基于RFID的林產(chǎn)品原料追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

林宇洪，林 森，邱榮祖

(福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院，福州350002)

美國《雷斯法案修訂案》已于2010年全面實(shí)施，歐盟《盡責(zé)調(diào)查法案》將于2013年生效。兩個(gè)法規(guī)生效后，只有能夠證明原料合法性的林產(chǎn)品才可以進(jìn)入美國市場、歐盟市場。隨著市場準(zhǔn)入條件的提高，各級政府、木材加工企業(yè)倍感危機(jī)，意識到必須構(gòu)建林產(chǎn)品原料追溯體系，加強(qiáng)森林采伐、林產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管，通過森林認(rèn)證，林產(chǎn)品在國際市場才具有競爭力［1－6］。2011年6月，中國政府在第四屆可持續(xù)林業(yè)與市場發(fā)展國際研討會上承諾，2013年將開始建立木材跟蹤體系。因此研究、開發(fā)林產(chǎn)品原料追溯系統(tǒng)迫在眉睫。

1 追溯體系的構(gòu)建

目前常見的追溯方法有追溯條碼的方式，通過實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)接生產(chǎn)單位的數(shù)據(jù)庫，按條碼編號查詢生產(chǎn)過程。林產(chǎn)品供應(yīng)鏈包含種植、檢疫、采伐、運(yùn)輸、加工、銷售等階段，涉及到十多個(gè)單位［7］，而且追溯檢查時(shí)基本在戶外操作，如果按條碼追溯，必需要解決移動通訊［8］、網(wǎng)絡(luò)安全［9］等問題。各單位還必需架設(shè)24h工作的服務(wù)器，來支持全球任意一點(diǎn)發(fā)出的追溯檢查請求，運(yùn)營成本高。較理想的方式是采用一種媒介，能劃分多個(gè)加密區(qū)，各區(qū)能獨(dú)立管理。媒介隨貨同行，記錄供應(yīng)鏈的所有信息。在追溯檢查時(shí)只須解析媒介，即可了解生產(chǎn)、運(yùn)輸全流程。課題組通過考察，認(rèn)為Mifare one RFID卡特性最符合林產(chǎn)品追溯需求［10］，且成本低、防偽性強(qiáng)、抗損性能好。

Mifare one卡簡稱M1卡，為邏輯加密卡，工作頻率13.56 MHz，卡與讀寫器之間的通訊采用DES和RES保密算法，每張卡有不可偽造的、全球唯一的32位序列號。M1卡共分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)均有獨(dú)立的密碼體系和讀卡設(shè)置，每個(gè)扇區(qū)分為4塊。第0扇區(qū)的塊0存放廠商代碼，塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，其他扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊可用于存貯用戶數(shù)據(jù)。每個(gè)扇區(qū)的塊3為控制塊，存放密碼A、讀寫設(shè)置、密碼B，塊3控制著本扇區(qū)讀寫權(quán)限［11］。M1卡在結(jié)構(gòu)上可完成15個(gè)階段的日志存儲。按供應(yīng)鏈流程設(shè)計(jì)分區(qū)管理方案如圖1所示。

圖1 流程追溯與分區(qū)管理Fig.1 Process tracing and unit management

追溯卡記錄林產(chǎn)品從種植開始直至零售商的供應(yīng)鏈過程，以保證進(jìn)入市場的林產(chǎn)品可追溯原料來源。整個(gè)供應(yīng)鏈涉及到多個(gè)單位，各單位都應(yīng)當(dāng)擁有讀全部日志的權(quán)限，但僅擁有寫本單位日志的權(quán)限。M1卡的加密特性能夠滿足這一需求，各扇區(qū)可單獨(dú)控制互不影響。各扇區(qū)塊3初始結(jié)構(gòu)如下:“A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B5”， 即“密碼A(6字節(jié))讀卡設(shè)置 (4字節(jié))密碼B(6字節(jié))”?？砂巡煌葏^(qū)分配給不同單位管理，各單位對所轄扇區(qū)塊3進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn):①塊0至塊2，密碼A可讀，密碼B可讀寫;②塊3，密碼A不可讀，密碼B可讀寫;③密碼B可反復(fù)修改。設(shè)置后，各單位憑密碼B可以完成分管扇區(qū)的日志讀寫。而密碼A公開，持密碼A的人只可讀日志，無寫權(quán)限。

