始路徑圖，圖3表示蟻群算法適應(yīng)度曲線。

圖2　規(guī)劃初始路徑Fig. 2 The initial path planning

由圖3可知經(jīng)過500次迭代后，輸出最優(yōu)距離值為173.8157 km，具有較好的魯棒性，收斂性較好。

2.3 可追溯系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)

TSDPHH采用 5層軟件管理信息系統(tǒng)的開發(fā)模式，主要可以分成：數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)庫層，業(yè)務(wù)邏輯層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層與操作層組成［13，32-34］，其軟件結(jié)構(gòu)框架如圖4所示。

2.3.1 服務(wù)端的開發(fā)環(huán)境 運(yùn)行平臺(tái)：Windows 7/Windows XP + SQL server 2008 + IIS7.0組成，采用NET Framework 4.0框架。數(shù)據(jù)庫：Microsoft SQLServer 2008。開發(fā)語言：C#。

圖3　蟻群算法適應(yīng)度曲線Fig. 3 Ant colony algorithm fitness curves

圖4　 TSDPHH軟件框架Fig.4 The software framework for the vehicle of dead pig harmless hand tracing

2.3.2 客戶端開發(fā)環(huán)境 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)：Visual studio 2010，NET Framework 4.0框架。開發(fā)語言：C#。

2.3.3 ArcGIS線路顯示 系統(tǒng)利用ArcGIS對(duì)車輛線路的安全追溯進(jìn)行開發(fā)，通過SQL Server 2008進(jìn)行車輛地理位置數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，ArcSDE將地圖數(shù)據(jù)存放在 SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫中，通過 Personal Geodatabase管理，將地圖數(shù)據(jù)通過Shapefile格式存放在文件夾中。地圖的瀏覽、空間查詢、監(jiān)控管理等GIS功能模塊的實(shí)現(xiàn)主要是通過ActiveX DLL工程中實(shí)現(xiàn)，模塊中的小功能點(diǎn)通過類來實(shí)現(xiàn)，可以為各個(gè)功能設(shè)置自己的圖標(biāo)、命名、有效性等，然后將多個(gè)命令集合成接口［35-37］。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)

TSDPHH的數(shù)據(jù)采集軟件是visual Studio 2010系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境下采用C#語言建立Windows窗體應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛地理位置信息、車廂溫度、消毒點(diǎn)消毒信息的讀取、存儲(chǔ)，通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，消毒點(diǎn)消毒數(shù)據(jù)的采集主要是通過在消毒點(diǎn)的消毒通道上安裝射頻無線閱讀器對(duì)車載射頻卡進(jìn)行讀取。GPRS無線傳輸模塊采用濟(jì)南有人物聯(lián)網(wǎng)有限公司生產(chǎn)的 GPRS DTU無線數(shù)傳終端，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)絡(luò)之中擁有公網(wǎng)固定 IP地址的服務(wù)器［38-41］，并且可以通過該模塊實(shí)現(xiàn)車輛安全預(yù)警的通知，通過對(duì)該模塊進(jìn)行AT指令的配置，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛脫離安全軌道、車廂溫度較高等情況時(shí)，自動(dòng)撥號(hào)、發(fā)送短信通知工作人員和監(jiān)管人員。數(shù)據(jù)采集軟件的界面圖如圖 5所示。

圖5　數(shù)據(jù)采集軟件界面Fig. 5 The interface of data acquisition

3.2 ArcGIS實(shí)現(xiàn)

2015年8月15日，在江蘇省淮安市漣水縣病死豬無害化處理廠試點(diǎn)基地進(jìn)行實(shí)地測試，病死豬無害化處理在各個(gè)不同的收集點(diǎn)間流通時(shí)還需要在指定的消毒站進(jìn)行定點(diǎn)消毒（每15 km處設(shè)定一個(gè)消毒點(diǎn)），確保運(yùn)輸車輛的安全，合理規(guī)避污染源。車載終端采集系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星建立通信后，運(yùn)輸車輛以30 km·h-1的速度勻速行前進(jìn)，運(yùn)行線路全程約為65 km，需要經(jīng)過4個(gè)消毒點(diǎn)。系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)設(shè)定采集系統(tǒng)每隔1 min傳輸一次數(shù)據(jù)，連續(xù)監(jiān)測2 h，測試的結(jié)果如表1所示，由表1可知終端采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)丟包率為0.26％。

