陳益能++方逵++朱幸輝+丁德紅

摘要：大米加工環(huán)節(jié)繁多且工序復(fù)雜，加工信息會(huì)隨著大米加工發(fā)生變動(dòng)，加大了大米加工環(huán)節(jié)準(zhǔn)確采集溯源信息的難度。首先，分析有機(jī)RFID技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)，并結(jié)合大米加工產(chǎn)品溯源的需求，對(duì)在加工系統(tǒng)中應(yīng)用有機(jī)RFID進(jìn)行溯源數(shù)據(jù)采集做了可行性分析；然后在深入研究大米溯源系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合有機(jī)RFID技術(shù)的特點(diǎn)，針對(duì)目前溯源加工系統(tǒng)的不足及其精確度有待提高的要求，將溯源樹(shù)型算法應(yīng)用于大米的加工系統(tǒng)采集大米產(chǎn)品的信息數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，通過(guò)溯源樹(shù)型算法應(yīng)用于大米加工系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)、精確地監(jiān)測(cè)和采集加工廠溯源數(shù)據(jù)，確保了整個(gè)大米供應(yīng)鏈溯源信息的完整性。

關(guān)鍵詞：精確度；溯源；大米；有機(jī)RFID；信息數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)： TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）06-0426-04

收稿日期：2016-01-19

基金項(xiàng)目：廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：KY2015ZD127）；“十二五”國(guó)家科技計(jì)劃課題 （編號(hào)：2013BAD15B02）；賀州學(xué)院課題（編號(hào)：2015ZZSK09）。

作者簡(jiǎn)介：陳益能（1986—），男，湖南郴州人，碩士，講師，主要從事RFID技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究。E-mial：yiengchen@163.com。

通信作者：方逵，博士，教授，主要從事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)研究。E-mail：fk@hunau.net?，F(xiàn)代大米加工的溯源數(shù)據(jù)，不僅僅是指大米拋光、分級(jí)、色選、稱重和打包等碾米環(huán)節(jié)信息，還涵括了大米制成品（如年糕、壽司、米酒、米線等）加工過(guò)程中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)。在大米加工過(guò)程中，隨著大米加工進(jìn)程的改變，加工信息會(huì)跟著發(fā)生變動(dòng)，從而使溯源數(shù)據(jù)發(fā)生改變，加大了在大米加工環(huán)節(jié)準(zhǔn)確采集溯源信息的難度[1]。再者，加工環(huán)節(jié)工序復(fù)雜，無(wú)法具體到大米個(gè)體。因此，人工記錄大米加工信息數(shù)據(jù)的難度系數(shù)高，并且數(shù)據(jù)的記錄也容易出錯(cuò)，致使整個(gè)大米供應(yīng)鏈的溯源系統(tǒng)信息的精確度降低。

隨著無(wú)線射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品食品質(zhì)量安全領(lǐng)域深度的加大，在一定程度上有效地提高了食品溯源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度[2-3]。石峰提出了支持路徑分析的仿真因果追溯分析方法，根據(jù)對(duì)圖模型的概率參數(shù)，分析最可能作用路徑和最主要作用路徑，以獲取更多的信息[4]。錢建平等實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)采收信息、生產(chǎn)信息、包裝信息，構(gòu)建了蔬菜產(chǎn)地追溯精確度提高方案[5]。陳紅琳提出了基于消息/對(duì)話通信機(jī)制的農(nóng)產(chǎn)品追溯算法，構(gòu)建了系統(tǒng)實(shí)體模型，提高了追溯產(chǎn)品的深度和廣度[6]。張頌提出了基于貝葉斯分類決策的數(shù)據(jù)融合算法，通過(guò)樣本相似度檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題數(shù)據(jù)，達(dá)到加快系統(tǒng)決策訓(xùn)練速度的效果，對(duì)追溯生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備故障預(yù)警和質(zhì)量問(wèn)題有一定的作用[7]。李文勇等對(duì)水產(chǎn)品監(jiān)管碼進(jìn)行編碼、壓縮、十進(jìn)制等處理，長(zhǎng)加密生成水產(chǎn)品追溯碼，提出了水產(chǎn)品追溯碼加密算法設(shè)計(jì)與應(yīng)用[8]。本研究利用有機(jī)RFID技術(shù)，以大米加工品為研究對(duì)象，提出將溯源樹(shù)型算法應(yīng)用于大米的加工系統(tǒng)，以提高大米加工環(huán)節(jié)溯源信息的精確度， 確保溯源系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的完整性，為食品質(zhì)量安全追溯的廣泛應(yīng)用提供支撐。

