基于QR碼的清真牛羊肉質(zhì)量安全信息追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

唐艷薇等

摘要：可追溯性是食品安全保障的基本原則，建立食品追溯系統(tǒng)對(duì)于清真食品來說，可以對(duì)食品生產(chǎn)運(yùn)銷過程中的危害物及穆斯林禁忌物進(jìn)行有效控制。在闡述QR Code二維碼基本特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)清真牛羊肉生產(chǎn)、加工與流通的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了清真牛羊肉質(zhì)量安全信息追溯系統(tǒng)的總體框架，闡述了QR碼在系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。構(gòu)建基于QR碼的清真肉品追溯系統(tǒng)，保障消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的知情權(quán)，提高清真肉品的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：清真牛羊肉；追溯系統(tǒng)；質(zhì)量安全；QR碼

中圖分類號(hào)： S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）10-0395-03

收稿日期：2014-01-12

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2012BAK17B07）。

作者簡(jiǎn)介：唐艷薇（1988—），女，寧夏銀川人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯漕l無線技術(shù)。E-mail：tangyanwei_2010@163.com。

通信作者：郭中華，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾盘?hào)處理與檢測(cè)、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信。E-mail：guozhh@nxu.edu.cn。食品質(zhì)量安全溯源就是對(duì)生產(chǎn)、加工和流通全程中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全信息進(jìn)行有效管理，并通過對(duì)全程質(zhì)量信息的監(jiān)控和管理來實(shí)現(xiàn)溯源與預(yù)警，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)可快速追溯到問題食品源頭[1]。近年來，畜產(chǎn)品的質(zhì)量安全問題，引起了社會(huì)各界的高度重視[2-4]，在對(duì)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全的全程監(jiān)管過程中，建立食品追溯管理制度便是一個(gè)有效手段。歐盟各國、美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家分別出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)，要求在其國家銷售的肉制品和生鮮水果、蔬菜都要具有可追溯功能[5]。中國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)也出臺(tái)了一系列法律法規(guī)，如《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》以及國家質(zhì)檢總局實(shí)施的中國條碼推進(jìn)工程，奠定了食品安全追溯的基礎(chǔ)[6]。

近年來，寧夏畜牧業(yè)生產(chǎn)得到快速發(fā)展，已成為該區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)[7-8]。寧夏清真肉食品已成為與伊斯蘭國家貿(mào)易的重要內(nèi)容之一。由于清真食品的特殊性，清真牛羊肉質(zhì)量安全信息的溯源預(yù)警技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。由于肉品行業(yè)自身的復(fù)雜性，使得肉品追溯制度的研究和建立需要完整的措施及關(guān)鍵技術(shù)來支撐，二維條碼便是肉品可追溯系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)條碼技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用已進(jìn)行了較多研究[9-10]。構(gòu)建基于QR碼的清真牛羊肉質(zhì)量安全信息溯源系統(tǒng)，以保證清真肉品生產(chǎn)及流通的規(guī)范性，達(dá)到對(duì)清真肉品的全程監(jiān)管。

1QR Code二維碼

二維碼因其具有信息存儲(chǔ)量大、保密性、追蹤性高、抗損性強(qiáng)且易實(shí)現(xiàn)信息化管理等特性，已廣泛應(yīng)用于食品溯源、防偽等領(lǐng)域。QR Code（quick response code，快速響應(yīng)矩陣碼）是目前應(yīng)用最廣泛的二維條碼技術(shù)之一[11]，它除了具有二維條碼的共同特點(diǎn)之外，還具有超高速與全方位識(shí)讀、可以高效地表示漢字等特點(diǎn)。QR 碼的基本特性如下：（1）符號(hào)版本：版本1（21×21模塊）～版本40（177×177模塊）。（2）可編碼字符集及容量：可存放字型數(shù)據(jù)7 089個(gè)字符，字母數(shù)字型數(shù)據(jù)4 296個(gè)字符，8位字節(jié)型數(shù)據(jù)2 953個(gè)字符，中國漢字字符1 817個(gè)字符。（3）數(shù)據(jù)表示方法：深色模塊表示二進(jìn)制“1”，淺色模塊表示二進(jìn)制“0”。（4）糾錯(cuò)能力：采用Reed-Solomon糾錯(cuò)，糾錯(cuò)等級(jí)分為L(zhǎng)級(jí)（糾錯(cuò)7%）、M級(jí)（糾錯(cuò)15%）、Q級(jí)（糾錯(cuò)25%）、H級(jí)（糾錯(cuò)30%）。