表1　網(wǎng)絡(luò)丟包率統(tǒng)計(jì)Table 1 PLR values of Beidou

表2　車輛識(shí)別率測試統(tǒng)計(jì)Table 2 test of vehicle identification

從2015年8月15日至2015年8月19日進(jìn)行了連續(xù)5 d的不間斷采集，對(duì)消毒點(diǎn)的車載電子標(biāo)簽的有效識(shí)別率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，車輛電子標(biāo)簽的識(shí)別誤差率為 0.97％，系統(tǒng)識(shí)別率高，穩(wěn)定可靠。

試驗(yàn)表明，終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在連續(xù)2 h的線路監(jiān)測中未出現(xiàn)硬件故障，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠滿足TSDPHH的線路采集的要求；消毒點(diǎn)對(duì)運(yùn)輸車輛可進(jìn)行有效識(shí)別，車輛識(shí)別誤差率低，且系統(tǒng)通信穩(wěn)定可靠。通過 ArcGIS實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛行駛線路的實(shí)時(shí)追溯與預(yù)警，方便監(jiān)管人員對(duì)運(yùn)輸車輛的行駛路線進(jìn)行安全追溯與查詢，車輛運(yùn)行線路如圖6所示。

圖6　車輛運(yùn)輸線路可追溯系統(tǒng)界面Fig. 6 The Vehicle transportation line traceability system

4 討論

4.1 衛(wèi)星導(dǎo)航定位的實(shí)現(xiàn)途徑

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與無線傳輸技術(shù)是 TSDPHH建立的基礎(chǔ)。本研究主要在淮安市漣水縣病死豬無害化處理廠，針對(duì)病死豬無害化處理廠運(yùn)輸車輛在向各個(gè)區(qū)縣以下各個(gè)收集點(diǎn)之間流通過程進(jìn)行安全追溯。本系統(tǒng)采用北斗/GPS雙模用戶機(jī)作為導(dǎo)航定位的數(shù)據(jù)采集裝置，對(duì)運(yùn)輸車輛在流通過程中導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果與單一的GPS定位導(dǎo)航方法相比［24，42-43］，具有明顯的優(yōu)勢。針對(duì)漣水縣城鄉(xiāng)公路導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集上準(zhǔn)確度較高，線路偏離誤差小。本系統(tǒng)在導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸上采用北斗一代衛(wèi)星特有的短報(bào)文通信功能，將導(dǎo)航定位裝置采集到的數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心，通過系統(tǒng)測試，網(wǎng)絡(luò)丟包率僅為 0.26％，系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠。此外，筆者對(duì)前人文獻(xiàn)［12-26］中采用GSM、GPRS無線傳輸方式進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用北斗短報(bào)文通信功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，不受傳統(tǒng)基站的影響，且全天候24 h運(yùn)行，通信穩(wěn)定、可靠。由此可見采用北斗/GPS作為病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的地理位置信息數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置能滿足病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛監(jiān)控的需求，并且系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，也為未來國產(chǎn)化軟件深度開發(fā)及數(shù)據(jù)共享服務(wù)提供可能。

4.2 消毒點(diǎn)識(shí)別的實(shí)現(xiàn)途徑

TSDPHH中車輛的生物安全消毒是至關(guān)重要的一個(gè)部分，本系統(tǒng)研究測試是以漣水縣病死豬無害化處理廠運(yùn)輸車輛到漣水縣內(nèi)最大的商品豬生產(chǎn)廠家康源慕德豬場作為測試線路，沿途需要經(jīng)過 4個(gè)定點(diǎn)消毒站，對(duì)病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛安全可追溯系統(tǒng)中，采用運(yùn)輸車輛指定消毒站定點(diǎn)消毒監(jiān)控與追溯是保證生物安全的重要關(guān)口。本系統(tǒng)在消毒站的消毒通道上安裝無線射頻閱讀器，在運(yùn)輸車輛上放置有源電子標(biāo)簽，對(duì)消毒點(diǎn)運(yùn)輸車輛流通進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果與國內(nèi)采用車牌識(shí)別研究比較［44-45］：前者車牌識(shí)別率為 97％，后者車牌識(shí)別率為 98％，本系統(tǒng)采用的消毒點(diǎn)運(yùn)輸車輛識(shí)別誤差率僅為0.97％。由此可見，利用無線射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)運(yùn)輸車輛在消毒站進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)控，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性較高。

