黃友文

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510550）

基于RFID及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的茶葉溯源系統(tǒng)研究

黃友文

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510550）

分析了我國茶葉安全現(xiàn)狀，介紹了物聯(lián)網(wǎng)、溯源系統(tǒng)、射頻識別（RFID）技術(shù)以及茶葉物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，通過RFID及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)，建立基于RFID及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的茶葉溯源系統(tǒng)，以實現(xiàn)對茶葉的規(guī)范和高效管理，為茶葉質(zhì)量安全追溯體系的構(gòu)建提供參考借鑒。

RFID；物聯(lián)網(wǎng)；溯源系統(tǒng)；茶葉；質(zhì)量安全

我國作為世界上最早開發(fā)茶葉的國家，已經(jīng)有五千多年的歷史［1］。很多國家的茶樹栽培方法以及茶葉加工工藝，大部分源自我國。我國的茶葉種植地域廣闊，加工分散，生產(chǎn)的茶葉品質(zhì)參差不齊，缺乏有效的質(zhì)量監(jiān)控體系。茶葉作為一種天然飲品，其質(zhì)量安全越來越受到關(guān)注。近年來，出口茶葉由于農(nóng)藥殘留、重金屬超標(biāo)被歐美拒收的事件頻頻發(fā)生，嚴(yán)重影響了我國茶企的聲譽，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，加強茶葉質(zhì)量監(jiān)管，建立高效、智能化的可溯源監(jiān)控體系對提高茶葉的流通質(zhì)量，促進(jìn)茶葉出口貿(mào)易健康發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1　我國茶葉安全現(xiàn)狀

我國是國際公認(rèn)的世界第一大茶葉生產(chǎn)國，茶葉種植面積與產(chǎn)量在全球位居前列。但是近年來，隨著科技的進(jìn)步，國際檢測標(biāo)準(zhǔn)的提高，我國出口茶葉出現(xiàn)越來越多被退貨的現(xiàn)象，主要原因是由于出口茶葉中農(nóng)藥殘留及重金屬超標(biāo)。影響我國茶葉品質(zhì)的因素主要包括以下幾方面：一是茶葉種植園的土壤沒有得到很好改良，土壤中重金屬如鉛、砷、鎘等含量超標(biāo)，土壤酸化嚴(yán)重，施肥后金屬殘留，汽車尾氣污染，造成茶葉吸收有毒成分；二是茶葉種植園經(jīng)營方管理存在疏漏，茶葉生產(chǎn)過程中施用了農(nóng)藥，卻沒有有效的檢測方法和良好的監(jiān)管；三是茶葉生產(chǎn)加工企業(yè)大多數(shù)規(guī)模較小、設(shè)備簡陋、衛(wèi)生條件差，導(dǎo)致茶葉在加工過程中被有害微生物污染，影響茶葉品質(zhì)。

由于茶葉品質(zhì)越來越受到關(guān)注，國家相關(guān)監(jiān)管部門也相繼出臺了一系列規(guī)章制度以完善市場監(jiān)管體系，如農(nóng)藥使用登記制、茶葉良好農(nóng)業(yè)規(guī)范認(rèn)證（GAP）與關(guān)鍵質(zhì)量控制體系（HACCP）等，這些措施的實施在一定程度上有效控制了茶葉在加工過程中微生物、化學(xué)和物理性的危害［2］。但事實上從整個茶葉的供應(yīng)鏈來看，由于信息不對稱，消費者很難辨別茶葉的質(zhì)量及產(chǎn)地真實信息。在目前的茶葉生產(chǎn)和消費過程中，茶葉產(chǎn)品沒有可追溯系統(tǒng)來追蹤管理，一旦檢測出有質(zhì)量問題很難查找出是哪個環(huán)節(jié)造成的，茶葉緊急召回處理的難度很大。為解決上述存在的問題，需要茶葉監(jiān)管部門不斷加大茶葉行業(yè)的監(jiān)管力度，加強茶葉質(zhì)量安全管理，同時要引入和建立茶葉安全溯源系統(tǒng)。

2　基于射頻識別（RFID）技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)的茶葉溯源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與溯源系統(tǒng)的含義

