射頻識別技術(shù)在食品安全控制中的應(yīng)用

陳天華， 唐海濤

(北京工商大學計算機與信息工程學院，北京 100048)

射頻識別技術(shù)在食品安全控制中的應(yīng)用

陳天華， 唐海濤

(北京工商大學計算機與信息工程學院，北京 100048)

介紹了國內(nèi)外在食品安全信息溯源方面的發(fā)展與應(yīng)用，以及無線射頻識別(RFID)技術(shù)的系統(tǒng)組成和工作原理，從技術(shù)與性能等方面對RFID和條碼技術(shù)進行了對比，分析了RFID技術(shù)在食品安全信息跟蹤與溯源、質(zhì)量管控和生產(chǎn)過程優(yōu)化等方面的典型應(yīng)用，并結(jié)合我國RFID與食品安全信息追溯技術(shù)的應(yīng)用實際，提出了食品安全溯源的關(guān)鍵技術(shù)與面臨的主要問題．

無線射頻;食品安全;食品溯源;質(zhì)量控制

無線射頻識別技術(shù)(radio frequency identification，RFID)是近年來國際上迅速發(fā)展起來的一種非接觸式自動識別技術(shù)，與傳統(tǒng)的條碼技術(shù)、IC卡和磁條(卡)等自動識別技術(shù)相比，由于RFID技術(shù)具有更高的自動化程度、更遠的識別距離、更大的存儲容量和更好的環(huán)境適應(yīng)性，國內(nèi)外眾多科研院所已開始關(guān)注和重視RFID的研發(fā)工作［1］．

目前，該技術(shù)在食品生產(chǎn)流通中的應(yīng)用越來越廣，逐漸成為確保食品安全和質(zhì)量的重要手段［2］．食品安全溯源能夠有效預(yù)防和減少食品供應(yīng)鏈各關(guān)鍵環(huán)節(jié)中可能產(chǎn)生的問題，即使某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，亦可追蹤溯源，找到問題的源頭并進行有效處理．食品安全溯源是食品安全風險管理的重要舉措，是食品業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)、流通、銷售全供應(yīng)鏈管理的有效手段．為確保食品安全，歐、美和日本等發(fā)達國家明確要求出口到當?shù)氐氖称繁仨毧蛇M行追蹤溯源．

1 RFID技術(shù)與食品安全

由于信息技術(shù)的快速發(fā)展和食品安全溯源的需要，近年來，RFID技術(shù)被國際標準化組織(ISO)和一些食品安全認證機構(gòu)確定為食品供應(yīng)鏈的首選管理方法［3］．RFID技術(shù)在食品供應(yīng)鏈管理，甚至軍事物流等重點領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用．

1.1 食品信息溯源

食品安全信息溯源的提出始于1997年，當時歐盟為應(yīng)對瘋牛病(BSE)食品安全事件，而逐步建立起來并得到完善的食品安全管理制度［1］．歐盟委員會的一個食品安全特委會對可追溯系統(tǒng)的定義是指食品市場各個階段的信息流的連續(xù)性保障體系，根據(jù)該規(guī)定，食品、飼料、食用家畜及相關(guān)后期制成品，在生產(chǎn)、加工與流通的各個環(huán)節(jié)必須具有信息追蹤系統(tǒng)．

世界各國政府對食品的溯源非常重視．美國農(nóng)業(yè)部曾頒布法令，在全美各州和各地區(qū)，若發(fā)現(xiàn)動物及家禽患遺傳性疾病或者傳染性疾病，必須進行檢疫．在英國，政府規(guī)定對豬、牛、羊等肉食動物飼養(yǎng)必須采取追蹤溯源的技術(shù)手段［4］．我國也同樣非常重視食品的安全問題，食品質(zhì)量安全認證與溯源已被全社會所重視和接受．在我國，人們的衣食住行隨著經(jīng)濟的發(fā)展而發(fā)生了巨大變化，食品安全已成為人們的最大關(guān)注和迫切需求．食品安全溯源對于人民的身體健康以及社會穩(wěn)定起著非常重要且不可替代的作用．

