趙超越，周樂樂，祁南南，孫航，張友華

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230036)

茶葉溯源防偽預(yù)警平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙超越，周樂樂，祁南南，孫航，張友華

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230036)

基于“標(biāo)準(zhǔn)體系-關(guān)鍵技術(shù)-平臺開發(fā)-應(yīng)用示范”的思路，設(shè)計(jì)了六安瓜片溯源防偽預(yù)警平臺，實(shí)現(xiàn)了六安瓜片從“茶園到茶杯”的全程質(zhì)量追溯監(jiān)管與防偽。該平臺采用B/S架構(gòu)，將六安瓜片在種植、生產(chǎn)、加工、流通等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息化管理，提高了茶園的管理效率，并能夠通過手機(jī)掃描二維碼、追溯平臺等多種方式對六安瓜片生產(chǎn)流通信息進(jìn)行追溯。根據(jù)二階段算法原理，設(shè)置掃描次數(shù)閾值和掃描距離閾值分階段逐步判定，利用二維碼被掃描的次數(shù)與距離實(shí)現(xiàn)對六安瓜片的防偽預(yù)警。平臺的使用有利于信息公開化，提升政府對六安瓜片的監(jiān)管力度，提高六安瓜片茶葉的質(zhì)量，提升六安瓜片的品牌實(shí)力。

六安瓜片；溯源監(jiān)控；防偽；預(yù)警

食品安全不僅涉及到人類最基本權(quán)利的保障，也是關(guān)系一個國家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、社會穩(wěn)定甚至政治穩(wěn)定的重大問題[1]。然而近年來，食品質(zhì)量問題引發(fā)的災(zāi)難卻屢見不鮮[2-3]。

食品安全溯源體系，最早是1997年歐盟為應(yīng)對“瘋牛病”問題而逐步建立并完善起來的食品安全管理制度。為了實(shí)現(xiàn)豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化管理，提高豬肉生產(chǎn)的質(zhì)量和效益，馬從國等人在2007年將可追溯系統(tǒng)應(yīng)用到豬肉的質(zhì)量監(jiān)管方面,實(shí)現(xiàn)了豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)的實(shí)施提高了豬肉生產(chǎn)的質(zhì)量和效益[4]。包先雨等人利用RFID、食品安全檢測和檢測預(yù)警技術(shù)，提出一種供港食品有害物質(zhì)全程溯源與實(shí)時監(jiān)控模型，并給出模型具體功能模塊實(shí)現(xiàn)方法，對食品供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)中產(chǎn)生危害人體健康的有害物質(zhì)進(jìn)行檢測、溯源與監(jiān)控[5]。2008年，中國首個針對出口茶葉質(zhì)量安全監(jiān)控體系制定的國家標(biāo)準(zhǔn)《出口茶葉質(zhì)量安全控制規(guī)范》正式實(shí)施。其中對出口茶葉種植、采摘、加工、檢測、追溯、產(chǎn)品召回等涉及產(chǎn)品質(zhì)量安全控制方面提出質(zhì)量要求。

六安瓜片是我國著名的特種綠茶，產(chǎn)銷歷史悠久，品質(zhì)獨(dú)特優(yōu)異，曾名列全國十大名茶之一，盛極一時[6]。由于產(chǎn)銷體制、名牌缺失、茶園管理不當(dāng)?shù)纫蛩?，六安瓜片的生產(chǎn)及銷售受到多重沖擊，產(chǎn)量、質(zhì)量急劇下降，市場聲譽(yù)受損。為了挽回六安瓜片的聲譽(yù)，本文應(yīng)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、地理信息、視頻監(jiān)控和二維碼等信息技術(shù)，將生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地、投入品、農(nóng)事作業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測檢疫等信息，以及農(nóng)產(chǎn)品加工、儲藏、銷售等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息進(jìn)行有效集成，最后形成六安瓜片溯源防偽預(yù)警平臺，可以實(shí)現(xiàn)對茶葉從“茶園到茶杯”的全程質(zhì)量追溯監(jiān)管與防偽預(yù)警。

1 溯源防偽預(yù)警平臺的設(shè)計(jì)