物聯(lián)網(wǎng)（Internetof things，IOT）概念在上世紀(jì)90年代就被提出，并快速在農(nóng)業(yè)中得到大量應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過多種信息技術(shù)如RFID、全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)和傳感設(shè)備如溫度傳感器等信息設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任意物品與Internet相連起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化、自動化管理的一種網(wǎng)絡(luò)［3］。

物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，它還包含互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的所有資源，兼具互聯(lián)網(wǎng)的所有應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)包括三層意思：首先，互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心和根本；其次，物聯(lián)網(wǎng)還囊括了互聯(lián)網(wǎng)的擴展和延伸；再次，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層能夠?qū)崿F(xiàn)任意物品和物品以及任意物品與用戶之間的信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥物流、智能交通、航空航天和智能家居等多種行業(yè)中。

溯源系統(tǒng)（Traceability system）是在供應(yīng)鏈中，對相應(yīng)的產(chǎn)品關(guān)聯(lián)到的節(jié)點信息進(jìn)行收集，并儲存在系統(tǒng)平臺中，鏈條節(jié)點中的相關(guān)單位或用戶根據(jù)需求可以在信息平臺中查詢。若產(chǎn)品有異常或流通不暢，均可在系統(tǒng)平臺上尋找源頭并快速解決。在解決問題或者召回產(chǎn)品的時候，能夠得到迅速處理，這是該系統(tǒng)存在的根本目的。茶葉溯源系統(tǒng)追蹤茶葉從種植、施肥、采摘、加工直至進(jìn)入流通市場的整個過程，讓進(jìn)入市場的每一泡茶葉，實現(xiàn)“源頭可追溯、流向可跟蹤、信息可查詢、產(chǎn)品可召回”，有助于茶葉質(zhì)量控制及茶葉安全管理。

2.2射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)又稱無線射頻識別技術(shù)，是一種非接觸式自動識別技術(shù)，能夠通過無線信號來完成相關(guān)數(shù)據(jù)的信息獲取，識別指定目標(biāo)。按照無線信號頻率的大小可以分為4種類型：低頻、高頻、超高頻和微波。與條形碼需要人工掃描識別信息最大的不同是，RFID技術(shù)是射頻識別芯片主動讀取信息傳送到RFID讀寫器，然后傳遞到數(shù)據(jù)庫。射頻識別技術(shù)具有迅速掃描、體型輕巧、形狀自由、有極強的抗污能力、耐用性強、綠色環(huán)保、可多次使用、無需接觸的自動識別閱讀能力、龐大的數(shù)據(jù)容納能力等優(yōu)點。因此，射頻識別技術(shù)在產(chǎn)品溯源、商品防偽、門禁安全、綠色交通等方面有著廣泛的應(yīng)用［4］。

2.3茶葉物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

茶葉物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括多種采集技術(shù)，如射頻識別技術(shù)、采集技術(shù)、電子編碼技術(shù)以及無線傳感網(wǎng)等，如表1所示。

3　茶葉供應(yīng)鏈中的溯源系統(tǒng)分析與設(shè)計

3.1茶葉物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

茶葉物聯(lián)網(wǎng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在茶葉生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)中的具體應(yīng)用。茶葉物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架按照功能主要可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用服務(wù)層和用戶層，如圖1所示。

（1）感知層主要包括各類傳感設(shè)備、射頻識別系統(tǒng)（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及二維碼技術(shù)等，負(fù)責(zé)采集各種茶葉信息，包括茶葉生產(chǎn)環(huán)境的光照、溫度、濕度等，實現(xiàn)對“茶葉”相關(guān)信息的識別和采集；在物流運輸及其他環(huán)節(jié)，通過電子標(biāo)簽、RFID讀寫器讀取貨物的電子標(biāo)簽，自動識別和傳輸茶葉的種類、數(shù)量等詳細(xì)信息，實現(xiàn)茶葉從種植到流通全程信息的跟蹤管理。

（2）網(wǎng)絡(luò)層將感知層收集的各種茶葉相關(guān)信息，通過有線或無線方式傳輸?shù)教幚砼c應(yīng)用層；物流運輸過程通過車載設(shè)備，應(yīng)用無線通信網(wǎng)絡(luò)與Internet連接到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實現(xiàn)對茶葉配送及加工信息的全程實時監(jiān)控。