1.2 RFID技術(shù)

RFID的工作原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實現(xiàn)對所檢查物體的自動識別．RFID系統(tǒng)主要由電子標簽(tag)和讀寫器(閱讀器，reader)兩個部分組成，如圖1．閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號，當貼有電子標簽的物品進入發(fā)射天線有效識別區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，被激活的電子標簽通過卡內(nèi)置發(fā)送天線將標簽的編碼信息發(fā)送出去．接收天線接收由標簽發(fā)送的載波信號，經(jīng)調(diào)節(jié)器傳送入閱讀器并對信號進行解調(diào)和解碼，后臺系統(tǒng)進行相關(guān)數(shù)學運算和一系列邏輯運算，據(jù)此判別其合法性．

圖1 RFID技術(shù)原理示意Fig．1 Schematic diagram of RFID technology

近年來，RFID技術(shù)日益受到重視，其應(yīng)用已從剛開始的個別行業(yè)向各個領(lǐng)域滲透．國際上RFID技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制、供應(yīng)鏈管控、流水線自動化生產(chǎn)、出入境安全檢查、倉儲管理、動物管理及車輛防盜等眾多領(lǐng)域［5］．國內(nèi)射頻識別技術(shù)起步相對較晚，與國外相比，國內(nèi)RFID應(yīng)用水平相對落后．目前，我國已成立了電子標簽標準化工作組，負責進行我國電子標簽標準研究與制定工作，擬建立我國自主的RFID應(yīng)用標準體系．目前國內(nèi)已有許多行業(yè)引入RFID技術(shù)并投入實際使用．

2 RFID與條碼技術(shù)比較

目前，食品供應(yīng)鏈安全管理的技術(shù)手段主要有兩種．一是RFID無線射頻技術(shù)，在食品包裝上加貼一個帶芯片的標識，產(chǎn)品進出倉庫和運輸就可以自動采集和讀取相關(guān)的信息，產(chǎn)品的流向也可以記錄在芯片上;另一種是條碼技術(shù)(含二維碼)，消費者只需使用手機拍攝二維條碼，就可以查詢到食品的相關(guān)安全信息，查詢的記錄也會保留在系統(tǒng)內(nèi)，一旦該食品需要召回就可以直接給消費者發(fā)送短信，實現(xiàn)點對點的精確召回．

在物流行業(yè)早期，食品供應(yīng)鏈安全管理主要采用條碼技術(shù)進行安全追溯，但由于其前端采用光學信號讀取裝置獲取信號，容易受到光、霧和污漬等外部環(huán)境的影響．相對于RFID技術(shù)，條碼技術(shù)具有一定的局限性，其性能比較如表1．

表1 條碼技術(shù)與RFID技術(shù)比較Tab．1 Comparison of bar code and RFID

基于上述諸多優(yōu)點，RFID技術(shù)更適合用于實現(xiàn)食品供應(yīng)鏈的全程高效管理．

3 RFID在食品行業(yè)中應(yīng)用

由于生活水平的提高，人們安全意識不斷增強，食品行業(yè)具有直接關(guān)系人民身體健康的特點．食品業(yè)采用RFID技術(shù)可真實記錄食品鏈的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)信息采集的實時性和準確性，提高食品安全和管理的水平，增加相關(guān)環(huán)節(jié)的責任心，提高食品安全透明度．

3.1 食品追蹤和溯源

安全信息溯源與追蹤的核心是強調(diào)產(chǎn)品的惟一標識和全過程追蹤，食品的跟蹤和溯源是RFID技術(shù)的重要應(yīng)用之一［5－6］．RFID系統(tǒng)可確保食品供應(yīng)鏈的高速數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)對食品的“源頭”追蹤和在食品供應(yīng)鏈中提供完全透明的信息查詢機制．RFID系統(tǒng)為食品鏈提供了食品與來源之間的全流程關(guān)系數(shù)據(jù)，確保食品來源清晰，并可追蹤到具體的動物或植物個體與養(yǎng)殖場信息，實現(xiàn)“從源頭到餐桌”的質(zhì)量監(jiān)控和追溯機制，如圖2．

圖2 食品安全信息追蹤溯源示意Fig．2 Tracking tracing diagram of food safety information

近年來，世界范圍內(nèi)動物疫情數(shù)次爆發(fā)，每次都引起了各國政府尤其是歐洲國家的高度重視，許多國家制定法規(guī)強制對動物食品進行示源與追蹤．美國政府規(guī)定，必須為食用牛配帶電子標簽，采用RFID系統(tǒng)對畜禽進行跟蹤，以獲得食品供應(yīng)鏈中肉類食品與其他動物來源之間的聯(lián)系，追溯肉類食品的來源，為人們提供放心的健康食品．

