基于RFID的蔬菜質量溯源系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

於文剛

摘要：為了提高蔬菜質量溯源系統(tǒng)信息的實時性、準確性和可靠性，本文介紹了無線射頻識別技術（RFID），提出了基于RFID的蔬菜質量溯源系統(tǒng)架構，詳細分析了蔬菜銷售過程的信息流程，設計了基于RFID的蔬菜質量溯源系統(tǒng)。與基于條形碼的系統(tǒng)相比，采用基于RFID的蔬菜質量追溯系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)采集過程更智能、速度更快、識別率更高的優(yōu)點。

關鍵詞：RFID；蔬菜；溯源；系統(tǒng)；物聯(lián)網

中圖分類號：TP79，TN92 文獻標志碼：A

Abstract：In order to improve the information real-timing、 accuracy and reliability of vegetable quality traceability system， this paper introduces the radio frequency identification technology （RFID）. After that， vegetable quality traceability system architecture is proposed based on RFID， information flow of vegetable sales process is also analyzed in detail， vegetable quality traceability system based on RFID is furtherly designed. Compared with the system based on barcode， the vegetable quality traceability system based on RFID has the advantages such as smarter and faster data collection， as well as higher recognition rate.

Key words：RFID；Vegetables；trace to the source；System；Internet of things

0 引言

隨著人們生活水平逐漸提高，在注重食品營養(yǎng)的今天，人們對蔬菜消費需求已逐步由數(shù)量型向質量型轉變，不但要求數(shù)量充足、品種齊全，而且更加注重蔬菜的營養(yǎng)成份。圍繞蔬菜安全生產的話題消息也隨即成為全社會參與關注的熱點與焦點。

在國外，無線射頻識別技術（radio frequency identification，RFID）在蔬菜質量監(jiān)管領域已然獲得高度重視與廣泛研究[1]。美國加利福尼亞州的Oxnard草莓種植戶早在2006年就安裝了一套由Climate Minder研制的物聯(lián)網系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測草莓的生長過程。這套系統(tǒng)能夠通過采集空氣和土壤的實時數(shù)據(jù)，自動保持大棚內最佳的生長環(huán)境，如噴水、噴霧、調整溫度等。Mizunuma等[2]通過配置溫室的無線局域網（WLAN）用于監(jiān)測蔬菜的生長，并實現(xiàn)了生長系統(tǒng)的遠程控制，研究結果表明這種遠程控制系統(tǒng)能夠大幅提高生產力并減少人工勞動。

在國內的食品安全研究領域，食品識別多數(shù)采用條形碼技術[3]，RFID技術應用也已于近期迅速成為學界潮流。蔡文青、梁斌基[4]利用RFID技術監(jiān)測對奶牛場的原料奶以及奶牛場的管理進行監(jiān)測，充分借助于互聯(lián)網溯源管理模式最大程度地成功制止不合格的奶制品進入市場。

綜上所述，本文即以RFID技術和物聯(lián)網為基礎，提出基于RFID的物聯(lián)網架構下蔬菜銷售階段跟蹤追溯系統(tǒng)的基本原理，對其結構和功能進行了分析，并利用RFID標簽來實現(xiàn)蔬菜的跟蹤追溯，從而顯著提升了產品信息采集的準確性和便利性。

1 RFID技術介紹

RFID（射頻識別）技術，又稱電子標簽技術，不同于條形碼，是一種非接觸式的自動識別技術，可以實現(xiàn)多個標簽的同時快速讀寫，操作快捷，安全性高，且具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密和存儲、存儲信息可以自行編輯等優(yōu)點[5]。

RFID的基礎組成包括兩部分即軟體與硬體 [6]。其中，電子標簽、讀取器與天線屬于硬體部分，而軟體部分包括的則是中間件系統(tǒng)。在此基礎上，進一步給出無線射頻技術的工作原理，具體如圖1所示。

