基于RFID技術(shù)的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)建立

劉鵬，劉文，李強(qiáng)，王彥蓉，段敏，戴岳（中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京100191）

基于RFID技術(shù)的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)建立

劉鵬，劉文，李強(qiáng)，王彥蓉，段敏，戴岳
（中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京100191）

摘要：針對在食品安全肉牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)質(zhì)量安全追溯存在的問題，結(jié)合肉牛養(yǎng)殖特點，基于RFID（無線射頻，radio frequency identifi cation）技術(shù)改進(jìn)設(shè)計構(gòu)建肉牛質(zhì)量安全追溯信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決肉牛養(yǎng)殖質(zhì)量安全追溯過程中關(guān)鍵信息的編碼問題，具有成本低，擴(kuò)展性強(qiáng)的特點。通過實地運(yùn)行，表明該追溯體系運(yùn)行情況良好，為肉牛養(yǎng)殖質(zhì)量安全追溯體系的構(gòu)建提供了平臺支撐。

關(guān)鍵詞：RFID；肉牛養(yǎng)殖；追溯

牛肉作為市場上的肉類食品之一，是食品安全的熱點監(jiān)控對象。我國肉牛養(yǎng)殖經(jīng)歷從個體養(yǎng)殖到集約化規(guī)模化的養(yǎng)殖，再到利用了現(xiàn)代的高科技信息技術(shù)滲透到養(yǎng)殖、食品安全行業(yè)的管理和追溯的階段。肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)可實現(xiàn)對飼養(yǎng)階段的信息準(zhǔn)確地采集與記錄，并在飼養(yǎng)過程中將數(shù)據(jù)上報至追溯系統(tǒng)，從而在產(chǎn)品的終端對肉牛飼養(yǎng)的關(guān)鍵控制點信息進(jìn)行追溯，幫助企業(yè)完成追溯體系的高效運(yùn)行。同時便于牛入棚的管理，預(yù)防疾病發(fā)生，節(jié)約飼養(yǎng)成本，降低生產(chǎn)損耗，提高勞動生產(chǎn)效率，增加養(yǎng)殖效益。

國內(nèi)外在基于RFID技術(shù)的種植養(yǎng)殖追溯信息系統(tǒng)建設(shè)方面進(jìn)行了不少研究：劉瀟瀟提出食品供應(yīng)鏈安全追溯流程模型的基礎(chǔ)上，采用EPC-256III型編碼結(jié)構(gòu)對代碼段進(jìn)行合理分配并設(shè)計食品供應(yīng)鏈安全追溯標(biāo)簽編碼方案，并證明編碼具有通用性[1]。劉鵬等運(yùn)用EPC（Electronic Product Code）編碼結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合糧食安全追溯過程中的關(guān)鍵信息，設(shè)計構(gòu)建了糧食質(zhì)量安全追溯的關(guān)鍵信息編碼體系。該體系較系統(tǒng)的解決了糧食質(zhì)量安全追溯過程中關(guān)鍵信息的編碼問題[2]。顏波等研究了基于RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯平臺開發(fā)的問題[3]。劉成生做了在基于EPC標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺設(shè)計與實現(xiàn)的相關(guān)研究，平臺融合了多家企業(yè)商品數(shù)據(jù)，滿足了廣大消費(fèi)者對農(nóng)產(chǎn)品流通信息的知情權(quán)，企業(yè)和政府對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追蹤的監(jiān)督權(quán)，同時也為促進(jìn)我國解決農(nóng)產(chǎn)品安全問題提供了一種新的渠道[4]。鄭火國研究了食品安全可追溯系統(tǒng)，并分析可靠性，探討了其功能以及構(gòu)建方法[5]。呂偉國通過對基于EPC物聯(lián)網(wǎng)和RFID的奶牛精細(xì)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的開發(fā)，利用RFID標(biāo)簽來實現(xiàn)奶牛的跟蹤追溯，不僅能有效地減少勞動力、降低了農(nóng)場養(yǎng)殖的成本和提高了產(chǎn)奶的質(zhì)量，還可以減少對環(huán)境的影響，使奶牛養(yǎng)殖成為管理科學(xué)、資源節(jié)約，環(huán)境友好、效益顯著的產(chǎn)業(yè)，這對于實現(xiàn)我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)由粗放型向精細(xì)、效應(yīng)型轉(zhuǎn)變，由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)移不失為一條重要的技術(shù)措施[6]。李敏波等針對供應(yīng)鏈過程的物品跟蹤和追溯需求，提出了基于射頻識別語義事件的物品跟蹤模型和追溯方法，定義了5種射頻識別業(yè)務(wù)事件，設(shè)計了物品跟蹤與追溯系統(tǒng)的功能架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和安全體系[7]。國外的一些學(xué)者也有對產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的研究，如澳大利亞的牲畜標(biāo)識和追溯系統(tǒng)、日本的食品追溯系統(tǒng)、歐盟的牛肉可追溯系統(tǒng)、美國的農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)、瑞典的農(nóng)產(chǎn)品可追溯管理系統(tǒng)等[8-13]。

