盛 魁，馬 健

(1.安徽中醫(yī)藥科學(xué)院 亳州中醫(yī)藥研究所，安徽 亳州 2 368002；亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 亳州 236800)

中藥材質(zhì)量是中藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，隨著我國中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,市場對中藥資源的需求量不斷增加，但中藥材流通環(huán)節(jié)中以假亂真、以次充好案件頻發(fā)，影響了中藥飲片、配方顆粒和中成藥的質(zhì)量安全。保障中藥材質(zhì)量安全的重要手段就是實(shí)施中藥材追溯，產(chǎn)品電子代碼（Electronic Product Code）EPC編碼技術(shù)可以為每一個(gè)中藥材進(jìn)行唯一編碼，構(gòu)造一個(gè)中藥材信息實(shí)時(shí)共享的“物聯(lián)網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)中藥材從種苗培育、種植、加工、交易到銷售的全程跟蹤與追溯。

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)理論日臻成熟，許多學(xué)者對EPC編碼技術(shù)進(jìn)行了研究，并提出了許多有效的EPC編碼規(guī)則和方案。楊建強(qiáng)等以生鮮產(chǎn)品為具體研究對象，設(shè)計(jì)了基于無限射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽的EPC編碼規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對生鮮產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理［1］；毛林等以農(nóng)資為具體研究對象，運(yùn)用EPC對農(nóng)資追溯碼進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)資的產(chǎn)品、質(zhì)量、責(zé)任的追溯目標(biāo)［2］；吳冬等以食品為具體研究對象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于RFID-EPC的食品冷鏈追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)食品從生產(chǎn)、物流和銷售全過程信息追溯［3］；舒遠(yuǎn)仲等以食品為具體研究對象，提出一種基于EPCGID-96型食品供應(yīng)鏈追溯標(biāo)簽編碼方案設(shè)計(jì)，合理分配了EPC各代碼段［4］；淳嬌以肉制品為研究對象，設(shè)計(jì)適合肉制品追溯系統(tǒng)的EPC編碼規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對肉制品從源頭養(yǎng)殖到最終銷售等環(huán)節(jié)追溯［5］；黃成偉等以棉種為具體研究對象，設(shè)計(jì)基RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)的棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)棉種供應(yīng)鏈企業(yè)之間的信息共享，降低企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營成本［6］；顏波等以羅非魚為具體研究對象，采用RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了水產(chǎn)品追溯平臺(tái)，對水產(chǎn)品從養(yǎng)殖、加工、配送到銷售進(jìn)行追溯[7]。這些研究和設(shè)計(jì)為中藥材EPC編碼的設(shè)計(jì)和追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和實(shí)例。

結(jié)合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求，以EPC物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，運(yùn)用EPC編碼技術(shù)對中藥材流通環(huán)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)信息進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)，構(gòu)建基于EPC物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的中藥材追溯系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)對中藥材從種苗培育、種植、加工、交易配送到銷售的跟蹤與追溯，有效解決了中藥材質(zhì)量安全問題和隱患，實(shí)現(xiàn)中藥材流通信息資源共享。

1 EPC物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分［8］，采用智能傳感、識(shí)別技術(shù)和普適計(jì)算等通信傳感技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”［9］，其目的是實(shí)現(xiàn)物品智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[10]。EPC物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、產(chǎn)品EPC、無限數(shù)據(jù)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全球物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享的物品互聯(lián)網(wǎng)。EPC物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是EPC，EPC系統(tǒng)的組成如圖1所示，其核心思想是使用EPC編碼方法對RFID標(biāo)簽進(jìn)行編碼,通過射頻識(shí)別技術(shù)RFID掃描電子標(biāo)簽，讀取標(biāo)簽內(nèi)實(shí)體對象唯一的標(biāo)識(shí)符EPC碼，完成息采集和錄入，RFID獲取EPC碼后將編碼傳送給服務(wù)器,通過Internet對標(biāo)識(shí)的物品進(jìn)行智能識(shí)別、跟蹤［11］。