六安瓜片溯源防偽預(yù)警平臺，在質(zhì)量安全追溯與監(jiān)管平臺關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，通過若干子系統(tǒng)對茶園的核心區(qū)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、茶莊環(huán)境監(jiān)管、茶葉質(zhì)量安全溯源防偽與預(yù)警。

1.1 設(shè)計(jì)理念

六安瓜片的溯源防偽預(yù)警平臺是基于茶葉全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量安全追溯與監(jiān)管平臺關(guān)鍵技術(shù)研究，按照農(nóng)產(chǎn)品“生產(chǎn)有記錄、信息可查詢、流向可跟蹤、責(zé)任可追究、產(chǎn)品可召回、質(zhì)量有保障”的總體要求建立了茶葉質(zhì)量安全追溯防偽體系。一方面，平臺建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯與監(jiān)管體系，開展農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全追溯有利于促使生產(chǎn)者按照農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)從事農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，提高農(nóng)業(yè)企業(yè)的內(nèi)部管理水平，提升產(chǎn)品質(zhì)量安全水平以及品牌形象。另一方面，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系的建立，有利于增強(qiáng)政府部門對農(nóng)業(yè)企業(yè)的監(jiān)管能力，以及對問題農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)現(xiàn)和處置能力，提高對農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管水平，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全責(zé)任的追究，有效預(yù)防農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事件的發(fā)生。

1.2 技術(shù)路線

圖1 平臺技術(shù)路線圖

六安瓜片溯源防偽預(yù)警平臺按照“標(biāo)準(zhǔn)體系-關(guān)鍵技術(shù)-平臺開發(fā)-應(yīng)用示范”思路，針對目前六安瓜片全產(chǎn)業(yè)鏈中存在的信息碎片化、數(shù)據(jù)交換缺乏標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)地生境物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合、加工包裝自動化裝備與平臺無法對接、茶葉質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)共享、大數(shù)據(jù)分析和服務(wù)能力缺乏等問題，重點(diǎn)圍繞六安瓜片全產(chǎn)業(yè)鏈中信息流的整合，打通生產(chǎn)、加工、流通與消費(fèi)的數(shù)據(jù)鏈，保障信息的準(zhǔn)確性、及時性和一致性,開展六安瓜片全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量安全追溯與監(jiān)管信息支撐與服務(wù)體系關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、平臺構(gòu)建以及系統(tǒng)集成應(yīng)用示范，為六安瓜片提供簡便、快捷、可視化的溯源信息服務(wù)以及對問題食品無遺漏及時召回提供技術(shù)保證。利用當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)、地理信息(GIS)、視頻監(jiān)控、二維碼等信息技術(shù)將生產(chǎn)企業(yè)信息、茶葉茶園、生產(chǎn)基地，投入品、農(nóng)事作業(yè)、茶葉質(zhì)量檢測檢疫等信息，以及茶葉加工、儲藏、銷售等茶葉質(zhì)量安全信息進(jìn)行有效集成，實(shí)現(xiàn)對茶葉的全程質(zhì)量安全追溯與監(jiān)管。技術(shù)路線如圖1所示。

1.3 溯源原理

消費(fèi)者可通過掃描產(chǎn)品包裝上的二位碼來獲得產(chǎn)品的詳細(xì)信息，該系統(tǒng)的編碼溯源路線如圖2所示。

圖2 六安瓜片溯源監(jiān)控平臺的溯源編碼路線圖

在茶葉初級生產(chǎn)加工階段，可以記錄茶園基地的基本信息，如茶園基地地理位置、基地負(fù)責(zé)人；記錄茶葉生產(chǎn)加工過程管理信息，如，茶葉除草記錄、修建記錄、施肥施藥記錄、土壤檢測記錄等。通過數(shù)據(jù)庫表關(guān)聯(lián)來得到基地編碼。茶葉加工階段，通過記錄茶葉加工信息、包裝信息、檢測信息、加工企業(yè)信息等來形成加工企業(yè)編碼。批發(fā)商階段，記錄批發(fā)商信息、物流信息、茶葉產(chǎn)品信息來形成批發(fā)商收購碼。在超市階段，記錄超市信息和從收購碼里獲得的信息來形成超市收購碼。最后生成可供消費(fèi)者掃描用的六安瓜片溯源碼。消費(fèi)者可以通過掃描此溯源碼來獲得茶葉從加工到生產(chǎn)、流通方面的主要信息。

