胡國強(qiáng)， 李 茵

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)信息工程學(xué)院，陜西楊凌 712100)

天南地北，城市鄉(xiāng)村，很多國人喜歡飲茶，茶葉不僅醒腦，而且能消憂解困，有很好的養(yǎng)生保健功效。近幾年，隨著人們生活水平的不斷提高和健康意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)茶葉的品質(zhì)和安全也有了更高的要求，茶葉類飲品的品質(zhì)和安全受到了各級(jí)政府以及廣大消費(fèi)者的高度關(guān)注，選擇口感好、健康安全的茶成了一種必然趨勢[1-2]。如何保障茶葉質(zhì)量安全，讓消費(fèi)者放心購買茶葉已成為政府和茶企十分關(guān)注的問題。針對(duì)茶葉從種植到銷售過程中出現(xiàn)的質(zhì)量安全問題，如何利用信息技術(shù)進(jìn)行預(yù)警、發(fā)現(xiàn)、追蹤、溯源以保障茶葉的質(zhì)量安全是近年來國內(nèi)外學(xué)者重要的研究方向。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外很多學(xué)者采用食品追溯系統(tǒng)來保障食品安全，就追溯系統(tǒng)而言，蔡勇等采用二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了中藥質(zhì)量可追溯系統(tǒng)[3]；孟猛等基于二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了熱帶水果質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)[4]；劉佳采用二維碼技術(shù)構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)[5]；南潮等將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到豬肉制品追溯系統(tǒng)[6]；鄧明華等設(shè)計(jì)了嵌入式Linux的農(nóng)產(chǎn)品物流智能追溯系統(tǒng)[7]；劉鵬等利用射頻識(shí)別(radio frequency identification，簡稱RFID)實(shí)現(xiàn)了肉牛相關(guān)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)[8-12]；張君繼等利用RFID技術(shù)設(shè)計(jì)了蔬菜溯源終端[13]；白紅武等利用地理信息系統(tǒng)(geographic information system，簡稱GIS)開發(fā)了肉品和生豬追溯系統(tǒng)[14]。國外發(fā)達(dá)國家均開發(fā)了追溯系統(tǒng)并已投入使用，與追溯系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范十分健全。國內(nèi)追溯系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一指導(dǎo)規(guī)范，缺乏便捷的消費(fèi)者參與途徑。隨著帶有近距離無線通信技術(shù)(near field communication，簡稱NFC)功能的智能手機(jī)日益普及，用戶通過智能手機(jī)的NFC功能可以快速便捷地訪問NFC標(biāo)簽中的內(nèi)容，有利于推廣追溯系統(tǒng)。因此，本研究建立基于NFC的茶葉質(zhì)量安全信息可追溯系統(tǒng)，對(duì)茶葉的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管和全方位跟蹤，為相關(guān)部門提供決策依據(jù)。

1 基于NFC的茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的基本情況

1.1 追溯系統(tǒng)實(shí)施原理

從茶葉監(jiān)管部門的角度出發(fā)，質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)須要對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈流程進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)崟r(shí)上傳溯源數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)快速定位出現(xiàn)問題的節(jié)點(diǎn)、企業(yè)以及原因，快速處理消費(fèi)者投訴意見并及時(shí)對(duì)問題產(chǎn)品進(jìn)行召回。從茶葉供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)的角度出發(fā)，追溯系統(tǒng)須要通過NFC系統(tǒng)及時(shí)采集數(shù)據(jù)，并根據(jù)危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)(hazard analysis critical control point，簡稱HACCP)的原理來確定溯源信息[15]，將溯源信息上傳至數(shù)據(jù)庫，追溯系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行整合。從茶葉消費(fèi)者的角度出發(fā)，消費(fèi)者可以通過輸入NFC標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的追溯碼或通過NFC手機(jī)讀取NFC標(biāo)簽進(jìn)行產(chǎn)品溯源，一旦發(fā)現(xiàn)茶葉有質(zhì)量問題，可以聯(lián)系茶葉質(zhì)量監(jiān)管部門進(jìn)行投訴?；谏鲜?種不同的角度考慮，構(gòu)建茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)實(shí)施原理，結(jié)果如圖1所示。

1.2 追溯系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

茶葉供應(yīng)鏈流程可分為茶葉種植企業(yè)、加工企業(yè)、流通企業(yè)和茶葉銷售企業(yè)。茶葉供應(yīng)鏈企業(yè)可通過NFC采集系統(tǒng)寫入和讀取NFC標(biāo)簽信息，同時(shí)將要寫入的信息提交給Savant中間件[16]，信息經(jīng)過Savant處理后，傳送到Internet的對(duì)象名解析服務(wù)(object name service，簡稱ONS)。在Internet上利用ONS找到這個(gè)茶葉產(chǎn)品信息所存儲(chǔ)的位置，通過物理標(biāo)示語言(physical markup language，簡稱PML)服務(wù)器將PML記錄的茶葉產(chǎn)品信息存放到MySQL數(shù)據(jù)庫。茶葉種植企業(yè)記錄的產(chǎn)品信息隨著供應(yīng)鏈條最終傳給茶葉銷售企業(yè)，同時(shí)將寫入NFC標(biāo)簽的信息實(shí)時(shí)上傳到可追溯系統(tǒng)。

