生鮮蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

濮永仙

摘要：針對生鮮蔬菜種植分散，標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，溯源渠道不暢的問題，探索了一種企業(yè)與農(nóng)戶合作的模式，設(shè)計并開發(fā)了生鮮蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。系統(tǒng)依據(jù)生鮮蔬菜產(chǎn)品供應(yīng)鏈特點，采用RFID標(biāo)簽與一維碼、二維碼相結(jié)合的混合編碼模式，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，開發(fā)了具有網(wǎng)絡(luò)管理、條碼打印、產(chǎn)品查詢、智能手機管理等多功能的產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可自動采集環(huán)境信息，以及攝像頭或手機拍攝的圖像，上傳至服務(wù)器，作為產(chǎn)品的原始信息。最終采用二維碼溯源，實現(xiàn)蔬菜產(chǎn)品在種植、收購、檢測、加工等環(huán)節(jié)信息追溯。這為蔬菜生產(chǎn)建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為市場增強了產(chǎn)品透明度，形成一個具有三方滿意及消費者參與監(jiān)督、評價的溯源服務(wù)平臺。

關(guān)鍵詞：生鮮蔬菜；產(chǎn)品質(zhì)量安全；溯源系統(tǒng)；設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：S126 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2016.03.005

1引言

生鮮蔬菜能為人體提供多種維生素，是人們每天的生活必需品。近年來，蔬菜類產(chǎn)品安全事故頻繁發(fā)生，某些生產(chǎn)者、運營商法律意識與衛(wèi)生意識淡薄，濫用農(nóng)藥、化肥等，致使產(chǎn)品中藥物殘留、重金屬等有害物質(zhì)超標(biāo)事件時有發(fā)生。李克強總理在2015年兩會政府工作報告中提出，要“最嚴(yán)格的立法和監(jiān)管”保障食品安全。人大代表鄭杰認(rèn)為，中國急需研究高效統(tǒng)一的編碼標(biāo)識，應(yīng)用信息技術(shù)，完善食品溯源體系，使其在生產(chǎn)、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)有統(tǒng)一標(biāo)識，使有問題食品可溯源。溯源系統(tǒng)是指對商品從生產(chǎn)到銷售各環(huán)節(jié)信息進行記錄及存儲，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時能夠追溯到出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，實施有針對性懲罰，必要時對產(chǎn)品召回，以此提高產(chǎn)品質(zhì)量的追溯信息系統(tǒng)。

歐盟在1997年就開始研究農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)。在2002年歐盟頒布了178/2002號法令，要求自2004年起在歐洲范圍內(nèi)銷售的食品，要求能夠被追溯。2004年美國頒布了《食品安全跟蹤條例》，要求任何需加工、運輸?shù)认嚓P(guān)環(huán)節(jié)的企業(yè)都要建立食品流通全過程的記錄。日本除了制定相應(yīng)的法規(guī)，在零售階段，還要求大部分超市安裝產(chǎn)品溯源終端。英國政府建立了基于互聯(lián)網(wǎng)的家畜跟蹤系統(tǒng)（CTS）。國外在溯源系統(tǒng)研發(fā)方面有，在西紅柿、草莓、馬鈴薯等的種植中，采用傳感器、機器人采集環(huán)境信息，進行農(nóng)事操作（澆水、施肥等），并開發(fā)了相應(yīng)的溯源信息管理系統(tǒng)。

中國物品編碼中心在2007年開始啟動中國條碼實施工程，在上海、武漢等地試行，2008年提出要全面推行農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)。國內(nèi)的溯源系統(tǒng)研發(fā)起步也較晚，但目前已有不少成果。因我國機械化程度不高，蔬菜種植乃以農(nóng)戶分散種植為主，這致使種植標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，整體質(zhì)量難以保證，溯源渠道不通暢等問題。雖然國內(nèi)學(xué)者在食品安全方面進行了大量研究，但是大多局限于定性討論，針對生鮮蔬菜溯源的較少，尤其是對生產(chǎn)質(zhì)量控制體系方面的溯源缺乏全面探討。

物聯(lián)網(wǎng)是用射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)、GPS、無線通訊等技術(shù)，按照一定協(xié)議把不同的設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)物與物、人與物之間的信息交換，以實現(xiàn)對物體智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控、管理的一種網(wǎng)絡(luò)。將物聯(lián)網(wǎng)用于農(nóng)產(chǎn)品安全問題追溯，能起到識別、跟蹤、監(jiān)控等作用。本文在借鑒國內(nèi)外溯源基礎(chǔ)上，根據(jù)我國生鮮蔬菜種植特點，探討了一種農(nóng)戶與企業(yè)合作的生產(chǎn)模式，采用EPC、RFID、二維碼及一維碼的混合編碼標(biāo)識，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的生鮮蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。這既為我國放養(yǎng)式生鮮蔬菜生產(chǎn)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使蔬菜產(chǎn)品在生產(chǎn)、收購、加工等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量得以控制，追溯問題蔬菜有了源頭，又有利于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。