國內(nèi)食品安全溯源技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用是2008年北京奧運會．根據(jù)奧運會食品供應(yīng)規(guī)定，奧運食品一律需貼有記錄種植、養(yǎng)殖、用藥、生產(chǎn)、加工、包裝、運輸、分裝、銷售等生產(chǎn)過程和流通過程全部信息的電子標簽，由于每一過程都實現(xiàn)了對信息的存儲、分析和管理，因此發(fā)現(xiàn)問題食品時，可準確查清食品的來源和流向，及時采取控制措施消除危害．

我國上海等城市已開始試用以RFID技術(shù)為核心的豬肉監(jiān)控系統(tǒng)［7］，在飼養(yǎng)的生豬耳背上配有“電子射頻耳標”，記錄每一頭豬的飼料、病歷、藥物、檢驗檢疫等相關(guān)信息，并在通往上海的交通要道和全市所有定點屠宰場應(yīng)用RFID系統(tǒng)進行點對點監(jiān)管，確保所有生豬都進行定點屠宰．在批發(fā)市場，則通過電子標簽，當豬肉轉(zhuǎn)運到收貨點時，閱讀器讀取相關(guān)信息并以短信息方式傳遞給中間件系統(tǒng)，由中間件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行過濾和保存，之后將數(shù)據(jù)傳送到后臺系統(tǒng)存儲，系統(tǒng)記錄進場交易的交易時間、每批貨物的源產(chǎn)地和安全檢測結(jié)果．消費者通過掃描貨物的電子條碼即可以查詢到供應(yīng)環(huán)節(jié)的全部相關(guān)信息．

3.2 食品監(jiān)控

越來越復(fù)雜的食品加工工藝在給人們提供越來越多樣化食物的同時，也給食品安全帶來了前所未有的挑戰(zhàn)．對食物成分及信息的溯源是保證食品安全，以及在出現(xiàn)安全事件時能及時解決問題的有效措施．在食品加工和儲藏過程中，時間、溫度和濕度等因素對肉類食品的品質(zhì)影響較大，因此，對上述因素進行真實記錄非常重要．采用RFID技術(shù)與傳感檢測技術(shù)結(jié)合，可以方便地實時記錄加工過程中的環(huán)境溫度、濕度和光照等信息，并通過無線通信技術(shù)將這些環(huán)境數(shù)據(jù)傳送出來．

對于食品溫度監(jiān)控，日本NTT公司已進行了成功的應(yīng)用．該公司將RFID技術(shù)引入酒類運輸途中的品質(zhì)控制，將內(nèi)置有溫度傳感器的RFID標簽貼在米酒的酒瓶上以感知環(huán)境溫度，通過監(jiān)控運輸過程中的溫度變化及時了解米酒的品質(zhì)變化，并采用3G無線通信方式將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)總控室，從而確定該批次酒在運輸過程中是否保持新鮮品質(zhì)．美洲某食品公司采用將溫度傳感器和定時器內(nèi)置于RFID標簽之中的技術(shù)方案，以監(jiān)控食品流通，當食品出現(xiàn)腐爛時系統(tǒng)會自動發(fā)出警報信息．

在對食品運輸途中的細菌監(jiān)控方面，也已有相關(guān)研究機構(gòu)使用RFID標簽結(jié)合生物傳感器技術(shù)監(jiān)測食品細菌數(shù)量，取得了很好的應(yīng)用效果．大量的應(yīng)用表明，RFID系統(tǒng)應(yīng)用于食品品質(zhì)監(jiān)控及時、高效，具有很好的應(yīng)用前景．

3.3 食品物流管理

RFID技術(shù)用于食品鏈物流管理，本質(zhì)是以高技術(shù)和高性價比方式，從根本上促進了食品供應(yīng)鏈流程的優(yōu)化，是一種非常適合國內(nèi)食品安全現(xiàn)狀的綜合解決方案．

