於文剛

摘要：為了提高蔬菜質(zhì)量溯源系統(tǒng)信息的實(shí)時性、準(zhǔn)確性和可靠性，本文介紹了無線射頻識別技術(shù)（RFID），提出了基于RFID的蔬菜質(zhì)量溯源系統(tǒng)架構(gòu)，詳細(xì)分析了蔬菜銷售過程的信息流程，設(shè)計了基于RFID的蔬菜質(zhì)量溯源系統(tǒng)。與基于條形碼的系統(tǒng)相比，采用基于RFID的蔬菜質(zhì)量追溯系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)采集過程更智能、速度更快、識別率更高的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：RFID；蔬菜；溯源；系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP79，TN92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：In order to improve the information real-timing、 accuracy and reliability of vegetable quality traceability system， this paper introduces the radio frequency identification technology （RFID）. After that， vegetable quality traceability system architecture is proposed based on RFID， information flow of vegetable sales process is also analyzed in detail， vegetable quality traceability system based on RFID is furtherly designed. Compared with the system based on barcode， the vegetable quality traceability system based on RFID has the advantages such as smarter and faster data collection， as well as higher recognition rate.

Key words：RFID；Vegetables；trace to the source；System；Internet of things

0 引言

隨著人們生活水平逐漸提高，在注重食品營養(yǎng)的今天，人們對蔬菜消費(fèi)需求已逐步由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，不但要求數(shù)量充足、品種齊全，而且更加注重蔬菜的營養(yǎng)成份。圍繞蔬菜安全生產(chǎn)的話題消息也隨即成為全社會參與關(guān)注的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)。

在國外，無線射頻識別技術(shù)（radio frequency identification，RFID）在蔬菜質(zhì)量監(jiān)管領(lǐng)域已然獲得高度重視與廣泛研究[1]。美國加利福尼亞州的Oxnard草莓種植戶早在2006年就安裝了一套由Climate Minder研制的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，用于實(shí)時監(jiān)測草莓的生長過程。這套系統(tǒng)能夠通過采集空氣和土壤的實(shí)時數(shù)據(jù)，自動保持大棚內(nèi)最佳的生長環(huán)境，如噴水、噴霧、調(diào)整溫度等。Mizunuma等[2]通過配置溫室的無線局域網(wǎng)（WLAN）用于監(jiān)測蔬菜的生長，并實(shí)現(xiàn)了生長系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，研究結(jié)果表明這種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠大幅提高生產(chǎn)力并減少人工勞動。

在國內(nèi)的食品安全研究領(lǐng)域，食品識別多數(shù)采用條形碼技術(shù)[3]，RFID技術(shù)應(yīng)用也已于近期迅速成為學(xué)界潮流。蔡文青、梁斌基[4]利用RFID技術(shù)監(jiān)測對奶牛場的原料奶以及奶牛場的管理進(jìn)行監(jiān)測，充分借助于互聯(lián)網(wǎng)溯源管理模式最大程度地成功制止不合格的奶制品進(jìn)入市場。

綜上所述，本文即以RFID技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下蔬菜銷售階段跟蹤追溯系統(tǒng)的基本原理，對其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了分析，并利用RFID標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)蔬菜的跟蹤追溯，從而顯著提升了產(chǎn)品信息采集的準(zhǔn)確性和便利性。

1 RFID技術(shù)介紹

RFID（射頻識別）技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽技術(shù)，不同于條形碼，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多個標(biāo)簽的同時快速讀寫，操作快捷，安全性高，且具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密和存儲、存儲信息可以自行編輯等優(yōu)點(diǎn)[5]。

RFID的基礎(chǔ)組成包括兩部分即軟體與硬體 [6]。其中，電子標(biāo)簽、讀取器與天線屬于硬體部分，而軟體部分包括的則是中間件系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步給出無線射頻技術(shù)的工作原理，具體如圖1所示。

圖1-1 RFID系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

Figure 1-1 Composition structure of RFID system

由圖1可知，將 電子標(biāo)簽置于監(jiān)測對象中，利用無線電波技術(shù)把采集的信息數(shù)據(jù)輸送給讀寫器，再借助于射頻信號的空間耦合技術(shù)，在不接觸的情況下把相關(guān)的數(shù)據(jù)輸送給pc終端的應(yīng)用系統(tǒng)；此后，對傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并最終實(shí)現(xiàn)對信息的有效判定與識別。

