基于RFID及二維碼的肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)焦

玉聰+張立+新黃慶林+劉哲

摘要：根據(jù)肉制品的生產(chǎn)加工與流通特點，利用二維碼及RFID技術(shù)結(jié)合計算機通信技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，構(gòu)建了軍墾牌肉制品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。闡述了二維碼與RFID技術(shù)在肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)中的應用。通過系統(tǒng)研究可提高軍墾牌肉制品信息的透明度，增強消費者對產(chǎn)品的信心，提高產(chǎn)品的可靠性與安全性，促進新疆地區(qū)農(nóng)牧民增收，便于企業(yè)和政府對食品安全的監(jiān)管。

關鍵詞：RFID；二維碼；質(zhì)量安全；溯源系統(tǒng)

中圖分類號： S126文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）05-0215-04

近年來，中國肉制品產(chǎn)量大幅提升，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善。但質(zhì)量安全問題仍然是困擾我國肉制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。隨著“一帶一路”絲綢經(jīng)濟帶的崛起，新疆地區(qū)生鮮農(nóng)產(chǎn)品逐漸走向全球更多的消費者，增強新疆地區(qū)特色農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全工作和新疆地區(qū)特色肉制品全過程的監(jiān)管變得尤為重要。新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)資源非常豐富，特色農(nóng)產(chǎn)品種類豐富，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源平臺的建立對于提升新疆地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的品牌價值、促進新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)的長遠發(fā)展具有重要作用。然而，由于生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)的信息不對稱以及服務體系不完善等原因，新疆地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管和溯源有待進一步發(fā)展。我國內(nèi)地省市的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)發(fā)展迅速，我國學者于2002年開始進行食品質(zhì)量安全溯源體系的研究[1]。2011年，東阿阿膠溯源項目在內(nèi)蒙古自治區(qū)巴林左旗原料基地開展[2]。

2013年3月，新疆地區(qū)牛肉質(zhì)量安全溯源項目啟動，項目完成后，可利用產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)直接了解牛肉在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息，確保牛肉產(chǎn)品全過程安全控制，為消費者提供“新鮮、安全、優(yōu)質(zhì)”的放心產(chǎn)品。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)在新疆地區(qū)剛剛啟動，建立基于二維碼和RFID的軍墾牌肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，從各個環(huán)節(jié)對肉制品的生產(chǎn)進行數(shù)據(jù)采集，利用芯片埋植和二維碼等手段杜絕市場上冒充軍墾牌肉制品的情況，對新疆地區(qū)內(nèi)軍墾牌肉制品進行保護，同時促進養(yǎng)殖戶增收致富。

1.1RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是利用無線射頻技術(shù)進行的非接觸式全雙工數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)對目標加以辨認并得到相關數(shù)據(jù)[3]。RFID標簽的存儲容量可達296以上，使每種物品都可擁有獨一無二的電子標簽[4]。RFID系統(tǒng)的基本組成包括3個部分，即讀寫器、標簽、應用軟件系統(tǒng)[5]。

1.2二維碼技術(shù)

二維碼是相互垂直的二維空間內(nèi)對信息進行處理的條碼。二維碼的信息存儲密度高、存儲量大，具有錯誤查驗和錯誤更正功能，可按照實際情況設置不同的安全級別。其垂直方向攜帶資料，對印刷缺陷或局部損壞可以糾正，恢復數(shù)據(jù)信息。二維碼可不依賴于數(shù)據(jù)庫和通信網(wǎng)絡的存在而單獨應用，主要用于對物品的描述[6]。

二維碼成本低、使用靈活，但信息量與讀取效率無法與RFID相比[7]。RFID標簽可重復使用，讀取速度快，但成本較高。

2質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)分析

2.1需求分析

通過對北京市、上海市等國內(nèi)主要大城市各肉制品加工企業(yè)和大型超市的調(diào)研，結(jié)合新疆地區(qū)的現(xiàn)實情況，了解到企業(yè)希望在牲畜養(yǎng)殖、加工等環(huán)節(jié)實現(xiàn)信息全程跟蹤，并將信息應用于企業(yè)的各大超市中。在消費者購買了企業(yè)的相關產(chǎn)品后，可通過企業(yè)安放在超市中的溯源設備現(xiàn)場查驗產(chǎn)品從養(yǎng)殖到銷售的全程溯源信息，或使用手機掃描產(chǎn)品上的二維碼實現(xiàn)產(chǎn)品溯源。調(diào)研結(jié)果表明，產(chǎn)品信息的溯源增加了消費者對產(chǎn)品質(zhì)量安全的信心，提升了相關產(chǎn)品的口碑，大大增加了產(chǎn)品的銷售量和利潤。企業(yè)迫切需要對旗下的相關肉制品進行全程溯源監(jiān)管。