圖1 EPC系統(tǒng)的組成Fig.1 Composition of the EPCsystem

EPC是一種編碼系統(tǒng)，通過對EAN.UCC條形碼系統(tǒng)的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)對單品進(jìn)行標(biāo)志。EPC編碼是由一個(gè)版本號(hào)加上域名管理者、對象分類、序列號(hào)三段數(shù)據(jù)組成的一組數(shù)字［12］。其中版本號(hào)標(biāo)識(shí)EPC編碼體系的版本信息；域名管理者字段是識(shí)別中藥材流通參與主體的信息；對象分類字段記錄中藥材確切類型的信息；序列號(hào)字段是單一對象識(shí)別的代碼。根據(jù)標(biāo)簽存儲(chǔ)信息的長度將EPC編碼分為EPC-64、EPC-96和EPC-256三個(gè)版本，EPC編碼結(jié)構(gòu)和類型如表1所示。

表1 EPC編碼結(jié)構(gòu)Tab.1 EPCencoding structure

2 中藥材溯源關(guān)鍵因素分析

中藥材具有藥品、農(nóng)副產(chǎn)品和商品的多重屬性，決定了中藥材追溯過程的復(fù)雜性，追溯碼所表示的信息越多，就越容易獲取所需信息，若要對流通過程中全部信息進(jìn)行記錄和追溯，不僅會(huì)增加追溯碼標(biāo)簽的大小還會(huì)增加讀取可追溯性信息的時(shí)間，這既不經(jīng)濟(jì)也不必要。根據(jù)“流程分析－關(guān)鍵點(diǎn)控制”的思路[13]，以HACCP和GAP關(guān)鍵環(huán)節(jié)為重點(diǎn)，歸納出中藥材質(zhì)量安全追溯的關(guān)鍵點(diǎn)信息。①種苗培育環(huán)節(jié)：對各類種苗商，過程溯源關(guān)鍵點(diǎn)信息包括種苗培育者、種苗名稱、培育周期、出苗日期、種苗去向等信息②中藥材種植環(huán)節(jié)：對各類種植者，過程溯源關(guān)鍵點(diǎn)信息包括種植者信息、藥田地塊號(hào)、種苗來源、種植日期、藥材名稱、采收日期、采收人員、中藥材去向等信息。③加工環(huán)節(jié)：對各類加工者，過程溯源關(guān)鍵點(diǎn)信息包括加工者、加工地、加工批次、加工日期、藥材名稱、藥材來源、藥材去向、包裝儲(chǔ)運(yùn)等信息。④交易環(huán)節(jié)：對于各級(jí)中藥材交易市場，過程溯源關(guān)鍵點(diǎn)信息包括交易市場名稱、中藥材名稱、交易日期、中藥材來源、中藥材去向等信息⑤銷售環(huán)節(jié)：對于各類銷售終端，過程溯源關(guān)鍵點(diǎn)信息包括銷售單位、銷售日期和數(shù)量、供應(yīng)商單位，購買日期和數(shù)量等信息。

3 中藥材溯源編碼設(shè)計(jì)

3.1 EPC編碼類型的選擇

根據(jù)中藥材溯源系統(tǒng)的要求，結(jié)合中藥材質(zhì)量追溯的特殊性，選擇EPC-256Ⅲ型編碼。因?yàn)镋PC-256Ⅲ的域名管理區(qū)段的段長最長，能夠?qū)崿F(xiàn)中藥材在追溯過程中歸屬情況復(fù)雜的問題，是中藥材追溯最合適的編碼類型選擇。

3.2 EPC編碼設(shè)計(jì)方案

3.2.1 域名管理編碼設(shè)計(jì)

中藥材流通過程中參與主體主要涉及種苗培育者、中藥材種植者、中藥材加工者、中藥材交易市場、中藥材銷售商五類群體。EPC管理者碼段用76位數(shù)字標(biāo)識(shí)中藥材流通過程中各節(jié)點(diǎn)參與主體代碼，域名管理者的代碼只能識(shí)別中藥材流通中企業(yè)名稱，其他特定相關(guān)信息還是需要存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。用最高位的2位數(shù)字來表示參與主體類別，其對應(yīng)編碼1代表種苗商，2代表種植者，3代表加工者，4代表藥材交易市場，5代表銷售商。用36位數(shù)字來標(biāo)識(shí)參與主體識(shí)別碼，中藥材種苗培育者和種植者可為藥農(nóng)、中藥材種植合作社和中藥材種植基地，藥農(nóng)用其18位代碼用其身份證號(hào)碼表示，合作社和種植基地用其18位統(tǒng)一社會(huì)信用機(jī)構(gòu)代碼表示。中藥材加工有種植戶自己加工和專業(yè)企業(yè)加工兩種，種植戶加工用其18身份證號(hào)碼表示，專業(yè)企業(yè)加工用其18位統(tǒng)一社會(huì)信用機(jī)構(gòu)代碼表示。中藥材交易市場分為小型集市交易市場和大型藥材交易中心，小型集市交易市場一般為個(gè)體工商戶，大型藥材交易中心為企業(yè)，兩者識(shí)別碼均可用其18位統(tǒng)一社會(huì)信用機(jī)構(gòu)代碼表示。銷售商可分為醫(yī)院、藥廠和藥店，三者均可用其18位統(tǒng)一社會(huì)信用機(jī)構(gòu)代碼表示。