追溯系統(tǒng)總體框架可分為企業(yè)管理模塊、茶葉種植信息采集模塊、茶葉加工信息采集模塊、茶葉流通信息采集模塊、茶葉銷售信息采集模塊、Savant中間件以及ONS、PML數(shù)據(jù)庫，具體設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

1.3 追溯系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

可追溯系統(tǒng)采用國際通用的電子產(chǎn)品編碼(electronic product code，簡稱EPC)，供應(yīng)鏈企業(yè)向中國物品編碼中心(article numbering center of china，簡稱ANCC)申請(qǐng)注冊(cè)EPC廠商識(shí)別代碼，確定好標(biāo)頭和廠商識(shí)別代碼后，供應(yīng)鏈企業(yè)可自己設(shè)計(jì)分類代碼和系列號(hào)。本研究的追溯系統(tǒng)主要運(yùn)行于茶葉供應(yīng)鏈企業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，監(jiān)管部門作為系統(tǒng)管理員統(tǒng)一管理可追溯系統(tǒng)，嚴(yán)格控制供應(yīng)鏈企業(yè)的準(zhǔn)入，制定統(tǒng)一操作規(guī)范，方便供應(yīng)鏈各企業(yè)利用各自的采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，方便用戶、供應(yīng)鏈企業(yè)、監(jiān)管部門通過NFC標(biāo)簽或追溯碼及時(shí)獲取茶葉信息?？勺匪菹到y(tǒng)按照功能可劃分為企業(yè)管理、茶葉種植信息采集、茶葉加工信息采集、茶葉流通信息采集、茶葉銷售信息采集五大模塊，具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

1.3.1 企業(yè)管理模塊 企業(yè)管理模塊的主要功能是茶葉質(zhì)量監(jiān)管部門對(duì)茶葉供應(yīng)鏈企業(yè)進(jìn)行管理。加入供應(yīng)鏈的企業(yè)都會(huì)分配EPC廠商識(shí)別代碼，企業(yè)管理模塊直接操作EPC廠商代碼。操作動(dòng)作有增加、刪除、變更，對(duì)審核通過的新加入的企業(yè)執(zhí)行增加操作，對(duì)不符合要求的企業(yè)執(zhí)行刪除操作，對(duì)違反食品安全法的企業(yè)進(jìn)行記錄，情節(jié)特別嚴(yán)重的通知企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品召回。

1.3.2 茶葉種植信息采集模塊 通過NFC讀寫器及時(shí)錄入對(duì)該地塊或該茶葉品種從種植到采收的整個(gè)過程中的信息，如種植時(shí)間、種苗來源、農(nóng)資信息、施肥信息、噴藥信息、采收信息、清茬信息等，重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)藥和化肥的來源、使用量、安全間隔期等影響農(nóng)產(chǎn)品安全的因素，這樣在該茶葉品種完成溯源供應(yīng)鏈的初始環(huán)節(jié)時(shí)，已將所有基本信息儲(chǔ)存在電子標(biāo)簽中[17]。

通過NFC手機(jī)對(duì)茶葉種植信息進(jìn)行采集，不僅提高了采集速度和準(zhǔn)確率，而且為茶葉產(chǎn)品加工提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為茶葉產(chǎn)品的溯源提供源頭數(shù)據(jù)。同時(shí)，把NFC讀寫器采集到的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入茶葉企業(yè)所有種植基地的種植管理數(shù)據(jù)庫中，各個(gè)種植基地的本地?cái)?shù)據(jù)庫通過Internet網(wǎng)絡(luò)定期上傳數(shù)據(jù)到追溯系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。主管部門工作人員以及消費(fèi)者可以通過企業(yè)監(jiān)管模塊與溯源查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉種植環(huán)節(jié)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，從而實(shí)現(xiàn)茶葉的實(shí)時(shí)監(jiān)管和質(zhì)量安全追溯，具體設(shè)計(jì)如圖4所示。

1.3.3 茶葉加工信息采集模塊 茶葉加工企業(yè)從茶葉種植企業(yè)收購茶葉后進(jìn)行加工，加工后轉(zhuǎn)出給茶葉流通企業(yè)將茶葉進(jìn)行倉儲(chǔ)。加工企業(yè)從茶葉種植企業(yè)接收到帶有NFC標(biāo)簽的茶葉，讀取NFC標(biāo)簽中的內(nèi)容，并將加工信息寫入標(biāo)簽，形成最終的產(chǎn)品追溯碼，同時(shí)將信息上傳至茶葉加工信息數(shù)據(jù)庫。主要采集的信息有茶葉加工企業(yè)信息、轉(zhuǎn)入信息、加工信息、產(chǎn)品信息、產(chǎn)品追溯碼和轉(zhuǎn)出信息。