1有機(jī)RFID技術(shù)

1.1有機(jī)RFID技術(shù)與傳統(tǒng)RFID技術(shù)的對(duì)比

目前，RFID技術(shù)可工作于各種惡劣環(huán)境，具有準(zhǔn)確可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用等特點(diǎn)，在交通、航天、票務(wù)、食品等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，是我國(guó)信息化建設(shè)的核心技術(shù)之一[9]。RFID標(biāo)簽被認(rèn)為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一[10]，但RFID標(biāo)簽的高成本卻制約其在食品安全溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用。本研究采用有機(jī)RFID解決了RFID標(biāo)簽高成本問(wèn)題，使RFID技術(shù)可以廣泛地應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)RFID對(duì)比，有機(jī)RFID在加工工藝和材料選取上都有顯著的改進(jìn)。考慮到硅（Si）芯片成本高，有機(jī)RFID標(biāo)簽采用有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）把IC電路制備在便宜的塑料基底上[11]。然后通過(guò)卷對(duì)卷（R2R）印刷的方式，對(duì)有機(jī)RFID標(biāo)簽進(jìn)行批量生產(chǎn)。因此，成功降低RFID標(biāo)簽的高成本，簡(jiǎn)化了RFID標(biāo)簽的工藝流程，使RFID標(biāo)簽大量普及。據(jù)Nature Materials Commentary雜志報(bào)導(dǎo)，全有機(jī)的RFID標(biāo)簽成本將降至每枚0.01～0.02美元[12]。有機(jī)RFID技術(shù)是有機(jī)半導(dǎo)體和RFID技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過(guò)無(wú)線射頻方式獲取識(shí)別目標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的自動(dòng)識(shí)別。其結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)RFID相似，主要由存儲(chǔ)器、控制模塊、射頻模塊和天線等構(gòu)成[13]，如圖1所示。

有機(jī)RFID標(biāo)簽保存了RFID標(biāo)簽易用、適用惡劣條件、準(zhǔn)確性高、抗干擾性強(qiáng)等大部分優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具備二維條碼柔軟、廉價(jià)、片薄等特點(diǎn)。另外，大米產(chǎn)品等農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)營(yíng)周期短，有機(jī)RFID標(biāo)簽具有1年的使用壽命，完全能夠滿足大米產(chǎn)品溯源的需求。

1.2有機(jī)RFID標(biāo)簽的設(shè)計(jì)

綜合有機(jī)RFID標(biāo)簽柔軟、廉價(jià)、抗干擾性強(qiáng)和準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，適用于大米加工環(huán)境惡劣的情況，其編碼采用有機(jī)RFID標(biāo)簽，圖2為有機(jī)RFID標(biāo)簽的樣圖。

利用RFID射頻技術(shù)讀取加工設(shè)備的有機(jī)RFID標(biāo)簽，建立加工設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，精確加工過(guò)程中產(chǎn)品的信息數(shù)據(jù)，為大米溯源體系的完整性提供了保障和基礎(chǔ)。通過(guò)有機(jī)RFID的溯源信息，不僅消費(fèi)者和政府可以準(zhǔn)確地追溯到大米加工信息，而且工廠也可以跟蹤當(dāng)前批次大米產(chǎn)品在加工環(huán)節(jié)的流向，便于更好地控制生產(chǎn)。

2溯源樹(shù)型算法

大米加工環(huán)節(jié)復(fù)雜，加工數(shù)據(jù)的采集無(wú)法具體到大米個(gè)體或者其產(chǎn)品，為了確保溯源信息的準(zhǔn)確性，本研究以加工設(shè)備為單位采集大米加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)。因此，大米加工數(shù)據(jù)的采集的載體是加工設(shè)備上的有機(jī)RFID 標(biāo)簽。為了提高大米加工溯源信息的精確度，根據(jù)有機(jī)RFID技術(shù)的原理和大米加工階段的特點(diǎn)，提出適用于大米加工系統(tǒng)的溯源樹(shù)型算法。