（3）數(shù)據(jù)層將感知層采集到的數(shù)據(jù)信息，例如設(shè)施園藝系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)等，通過網(wǎng)絡(luò)層傳輸分析、歸類并智能整理，通過系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后精細(xì)化管理，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全［5-6］。

表1　茶葉物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)Table 1　Key technology of the internetof things of tea

（4）應(yīng)用服務(wù)層主要包含了用戶與物聯(lián)網(wǎng)的接口，在本體系架構(gòu)中，該層主要包括各類茶葉相關(guān)信息的處理，利用各種移動終端處理、瀏覽茶葉信息，實現(xiàn)智能跟蹤管理。收貨節(jié)點和消費者通過Web或移動通訊網(wǎng)絡(luò)，對茶葉的生產(chǎn)及物流信息展開追溯查詢，了解茶葉種植過程是否符合安全、環(huán)保的要求，辨別加工及物流過程是否符合質(zhì)量安全要求，最終以此作為參考決定是否收貨或者購買，提高茶葉的安全性。

（5）用戶層包括茶葉供應(yīng)鏈涉及到的所有組織和個體，主要有茶農(nóng)、茶葉種植園、茶葉加工企業(yè)、物流運輸企業(yè)、報關(guān)及金融單位、政府監(jiān)管機構(gòu)等，不同用戶對溯源系統(tǒng)有著不同的訪問和使用權(quán)限。供應(yīng)鏈中的各個節(jié)點企業(yè)、機構(gòu)及消費者可以根據(jù)自己的需求，對溯源信息產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)查詢，獲取相關(guān)的服務(wù)。

3.2基于RFID及物聯(lián)網(wǎng)的溯源系統(tǒng)分析與設(shè)計

3.2.1茶葉編碼管理

茶葉溯源系統(tǒng)的核心是編碼與識別。在這個系統(tǒng)中，為每個茶農(nóng)的每個品種的茶葉設(shè)置唯一的溯源碼。不管茶葉是來自哪個產(chǎn)地，都可以清楚地知道茶葉的生長和流通情況，如灌溉和施肥次數(shù)，尤其是施藥次數(shù)及情況的監(jiān)控，茶葉的采收和加工，配送和物流各環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)情況。在溯源系統(tǒng)中，采用EPC電子產(chǎn)品編碼，每個RFID電子標(biāo)簽具有唯一的電子產(chǎn)品編碼。EPD編碼是Auto-ID研究中心為每個物理目標(biāo)分配的唯一的可查詢標(biāo)識碼，用其內(nèi)含的一串?dāng)?shù)字表示茶葉品種、農(nóng)藥監(jiān)測、采摘日期、產(chǎn)地等信息；同時，隨著茶葉在銷售地的轉(zhuǎn)移，這些數(shù)據(jù)可以實時更新，將EPC編碼存入由硅芯片做成的RFID電子標(biāo)簽內(nèi)部并附著在被標(biāo)識的茶葉包裝上［6］。

3.2.2茶葉的數(shù)據(jù)采集

在眾多的采集技術(shù)中，射頻電子標(biāo)簽比條形碼具有更大的儲存容量。工作人員用FRID射頻標(biāo)簽識別芯片實時采集茶葉種植、施肥、施農(nóng)藥、灌溉、田間檢測、采收、加工和物流等各環(huán)節(jié)的相關(guān)信息。

3.2.3標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議

標(biāo)準(zhǔn)主要包括FRID、二維碼標(biāo)準(zhǔn)，可分為以下4類：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、一致性標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。安全溯源信息涉及到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容：商品條碼（GB 12904—2008）、數(shù)據(jù)元、交換格式、信息交換、日期和時間表示法（CB/T 7408—2005）以及數(shù)據(jù)元的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化（GB/T 18391.1—2002）等［3］。

基于物聯(lián)網(wǎng)的溯源系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。除了必須的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議外，還有通用分組無線業(yè)務(wù)通訊協(xié)議。RFID網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種簡單、靈活的閱讀器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可用來在控制器和閱讀器之間傳送狀態(tài)、控制、配置和標(biāo)簽信息。

3.2.4網(wǎng)絡(luò)

基于互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)融合衛(wèi)星網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)、異構(gòu)網(wǎng)，將網(wǎng)關(guān)設(shè)備處的農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)（所有分散的茶葉品種、種植、加工、物流運輸、各相關(guān)節(jié)點機構(gòu)等信息）無障礙、高可靠性、高安全性地傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)器。通過網(wǎng)絡(luò)及XML技術(shù)對數(shù)據(jù)集中存儲、管理，所有數(shù)據(jù)一旦輸入就可以立即查詢。