2材料與方法

2.1溯源對象

生鮮蔬菜類產(chǎn)品，一般是由種農(nóng)戶種植、采收后批量賣給銷售商，再通過銷售商進入市場，這就很難監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，一旦有問題的蔬菜進入市場，其源頭將無法定位。因此，只有準(zhǔn)確記錄蔬菜產(chǎn)品在每個環(huán)節(jié)的信息，當(dāng)有問題時才能準(zhǔn)確找到問題根源。針對生鮮蔬菜這類產(chǎn)品特性，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是基本質(zhì)量控制、收購標(biāo)準(zhǔn)、運輸管理及消費者權(quán)益等幾個方面。創(chuàng)建的生鮮蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，應(yīng)包含產(chǎn)品標(biāo)識、數(shù)據(jù)庫和信息傳遞三個基本要素。本研究的溯源對象是生鮮的蔬菜約30個品種，系統(tǒng)使用者分為企業(yè)管理員、加盟的蔬菜種植戶和消費者共三類。

2.2溯源編碼設(shè)計

本文依據(jù)《EPC電子產(chǎn)品編碼》、《EAN/UCC系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)識符》、《農(nóng)產(chǎn)品追溯編碼導(dǎo)則》及《信息分類和編碼的基本原則與方法》的相關(guān)規(guī)定，采用RFID識別與一維碼、二維碼相結(jié)合的混合標(biāo)簽?zāi)Ｊ?，作為生鮮蔬菜產(chǎn)品溯源的信息載體，對種植、收購、加工、運輸、倉儲及追溯環(huán)節(jié)進行編碼。EPC系統(tǒng)是由國際物品編碼協(xié)會（GSI）提出的一種生的編碼規(guī)則，它與EAN/UCC編碼體系相兼容，具有容量大、安全性好、可擴展性強等特點。因RFID標(biāo)簽不受光線、溫濕度及其他惡劣自然環(huán)境的影響，因此生鮮蔬菜產(chǎn)品在種植、采摘等環(huán)節(jié)可用RFID進行標(biāo)識。如在蔬菜種植時將地塊或農(nóng)戶編號，利用EPC編碼規(guī)則生成一個編碼，并分配RFID標(biāo)簽，將作物的基本信息、農(nóng)事操作及無線傳感器收集的信息都標(biāo)識到其中。收購時，工作人員只需掃描產(chǎn)品對應(yīng)的射頻卡，讀取其中信息，對收購信息更新。因一維碼成本低，二維碼具有編碼容量大、方便手機掃描等優(yōu)點，在其他環(huán)節(jié)采用EAN/UCC規(guī)則與QR技術(shù)實現(xiàn)一維碼與二維碼標(biāo)簽進行標(biāo)識。生鮮蔬菜產(chǎn)品在各環(huán)節(jié)的編碼流程見圖1。

系統(tǒng)依據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)流程，在各關(guān)鍵環(huán)節(jié)增加數(shù)字化的同時，將各種編碼融為體。在流程中，每個編碼必須具有承上啟下的功能，至少承載相鄰兩個環(huán)節(jié)之間的信息，在數(shù)據(jù)庫中，相鄰環(huán)節(jié)之間的信息采用關(guān)鍵字連接。以下介紹各環(huán)節(jié)編碼格式。

（1）種植標(biāo)識編碼

采用RFID標(biāo)簽技術(shù)對種植地塊進行標(biāo)識，并將每塊種植地與數(shù)據(jù)庫中的基本信息、農(nóng)事操作、環(huán)境信息等對應(yīng)。RFID標(biāo)簽利用二進制數(shù)據(jù)存儲個體標(biāo)識信息，包括三部分：96位EPC碼、24位的Kill碼（出于安全的考慮用于破壞RFID卡內(nèi)信息）和16位的CRC（循環(huán)冗余）校驗碼。利用EPC編碼信息規(guī)范中的GID-96編碼格式24位十六進制標(biāo)識，具體編碼結(jié)構(gòu)見圖2。種植編碼一產(chǎn)地代碼（6位）+管理者代碼（2位）+種植項目代碼（6位）+生產(chǎn)批號（8位）。其中，地塊劃分以種植時間、種植品種、生產(chǎn)措施相對一致的地理區(qū)域為同一地塊，產(chǎn)地編碼由6位組成，前4位為基地編號，后2位為該基地不同的地塊編號。批號用8位表示，6位標(biāo)識種植日期，2位標(biāo)識順序號。其中，年的編碼范圍為00-99，月的范圍為01-12，日的編碼范圍為01-31。