2 追溯卡的使用流程

目前南方林區(qū)對企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)管采用批次管理方法，主要是采用入庫碼單材積和出庫碼單材積對沖的方式，例如某企業(yè)購買一批木材原料獲得一道碼單，這批原料加工成林產(chǎn)品后向林業(yè)機(jī)構(gòu)上交一道碼單，申請二道碼單，其中二道碼單中林產(chǎn)品的折材積應(yīng)和一道碼單材積吻合，林業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)定林產(chǎn)品原料來源合法。參照這一制度，將追溯卡分為一道追溯卡和二道追溯卡及成品追溯卡［12－14］，采伐后的木材原料采用一道追溯卡，一車一卡。在企業(yè)加工成半成品后一道追溯卡的歷史數(shù)據(jù)被復(fù)制到二道追溯卡，呈一對多的追蹤關(guān)系，二道追溯卡的總折材積應(yīng)小等于一道追溯卡的材積。企業(yè)加工成品后，把原料的一道或二道追溯卡歷史數(shù)據(jù)復(fù)制到一批成品追溯卡，也呈一對多的追蹤關(guān)系，成品追溯卡的總折材積應(yīng)小等于原料追溯卡的材積。一個(gè)林產(chǎn)品如果各部分零件原料來源不同，將對應(yīng)多張成品卡。換卡及復(fù)制過程由林業(yè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)完成。

2.1 采伐檢尺階段

林業(yè)局對M1卡初始化后，檢尺員攜帶空卡上山檢尺，一車一卡，檢尺員用手持機(jī)在一道追溯卡內(nèi)第5扇區(qū)塊0至塊2寫入“日期#一道碼單號#采伐證號#杉木材積#松木材積#雜木材積#車號后五位#起運(yùn)時(shí)間#檢尺員編號”。一道追溯卡用不干膠粘至一道碼單背面，隨車同行，接受路面執(zhí)法檢查。

2.2 一道運(yùn)輸階段

運(yùn)輸車輛離開伐區(qū)，到達(dá)碼單指定的林業(yè)檢查站，檢查站用通用的密碼A讀第5扇區(qū)，確認(rèn)檢尺手續(xù)合法，復(fù)核實(shí)際運(yùn)輸材積是否和碼單、追溯卡吻合，在卡內(nèi)第6扇區(qū)塊0寫入“日期#1#林業(yè)檢查站編號”，1表示檢查通過。如果車輛遇上路面巡檢的林業(yè)執(zhí)法大隊(duì)，執(zhí)法人員檢查通過后，用手持機(jī)在第6扇區(qū)的塊1寫入“日期#1#執(zhí)法人員編號”。

當(dāng)一道碼單和一道追溯卡到達(dá)林業(yè)局綜合辦證大廳辦理運(yùn)輸證時(shí)，電腦系統(tǒng)按以下流程補(bǔ)齊信息。①種植階段檢查，系統(tǒng)通過采伐證號反查林權(quán)證號，檢查各項(xiàng)經(jīng)費(fèi)是否已交齊，檢查通過后，在第1扇區(qū)寫入“日期#林權(quán)證號#宗地編號#林班號#大班號#小班號#種植日期#辦證人員編號”。②采伐審批檢查，系統(tǒng)檢查該采伐證號審批手續(xù)是否齊全，累加實(shí)時(shí)采伐量是否超過采伐限額，檢查采伐證號是否過期、失效。檢查通過后在第2扇區(qū)寫入“日期#采伐證號#杉木累加量#松木累加量#雜木累加量#辦證人員編號”。③植物檢疫檢查，系統(tǒng)檢查木材產(chǎn)地小班是否有病蟲害記錄，檢疫各項(xiàng)工作是否完成，檢查通過后，在第3扇區(qū)寫入“日期#1#檢疫單位編號”。④運(yùn)輸手續(xù)復(fù)核，系統(tǒng)檢查第6扇區(qū)塊0是否存有一道碼單指定的林業(yè)檢查站編號，如無，視為未按指定的路線運(yùn)輸。檢查塊1是否有路面執(zhí)法單位的巡檢信息，檢查巡檢是否通過。一切手續(xù)齊全后，系統(tǒng)打印一道運(yùn)輸證，并在第6扇區(qū)塊2寫入“日期#時(shí)間#運(yùn)輸證號#辦證人員編號”。一道追溯卡繼續(xù)隨運(yùn)輸證、碼單同行。