石河子市與國家商務部于2014年末簽定協(xié)議，成為我國食品流通可溯源體系試點建設城市，并得到了中央專項資金2 500萬元支持。2015年7月，新疆生產(chǎn)建設兵團第8師在石河子市建設的食品流通可溯源項目正式啟動。軍墾牌肉制品溯源系統(tǒng)的研究可實現(xiàn)肉食品源頭溯源可追溯、去處可查證、責任可追究的質(zhì)量安全溯源鏈條，進一步保障肉類食品質(zhì)量安全。本項目可作為流通節(jié)點的追溯子系統(tǒng)，與即將展開的試點工程共同完善新疆地區(qū)內(nèi)食品溯源機制。

2.2溯源模型的建立

2.2.1養(yǎng)殖環(huán)節(jié)

在養(yǎng)殖環(huán)節(jié)，在牲畜身上安裝專用RFID標簽。之后在牲畜的生長過程中，飼養(yǎng)員使用專用手持設備對其生長過程信息不斷進行采集，從來源上對食品安全進行有效監(jiān)控。此環(huán)節(jié)主要使用標簽錄入牲畜在飼養(yǎng)過程中的生長發(fā)育、使用飼料、使用藥品、檢驗檢疫等信息，并將該信息提供給整個溯源系統(tǒng)以供查詢。

2.2.2加工環(huán)節(jié)

在宰殺前，獲取牲畜身上RFID標簽內(nèi)存儲的信息，確定牲畜有過防疫記錄且健康無害后，方可宰殺并進入流通環(huán)節(jié)。獲得宰殺前牲畜身上RFID標簽中的信息，對牲畜進行稱質(zhì)量，采用專用的二維碼打印機將宰殺前牲畜的RFID溯源信息、宰后質(zhì)量、宰殺日期和單位等打印于二維碼中，并與宰后胴體一同進入檢疫環(huán)節(jié)。

2.2.3檢驗檢疫環(huán)節(jié)

宰殺后的肉品通過檢驗檢疫部門進行檢疫，檢驗檢疫部門獲取該肉品二維碼內(nèi)信息，并將檢疫信息上傳至服務器。通過檢疫并合格的肉品，溯源系統(tǒng)將檢驗結(jié)果、日期、單位等有關信息輸入到二維碼中，該二維碼將同肉品一同封存以便用于下一個流通環(huán)節(jié)。

2.2.4運輸環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)使用固定的RFID讀寫器讀取物流車輛上的RFID卡，獲取其上的記錄車牌號、所屬單位、檢驗檢疫消毒單位、日期等信息，然后進行肉品裝車。裝載結(jié)束后，溯源設備自動錄入裝載時間、出發(fā)地、目的地、車載RFID卡信息等，并按照相應信息生成加密信息。運輸全過程進行封存處理，下一環(huán)節(jié)接受肉品時，對車牌號、封識號進行校對，確認密封良好無損后放行。

2.2.5銷售環(huán)節(jié)

銷售環(huán)節(jié)，商戶對肉品進行切分、包裝、銷售。商戶使用專用設備獲取肉品的信息，并與經(jīng)營戶信息一并生成唯一的二溯源二維碼。此二維碼會同小包裝一并流入消費者手中。對于不需要加工的成品，商戶將獲取的肉品信息與商戶信息一并生成二維碼后附于商品包裝上，在銷售時一同交給消費者。

3系統(tǒng)的主要功能設計

根據(jù)需求，軍墾牌肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)主要實現(xiàn)基礎信息維護、系統(tǒng)管理、信息交流、信息查詢的功能（圖2）。

3.1基礎信息維護

該模塊主要是不同管理員進行數(shù)據(jù)的寫入和修改，數(shù)據(jù)一旦寫入將不能修改，只有超級管理員才擁有數(shù)據(jù)和用戶的修改權(quán)限。養(yǎng)殖信息用于添加養(yǎng)殖戶信息、牲畜的檢驗檢疫信息、飼料與喂養(yǎng)時間等信息。屠宰加工信息模塊主要進行胴體識別、初體分割、員工信息。檢驗檢疫環(huán)節(jié)主要錄入加工過程中的檢疫信息與檢疫人員信息。物流倉儲信息向上關聯(lián)屠宰加工信息，向下關聯(lián)銷售信息；銷售環(huán)節(jié)向上關聯(lián)物流倉儲信息，向下與消費者進行對接。

3.2系統(tǒng)管理

該模塊主要對使用者級別與權(quán)限進行管理。在軍墾牌肉制品溯源系統(tǒng)中，系統(tǒng)為不同用戶設置了相應的權(quán)限，超級管理員、管理員、普通用戶的權(quán)限依次降低，從而保障肉制品數(shù)據(jù)的準確與安全。

3.3信息交流與服務

信息交流與服務功能主要是了解消費者所關注的焦點和意見，及時進行改進與反饋，讓消費者滿意。

3.4信息查詢

消費者可通過多種途徑實現(xiàn)查詢。通過手機掃描二維碼進[CM（25]行查詢；網(wǎng)站查詢，用戶通過網(wǎng)頁形式，輸入查詢號進行查

詢；使用安放在企業(yè)超市或農(nóng)貿(mào)市場的專用設備終端，通過輸入編碼或掃碼進行查詢。

4系統(tǒng)的總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖3。

[HTK]4.1軟硬件平臺[HT]