（2）收購標(biāo)識編碼

收購編碼采用GTIN-14編碼結(jié)構(gòu)，結(jié)合應(yīng)用標(biāo)識符（AI）對生鮮蔬菜編碼，采用GSI-128條碼標(biāo)準(zhǔn)打印，將其張貼到包裝上的固定位置，具體格式見圖3。該編碼通過產(chǎn)地編碼或交易號與種植編碼標(biāo)識間建立關(guān)聯(lián)，在標(biāo)簽上能查到準(zhǔn)確的種植信息。其中，加工批號（AOT）由加工日期（如160123）與兩位流水號組成，規(guī)定同一地塊、同一類產(chǎn)品、同一采收日期為同一批次。

（3）物流標(biāo)識編碼

蔬菜物流編碼利用SSCC-18編碼標(biāo)識，并用GSI-128條碼標(biāo)準(zhǔn)打印。SSCC-18編碼結(jié)構(gòu)由18位十進制編碼組成，具體編碼格式見圖4。其中，N₁是擴展位，表示包裝類型，由建立SSCC的廠商統(tǒng)一分配，取值范圍為0～9。第8位至第17位為系列號，由生產(chǎn)商根據(jù)當(dāng)天的流水號分配唯一編碼；最后一位為校驗位，由系統(tǒng)根據(jù)校驗規(guī)則自動生成。

（4）倉儲編碼

倉儲編碼標(biāo)識反映的是產(chǎn)品倉儲的位置，其信息來源是倉儲操作。具體編碼格式采用GIN-13，倉儲編碼由廠商識別碼和位置識別碼組成，具體見圖5。

（5）溯源碼

溯源碼是消費者對產(chǎn)品各環(huán)節(jié)信息進行追溯的標(biāo)識碼。溯源碼信息包含蔬菜的種植、收購、加工企業(yè)、加工檢測、加工日期、加工批次等關(guān)鍵信息。本系統(tǒng)采用QR二維條碼作為生鮮蔬菜產(chǎn)品溯源碼，廠商為每批出廠的蔬菜分配具有惟一性的二維編碼。消費者購買到產(chǎn)品后，利用智能手機掃描包裝上的二維碼，通過溯源數(shù)據(jù)管理平臺響應(yīng)，對二維碼解碼、驗證后，將在溯源信息數(shù)據(jù)庫中檢索到產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)回傳至消費者的手機上。

圖6為以茄子為例的整體編碼實例，其中，圖a為種植編碼，圖b為運輸編碼，圖c為存儲編碼，圖d為收購加工編碼及QR二維溯源碼。

2.3溯源功能模塊

為滿足溯源需求，便于數(shù)據(jù)共享及后期維護，以及增強其可擴展性，在系統(tǒng)設(shè)計時采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流程，并采用相應(yīng)的措施控制數(shù)據(jù)的流向，使其統(tǒng)一和規(guī)范。在此基礎(chǔ)上，以組件的方式開發(fā)了生鮮蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)管理平臺、短信管理平臺、智能手機管理平臺、條碼打印系統(tǒng)、查詢機軟件和查詢網(wǎng)站共6個功能模塊組成，見圖7。針對不同用戶，提供不同級別的密鑰，用戶登陸后，先判定用戶的類型，然后給予分配相應(yīng)的功能模塊。

2.4開發(fā)環(huán)境及工具

系統(tǒng)采用B/S體系構(gòu)架，該體系構(gòu)架的兼容性較強，可滿足不同地域的用戶同時使用。系統(tǒng)開發(fā)語言有：Java JDK6、Eclipse SDK3.3.2、My Eclipse6.0.1、ASP和Html。數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Sever2005。服務(wù)器運行環(huán)境：Windows Sever2003、Apache-Tomcat 6.0。

2.5信息供應(yīng)鏈

生鮮蔬菜產(chǎn)品供應(yīng)鏈主要包括：種植、收購加工、運輸、銷售等環(huán)節(jié)，將這些環(huán)節(jié)建立信息鏈，為蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源提供數(shù)據(jù)支撐。各環(huán)節(jié)之間通過編碼標(biāo)識進行鏈接，在保證各階段溯源信息真實的同時，確保整個信息鏈的完整。生鮮蔬菜產(chǎn)品溯源信息鏈的邏輯關(guān)系見圖8。