圖1-1 RFID系統(tǒng)組成結構圖

Figure 1-1 Composition structure of RFID system

由圖1可知，將 電子標簽置于監(jiān)測對象中，利用無線電波技術把采集的信息數(shù)據(jù)輸送給讀寫器，再借助于射頻信號的空間耦合技術，在不接觸的情況下把相關的數(shù)據(jù)輸送給pc終端的應用系統(tǒng)；此后，對傳送過來的數(shù)據(jù)進行分析處理，并最終實現(xiàn)對信息的有效判定與識別。

2基于RFID的蔬菜質量溯源系統(tǒng)的設計

2.1 方案設計

依據(jù)決策支持技術體系，項目方案的設計課分為5個層次。實際過程中，是以實際需要為基礎，各層次通過有機互聯(lián)、協(xié)同配合，從而完成蔬菜質量管理信息系統(tǒng)的整體構建。首先是數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)的設定，如Web服務系統(tǒng)；第2個層次是決策支持系統(tǒng)的設計，其中主要由專家系統(tǒng)、知識庫、數(shù)據(jù)庫以及模型庫系統(tǒng)部分組成；第3個層次是種植應用系統(tǒng)，這部分由以下5個因素整合實現(xiàn)，即4個系統(tǒng)（監(jiān)測、控制、管理以及銷售），一個標準（控制標準）；第4個層次是自動控制與業(yè)務辦公體系，這部分由HACCP預警、質量溯源這2個系統(tǒng)以及辦公自動化與數(shù)據(jù)交換平臺組成；第5個層次是信息處理與發(fā)布系統(tǒng)，包括了農業(yè)科技部門和海關出口檢疫部門以及病蟲害防疫、質量監(jiān)管、質量安全溯源等相關因素，此外還涵蓋有電子商務平臺。本系統(tǒng)的構建研究中是以實際的需要為基礎，同時融合以B/S、C/S技術的專業(yè)高效模式，連同這5個層次的智能聯(lián)通結合，因而能夠對蔬菜的選種、種植以及田間管理、采摘、儲存、配送等環(huán)節(jié)進行全程可靠監(jiān)測。

2.2 蔬菜生產流通數(shù)字化過程控制

對蔬菜的生產過程以及流通環(huán)節(jié)實行數(shù)字化控制，其涉及技術的數(shù)學模型主要由以下方面組成：1）生長生態(tài)環(huán)境控制工作流模型；2）RFID二維條碼、存儲模型；3）測土配方、農藥控制模型；4）HACCP預警分析模型；5）專家系統(tǒng)診斷推理模型。

2.3蔬菜生產流通全程監(jiān)管專家診斷系統(tǒng)

2.3.1 知識庫管理

知識庫中蘊藏著海量豐富信息，包括產品的選購、成本預算、前期計劃、技術支持、相關病蟲害預防以及應對措施、銷售環(huán)節(jié)等全方位的技術內容，并附有生動圖片信息以及真實案例可供用戶參考使用。并且，知識庫的信息也是實時更新的，就是要即時補充新的信息和技術。此外，還設置有多種形式的智能檢索方式，可為各類用戶群體發(fā)揮客觀規(guī)則效應作用。

2.3.2 專家診斷系統(tǒng)

系統(tǒng)運行中，可使行業(yè)專家不再為時間和地區(qū)所囿，足不出戶就可以借助現(xiàn)代通訊工具、網絡技術等等直接指導用戶。相應地，用戶也可以把實際狀況通過語言描述并發(fā)現(xiàn)彩信、視頻等方式與專家最快速度取得聯(lián)系，把信息全面反映給專家，及時發(fā)現(xiàn)問題的原因，并釆取措施，解決問題。如遇困惑疑難也可發(fā)揮互聯(lián)網作用，全球范圍求助，來規(guī)避風險，減少損失。

3 基于RFID的蔬菜質量溯源系統(tǒng)的實現(xiàn)

以淮揚菜數(shù)字化農場蔬菜質量溯源系統(tǒng)為例，完善實施和示范推廣全方面的蔬菜生產數(shù)字化技術與相關的農村科技服務技術，借助于現(xiàn)代數(shù)字化技術對蔬菜的生產過程進行全面、有效控制，最大程度地監(jiān)控其安全，同時帶動農業(yè)生產效率提升達到增收的目的，這也將有助于加速農村科技信息的普及覆蓋，并最終保障農產品的質量與安全。