3.2.2 對象分類編碼設(shè)計(jì)

對象分類碼段用24位數(shù)字標(biāo)識(shí)中藥材類別、名稱以及產(chǎn)地字段代碼。中藥材來源占2位，表示中藥材來源為種植還是野生，其對應(yīng)編碼1代表種植類藥材，2代表野生類藥材；中藥材類別代碼占2位；表示中藥材類別為植物藥、動(dòng)物藥還是礦物藥，其對應(yīng)編碼為1代表植物藥，2代表動(dòng)物藥，3代表礦物藥。中藥材名稱代碼占4位，編碼參照《中藥大辭典》收錄的每種中藥材建立唯一編碼，如1412代表亳白芍編碼。中藥材產(chǎn)地編碼16位，編碼參照《中華人民共和國行政區(qū)劃代碼》的規(guī)定，省市縣三級(jí)組成，如341602代表安徽亳州市譙城區(qū)。

3.2.3 序列號(hào)分類編碼設(shè)計(jì)

序列號(hào)段使用16位數(shù)字來識(shí)別中藥材的每個(gè)與主體的序列號(hào)及其在流通過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的批號(hào)序列號(hào)，前21位表示各控制點(diǎn)的年月日，后15位表示的是各參與主體的批次流水號(hào)。

3.2.4 EPC編碼生成

EPC編碼包含標(biāo)頭（H）、通用管理者代碼（W）、對象分類代碼（R）及序列代碼（G）四個(gè)字段，對中藥材相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對每批中藥材的唯一標(biāo)識(shí)。在執(zhí)行算法前需要把十進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)為二進(jìn)制編碼，編碼生成算法[14]如下：

步驟1.獲取域名管理者代碼W，判斷W的值是滿足[0,2128]，若滿足則拼接標(biāo)頭H和域名管理者W，將拼接后的數(shù)據(jù)X賦值給字符串S，獲取對象分類代碼R；否則生成的EPC碼失敗。

步驟2.檢查對象分類代碼R，判斷R的值是否在[0,256]內(nèi)，若滿足則拼接數(shù)據(jù)X和對象分類代碼R，將拼接后的數(shù)據(jù)Y重新賦值給字符串S，獲取序列號(hào)代碼G；否則生成的EPC碼失敗。

步驟3.檢查序列號(hào)代碼G，判斷G的值是否在[0,264]內(nèi)，若滿足則拼接數(shù)據(jù)Y和序列號(hào)代碼G，將拼接后的數(shù)據(jù)Z重新賦值給S，S內(nèi)的數(shù)據(jù)就是EPC碼，生成EPC成功，否則生成的EPC碼失敗。

根據(jù)上述EPC各字段代碼設(shè)計(jì)與分配方案，對某中藥材種植合作社2018年8月10日采收的批號(hào)為006的亳菊進(jìn)行了唯一編碼193341602MA2MQLXD6Y-214127341602-180810006。其中193341602MA2MQLX D6Y是域名管理者，1代表中藥材種植合作社，93341602MA2MQLXD6Y代表亳州市譙城區(qū)某中藥材種植專業(yè)合作社；211412341602是對象分類號(hào)，2代表種植類，1代表植物，4127代表亳菊，341602代表安徽省亳州市譙城區(qū)；180810006是序列號(hào)，20180810代表2018年8月10號(hào)（采收時(shí)間），006，流水號(hào)。

4 中藥材碼編碼的應(yīng)用

將EPC編碼技術(shù)應(yīng)用于中藥材追溯系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對中藥材質(zhì)量追溯管理，找到問題中藥材的來源并確定出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，有效地防止問題中藥材流入市場，確保中草藥的安全[15]。根據(jù)功能劃分和便于實(shí)現(xiàn)的原則，基于EPC物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的追溯系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)可表示為環(huán)境層，服務(wù)層，數(shù)據(jù)層，應(yīng)用層和客戶層等五層，如圖2所示。