2基于RFID的蔬菜質(zhì)量溯源系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 方案設(shè)計

依據(jù)決策支持技術(shù)體系，項(xiàng)目方案的設(shè)計課分為5個層次。實(shí)際過程中，是以實(shí)際需要為基礎(chǔ)，各層次通過有機(jī)互聯(lián)、協(xié)同配合，從而完成蔬菜質(zhì)量管理信息系統(tǒng)的整體構(gòu)建。首先是數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)的設(shè)定，如Web服務(wù)系統(tǒng)；第2個層次是決策支持系統(tǒng)的設(shè)計，其中主要由專家系統(tǒng)、知識庫、數(shù)據(jù)庫以及模型庫系統(tǒng)部分組成；第3個層次是種植應(yīng)用系統(tǒng)，這部分由以下5個因素整合實(shí)現(xiàn)，即4個系統(tǒng)（監(jiān)測、控制、管理以及銷售），一個標(biāo)準(zhǔn)（控制標(biāo)準(zhǔn)）；第4個層次是自動控制與業(yè)務(wù)辦公體系，這部分由HACCP預(yù)警、質(zhì)量溯源這2個系統(tǒng)以及辦公自動化與數(shù)據(jù)交換平臺組成；第5個層次是信息處理與發(fā)布系統(tǒng)，包括了農(nóng)業(yè)科技部門和海關(guān)出口檢疫部門以及病蟲害防疫、質(zhì)量監(jiān)管、質(zhì)量安全溯源等相關(guān)因素，此外還涵蓋有電子商務(wù)平臺。本系統(tǒng)的構(gòu)建研究中是以實(shí)際的需要為基礎(chǔ)，同時融合以B/S、C/S技術(shù)的專業(yè)高效模式，連同這5個層次的智能聯(lián)通結(jié)合，因而能夠?qū)κ卟说倪x種、種植以及田間管理、采摘、儲存、配送等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程可靠監(jiān)測。

2.2 蔬菜生產(chǎn)流通數(shù)字化過程控制

對蔬菜的生產(chǎn)過程以及流通環(huán)節(jié)實(shí)行數(shù)字化控制，其涉及技術(shù)的數(shù)學(xué)模型主要由以下方面組成：1）生長生態(tài)環(huán)境控制工作流模型；2）RFID二維條碼、存儲模型；3）測土配方、農(nóng)藥控制模型；4）HACCP預(yù)警分析模型；5）專家系統(tǒng)診斷推理模型。

2.3蔬菜生產(chǎn)流通全程監(jiān)管專家診斷系統(tǒng)

2.3.1 知識庫管理

知識庫中蘊(yùn)藏著海量豐富信息，包括產(chǎn)品的選購、成本預(yù)算、前期計劃、技術(shù)支持、相關(guān)病蟲害預(yù)防以及應(yīng)對措施、銷售環(huán)節(jié)等全方位的技術(shù)內(nèi)容，并附有生動圖片信息以及真實(shí)案例可供用戶參考使用。并且，知識庫的信息也是實(shí)時更新的，就是要即時補(bǔ)充新的信息和技術(shù)。此外，還設(shè)置有多種形式的智能檢索方式，可為各類用戶群體發(fā)揮客觀規(guī)則效應(yīng)作用。

2.3.2 專家診斷系統(tǒng)

系統(tǒng)運(yùn)行中，可使行業(yè)專家不再為時間和地區(qū)所囿，足不出戶就可以借助現(xiàn)代通訊工具、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等直接指導(dǎo)用戶。相應(yīng)地，用戶也可以把實(shí)際狀況通過語言描述并發(fā)現(xiàn)彩信、視頻等方式與專家最快速度取得聯(lián)系，把信息全面反映給專家，及時發(fā)現(xiàn)問題的原因，并釆取措施，解決問題。如遇困惑疑難也可發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)作用，全球范圍求助，來規(guī)避風(fēng)險，減少損失。

3 基于RFID的蔬菜質(zhì)量溯源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

以淮揚(yáng)菜數(shù)字化農(nóng)場蔬菜質(zhì)量溯源系統(tǒng)為例，完善實(shí)施和示范推廣全方面的蔬菜生產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)與相關(guān)的農(nóng)村科技服務(wù)技術(shù)，借助于現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)對蔬菜的生產(chǎn)過程進(jìn)行全面、有效控制，最大程度地監(jiān)控其安全，同時帶動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升達(dá)到增收的目的，這也將有助于加速農(nóng)村科技信息的普及覆蓋，并最終保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全。