1.4 防偽原理

六安瓜片溯源防偽預(yù)警平臺防偽系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)是建立在防偽溯源碼的生成基礎(chǔ)上的。防偽溯源碼是六安瓜片追蹤溯源、防偽預(yù)警的唯一標(biāo)識，是實(shí)現(xiàn)六安瓜片從“茶園到茶杯”整個環(huán)節(jié)信息流通與傳遞的關(guān)鍵。防偽溯源碼具有唯一性、通用性與隨機(jī)性等原則，與六安瓜片防偽網(wǎng)址URL一起，利用具有儲存密度高、糾錯能力強(qiáng)的二維碼技術(shù)，生產(chǎn)最終可供消費(fèi)者掃描的二維碼產(chǎn)品，該防偽溯源碼結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 二維碼編碼結(jié)構(gòu)

防偽網(wǎng)址URL是消費(fèi)者掃描產(chǎn)品二維碼之后跳轉(zhuǎn)到的界面網(wǎng)址，可供消費(fèi)者查看產(chǎn)品信息以驗(yàn)證產(chǎn)品真?zhèn)?。日期代碼和隨機(jī)碼組成生產(chǎn)批次號，用來確保六安瓜片溯源碼的特定性與唯一性。日期代碼是表示該批六安瓜片的二維碼生成日期，隨機(jī)碼是在數(shù)據(jù)庫中查詢具有相同企業(yè)代碼、茶園基地代碼、日期代碼的溯源信息的條數(shù)來進(jìn)行自增產(chǎn)生的，這樣可以保證不同批次的六安瓜片具有不同的溯源碼，也可以通過隨機(jī)碼來統(tǒng)計(jì)同一天產(chǎn)出多少批次的六安瓜片。

1.5 防偽預(yù)警模型

圖4 六安瓜片防偽預(yù)警流程圖

本模型可以依據(jù)數(shù)據(jù)庫中的掃描記錄，獲取掃碼時間、掃碼次數(shù)與掃碼地點(diǎn)經(jīng)緯度3個指標(biāo)數(shù)據(jù)，分析比較掃碼時間、掃碼次數(shù)與掃碼地點(diǎn)之間距離分析六安瓜片假冒偽劣產(chǎn)品發(fā)生的嚴(yán)重程度及范圍，根據(jù)二階段算法的原理，設(shè)置掃描次數(shù)閾值和掃描距離閾值分階段逐步判定，實(shí)現(xiàn)對六安瓜片的防偽預(yù)警。其預(yù)警流程圖如圖4所示。

(1)掃描次數(shù)閾值。

閾值即臨界值，掃描次數(shù)閾值是指產(chǎn)品二維碼被掃描次數(shù)的臨界值，本模型以掃描次數(shù)閾值作為劃分風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)之一。六安瓜片防偽預(yù)警模型將風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警根據(jù)嚴(yán)重程度分為3個等級，分別為：輕度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、中度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和重度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

針對不同等級的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警設(shè)定不同的掃描次數(shù)閾值k，設(shè)定輕度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警掃描次數(shù)閾值k1，中度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警掃描次數(shù)閾值k2，重度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警掃描次數(shù)閾值k3。六安瓜片產(chǎn)品二維碼對應(yīng)的防偽溯源碼初始掃描次數(shù)為0，用戶每掃描一次，掃描次數(shù)加1，對應(yīng)的掃描記錄增1。

分析統(tǒng)計(jì)掃碼數(shù)據(jù)庫中的掃描記錄，獲取產(chǎn)品二維碼的掃描次數(shù)j，將j與各風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級掃描次數(shù)閾值k進(jìn)行比較，j∈[0,k1)，則不做預(yù)警處理；j∈[k1,k2)，對應(yīng)輕度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級；j∈[k2,k3)，對應(yīng)中度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級；j∈[k3,+∞)，對應(yīng)重度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級；之后，進(jìn)行下一步判斷是否進(jìn)行預(yù)警。