圖2 中藥材追溯系統(tǒng)架構(gòu)體系層次圖Fig.2 Structureof Chinese Herbal Medicine Retrospective System

環(huán)境層由RFID標(biāo)簽，閱讀器，天線，傳感器和終端設(shè)備組成，主要用于收集中藥材原始數(shù)據(jù)。在信息采集過程中通過數(shù)字簽名方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸，RFID標(biāo)簽上的內(nèi)容除具有中藥材的唯一標(biāo)識(shí)外，還有中藥材參與主體的數(shù)字簽名，并經(jīng)過加密處理形成唯一標(biāo)識(shí)的電子標(biāo)簽。讀寫器利用RFID標(biāo)簽和天線進(jìn)行通信,并完成標(biāo)簽識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)讀寫操作。服務(wù)層主要由EPC中間件、EPCIS和ONS服務(wù)器組成，主要負(fù)責(zé)中藥材信息的數(shù)據(jù)傳遞和處理；EPC中間件主要負(fù)責(zé)處理由RFID系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)信息并將信息發(fā)送到ONS服務(wù)器。ONS服務(wù)器依據(jù)預(yù)先注冊的EPC編碼來查找中藥材編碼，將其返回EPCIS的地址，若系統(tǒng)為查詢狀態(tài)則返回該中藥材的追溯信息，而若為寫入操作，則其將在ONS服務(wù)其中完成EPC編碼的注冊，將中藥材詳細(xì)信息存儲(chǔ)到EPCIS服務(wù)器中。數(shù)據(jù)層主要用于存儲(chǔ)和維護(hù)服務(wù)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并根據(jù)業(yè)務(wù)的不同存入不同業(yè)務(wù)的服務(wù)器。應(yīng)用層是系統(tǒng)應(yīng)用的集中層，包含種苗培育、種植、加工、交易、銷售和追溯查詢等一系列應(yīng)用模塊?？蛻魧犹峁┝艘苿?dòng)終端、PC端的操作界面，滿足不同用戶對信息查詢需求。

中藥材追溯系統(tǒng)以“種苗培育—中藥材種植—中藥材加工—中藥材交易工—中藥材銷售”為主線進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)中藥材流通信息的跟蹤和追溯，以中藥材追溯功能需求為基礎(chǔ)，進(jìn)行了功能模塊設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 中藥材追溯系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Functional structure of the retrospective system for Chinese Herbal Medicine

通過對追溯系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行分析，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)采集與記錄功能和信息查詢兩大功能。信息采集與記錄功能包種苗培育管理模塊、中藥材種植管理模塊、中藥材加工管理模塊、中藥材交易管理模塊和中藥材銷售管理模塊，通過RFID系統(tǒng)和EPC編碼將各模塊信息傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。信息查詢功能主要包含追蹤查詢模塊，為流通各環(huán)節(jié)用戶提供中藥材信息查詢服務(wù)。

運(yùn)用UML建模技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和EPC編碼技術(shù)，選用Visio Studio 2017開發(fā)平臺(tái)，利用MySQL數(shù)據(jù)庫和RDIFramework.NET框架，運(yùn)用C#.net編程語言，實(shí)現(xiàn)一個(gè)信息整合的EPC物聯(lián)網(wǎng)中藥材追溯系統(tǒng)。系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了原型構(gòu)建及測試，結(jié)果證明EPC編碼方案正確、可行，系統(tǒng)運(yùn)行良好，信息傳遞暢通，可是實(shí)現(xiàn)中藥材流通各環(huán)節(jié)的跟蹤與追溯，中藥材流通過程中數(shù)據(jù)共享，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

5 結(jié)束語

中藥材是中醫(yī)藥的物質(zhì)基礎(chǔ),中藥材的質(zhì)量影響到臨床療效與用藥安全，關(guān)系中醫(yī)藥事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。通過對中藥材種植、加工、交易、銷售等環(huán)節(jié)溯源關(guān)鍵因素的分析，利用EPC編碼體系對中藥材進(jìn)行有效標(biāo)識(shí)，并將EPC編碼應(yīng)用于中藥材追溯系統(tǒng)中，為中藥材的種植者、經(jīng)營者和管理者提供了一種質(zhì)量控制手段，為消費(fèi)者的安全消費(fèi)提供有效的追溯途徑，進(jìn)而為其他農(nóng)產(chǎn)品追溯提供了思路和參考方案。