3.1 實(shí)施基礎(chǔ)

3.1.1 確立淮揚(yáng)菜數(shù)字化農(nóng)場蔬菜生長標(biāo)準(zhǔn)體系

建立淮揚(yáng)菜數(shù)字化農(nóng)場蔬菜生長標(biāo)準(zhǔn)體系，再按照蔬菜生長標(biāo)準(zhǔn)和“蔬菜E控”平臺的相關(guān)要求，在每個示范基地中選取3～5個地方品牌蔬菜品種，明確質(zhì)量控制點(diǎn)，并將蔬菜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)體系實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。

3.1.2 農(nóng)戶蔬菜采摘收購終端系統(tǒng)

蔬菜經(jīng)銷商隨身攜帶移動終端系統(tǒng)來到田間進(jìn)行蔬菜的采購，此終端系統(tǒng)可以把農(nóng)產(chǎn)品的資料、數(shù)量以及農(nóng)戶信息等等資料借助于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完整傳遞到公司的終端系統(tǒng)中，并可以打印出電子標(biāo)簽。蔬菜經(jīng)銷商只要把電子標(biāo)簽粘貼在農(nóng)產(chǎn)品的包裝上，就實(shí)現(xiàn)了收購活動。

3.1.3 公司端倉儲加工入庫車間管理系統(tǒng)

利用條碼技術(shù)可以有效、全面地監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲存以及入庫篩選等系列環(huán)節(jié)，并產(chǎn)生電子條碼，在此基礎(chǔ)上又充分利用服務(wù)器、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)就可以全局精準(zhǔn)掌握蔬菜加工的整個過程。

3.1.4 淮揚(yáng)菜數(shù)字化農(nóng)場蔬菜生長、溯源平臺

研究中，淮揚(yáng)菜數(shù)字化農(nóng)場蔬菜生長、溯源服務(wù)體系的建立與設(shè)計，這個體系需要具備信息發(fā)布、專家在線指導(dǎo)以及產(chǎn)品溯源服務(wù)等功能，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者普及最新的農(nóng)產(chǎn)品知識和技術(shù)以及市場供求狀況。該體系使消費(fèi)者能夠?qū)崿F(xiàn)溯源追蹤，只需要利用溯源碼就能夠在系統(tǒng)內(nèi)了解到蔬菜的生產(chǎn)、加工以及配送的全方位信息。就現(xiàn)在的技術(shù)而言，在蔬菜產(chǎn)品的包裝上粘貼二維標(biāo)識安全碼后，向消費(fèi)者提供查詢?nèi)肟?，查詢?nèi)容包括蔬菜的生產(chǎn)情況、質(zhì)量安全、保質(zhì)時間等類別分項(xiàng)，消費(fèi)者利用相關(guān)手機(jī)終端下載“蔬菜E控”平臺溯源系統(tǒng)（手機(jī)終端），就可以完成設(shè)定的查詢工作，消費(fèi)者也可以借助于互聯(lián)網(wǎng)、電話、短信等手段進(jìn)行查詢，甚至利用網(wǎng)絡(luò)還可以得到更為詳細(xì)的蔬菜田塊場景、生產(chǎn)過程圖片等。

3.2 實(shí)現(xiàn)過程

如圖21所示，展現(xiàn)了新鮮蔬菜供應(yīng)鏈流程圖。運(yùn)用電子標(biāo)簽完成數(shù)據(jù)更新，易于操作，過程較為簡單，且在拓展實(shí)現(xiàn)上也具相當(dāng)優(yōu)勢。

3.2.1 生長過程

以淮揚(yáng)菜數(shù)字化農(nóng)場的速凍蔬菜來舉例說明，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行有效地控制，利用傳感技術(shù)對蔬菜的生產(chǎn)環(huán)境，如光、溫度、濕度以及空氣質(zhì)量等等進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，借助于數(shù)據(jù)采集器來完成大棚內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集工作，采集的數(shù)據(jù)有大棚內(nèi)1.5m高度中空氣的濕度和溫度、二氧化碳含量以及蔬菜的光合作用狀況，每10秒進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，每30min存儲一次平均值。建立實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)變化數(shù)據(jù)庫，可據(jù)此發(fā)出蔬菜生產(chǎn)實(shí)時栽培管理指導(dǎo)。根據(jù)光合有效輻射探頭、溫度、濕度和CO2濃度傳感器采集的數(shù)據(jù)可得出作物在生長周期內(nèi)每個時間段的輻射、溫度、濕度和CO2濃度變化圖，如圖3～6所示。