（1）種植階段

對于簽約農(nóng)戶而言，除了需對基地土壤、水質(zhì)等進行檢測外，還需解決兩個基本問題：一是蔬菜產(chǎn)品的田間信息記錄；二是蔬菜產(chǎn)品的環(huán)境信息記錄。問題一，通過在田間安裝RFID標(biāo)簽記錄卡實現(xiàn)，每次進行田間操作后，操作員記錄當(dāng)日的具體農(nóng)事操作情況，如20160104，某人，噴灑殺蟲劑20ml；問題二，通過基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)通過太陽能供電，利用ZigBee自組網(wǎng)特性，實時記錄田間環(huán)境信息（如溫度、濕度、光照、土壤濕度等），通過GSM網(wǎng)關(guān)發(fā)送到遠程服務(wù)器，為蔬菜產(chǎn)品溯源提供源頭信息。

（2）收購加工階段

收購蔬菜產(chǎn)品時可能會存在兩種情況：一是簽約農(nóng)戶采用標(biāo)準(zhǔn)化種植的產(chǎn)品，此類產(chǎn)品具有標(biāo)準(zhǔn)的種植信息，在采購時只需審核錄入即可；另一類是分散種植的非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的種植信息可能不完整，需對產(chǎn)品進行檢測，合格后建立交易號，并記錄收購時間、地點、交易人、經(jīng)手人等信息。在產(chǎn)品加工處理階段需解決兩個基本問題：一是蔬菜產(chǎn)品的保鮮；二是蔬菜產(chǎn)品的包裝。產(chǎn)品在采購后，經(jīng)檢驗合格，應(yīng)立即預(yù)冷處理，在5～C溫度下進行清洗、分級、裝箱等處理。蔬菜產(chǎn)品在收購加工階段的溯源標(biāo)簽在包裝前預(yù)先打印好，方便操作員快速包裝，并記錄加工時間、經(jīng)手人、加工地點、農(nóng)藥殘檢驗等關(guān)鍵信息。

（3）運輸階段

該階段需將運輸編號與產(chǎn)品批次號相關(guān)聯(lián)，并對產(chǎn)品的生產(chǎn)者、參與者進行記錄。利用GPS自動記錄運輸車輛的出發(fā)地和目的地，并最大限度保障蔬菜產(chǎn)品運輸環(huán)節(jié)的安全性。在運輸途中，需配備環(huán)境信息采集設(shè)備，對蔬菜在運輸環(huán)境中的信息（如溫濕度、CO₂濃度等）進行實時感知，并通過GPRS上傳至數(shù)據(jù)庫中，以備溯源。

（4）銷售階段

對所有記錄在案的蔬菜產(chǎn)品進行認(rèn)證，并貼上專門設(shè)計的生鮮蔬菜產(chǎn)品溯源標(biāo)簽，為消費者現(xiàn)場查詢。

3結(jié)果與分析

3.1自動采集環(huán)境信息

把設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)與溯源系統(tǒng)有機結(jié)合起來，從一定程度上解決了產(chǎn)品質(zhì)量追溯的源頭信息。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在蔬菜種植大棚內(nèi)安裝各種傳感器、攝像頭、可控設(shè)施等，用以監(jiān)測與調(diào)控棚內(nèi)溫濕度、土壤溫濕度、CO₂濃度、以及各種養(yǎng)分等參數(shù)。如當(dāng)溫濕度或水分不符合作物生長需求時，向管理者報警，并自動開啟棚內(nèi)設(shè)施，調(diào)節(jié)溫濕度、澆水等，使其生長在最佳的環(huán)境中。各種傳感器、攝像頭獲取到的環(huán)境參數(shù)、視頻、圖片等信息，通過ZigBee網(wǎng)關(guān)，再通過3G、GPRS等網(wǎng)絡(luò)傳至遠程服務(wù)器中，這些數(shù)據(jù)經(jīng)整理后，存人指定的溯源數(shù)據(jù)庫，為最終的蔬菜產(chǎn)品溯源提供重要的源頭信息。通過物聯(lián)網(wǎng)實時感知技術(shù)，除了可對種植基地環(huán)境信息采集外，還可對加工、運輸及倉儲的環(huán)境信息實時感知，采集到的信息被處理后進行無線傳輸，通過服務(wù)器的上位機程序接收，并寫入溯源數(shù)據(jù)庫。