3.1 實施基礎

3.1.1 確立淮揚菜數(shù)字化農場蔬菜生長標準體系

建立淮揚菜數(shù)字化農場蔬菜生長標準體系，再按照蔬菜生長標準和“蔬菜E控”平臺的相關要求，在每個示范基地中選取3～5個地方品牌蔬菜品種，明確質量控制點，并將蔬菜生產標準體系實現(xiàn)數(shù)字化控制。

3.1.2 農戶蔬菜采摘收購終端系統(tǒng)

蔬菜經銷商隨身攜帶移動終端系統(tǒng)來到田間進行蔬菜的采購，此終端系統(tǒng)可以把農產品的資料、數(shù)量以及農戶信息等等資料借助于現(xiàn)代網絡技術完整傳遞到公司的終端系統(tǒng)中，并可以打印出電子標簽。蔬菜經銷商只要把電子標簽粘貼在農產品的包裝上，就實現(xiàn)了收購活動。

3.1.3 公司端倉儲加工入庫車間管理系統(tǒng)

利用條碼技術可以有效、全面地監(jiān)測農產品的加工、儲存以及入庫篩選等系列環(huán)節(jié)，并產生電子條碼，在此基礎上又充分利用服務器、計算機網絡等技術就可以全局精準掌握蔬菜加工的整個過程。

3.1.4 淮揚菜數(shù)字化農場蔬菜生長、溯源平臺

研究中，淮揚菜數(shù)字化農場蔬菜生長、溯源服務體系的建立與設計，這個體系需要具備信息發(fā)布、專家在線指導以及產品溯源服務等功能，可以為農業(yè)生產者普及最新的農產品知識和技術以及市場供求狀況。該體系使消費者能夠實現(xiàn)溯源追蹤，只需要利用溯源碼就能夠在系統(tǒng)內了解到蔬菜的生產、加工以及配送的全方位信息。就現(xiàn)在的技術而言，在蔬菜產品的包裝上粘貼二維標識安全碼后，向消費者提供查詢入口，查詢內容包括蔬菜的生產情況、質量安全、保質時間等類別分項，消費者利用相關手機終端下載“蔬菜E控”平臺溯源系統(tǒng)（手機終端），就可以完成設定的查詢工作，消費者也可以借助于互聯(lián)網、電話、短信等手段進行查詢，甚至利用網絡還可以得到更為詳細的蔬菜田塊場景、生產過程圖片等。

3.2 實現(xiàn)過程

如圖21所示，展現(xiàn)了新鮮蔬菜供應鏈流程圖。運用電子標簽完成數(shù)據(jù)更新，易于操作，過程較為簡單，且在拓展實現(xiàn)上也具相當優(yōu)勢。

3.2.1 生長過程

以淮揚菜數(shù)字化農場的速凍蔬菜來舉例說明，對大棚內的溫度進行有效地控制，利用傳感技術對蔬菜的生產環(huán)境，如光、溫度、濕度以及空氣質量等等進行動態(tài)監(jiān)測，借助于數(shù)據(jù)采集器來完成大棚內各項數(shù)據(jù)的采集工作，采集的數(shù)據(jù)有大棚內1.5m高度中空氣的濕度和溫度、二氧化碳含量以及蔬菜的光合作用狀況，每10秒進行一次數(shù)據(jù)采集，每30min存儲一次平均值。建立實時環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)變化數(shù)據(jù)庫，可據(jù)此發(fā)出蔬菜生產實時栽培管理指導。根據(jù)光合有效輻射探頭、溫度、濕度和CO2濃度傳感器采集的數(shù)據(jù)可得出作物在生長周期內每個時間段的輻射、溫度、濕度和CO2濃度變化圖，如圖3～6所示。