1.3.4 茶葉流通信息采集模塊 由于茶葉具有吸附性強(qiáng)的特性，因而對(duì)倉儲(chǔ)環(huán)境要求較高。茶葉產(chǎn)品入庫前，利用NFC手機(jī)讀取NFC標(biāo)簽來獲取其保存的追溯條碼，并自動(dòng)上傳至茶葉流通管理數(shù)據(jù)庫，記錄轉(zhuǎn)入信息和倉庫溫濕度信息。

茶葉產(chǎn)品在出庫前，利用NFC系統(tǒng)記錄茶葉的出庫時(shí)間等信息，并上傳到茶葉流通管理數(shù)據(jù)庫。茶葉在運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，利用NFC標(biāo)簽可以實(shí)現(xiàn)在途貨物的監(jiān)控、跟蹤及口岸檢查。將NFC識(shí)別技術(shù)和全球定位系統(tǒng)(global positioning system，簡稱GPS)結(jié)合起來，可實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和跟蹤[18]，并將運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的信息通過車載無線模塊上傳至茶葉流通管理數(shù)據(jù)庫，整個(gè)模塊設(shè)計(jì)如圖5所示。

1.3.5 茶葉銷售信息采集模塊 茶葉銷售企業(yè)在銷售茶葉的過程中，先將銷售信息如銷售商、部門等信息寫入NFC標(biāo)簽，再將銷售企業(yè)信息、轉(zhuǎn)入信息和銷售信息上傳到茶葉銷售數(shù)據(jù)庫。

2 茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

追溯系統(tǒng)的開發(fā)使用ThinkPHP的策略模式，此模式將所有行為函數(shù)封裝到接口中，并將某些模塊特有的行為封裝到抽象類中。當(dāng)系統(tǒng)模塊有多種策略可以選擇時(shí)，可根據(jù)不同的情況選擇不同的策略(算法)即調(diào)用不同的接口或抽象類，不用修改使用策略的中間模塊來隨意地改變策略。策略模式可以有效避免使用多重條件轉(zhuǎn)移語句或代碼重復(fù)，提高編程效率。

追溯系統(tǒng)基于流行的LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)架構(gòu)開發(fā)，此架構(gòu)由Linux CentOS 7.0操作系統(tǒng)、Apache 2.4網(wǎng)頁服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和ThinkPHP V5.0程序框架組成[19]。LAMP架構(gòu)與Java/J2EE架構(gòu)相比，LAMP具有資源豐富、安全、快速開發(fā)等特點(diǎn)，與微軟的 .NET相比，LAMP具有通用、跨平臺(tái)、高性能的優(yōu)勢[20]。因此，本研究采用LAMP對(duì)追溯系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，具體設(shè)計(jì)如圖6所示。

廣大茶葉消費(fèi)者通過瀏覽器訪問Apache服務(wù)器后進(jìn)入輸入茶葉追溯碼頁面，輸入追溯碼后可以追溯購買的茶葉供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的信息。如果碰到質(zhì)量問題可以在線投訴，監(jiān)管部門以管理員的身份登錄進(jìn)追溯系統(tǒng)及時(shí)處理投訴信息。

MySQL數(shù)據(jù)庫由管理數(shù)據(jù)庫、茶葉種植數(shù)據(jù)庫、茶葉加工數(shù)據(jù)庫、茶葉流通數(shù)據(jù)庫、茶葉銷售數(shù)據(jù)庫組成，管理員可以通過結(jié)構(gòu)化查詢語言(structured query language，簡稱SQL)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)。

該系統(tǒng)利用NFC技術(shù)將茶葉整個(gè)供應(yīng)鏈采集的信息上傳到數(shù)據(jù)庫，確保用戶能夠通過NFC手機(jī)查詢各個(gè)節(jié)點(diǎn)企業(yè)信息，同時(shí)用戶也可以通過互聯(lián)網(wǎng)在瀏覽器輸入溯源碼進(jìn)行查詢，追溯系統(tǒng)查詢界面如圖7所示。

3 結(jié)論與討論

開發(fā)茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)記錄茶葉生產(chǎn)鏈和供應(yīng)鏈所有環(huán)節(jié)操作信息和數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)茶葉質(zhì)量安全問題，通過茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)可以追溯到問題茶葉的種植企業(yè)、加工企業(yè)、流通企業(yè)、銷售企業(yè)，這樣不僅可以保障消費(fèi)者的利益，而且可以穩(wěn)定茶葉銷售市場。本研究設(shè)計(jì)茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)各個(gè)采集模塊，開發(fā)基于LAMP架構(gòu)的平臺(tái)的追溯系統(tǒng)。結(jié)果表明，采用統(tǒng)一供應(yīng)鏈流程層次式體系架構(gòu)、開發(fā)茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)是可行的；驗(yàn)證追溯系統(tǒng)的各個(gè)模塊使用NFC采集系統(tǒng)是可行的。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)只考慮到各節(jié)點(diǎn)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)的主要功能和溯源項(xiàng)，還須要對(duì)實(shí)際應(yīng)用更加深入地調(diào)研，以滿足各節(jié)點(diǎn)企業(yè)和消費(fèi)者的不同需求。

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