1　RFID技術(shù)簡介

RFID全稱為Radio Frequency Identification，即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它利用無線電波對記錄媒體進(jìn)行讀寫。其識別距離可達(dá)幾十厘米到幾米，且根據(jù)讀寫的方式，可以輸入數(shù)千字節(jié)的信息，同時，還具有極高的保密性。另外，由于信號接收裝置無需看到標(biāo)簽即可接收數(shù)據(jù)，RFID的包裝方式具有封閉性，因此，無線射頻系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)，能適應(yīng)諸如灰塵、油污、振動以及蓬布遮擋物等環(huán)境，并且可以有效防止標(biāo)簽撕裂、丟失等情況的發(fā)生。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。一個典型的射頻識別技術(shù)系統(tǒng)一般由RFID標(biāo)簽、閱讀器、天線以及計算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。

2　基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)架構(gòu)研究

基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)通過對肉牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)追溯單元及其追溯內(nèi)容的調(diào)研分析，通過使用以RFID為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對各追溯單元中追溯內(nèi)容的信息采集與管理，建立用于追溯的養(yǎng)殖檔案。

在肉牛入場的時候，養(yǎng)殖場會對肉牛健康狀況和產(chǎn)地情況進(jìn)行檢驗，檢驗合格、過秤后，給肉牛編號，為其制作用于識別和存儲基本信息的射頻識別（RFID）耳標(biāo)，耳標(biāo)中的信息包括肉牛的編號、品種、來源、出生日期、進(jìn)場日期等，為肉牛建立養(yǎng)殖檔案。

用戶可用手持移動終端錄入肉牛在育肥過程中飼料投喂、免疫、消毒、轉(zhuǎn)群和治療等方面的信息。手持終端采集信息后，將信息上傳到追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)對肉牛在育肥過程中的動態(tài)健康信息及飼料、飼料添加劑、獸藥、消毒藥品、免疫藥品使用情況和養(yǎng)殖場人員飼養(yǎng)方法與養(yǎng)殖環(huán)節(jié)操作信息的采集與管理。

肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通過計算機(jī)端實現(xiàn)對飼料、飼料添加劑、獸藥、消毒藥品、免疫藥品、養(yǎng)殖場人員和養(yǎng)殖場牛舍等信息的采集和管理。

本追溯系統(tǒng)總體上是一個多層的分布式軟件體系結(jié)構(gòu)。其設(shè)計思想主要是：客戶端和應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的通信以及異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)交換等通過應(yīng)用層業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問層的數(shù)據(jù)訪問類來實現(xiàn)。主要分為三級體系，分別為集團(tuán)管理中心、肉牛養(yǎng)殖場管理中心、牛舍。該系統(tǒng)由電子耳標(biāo)、RFID讀寫設(shè)備、RFID手持式讀寫器、便攜式終端，WEB服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等組成。具體技術(shù)框架如圖1所示。

基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)采用了基于B/S的軟件架構(gòu)體系。系統(tǒng)的服務(wù)器端操作系統(tǒng)選用Window s Server2003 Enterprise，負(fù)責(zé)Web站點的管理與信息發(fā)布?？蛻舳丝蔀閃indows 2000以上的任何版本中的一種。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為SQL Server 2005。服務(wù)器端編程語言選用C#，并使用ASP.NET 2.0作為開發(fā)工具。

3　基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯編碼建立

食品從生產(chǎn)到流通的每個環(huán)節(jié)，都需要繼承上環(huán)節(jié)的溯源信息，生成本環(huán)節(jié)的溯源信息，加上相關(guān)的交易信息上傳到后臺支撐系統(tǒng)，同時將本環(huán)節(jié)溯源信息通過實物標(biāo)簽傳遞到下一環(huán)節(jié)。為降低運(yùn)行成本，實物標(biāo)簽記錄的溯源信息為最小化的溯源信息，只包含當(dāng)前環(huán)節(jié)身份信息的必要項，一般將此最小化溯源信息編碼稱之為溯源碼，與之關(guān)聯(lián)的交易信息及上環(huán)節(jié)溯源碼則記錄在后臺數(shù)據(jù)庫中，后臺數(shù)據(jù)庫將各環(huán)節(jié)的信息關(guān)聯(lián)成雙向鏈表。

3.1肉牛養(yǎng)殖追溯編碼的建立

用不同字母代表不同牧場（如A代表牧場A，B代表牧場B）。

3.1.1圈舍主體代碼

以S表示牛舍，編號為兩位數(shù)，如S04代表4號牛舍。則牧場（A）+牛舍編號（S09）+圈號（02）可表示為AS0902，代表A牧場9號舍2排。

3.1.2消毒場所、窖池主體代碼

以X表示消毒場所、J代表窖池，編號為兩位數(shù)。則牧場+消毒場所編號：如BX03代表牧場03號消毒點。牧場+窖池編號：如AL05代表牧場05號窖池。

3.1.3牛號主體代碼

以字母代替牛的品種（A代表安格斯、K代表科爾沁黃牛）。以六位數(shù)字表示牛只入場時間，以五位數(shù)字表示入場排號。品種+入場時間+排號：如A 150309 00006