3.2.2 加工過程

由于電子標(biāo)簽?zāi)軌蚣皶r地添加各種信息，就使得在加工環(huán)節(jié)中，工作人員需要依據(jù)一定的規(guī)范對相關(guān)信息進(jìn)行更新，包括時間、地點(diǎn)、包裝材料以及防腐劑的使用狀況等等。過程效果是：消費(fèi)者在購買蔬菜時就可以借助查詢終端具體了解到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程。

3.2.3 儲存過程

也就是智能倉庫技術(shù)的使用。實(shí)現(xiàn)時，是通過電子標(biāo)簽來得到產(chǎn)品的資料，并依據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)把產(chǎn)品儲存在一定的場所。提取產(chǎn)品時，會有對應(yīng)信息自動錄入系統(tǒng)，這一活動可以通過閱讀器來更新電子標(biāo)簽的信息，庫存信息也會隨之發(fā)生聯(lián)動變化，保證信息的及時性與準(zhǔn)確性，盡量減少蔬菜周轉(zhuǎn)次數(shù)、保證蔬菜質(zhì)量。

3.2.4 運(yùn)輸過程

在蔬菜的配送環(huán)節(jié)，選用了GPS定位技術(shù)來實(shí)現(xiàn)蔬菜的定位，可隨時自由獲取蔬菜所在位置。同時也方便了職能部門的檢查，在不破壞包裝的情況下就可以對蔬菜進(jìn)行徹底清查，為蔬菜配送以及緩解交通擁堵現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)便利條件。

3.2.5 銷售過程

在蔬菜銷售的過程中，把電子標(biāo)簽粘貼于蔬菜的包裝上，該系統(tǒng)將對閱讀器進(jìn)行自動操作就可以完成對產(chǎn)品的監(jiān)測與管理，達(dá)到防竊的目的。一些無線射頻技術(shù)標(biāo)簽還擁有監(jiān)控蔬菜有效期的功能。假如某款產(chǎn)品在有效期限內(nèi)還未銷售出去，系統(tǒng)會自動發(fā)出警示信號告知該產(chǎn)品已過期。由此可知，無線射頻技術(shù)就是通過為農(nóng)產(chǎn)品提供獨(dú)一無二的身份識別號碼，從而針對流通到消費(fèi)者手中的蔬菜，切實(shí)保證了其來源的確定性以及產(chǎn)品質(zhì)量的安全性。

4 結(jié)束語

蔬菜的安全生產(chǎn)已成為引發(fā)全社會關(guān)注的民生重點(diǎn)事實(shí)。造成生蔬菜品質(zhì)量問題的主要原因之一是生產(chǎn)企業(yè)還不曾具備全面系統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)督和溯源技術(shù)發(fā)展機(jī)制。因?yàn)槭卟藦纳a(chǎn)到銷售是一個長期的過程，中間還要經(jīng)過加工、運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，其中的每個環(huán)節(jié)以及過程都很難有效地掌控并實(shí)施及時的監(jiān)督檢測，對其完整的信息以及各項(xiàng)指標(biāo)也并未納入妥善、靈活的管理之下。就現(xiàn)在的技術(shù)水平而言，對于企業(yè)蔬菜質(zhì)量實(shí)施數(shù)字化控制在實(shí)現(xiàn)上仍存在一定難度，所以，構(gòu)建與時代發(fā)展相一致的蔬菜安全生產(chǎn)管理與控制體系，對生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)環(huán)境等各方面信息進(jìn)行及時、有效地采集，并做到精確地管理和協(xié)同耦合決策，在企業(yè)的蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)體系中至關(guān)重要。而且，毋庸置疑的是，也必將有利于我國蔬菜在國際市場上競爭力水平的提升，同時進(jìn)一步加強(qiáng)國內(nèi)企業(yè)的整體實(shí)力。

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