5 結(jié)論

作為病死豬無害化處理中的核心組成部分，病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛的安全問題直接影響到整個(gè)無害化處理工作開展的成效。以病死豬無害化處理運(yùn)輸車輛作為研究對(duì)象，采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、可追溯系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)，建立了全方位、多層次的TSDPHH。本系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)、短信、電話、郵件等多種方式向工作人員、政府衛(wèi)生防疫監(jiān)管部門提供服務(wù)。該系統(tǒng)還利用蟻群算法對(duì)運(yùn)輸區(qū)域內(nèi)合理選擇運(yùn)輸線路與規(guī)避大型養(yǎng)殖基地的情況進(jìn)行仿真，并且可以通過郵件、電話、短信多種手段實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛的預(yù)警管理，規(guī)范了病死豬無害化處理的過程，提高了政府監(jiān)管的監(jiān)督能力，優(yōu)化了管理效率。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

Construction and Application of a Traceability System for the Vehicle Safety of Harmless Handling of Pigs Die of Diseases

GAO Xu1， XIE Ju-fang1， FAN Lei2，HU Yi-nong2， JIA Wei-ya3， LI Xue1
（1School of Engineering and Technology， Southwest University， Chongqing 400716；2Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014；3Lianshui County Forestry Bureau， Huai'an 223400， Jiangsu）

Abstract：【Objective】 The purpose of the study was to trace vehicles for the transport and harmless handling of pigs die ofdiseases from the harmless treatment plant to the circulation of safety traceability between collection points. 【Method】The system takes the transport vehicle for the harmless treatment of dead pigs as the research object. The system frame is designed with a three layer structure： a data service layer， a data processing layer， and a data collection layer. The data collection layer is composed of Beidou/GPS dual mode receiver， a temperature sensor， a wireless radio frequency reader， an active electronic label， and a GPRS wireless transmission module. The study sought to collect the transport vehicle location information， compartment temperature information， and disinfection point vehicle active electronic tag information of the traceability safety system of the transport vehicle for harmless handling of dead pigs， and then transfer this data. The location information of the transport vehicle is mainly gathered by use of the collected data of the Beidou navigation and positioning system. The GPS navigation and positioning data from the WGS-84 coordinate system was converted to the BJ-45 coordinate system of the Beidou navigation and positioning system， and the GPS navigation and positioning system was used to modify the data when the Beidou navigation positioning system data appeared to show a larger deviation， to achieve the purpose of improving the acquisition accuracy of the transport vehicle location information. The data processing layer was implemented to extract， modify， and store the collected data. The data service layer mainly provided information services for the staff and monitoring department. This system was developed by using C# language in a Studio Visual 2010 integration environment and using SQL language to store and modify the data in the database server SQL 2008. 【Result】 The function of the system includes route safety management， disinfection safety management， temperature monitoring， control management， health and epidemic prevention management， and safety pre-warning management. An ant colony algorithm was used to carry out the simulation of transport vehicle path planning for the harmless handling of dead pigs away from large farms， living groups， and other areas in the driving region. The simulation result was realistic， and it provides a reference for transport vehicles for the harmless handling of dead pigs to plan a reasonable path in the designated transport area. The traceability safety system of the transport vehicle for the harmless handling of dead pigs provides management staffs of harmless treatment plants with monitoring of transport vehicles， intelligent allocation of transport vehicles， compartment temperature monitoring， and vehicle information query functions. The system carried out on-site testing in a harmless handling of dead pigs pilot plant in Lianshui County， Jiangsu Province. The result showed that the hardware module of the system runs stably， the network packet loss rate was 0.26％， and the vehicle identification error rate was 0.97％. Through the ArcGIS monitoring and management function module， continuous monitoring of the transport vehicles running routes was done for 2 hours. Testing of the temperature monitoring management function， and the disinfection safety management function showed that each module of the system was working properly， and met the requirements of the traceability safety system of the transport vehicle for the harmless handling of dead pigs. Meanwhile， it can provide services for a monitoring and management department of animal health and epidemic prevention through the monitoring client by means of telephone， network， and short messages. It can also send the monitoring data such as vehicle running route， compartment temperature，and other information to the supervision department in real time to realize the implementation of the comprehensive supervision and management of a transport vehicle for the harmless treatment of dead pigs and ensure animal health and safety. 【Conclusion】This study has provided an effective method off safety management for a transport vehicle for the harmless treatment of dead pigs，accomplished the comprehensive supervision and management of transport vehicle for the harmless treatment of dead pigs， and reasonably avoided the occurrence of animal health and safety incidents. As it provides a reference for other harmless treatment of dead pigs die of diseases integrated management systems， it has practical value.

Key words：dead pig； harmless treatment； vehicle monitoring； traceability system； RFID； Beidou/GPS satellite navigation

收稿日期：2015-10-29；接受日期：2016-03-28

基金項(xiàng)目：國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（200903055）、中央高?；究蒲匈M(fèi)（XDJK2013C107）