網(wǎng)絡硬件平臺為應用系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有效的網(wǎng)絡硬件保障，提供相應的服務器、網(wǎng)絡環(huán)境、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、PC等。

軟件平臺為應用系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有效的數(shù)據(jù)庫平臺和操作系統(tǒng)等?；A開發(fā)平臺為應用系統(tǒng)的開發(fā)提供統(tǒng)一技術(shù)開發(fā)框架，采用流行的開發(fā)模式，具有很強的易用性、伸縮性、擴展性等多種特點。

4.2基礎支撐平臺

自定義工作臺實現(xiàn)了不同用戶的不同工作界面，可自定義常用工作界面。自定義查詢、報表、統(tǒng)計系統(tǒng)實現(xiàn)了快速的查詢界面配置、報表配置、開發(fā)，用戶可自定義顯示、匯總結(jié)果，并對查詢結(jié)果選擇不同類型的圖表進行數(shù)據(jù)分析，為經(jīng)營決策、日常管理提供有效可靠的依據(jù)。系統(tǒng)安全性控制平臺是保障食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)與業(yè)務保密性的前提，因此需要高度重視安全問題。在方案設計中，為保證業(yè)務系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和業(yè)務數(shù)據(jù)完整，設計了應用廣泛、技術(shù)成熟的安全方案，涵蓋用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、訪問控制、數(shù)據(jù)加密、客戶授權(quán)認證等。

4.3數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)中心平臺實現(xiàn)了整個系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)、屠宰批發(fā)配送環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)、市場零售環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)、超市專賣店等零售數(shù)據(jù)、預警數(shù)據(jù)的采集存儲和統(tǒng)計分析，并對外提供接口或共享查詢。數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)通過網(wǎng)頁Web訪問，實現(xiàn)消費者追溯碼信息查詢，授權(quán)政府內(nèi)部用戶通用追溯監(jiān)管信息查詢，授權(quán)超市、專賣店、市場等用戶數(shù)據(jù)上報。

采用Web Service服務接口進行專用數(shù)據(jù)的實時上傳與交換，主要面向屠宰場、批發(fā)市場以及動檢、監(jiān)管等其他基于Windows的應用系統(tǒng)，以XML格式作為文件交換序列化數(shù)據(jù)，從而保證可穿透防火墻。使用二維碼數(shù)據(jù)接口，消費者可通過手機app掃描產(chǎn)品上的二維碼標簽，對產(chǎn)品溯源信息進行查詢。

5軍墾牌肉制品溯源系統(tǒng)開發(fā)

5.1標簽應用與系統(tǒng)通信

本系統(tǒng)以RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)為基礎，實現(xiàn)對肉制品的全程溯源。考慮到牲畜養(yǎng)殖、加工、銷售環(huán)節(jié)的不同要求，在牲畜養(yǎng)殖和整體屠宰階段使用RFID標簽，在分割加工和零售階段使用二維碼，不僅節(jié)約了成本，而且能夠提高產(chǎn)品流動信息的記錄效率[8]。

系統(tǒng)選用了具有團隊工作室與身份識別的Visualstudio 2013軟件和相對較成熟的SQL Sever 2008軟件進行應用程序集成開發(fā)和數(shù)據(jù)庫管理，構(gòu)建高可用性和高性能的數(shù)據(jù)應用程序。運用局域網(wǎng)技術(shù)將標簽、閱讀器與上位機進行連接，通過Visual studio 2013軟件的“C#”語言調(diào)用RFID廠商的動態(tài)庫，實現(xiàn)對RFID標簽的識別與讀寫，并使局域網(wǎng)與上位機進行通信，為后續(xù)的防碰撞算法提供基礎。部分程序如下：

namespace Utility

{

public class RFIDScan

{

//[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）

//連接讀寫器

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_ConnectScanner（ref int hSocket，string nTargetAddress，uint nTargetPort，string nHostAddress，uint nHostPort）；

//選擇工作天線

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_SetAntenna（int hSocket，int m_antenna_sel）；//識別標簽的EPC

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_EPC1G2_ReadLabelID（int hSocket，int mem，int ptr，int len，byte[] mask，byte[] IDBuffer，ref int nCounter）；//斷開讀寫器連接

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

……

public RFIDScan（）

{

……

5.2系統(tǒng)運行界面

軍墾牌肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)的主界面見圖4。在主界面輸入相應權(quán)限的用戶名和密碼進入相應模塊，如輸入超級管理員的賬號和密碼即可進入管理員界面，可對不同級別的用戶進行管理。

6結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了軍墾牌肉制品在養(yǎng)殖、加工、倉儲、銷售等環(huán)節(jié)的信息溯源，提高了相關產(chǎn)品在飼養(yǎng)、加工、物流、銷售等環(huán)節(jié)的信息透明性，提升了軍墾牌肉制品的品牌價值。通過溯源平臺，相關政府部門可對相關食品進行監(jiān)督管理；消費者可進行信息查詢，實現(xiàn)軍墾牌肉制品的溯源功能。

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