以食品流通鏈中最難管理的肉類食品物流管理為例，在屠宰環(huán)節(jié)，可以利用RFID系統(tǒng)屠宰場的數(shù)據(jù)采集設(shè)備集讀供應(yīng)商信息、采購商信息、采集重量信息、打印銷售票據(jù)、傳送銷售數(shù)據(jù)等功能于一體，可以方便實現(xiàn)在屠宰場將生豬來源信息、重量信息、銷售信息進行綜合集成，并將集成信息上傳數(shù)據(jù)庫［8］．在批發(fā)環(huán)節(jié)，利用RFID系統(tǒng)采集供貨商、零售商的相關(guān)信息，在進入批發(fā)市場通道門系統(tǒng)內(nèi)置超高頻閱讀器．食品進入市場時，系統(tǒng)自動讀取白條肉上的標簽信息，在離開市場時，系統(tǒng)同樣讀取標簽信息，作為零售商在菜市場銷售的依據(jù)，完成生豬溯源鏈上批發(fā)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)自動錄入．

物流運輸管理中還有一個難點是難以確保鮮、凍食品運輸中的品質(zhì)，而采用RFID技術(shù)卻迎刃而解［1］．對于新鮮農(nóng)產(chǎn)品和冷凍食品而言，食品在運輸途中應(yīng)盡量減少搬運次數(shù)，縮短運輸時間．采用RFID技術(shù)進行保質(zhì)期管理，能快速識別產(chǎn)品的生產(chǎn)日期，從而確保了早生產(chǎn)的食品首先運出，并且還可以方便、快捷地剔除超過保質(zhì)期的食品．食品流轉(zhuǎn)過程中，依據(jù)RFID技術(shù)還可以隨時了解每一批次食品的在流通中的位置信息，當出現(xiàn)盜竊和掉包現(xiàn)象時及時發(fā)出相關(guān)信息．

3.4 防偽與生產(chǎn)過程控制

假冒的食品防偽也是食品安全中一個不容小視的多發(fā)事件，它不僅欺騙了消費者，擾亂了市場秩序，而且對人們的身心健康會產(chǎn)生嚴重危害．與激光防偽和數(shù)字防偽等防偽技術(shù)相比，射頻識別防偽技術(shù)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在，每個標簽都有一個全球惟一的ID號，而且該號碼無法修改和仿造，為了最大限度地確保RFID系統(tǒng)的自身安全，其讀寫器并不直接對終端用戶開放物理接口;在數(shù)據(jù)安全方面，生產(chǎn)商可以寫入其獨有的加密編碼，而且標簽可以集成到商品的內(nèi)部，因此大幅提高了造假的難度和成本．美國FDA已推薦RFID技術(shù)作為預(yù)防假冒的重要措施，并在全美食品和藥品業(yè)得到了廣泛應(yīng)用．

中科院自動化所RFID研究中心推出了基于RFID技術(shù)的酒類防偽系統(tǒng)綜合解決方案，該系統(tǒng)將RFID技術(shù)從酒類推廣到了帶有瓶蓋的所有其他容器上，即采用經(jīng)特殊設(shè)計的瓶蓋和瓶體，通過容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)的后臺認證實現(xiàn)對商品的綜合防偽．當開啟酒瓶時，RFID標簽即被破壞，徹底杜絕了酒瓶的二次使用，消費者查看讀寫器顯示的相關(guān)信息，即可方便地判斷每一瓶酒的真?zhèn)危撓到y(tǒng)主要包括RFID讀寫器、瓶蓋、瓶體、通信網(wǎng)絡(luò)和防偽數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，目前該系統(tǒng)在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用．

應(yīng)用RFID技術(shù)可以記錄食品生產(chǎn)過程中的加工對象、加工工位和加工員工，從而實現(xiàn)食品生產(chǎn)過程中的全程優(yōu)化控制．在食品加工環(huán)節(jié)，若在每個加工工位裝上讀寫器，可將食品生產(chǎn)流水線上每一加工對象的生產(chǎn)要素信息、加工工位信息和員工信息都采集到RFID標簽之中．RFID技術(shù)還可用于對加工對象和加工工位的監(jiān)控，從而實現(xiàn)食品加工的精細控制和精確配方，大幅提高食品加工質(zhì)量，保證食品安全．

4 RFID系統(tǒng)面臨的問題

RFID技術(shù)在應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問題，從某種意義上講，這些問題一定程度上制約了RFID的進一步推廣與應(yīng)用，主要體現(xiàn)在如下幾個方面．