2追溯系統(tǒng)

2.1追溯系統(tǒng)概述

可追溯性最早的定義是在 ISO8402《質(zhì)量管理和質(zhì)量保證術(shù)語》中，“追溯”是指通過標(biāo)志的方法追溯和跟蹤某個(gè)實(shí)物的來歷、應(yīng)用和位置的能力[12]。肉品追溯系統(tǒng)記錄了每個(gè)追溯環(huán)節(jié)的信息，是實(shí)現(xiàn)清真肉品全程質(zhì)量和禁忌物控制的必要工具，是消費(fèi)者對(duì)肉類產(chǎn)品享有知情權(quán)的窗口。

清真牛羊肉追溯系統(tǒng)主要是針對(duì)牛羊肉產(chǎn)品的清真生產(chǎn)信息和質(zhì)量安全信息進(jìn)行監(jiān)管與質(zhì)量控制。清真牛羊肉追溯系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)通過RFID標(biāo)簽采集牛羊飼養(yǎng)、屠宰加工以及運(yùn)輸過程中動(dòng)物的相關(guān)信息，利用RFID閱讀器讀取標(biāo)簽采集的信息并將其上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，最終提交到溯源系統(tǒng)平臺(tái)。由溯源系統(tǒng)平臺(tái)按相應(yīng)的編碼規(guī)則生成二維碼并打印，制作成標(biāo)簽貼在分裝深加工后的肉品上，發(fā)往經(jīng)銷商處，由經(jīng)銷商將物流、銷售等信息推送到溯源平臺(tái)。消費(fèi)者掃描肉品上的二維碼，獲取基本的溯源信息，還可以登錄溯源系統(tǒng)網(wǎng)站進(jìn)一步查看有關(guān)肉品詳細(xì)的溯源信息。

2.2追溯系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

構(gòu)建清真牛羊肉追溯系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括RFID技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及Web服務(wù)器技術(shù)等。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，利用RFID和數(shù)據(jù)庫技術(shù)完成追溯系統(tǒng)管理模塊的溯源信息采集、管理和傳輸，本系統(tǒng)運(yùn)用SQL Server 2008建立溯源系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫；并通過JSP技術(shù)設(shè)計(jì)溯源網(wǎng)站查詢模塊的用戶登錄界面、信息查詢界面以及用戶信息反饋界面，運(yùn)行JSP的Web服務(wù)器平臺(tái)采用Apache+Tomcat+JDK整合的方式。追溯系統(tǒng)的總體功能如圖2所示。

3QR碼在系統(tǒng)中的應(yīng)用

在清真肉品追溯系統(tǒng)中，二維碼是溯源信息傳遞的載體，通過智能終端掃描食品包裝上的二維碼，追溯其溯源信息達(dá)到對(duì)食品全過程的跟蹤。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能手機(jī)的普及，使得農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)在智能終端的查詢成為可能，這使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯更加便捷，實(shí)現(xiàn)即時(shí)查詢[13]。

3.1QR碼的設(shè)計(jì)與生成

3.1.1QR碼的設(shè)計(jì)在清真牛羊肉溯源系統(tǒng)中，QR Code二維碼的編碼信息包括肉品的產(chǎn)品名稱、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、包裝日期、追溯碼及網(wǎng)址，信息可以直接通過智能終端設(shè)備上的二維碼識(shí)別軟件掃描顯示出來，消費(fèi)者還可以利用掃描出來的追溯碼登錄追溯系統(tǒng)網(wǎng)站進(jìn)一步查看詳細(xì)的溯源信息。

在追溯系統(tǒng)中，QR碼的生成是利用Java EE開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，開發(fā)環(huán)境為Eclipse IDE。在QR碼的生成與識(shí)別過程中利用DES算法對(duì)QR碼進(jìn)行加密與解密，保障信息的安全性與可靠性。DES 算法是通過循環(huán)和迭代，將簡(jiǎn)單的運(yùn)算和變換構(gòu)成數(shù)據(jù)流的非線性變換，算法設(shè)計(jì)核心是將整個(gè)算法的安全性寓于密鑰之中。該算法具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、成本低、保密性好等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)條形碼加密的理想算法。

3.1.2QR碼的生成QR Code二維碼為ISO/IEC 18004所規(guī)范，在網(wǎng)上有許多開放的Library可供下載引用，此次QR碼生成程序中引用的是SwetakeQRCode.jar函數(shù)庫。QR碼生成過程：（1）將QR碼的編碼信息以字符串的形式輸入；（2）利用SwetakeQRCode.jar函數(shù)庫轉(zhuǎn)成產(chǎn)生圖片文件的二維數(shù)組；（3）繪制二維碼圖片。