3.2.2 加工過程

由于電子標簽能夠及時地添加各種信息，就使得在加工環(huán)節(jié)中，工作人員需要依據(jù)一定的規(guī)范對相關信息進行更新，包括時間、地點、包裝材料以及防腐劑的使用狀況等等。過程效果是：消費者在購買蔬菜時就可以借助查詢終端具體了解到產品生產的整個過程。

3.2.3 儲存過程

也就是智能倉庫技術的使用。實現(xiàn)時，是通過電子標簽來得到產品的資料，并依據(jù)設定標準把產品儲存在一定的場所。提取產品時，會有對應信息自動錄入系統(tǒng)，這一活動可以通過閱讀器來更新電子標簽的信息，庫存信息也會隨之發(fā)生聯(lián)動變化，保證信息的及時性與準確性，盡量減少蔬菜周轉次數(shù)、保證蔬菜質量。

3.2.4 運輸過程

在蔬菜的配送環(huán)節(jié)，選用了GPS定位技術來實現(xiàn)蔬菜的定位，可隨時自由獲取蔬菜所在位置。同時也方便了職能部門的檢查，在不破壞包裝的情況下就可以對蔬菜進行徹底清查，為蔬菜配送以及緩解交通擁堵現(xiàn)象提供了基礎便利條件。

3.2.5 銷售過程

在蔬菜銷售的過程中，把電子標簽粘貼于蔬菜的包裝上，該系統(tǒng)將對閱讀器進行自動操作就可以完成對產品的監(jiān)測與管理，達到防竊的目的。一些無線射頻技術標簽還擁有監(jiān)控蔬菜有效期的功能。假如某款產品在有效期限內還未銷售出去，系統(tǒng)會自動發(fā)出警示信號告知該產品已過期。由此可知，無線射頻技術就是通過為農產品提供獨一無二的身份識別號碼，從而針對流通到消費者手中的蔬菜，切實保證了其來源的確定性以及產品質量的安全性。

4 結束語

蔬菜的安全生產已成為引發(fā)全社會關注的民生重點事實。造成生蔬菜品質量問題的主要原因之一是生產企業(yè)還不曾具備全面系統(tǒng)的質量監(jiān)督和溯源技術發(fā)展機制。因為蔬菜從生產到銷售是一個長期的過程，中間還要經過加工、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，其中的每個環(huán)節(jié)以及過程都很難有效地掌控并實施及時的監(jiān)督檢測，對其完整的信息以及各項指標也并未納入妥善、靈活的管理之下。就現(xiàn)在的技術水平而言，對于企業(yè)蔬菜質量實施數(shù)字化控制在實現(xiàn)上仍存在一定難度，所以，構建與時代發(fā)展相一致的蔬菜安全生產管理與控制體系，對生產過程以及生產環(huán)境等各方面信息進行及時、有效地采集，并做到精確地管理和協(xié)同耦合決策，在企業(yè)的蔬菜標準化生產體系中至關重要。而且，毋庸置疑的是，也必將有利于我國蔬菜在國際市場上競爭力水平的提升，同時進一步加強國內企業(yè)的整體實力。

參考文獻

[1]任守綱，徐煥良，黎安，周光宏. 基于RFID/GIS物聯(lián)網的肉品跟蹤及追溯系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 農業(yè)工程學報，2010，26（10）：229-235.

[2]MIZUNUMA，KATOH，HATA S. Applying IT to farm fields a wireless LAN[J].NTT technical review.2003，（2）：99-104.

[3]王虎虎，徐幸蓮.畜禽及產品可追溯技術研究進展及應用[J].食品工業(yè)科技，2010，31（8）：413-416.

[4]蔡文青，梁斌. 基于 RFID 技術的原料奶安全溯源管理的研究及實現(xiàn)[J]. 湖北農業(yè)科學，2011，50（7）：1473-1475，1487.

[5]吳正大，魏俊榮，張繼新. RFID 中間件設計技術初探[J].郵電設計技術，2006，11（8）：39-42.

[6]顏波，石平，黃廣文. 基于RFID 和EPC物聯(lián)網的水產品供應鏈可追溯平臺開發(fā)[J].農業(yè)工程學報，2013，29（15）：172-183.