2.1溯源樹(shù)型算法建模

大米產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)諸多加工環(huán)節(jié)，每一加工環(huán)節(jié)又有多道工序，任一工序的加工信息數(shù)據(jù)可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備來(lái)獲得，因此采用溯源樹(shù)型算法以加工設(shè)備為單位對(duì)大米加工信息數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源。加工產(chǎn)品的溯源信息，與所有加工設(shè)備相關(guān)，即與加工設(shè)備的有機(jī)RFID標(biāo)簽載體相關(guān)。對(duì)大米產(chǎn)品進(jìn)行信息溯源，需要追溯產(chǎn)品加工過(guò)程中所有相關(guān)加工設(shè)備的有機(jī)RFID標(biāo)簽。

在大米加工過(guò)程中，加工前需原料進(jìn)入加工設(shè)備，加工后產(chǎn)品會(huì)從加工設(shè)備流出，本研究把該加工設(shè)備操作定義為溯源操作類型：進(jìn)料和出產(chǎn)?？梢钥闯觯庸ば畔⑴c加工設(shè)備的這2個(gè)溯源操作類型一一對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的2條信息記錄。本研究引進(jìn)計(jì)算機(jī)二進(jìn)制表示方法，用2個(gè)位數(shù)表示4種加工設(shè)備的操作類型。規(guī)定：第1個(gè)數(shù)字表示進(jìn)料和出產(chǎn)，第2個(gè)數(shù)字表示加工設(shè)備是否為空。其中，加工設(shè)備有原料進(jìn)入則記“進(jìn)料”為1，加工設(shè)備有產(chǎn)品出產(chǎn)則記為“0”。

11：代表加工設(shè)備進(jìn)料，進(jìn)料前此加工設(shè)備有剩余物品；

10：代表加工設(shè)備進(jìn)料，進(jìn)料前此加工設(shè)備是為空；

01：代表加工設(shè)備出產(chǎn)，出產(chǎn)后此加工設(shè)備仍有剩余物品；

00：代表加工設(shè)備出產(chǎn)，出產(chǎn)后此加工設(shè)備為空。

為了分析溯源樹(shù)型算法，將后一工序加工設(shè)備定義為“后設(shè)備”，把前一道加工工序的設(shè)備定義為“前設(shè)備”。溯源樹(shù)型算法數(shù)據(jù)如表1、表2所示，表中操作類型是加工設(shè)備的狀態(tài)類型。

為了得出溯源樹(shù)型算法模型，本研究定義了3條規(guī)則。根據(jù)這3條規(guī)則，得到溯源樹(shù)型算法模型（圖3）。定義的3條規(guī)則如下：

規(guī)則一：方框代表大米加工環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的設(shè)備，分別以E1，E2，…，En表示。其中，En表示第n個(gè)加工設(shè)備。

規(guī)則二：方框下方的線段代表加工設(shè)備的操作類型。其中，實(shí)線表示加工設(shè)備有物品，而虛線則表示加工設(shè)備為空。

規(guī)則三：大米產(chǎn)品在加工設(shè)備間的移動(dòng)由線段方向箭頭表示，箭頭方向表示大米產(chǎn)品在加工設(shè)備間的移動(dòng)方向。

2.2溯源樹(shù)型算法描述

根據(jù)圖3，設(shè)定如下定義：

定義1：加工設(shè)備集合E={Ei︱i∈n}，其中n代表大米加工階段所有的加工設(shè)備總數(shù)。

定義2：直線集合L={li=Eiu→Ejv，v=u+1}，其意義是2個(gè)相鄰的交點(diǎn)間的線段表示一條直線 。其中i是直線上方的加工設(shè)備編號(hào)，j代表直線上交點(diǎn)個(gè)數(shù)。

定義3：交點(diǎn)集合E={Eiu︱i∈n，u∈m}，其中m代表直線與箭頭線間的交點(diǎn)總數(shù)。例如圖3中Eiu→Ejv表示某大米加工產(chǎn)品Ri移到Rj。

定義4：加工設(shè)備變化操作集合EC={C︱Eiu→Ejv}，任取ECi∈EC，若交點(diǎn)Eiu和Ejv間都是實(shí)線，則ECi∈EC1，反之，ECi∈EC0。

設(shè)置返回值為空的溯源樹(shù)型方法，得出的溯源樹(shù)型算法如圖4所示。

3算法試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1加工設(shè)備的有機(jī)RFID標(biāo)簽編碼