部分程序如下：

public void AndroidQREncode（String strEncoding，int qrcodeVersion）

{try

{ com.swetake.util.Qrcode testQrcode = new com.swetake.util.Qrcode（）；

/* L′，′M′，′Q′，′H′ */

testQrcode.setQrcodeErrorCorrect（H‘）；

/* “N”，“A” or other */

testQrcode.setQrcodeEncodeMode（B‘）；

/* 0-20 */

testQrcode.setQrcodeVersion（qrcodeVersion）；

……

private void drawQRCode（boolean[][]bRect，int colorFill）

{ int intPadding = 20；

Canvas mCanvas01 = mSurfaceHolder01.lockCanvas（）；

mCanvas01.drawColor（getResources（）.getColor（R.drawable.white））；

Paint mPaint01 = new Paint（）；

mPaint01.setStyle（Paint.Style.FILL）；

mPaint01.setColor（colorFill）；

mPaint01.setStrokeWidth（1.0F）；

for（int i=0；i

{for（int j=0；j

{if（bRect[j][i]）

{mCanvas01.drawRect（new Rect（intPadding+j*3+2，intPadding+i*3+2，intPadding+j*3+2+3，intPadding+i*3+2+3），mPaint01）；}}}

mSurfaceHolder01.unlockCanvasAndPost（mCanvas01）；

}……

QR碼生成程序中自定義函數(shù)AndroidQREncode（）有2個(gè)參數(shù)，分別位于編碼的字符串以及要指定的符號(hào)版本QR CodeVersion（可接受0～40），本次程序中所用的版本是15。創(chuàng)建對(duì)象testQrcode后，將糾錯(cuò)等級(jí)Error Correction設(shè)置為H（可接受L、M、Q、H等值），以及調(diào)用函數(shù)testQrcode.calQrcode（）將其編碼為二維boolean數(shù)組，自定義函數(shù)draw QR Code（）則接受來自編碼后的boolean二維數(shù)組，將其在畫布SurfaceView上繪制出QR Code二維碼。運(yùn)行程序后，運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

3.2QR碼的識(shí)別與追溯

QR識(shí)別過程的程序與QR碼生成一樣，也在Eclipse IDE開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行，這里引用的函數(shù)庫為Source ForgeQRCode.jar。QR碼掃描過程：（1）打開相機(jī)，將瞄準(zhǔn)框?qū)?zhǔn)二維碼，掃描后取得二維碼靜態(tài)圖片；（2）將靜態(tài)圖片送往Source ForgeQRCode.jar函數(shù)庫中運(yùn)行譯碼；（3）取得譯碼之后的字符串，識(shí)別條碼的類型，顯示二維碼圖片信息。

系統(tǒng)采用的是Android智能設(shè)備，掃描二維碼前，首先將應(yīng)用程序部署到掃描設(shè)備上，通過掃描二維碼，設(shè)備上將顯示二維碼的格式、類型，以及掃描二維碼的時(shí)間等信息，QR碼識(shí)別如圖4所示。本程序中還設(shè)置了網(wǎng)頁搜索、通過E-mail分享和短信分享的功能。掃描二維碼可以得到追溯基本信息和溯源查詢碼，登錄溯源網(wǎng)站輸入追溯碼，可以進(jìn)一步查詢動(dòng)物養(yǎng)殖過程、屠宰以及肉品運(yùn)輸過程等相關(guān)溯源信息。

4結(jié)語

清真牛羊肉質(zhì)量安全信息溯源系統(tǒng)是一個(gè)涉及多渠道、

多層次、多方面的信息采集、統(tǒng)計(jì)、管理的綜合系統(tǒng)，QR碼的小型化、高儲(chǔ)量、識(shí)別率高等特點(diǎn)很好地滿足了系統(tǒng)的技術(shù)需求。建立基于QR碼的清真牛羊肉質(zhì)量安全信息追溯系統(tǒng)有利于規(guī)范產(chǎn)品的生產(chǎn)與流通，保障產(chǎn)品質(zhì)量安全，還可以對(duì)肉品生產(chǎn)運(yùn)銷過程中的危害物及穆斯林禁忌物進(jìn)行有效控制，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)民族特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著智能手機(jī)的發(fā)展與普及，食品溯源信息查詢也變得更加簡(jiǎn)捷、高效，將進(jìn)一步促使二維碼技術(shù)在食品安全溯源領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

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