2.3 原木庫存階段

在本系統(tǒng)中，采伐后的木材送入庫存單位，庫存單位在隨車的一道追溯卡的第7扇區(qū)塊0至塊2的尾部空白處，用手持機(jī)寫入“日期#入庫時(shí)間#存儲位#”。在出庫時(shí)，在一道追溯卡第7扇區(qū)尾部空白處添加“出庫時(shí)間#存儲單位編號”。

2.4 二道運(yùn)輸階段

庫存及加工單位憑一道碼單、一道追溯卡向林業(yè)局更換二道碼單、二道追溯卡。系統(tǒng)復(fù)制一道追溯卡的1至7扇區(qū)信息至二道追溯卡，二道追溯卡的總材積應(yīng)小等于一道追溯卡的材積。系統(tǒng)在第8扇區(qū)的塊0至塊2寫入“日期#時(shí)間#二道碼單號#杉木折材積#松木折材積#雜木折材積#運(yùn)輸證號#辦證人員編號”。

2.5 產(chǎn)品加工階段

加工企業(yè)接收到木材原料，保存隨原料入庫的一道或二道碼單，在原料卡內(nèi)9扇區(qū)塊0至塊2寫入“日期#入廠時(shí)間#存儲位置#”。在加工這一存儲位置原料后，在該扇區(qū)添加“加工類型#加工日期#成品存儲位置”。出庫時(shí)在該扇區(qū)添加“出廠時(shí)間#加工企業(yè)編號”。

2.6 成品運(yùn)輸階段

一批原料通常加工成多個(gè)成品，要實(shí)現(xiàn)每個(gè)成品都能追溯原料，此時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)一成品一追溯卡。企業(yè)在林業(yè)局辦理成品運(yùn)輸證時(shí)申請憑原料卡換成品卡。林業(yè)局辦證機(jī)構(gòu)復(fù)制原料卡的第1至10扇區(qū)信息，按成品數(shù)量，生成多張成品追溯卡，成品卡的總折材積應(yīng)小等于原料卡的材積。系統(tǒng)最后打印成品運(yùn)輸證，向11扇區(qū)寫入“日期#時(shí)間#成品編號#杉木折材積#松木折材積#雜木折材積#運(yùn)輸證號#辦證人員編號”。加工企業(yè)領(lǐng)取成品卡后，貼在每個(gè)成品包裝箱表面上。

2.7 零售商

零售商用手持機(jī)讀取成品卡，查看原料來源、加工過程是否符合進(jìn)貨要求。檢測通過后，在成品包裝盒上加貼銷售條碼，在成品卡第14扇區(qū)寫入“日期#條碼編號#零售商單位編碼”。

3 系統(tǒng)開發(fā)

以計(jì)算機(jī)端為例，RFID讀卡器選擇SRR220，采用Microsoft Visual FoxPro 9.0 SP2作為開發(fā)工具，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多卡防沖突、讀卡、寫卡、設(shè)置扇區(qū)讀寫權(quán)限、扇區(qū)清空等功能。讀寫控制界面如圖2所示。通過加密計(jì)算，塊3讀寫設(shè)置為“78778869”效果最好。經(jīng)過大量實(shí)測實(shí)驗(yàn)，該設(shè)置即能開啟各扇區(qū)密碼B讀寫權(quán)限，關(guān)閉密碼A寫權(quán)限，卡又可回收利用。如果強(qiáng)行以密碼A改寫任意扇區(qū)，卡將拒絕執(zhí)行指令，退出通訊，實(shí)測表明加密效果達(dá)到了追溯卡要求。以密碼B把日志寫入指定扇區(qū)的示例源碼如下:

圖2 讀寫控制界面Fig.2 Interface of read-write control

4 結(jié)束語

本課題研究目的是建立一個(gè)基于大容量RFID的林產(chǎn)品追溯體系，可應(yīng)用于采伐、運(yùn)輸、加工、進(jìn)出口檢疫等階段，解決目前林產(chǎn)品原料追溯困難的問題，有利于打擊盜砍濫伐、非法運(yùn)輸及收購無證木材的行為，使林產(chǎn)品產(chǎn)銷鏈達(dá)到COC森林認(rèn)證的要求，提升我國林產(chǎn)品的國際競爭力，促進(jìn)我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展［14］。課題研制的系統(tǒng)在福建省三明林區(qū)測試，能達(dá)到南方林區(qū)對林產(chǎn)品的原料追溯、執(zhí)法管理的要求，但是涉及的單位較多，需要各單位共同協(xié)商編碼和數(shù)據(jù)格式，逐步擴(kuò)大推廣區(qū)域。

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