大米加工環(huán)節(jié)以“加工設(shè)備”作為載體記錄大米加工過(guò)程中的溯源信息數(shù)據(jù)?！凹庸ぴO(shè)備”的編碼采用標(biāo)識(shí)碼+工廠碼+流水碼的形式，共14位，如圖5。考慮到大米供應(yīng)鏈

其他過(guò)程中的設(shè)備，以Equipment的第1個(gè)字母E作為標(biāo)識(shí)碼，工廠碼以郵政編碼+3位流水號(hào)，流水碼以4位數(shù)字作為流水碼，共可對(duì)9 999個(gè)“加工設(shè)備”進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

3.2有機(jī)RFID數(shù)據(jù)采集

將加工設(shè)備編號(hào)、操作類型、加工時(shí)間、操作人員等信息數(shù)據(jù)如實(shí)的記錄到手持設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。在SQL2005數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建一個(gè)表值函數(shù)，如圖6所示。根據(jù)溯源樹(shù)型算法，可得出溯源樹(shù)的歷史結(jié)構(gòu)，在得到溯源樹(shù)后，便可得到年糕在任意加工階段所在加工設(shè)備的編號(hào)及操作類型。

3.3結(jié)果與分析

通過(guò)溯源樹(shù)型算法和人工記錄分別采集500組年糕的加工數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類后處理。以人工采集的加工數(shù)據(jù)作為對(duì)比，得出溯源樹(shù)型算法采集信息數(shù)據(jù)的精確度（圖7）。

圖7、圖8分別是截取實(shí)時(shí)采集500組年糕的加工數(shù)據(jù)所需時(shí)間、精確度的曲線圖。結(jié)合年糕加工廠的實(shí)際情況，從圖7可知，采用溯源樹(shù)型算法采集加工數(shù)據(jù)要比人工采集的效率高很多；由圖8可知，隨著年糕產(chǎn)量的增加，采用溯源樹(shù)型算法采集加工數(shù)據(jù)精確度會(huì)有所變化，精確度能夠一直保持在99%以上。對(duì)比測(cè)試結(jié)果，本研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)年糕加工數(shù)

據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的監(jiān)測(cè)和采集。結(jié)果表明，通過(guò)溯源樹(shù)型算法采集大米加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)，不僅有效地節(jié)省了采集時(shí)間，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度。

另外，本研究還從設(shè)備加工時(shí)長(zhǎng)和加工速度對(duì)溯源樹(shù)型算法的影響展開(kāi)了研究，試驗(yàn)的結(jié)果如圖9、圖10所示。圖9表示的是加工時(shí)長(zhǎng)對(duì)溯源算法采集加工數(shù)據(jù)精確度的影響，圖10表示的是加工速度對(duì)溯源算法采集加工數(shù)據(jù)精確度的影響。研究表明，隨著加工時(shí)長(zhǎng)的增長(zhǎng)和加工速度的加快，人工采集加工數(shù)據(jù)的精確度明顯降低；而采用溯源樹(shù)型算法的精確度雖然會(huì)降低，但降低幅度控制在2%內(nèi)，在誤差范圍內(nèi)。

4結(jié)論

采用有機(jī)RFID技術(shù)設(shè)計(jì)大米加工系統(tǒng)，兼有基于傳統(tǒng)RFID技術(shù)溯源系統(tǒng)和基于條形碼溯源系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能，實(shí)

現(xiàn)2個(gè)溯源系統(tǒng)合二為一，具有準(zhǔn)確度高、成本低廉、采集過(guò)程自動(dòng)化、采集速度快、查詢渠道多樣化等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)學(xué)習(xí)和研究樹(shù)型算法，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合遞歸和集合的思想提出溯源樹(shù)型算法，并且將該算法應(yīng)用于大米加工環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集，在一定的程度上提高了大米加工數(shù)據(jù)的精確度，確保了整個(gè)大米供應(yīng)鏈溯源信息的完整性。

通過(guò)實(shí)地試驗(yàn)，將溯源樹(shù)型算法應(yīng)用到年糕加工過(guò)程中，對(duì)比采用溯源樹(shù)型算法和人工記錄采集年糕加工數(shù)據(jù)的精確度曲線，研究表明通過(guò)溯源樹(shù)型算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工廠溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的監(jiān)測(cè)和采集。

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