1)成本因素．由于技術(shù)原因，現(xiàn)階段RFID標簽價格不可能像條形碼一樣低廉，甚至可以將成本忽略不計．這是影響RFID技術(shù)在食品行業(yè)廣泛應(yīng)用的重要因素之一，因為食品行業(yè)中的大多數(shù)商品的單件價格較低，生產(chǎn)數(shù)量又十分龐大，要實現(xiàn)每一件商品都貼有RFID標簽可能還有一段較長的路要走．

2)干擾因素．由于液體和金屬制品等介質(zhì)對RFID無線信號的干擾較大，食品中不乏具有水和金屬的環(huán)境，例如飲料和一些食品帶有金屬包裝，使標簽的讀寫性能和數(shù)據(jù)的準確性可能會受到一定的影響．另外，RFID系統(tǒng)中，無源標識可識別范圍相對較小，當遇到距離較遠或者尺寸較大的貨物時，會因受到干擾出現(xiàn)不能識別或者識別錯誤的情況．

3)無源標簽安全性．目前無源標簽還沒有非常可靠的安全機制，其數(shù)據(jù)的加密性能不及有源標簽可靠，標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)相對容易受到威脅，讀寫RFID芯片數(shù)據(jù)時可能容易被他人攻擊，特殊情況時甚至感染病毒．

因此，國家有關(guān)部門應(yīng)當出臺激勵RFID技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，鼓勵企業(yè)增加對RFID技術(shù)的投入，提高食品安全信息溯源的應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平，確保食品安全．

5 結(jié)束語

RFID技術(shù)可以解決食品行業(yè)的安全溯源需求，對于保證食品安全、維護人民群眾身體健康具有重要意義．食品安全信息溯源與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展直接相關(guān)，未來國內(nèi)應(yīng)致力于推出性能更好的食品溯源硬件和軟件應(yīng)用于食品領(lǐng)域，建立和進一步完善多級、互聯(lián)、互通的可追溯網(wǎng)絡(luò)，降低電子標簽成本，增加無源標簽的數(shù)據(jù)安全性，推行統(tǒng)一的行業(yè)標準，強化和推進食品安全信息的可追溯機制．由此可以預(yù)見，隨著電子標簽成本的逐漸降低和無線射頻識別技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用將日益廣泛．

［1］侯春生，夏寧．RFID技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全體系中的應(yīng)用研究［J］．中國農(nóng)學通報，2010，26(3):296-298．

［2］楊彥，廖洪波．國內(nèi)外食品追溯標準化工作現(xiàn)狀分析與建議［J］．西南農(nóng)業(yè)大學學報，2009(5):27-29．

［3］劉建峰．供應(yīng)鏈管理中部署RFID的方案及面臨的挑戰(zhàn)［J］．條碼與信息系統(tǒng)，2007(2):24-26．

［4］David F．RFID tags security and the individual［J］．Computer Law ＆ Security Report，2006，22(2):165-168．

［5］邵瑜，曉兵．基于RFID技術(shù)的?；穬\一體化管理模型［J］．商業(yè)科技，2008(1):21-22．

［6］林?。蒙漕l識別技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的研究［J］．上海交通大學學報，2007(41):140-142．

［7］王月橋．上海世博會進口食品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的研究［J］．信息與電腦，2011(2):65-66．

［8］張可，柴毅，翁道磊，等．豬肉生產(chǎn)加工信息追溯系統(tǒng)的分析和設(shè)計［J］．農(nóng)業(yè)工程學報，2010(4):332-338．

(責任編輯:王 寬)

Application of Radio Frequency Identification Technology in Food Safety Management

CHEN Tian-hua，TANG Hai-tao
(School of Computer Science and Information Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China)

The development and application of food safety traceability aspects in domestic and abroad were introduced in this paper．The system components and working principles of radio frequency identification(RFID)technology were presented．The RFID and 2D bar code were compared from the technical performance．The typical application of RFID technology in tracking and traceability of food safety information，quality control，production process optimization and other aspects was analyzed．The key technologies and major problems of food safety and traceability were proposed according to the actual applications situation of RFID．

radio frequency identification;food safety;food traceability;quality control

TS207

A

2011-07-08

北京市教委科技創(chuàng)新平臺項目(201151);北京市自然科學基金資助項目(4092012)．

陳天華，男，教授，主要從事智能信息處理、計算機網(wǎng)絡(luò)測控等方面的研究．

1671-1513(2011)05-0069-05