(2)掃描距離閾值。

為了避免消費(fèi)者在一定區(qū)域內(nèi)對購買的正品產(chǎn)品進(jìn)行多次掃描，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警處理結(jié)果不準(zhǔn)確的情況，設(shè)置掃描距離閾值s，對于小于一定距離的多次掃描不進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，從而能夠很好地提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的準(zhǔn)確度。掃描距離閾值是產(chǎn)品二維碼被掃描地點(diǎn)之間兩兩距離的臨界值，是獲得最終風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)之一。根據(jù)掃描記錄中掃描地點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，計(jì)算得到掃描地點(diǎn)兩兩之間的距離d。

(1)

其中：H、K表示掃描地點(diǎn)中的任意兩個點(diǎn)；Hw、Kw分別表示H點(diǎn)的緯度、K點(diǎn)的緯度；Hj、Kj分別表示H點(diǎn)的經(jīng)度和K點(diǎn)的經(jīng)度。選出其中的距離最大值dmax與距離閾值s進(jìn)行比較，當(dāng)dmax≥s時進(jìn)行對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級預(yù)警。

2 溯源防偽預(yù)警平臺的實(shí)現(xiàn)

圖5 六安瓜片溯源監(jiān)控平臺系統(tǒng)主界面

本平臺包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)地的地理信息化管理、生產(chǎn)臺賬、原材料收購、加工過程自動賦碼、市場數(shù)據(jù)采集；茶園環(huán)境、茶葉質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)茶葉生產(chǎn)投入品的信息化管理、質(zhì)量安全監(jiān)測預(yù)警信息、產(chǎn)品召回、行政執(zhí)法等；基于二維碼的追溯防偽預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于智能手機(jī)的溯源信息查詢、信息公示與消費(fèi)者投訴等；平臺的后臺管理，實(shí)現(xiàn)分權(quán)限、多用戶、可定制的系統(tǒng)管理與配置。

六安瓜片原產(chǎn)地核心區(qū)茶葉數(shù)字農(nóng)莊系統(tǒng)主要包括原產(chǎn)地核心區(qū)茶莊系統(tǒng)、茶園茶莊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及六安瓜片溯源與防偽預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主界面如圖5所示。

圖6 原產(chǎn)地核心區(qū)茶莊界面

2.1 原產(chǎn)地核心區(qū)茶莊系統(tǒng)

進(jìn)入原產(chǎn)地核心區(qū)茶莊系統(tǒng)，呈現(xiàn)的是一張衛(wèi)星地圖，并重點(diǎn)標(biāo)注了系統(tǒng)中已錄入的迎客松茶葉數(shù)字農(nóng)莊和齊源茶葉數(shù)字農(nóng)莊，如圖6所示。

迎客松茶葉數(shù)字農(nóng)莊和齊源茶葉數(shù)字農(nóng)莊監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 監(jiān)控界面

圖8 茶園茶莊環(huán)境監(jiān)控界面

2.2 茶園茶莊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

茶園茶莊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對園區(qū)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，對錄像進(jìn)行回放，對報(bào)警次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對園區(qū)分區(qū)管理等功能。如圖8所示。

2.3 六安瓜片溯源系統(tǒng)

六安瓜片溯源系統(tǒng)分為溯源流程、溯源碼打印、茶園管理、茶葉字典、臺賬管理、用戶管理及退出系統(tǒng)7個模塊。溯源流程界面如圖9所示。

在溯源碼打印系統(tǒng)中，可以選擇不同品種、包裝、型號的茶葉，點(diǎn)擊確認(rèn)提交按鈕，即可生成溯源碼。

圖9 平臺溯源流程界面

2.4 茶葉溯源防偽預(yù)警系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過掃描二維碼，可以記錄統(tǒng)計(jì)掃碼時間、次數(shù)與掃描地點(diǎn)，能夠查詢掃碼產(chǎn)品的最終銷售信息，對于通過掃碼次數(shù)和計(jì)算不同掃碼地點(diǎn)之間的距離最大值，準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)嘏卸ǘS碼是否被復(fù)制偽造以及復(fù)制偽造嚴(yán)重程度，對復(fù)制偽造程度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)警，并合理地給出相應(yīng)的解決方案，提高基于二維碼的防偽可靠性。利用WEBGIS、衛(wèi)星地圖等技術(shù)將產(chǎn)品二維碼的掃描情況進(jìn)行可視化展示，如圖10所示?？梢钥吹搅补掀菰创a在全國各地的數(shù)量以及相關(guān)預(yù)警信息。