3.1.4飼料原料、投入品、藥品、凍精主體代碼

以L表示飼料原料、T代表投入品、Y代表藥品、D代表凍精，以八位數(shù)字表示采購批號，其中以前六位數(shù)字表示采購時間。牧場+物品代號+采購批號：如BL14061102代表牧場批號為L14061102的飼料原料。如BY14061102代表牧場批號為Y14061102的藥品。

3.2肉牛養(yǎng)殖追溯編碼實例

基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯編碼是由標(biāo)準(zhǔn)代碼、版本號、碼長、主體代碼、和原始編碼（EPC）五部分組成。其中標(biāo)準(zhǔn)代碼實例中用G表示，版本號用V1表示，碼長有實際計算而得，主體代碼有3.1中規(guī)定而來，原始編碼為EPC編碼。下面從四個方面給出編碼示例，見表1～表4。

以圈舍編碼為例。

以消毒場所、窖池為例。

以牛號編碼為例。

以飼料原料、投入品、藥品、凍精編碼為例。

4　基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

基于RFID的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)針對肉牛養(yǎng)殖的獨(dú)特行業(yè)特點，系統(tǒng)主要分為牛只管理模塊、飼喂管理模塊、疫病管理模塊、飼料管理模塊、繁育管理模塊、藥品管理模塊、追溯查詢7大模塊，這些模塊涵蓋了肉牛養(yǎng)殖企業(yè)在日常管理中必不可少的通用的功能模塊。4.1牛只管理模塊

該模塊針對母牛、架子牛和育成牛三種不同類型的肉牛分別設(shè)計了包括牛號、類型、牛舍位置、月齡、父號、母號、體重、性別等信息。為肉牛追溯打下堅實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2飼喂管理模塊

該模塊針對飼喂巡視登記、巡欄管理、牛只移動三個飼喂的主要工作進(jìn)行記錄，實現(xiàn)了對牛只物理位置和飼料攝入的數(shù)據(jù)管理。

4.3疫病管理模塊

該模塊包括獸醫(yī)日常的驅(qū)蟲、健胃、免疫接種、日常防疫消毒、突發(fā)疾病用藥等方面工作進(jìn)行記錄為追溯肉牛的疾病用藥追溯打下基礎(chǔ)。

4.4飼料管理模塊

該模塊包括原料采購、投入品采購、窖池信息等進(jìn)行記錄，保證肉牛養(yǎng)殖中飼料的可追溯。

4.5繁育管理模塊

該模塊包括凍精采購、發(fā)情記錄、凍精領(lǐng)用、配種記錄等方面信息，保證肉牛養(yǎng)殖中種群的溯源。

4.6藥品管理模塊

該模塊對藥品采購和領(lǐng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，保證藥品的數(shù)據(jù)可追溯。

4.7追溯查詢

該模塊可實現(xiàn)從牛號、飼料信息、藥品信息等多個方面都進(jìn)行追溯查詢的功能。

5　小結(jié)

采用基于RFID技術(shù)建立的肉牛養(yǎng)殖追溯系統(tǒng)。該系統(tǒng)可完美兼容已有的EPC編碼體系，同時也充分考慮了肉牛養(yǎng)殖的行業(yè)特點，從而有效地解決了EPC編碼與特定行業(yè)結(jié)合的問題。研究成果也可為RFID技術(shù)在其他行業(yè)的推廣提供有益嘗試，本研究成果來源于中央基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)項目、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局科技計劃項目《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源二維碼圖形矯正技術(shù)及移動互聯(lián)網(wǎng)追溯系統(tǒng)構(gòu)建研究》（2014QK214）。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.050

收稿日期：2015-10-20

作者簡介：劉鵬（1982—），男（漢），助理研究員，博士，研究方向：食品追溯。

Cattle Breeding Research Traceability System Based on RFID Technology

LIU Peng，LIU Wen，LI Qiang，WANG Yan-rong，DUAN Min，DAI Yue
（China National Institute of Standardization，Beijing 100191，China）

Abstract：For safety traceability in the food safety aspects of quality beef cattle breeding problems combined with cattle breeding，this paper designed and constructed to improve the quality of beef safety traceability RFID technology-based information systems.The system solves the quality and safety of beef cattle traceability coding problems during the critical information，low cost，scalability and strong features.Running through the field，indicating that the traceability system is running well，for the construction of cattle breeding quality and safety traceability system provides a platform support.

Key words：RFID；cattle breeding；trace