3.2.5茶葉溯源平臺的建立

在種植茶葉、加工茶葉過程中采用RFID讀寫器采集茶葉相關(guān)數(shù)據(jù)。同時利用溫度傳感器監(jiān)測儲存環(huán)境參數(shù)，利用GPS定位系統(tǒng)、車廂溫濕度檢測設(shè)備及智能箱柜技術(shù)對物流各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，有效保障茶葉在儲運過程中的品質(zhì)，減少損耗［7］。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能手機被廣泛應(yīng)用，各種實時監(jiān)測平臺也逐漸涌現(xiàn)，亟需建立應(yīng)用于手持移動終端的溯源信息平臺。追溯信息不斷豐富及多樣化，通過多平臺快速查詢和獲取多源追溯信息是提高追溯系統(tǒng)的應(yīng)用手段，可以構(gòu)建支持手機信息、移動互聯(lián)網(wǎng)、電話等多種形式的溯源信息系統(tǒng)［8］。

3.2.6溯源基本流程

茶葉溯源流程是對種植茶葉的茶園進(jìn)行規(guī)劃，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對檢測情況進(jìn)行電子記錄，同時通過各種傳感設(shè)備對節(jié)點進(jìn)行管理，建立中心數(shù)據(jù)庫，分析、管理各個節(jié)點的信息，實現(xiàn)對茶葉生產(chǎn)過程的跟蹤和溯源管理，如圖2所示。應(yīng)用RFID及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的溯源系統(tǒng)，可實現(xiàn)產(chǎn)前、產(chǎn)中（加工及流通過程）和產(chǎn)后安全信息的全程電子監(jiān)管，實現(xiàn)種植、生產(chǎn)、物流及配送等各環(huán)節(jié)全程、全方位信息的跟蹤管理。茶葉品種、品質(zhì)、產(chǎn)地信息有據(jù)可查，茶葉進(jìn)口商、零售商、消費者等可通過用戶應(yīng)用層的各種終端設(shè)備（如手機微信平臺使用二維碼掃描，或者登陸網(wǎng)站查詢系統(tǒng)）直接查看各類相關(guān)信息［9-10］。

4　結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)涉及面廣，帶動作用明顯，可以帶來長遠(yuǎn)的經(jīng)濟效益，因此在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究在借鑒同類技術(shù)的基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于茶葉的生產(chǎn)鏈，構(gòu)建了茶葉溯源管理系統(tǒng)。目前國家支持各類溯源系統(tǒng)的推廣，但是由于企業(yè)前期的投資比較大，再加上消費者對國內(nèi)產(chǎn)品的不信任，因此這類系統(tǒng)的建立還需要比較長的一段時間才能完成。建立茶葉以及其他產(chǎn)品的溯源系統(tǒng)，除了要應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的各種核心技術(shù)，還需要建立誠信制度，加大法制建設(shè)，加大對違法違紀(jì)企業(yè)的懲罰力度，讓生產(chǎn)過程透明化，這樣才能切實保證我國茶葉產(chǎn)品的質(zhì)量安全，提高品質(zhì)，促進(jìn)茶產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

［1］姜含春，趙紅鷹，葛偉.中國茶產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析［J］.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（3）：23-28.

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Study on Tea Traceability System Based on FRID and Internet of Things Technology

HUANG You-wen
（Guangzhou VocationalCollegeof Scienceand Technology，Guangzhou 510550，China）

The present situation of the safety of tea in our country was analyzed，and the internet of things（IOT），traceability system，radio frequency identification（RFID）technology，and key technologies of internet of things of tea were introduced.Supply chain data was integrated with RFID and IOT technology，tea traceability system was established based on RFID and IOT technology to realize the standardization and efficientmanagement of tea，in order to provide reference for the construction of traceability system of tea quality safety.

RFID；internet of things；traceability system；tea；quality safety

S571.1

A

10.3969/j.issn.1009－6221.2016.04.020

黃友文（1982—），女，漢族，工程碩士，高級物流師，研究方向：物流管理，農(nóng)產(chǎn)品物流。

2016-06-03