圖10 六安瓜片溯源碼被掃描地點(diǎn)分布

3 結(jié) 語

六安瓜片的溯源防偽預(yù)警平臺集合了多種信息技術(shù)，可以對茶葉從“茶園到茶杯”過程中的茶園基地、茶葉生產(chǎn)、茶葉加工、茶葉流通等進(jìn)行信息化管理，實(shí)現(xiàn)溯源防偽與預(yù)警的統(tǒng)一。

本平臺響應(yīng)國家法規(guī)政策的要求，可以輔助各級政府中心工作；提升政府日常監(jiān)管能力，可有效預(yù)防六安瓜片質(zhì)量安全事件的發(fā)生；協(xié)助政府健全農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全執(zhí)法體系，有效保障產(chǎn)品質(zhì)量；可以解決信息不對稱問題，提高公信力；可以提高六安瓜片品牌化程度，幫助其進(jìn)入高端市場。

本平臺集成了可變數(shù)字印刷的智慧包裝技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和基于GIS的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溯源與防偽的統(tǒng)一，具有技術(shù)創(chuàng)新性。實(shí)施區(qū)域在六安瓜片的核心產(chǎn)區(qū)，平臺對品牌的原產(chǎn)地認(rèn)證保護(hù)實(shí)現(xiàn)了在線化，具有管理創(chuàng)新性。實(shí)現(xiàn)了基于全產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)流程信息化管理，采用農(nóng)戶+大戶+流通+用戶+監(jiān)管方式，平臺具有模式創(chuàng)新性。

[1] 劉婕.淺談HACCP管理體系在食品安全監(jiān)督中的應(yīng)用[J].中國食品添加劑,2015(9):157-160.

[2] 靳明,楊波,趙敏,等.食品安全事件的溢出效應(yīng)與消費(fèi)替代行為研究——以乳制品系列安全事件為例[J].財(cái)經(jīng)論叢,2015(12):77-84.

[3] 靳明,楊波,趙敏.食品安全事件對我國乳制品產(chǎn)業(yè)的沖擊影響與恢復(fù)研究——以“三聚氰胺”等事件為例[J].商業(yè)經(jīng)濟(jì)與管理,2015(12):81-91.

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[5] 包先雨,陳枝楠,李軍,等.供港食品有害物質(zhì)全程溯源與實(shí)時監(jiān)控模型研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,39(5):625-631.

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Design and Implementation of Tea Security Traceability and Early Warning Platform

ZHAO Chaoyue,ZHOU Lele,QI Nannan,SUN Hang,ZHANG Youhua

(Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

In order to achieve tea quality tracking and early warning function during the whole process from tea garden to cup,the security traceability and Early Warning Platform for Lu′an Guapian is designed. The platform adopts the structure of Browser/Server to enable information technology in the periods of cultivation,production,processing,distribution for the efficiency of tea garden management. By scanning QR through cellphone,using traceability platform and other ways,the information of Lu′an Guapian in production and circulation is traced. According to the principle of the two-phase algorithm,the threshold of the scanning frequency and scanning distance is determined gradually. It is proved that the platform can enhance information transparency and improve government supervisory efficiency on the quality and promote brand.

Lu′an Guapian;traceability and monitoring;anti-fake;early warning

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.018

TP302.1

A

1674-5403(2017)03-0069-05

2017-01-13

趙超越(1993-)，女，安徽蚌埠人，在讀碩士研究生，主要從事人工智能及應(yīng)用方面的研究.

2015年安徽省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(15czz03117).