農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈安全溯源體系設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉芳++薛蓮

摘要：農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)保障了農(nóng)產(chǎn)品的安全和監(jiān)管，設(shè)計(jì)結(jié)合射頻識別（RFID）自動(dòng)識別技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全溯源。電子標(biāo)簽采集農(nóng)產(chǎn)品種植信息、加工包裝和檢測農(nóng)藥殘留信息、物流供應(yīng)鏈信息、銷售去向信息等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的信息；閱讀器讀取電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到農(nóng)產(chǎn)品溯源管理數(shù)據(jù)庫中，按電子產(chǎn)品代碼（EPC）在數(shù)據(jù)庫中存儲對應(yīng)信息；消費(fèi)者或管理者可以通過客戶端掃描溯源碼，通過網(wǎng)關(guān)從數(shù)據(jù)庫讀取對應(yīng)的具體信息，同時(shí)以云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)搭建農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈安全溯源的云平臺，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈基本信息的溯源和監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：RFID射頻識別；安全溯源；云平臺；農(nóng)產(chǎn)品；電子標(biāo)簽

中圖分類號：TP391.45文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）08-0206-04

農(nóng)產(chǎn)品是日常生活的必需品，食品安全關(guān)系到人們身體健康及生命安全，為了減少“西瓜爆炸”“毒生姜”等事件的發(fā)生，農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)十分必要。伴隨著信息化技術(shù)的提高和物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)結(jié)合RFID自動(dòng)識別技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算等將整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)供應(yīng)鏈和消費(fèi)者查詢對接，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)控和實(shí)時(shí)查詢。國際食品法典委員會（CAC）與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO（8042：1994）把可追溯性的概念定義為“通過登記的識別碼，對商品或行為的歷史和使用或位置予以追蹤的能力”[1]，據(jù)此概念，農(nóng)產(chǎn)品可追溯管理平臺的建立和數(shù)據(jù)收集包含多個(gè)過程，通過RFID技術(shù)記錄農(nóng)產(chǎn)品種植信息、加工包裝和檢測農(nóng)藥殘留信息、物流供應(yīng)鏈信息、銷售去向信息等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的信息，并把這些信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，消費(fèi)者通過移動(dòng)終端的服務(wù)平臺，實(shí)時(shí)查詢產(chǎn)品信息。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)，可以溯源查詢到農(nóng)產(chǎn)品源頭和流向，為農(nóng)產(chǎn)品的安全保障提供了有效的監(jiān)管。

1系統(tǒng)整體方案

1.1系統(tǒng)組成

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的溯源系統(tǒng)主要包括2個(gè)部分。一部分是農(nóng)產(chǎn)品基本信息的采集，如種植生長期信息、加工包裝和檢測農(nóng)藥殘留信息、物流供應(yīng)鏈信息、銷售去向信息，通過RFID自動(dòng)射頻采集，并通過通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS）或互聯(lián)網(wǎng)將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中和云平臺[2]；另一部分是客戶端通過Web端或者Android界面登錄和掃描相關(guān)條碼，或者通過電腦、電話等途徑查詢，消費(fèi)者可以掃描標(biāo)簽溯源農(nóng)產(chǎn)品的整個(gè)供應(yīng)信息。監(jiān)管部分可以通過溯源查詢問題存在的環(huán)節(jié)，對不合格食品進(jìn)行溯源管理和管制。結(jié)合溯源信息流程的特點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種以ARM控制器為核心，集成條碼技術(shù)、電子標(biāo)簽技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS）定位技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)和手持終端系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，通過軟硬件的一體化協(xié)同設(shè)計(jì)，在農(nóng)產(chǎn)品的包裝箱上貼上電子標(biāo)簽，閱讀器與天線相連，集成傳感器的閱讀器讀取的數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)傳送到農(nóng)產(chǎn)品食品溯源管理數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)將農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的產(chǎn)品信息注冊到RFID公共服務(wù)體系中，基于農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)庫和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源服務(wù)和終端查詢服務(wù)[3]。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

1.2溯源系統(tǒng)功能

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈安全溯源系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下5個(gè)功能[4]。（1）種植生長期基本信息。該信息采集時(shí)與農(nóng)業(yè)智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)深度集成，代表性選擇農(nóng)產(chǎn)品貼上電子標(biāo)簽，安裝無線RFID讀寫設(shè)備，并通過RFID讀寫設(shè)備無線發(fā)送給電子標(biāo)簽進(jìn)行保存。（2）加工包裝和檢測農(nóng)藥殘留。RFID掃描設(shè)備記錄加工和包裝的時(shí)間及操作人；對農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測，檢測值、產(chǎn)品合格與否、檢測等級輸入系統(tǒng)，保存到RFID電子標(biāo)簽中。（3）物流供應(yīng)鏈信息。在農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸時(shí)，在對應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品上貼上系統(tǒng)自動(dòng)生成的二維碼，記錄農(nóng)產(chǎn)品信息，在物流貨車指定位置粘貼RFID標(biāo)簽，表面有可視化信息，結(jié)合GPS定位技術(shù)，系統(tǒng)記錄農(nóng)產(chǎn)品的物流供應(yīng)鏈去向信息。（4）銷售去向信息。為了方便農(nóng)產(chǎn)品的召回，對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的超市和購買者信息進(jìn)行記錄，同時(shí)也寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（5）消費(fèi)者掃描。農(nóng)產(chǎn)品溯源時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成二維碼粘貼在包裝上，消費(fèi)者通過手持終端設(shè)備直接掃描二維碼或者輸入溯源編號，各種手持終端上顯示該農(nóng)產(chǎn)品的詳細(xì)產(chǎn)品信息。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1讀寫器設(shè)計(jì)

RFID閱讀器又稱為RFID讀寫器，即無線射頻識別[5]，通過射頻識別信號的方式自動(dòng)識別相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)可識別運(yùn)動(dòng)物體或同時(shí)識別多個(gè)RFID標(biāo)簽，操作快捷方便。對同類農(nóng)產(chǎn)品貼上RFID標(biāo)簽，該電子標(biāo)簽采用PC材料的UHF900M，標(biāo)簽內(nèi)具有唯一的標(biāo)識符UID，UHF900M電子標(biāo)簽內(nèi)分保留區(qū)、電子產(chǎn)品代碼（EPC）區(qū)、標(biāo)簽識別號（TID）區(qū)和用戶區(qū)，用戶區(qū)內(nèi)保存農(nóng)產(chǎn)品的種植生長期信息、加工包裝和檢測農(nóng)藥殘留信息、物流供應(yīng)鏈信息、銷售去向信息等各個(gè)環(huán)節(jié)的信息。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的讀卡器采用UHF900M，是工作頻段902～928 MHz的遠(yuǎn)距離讀卡設(shè)備，UHF900M閱讀器與UHF900M電子標(biāo)簽以耦合方式通信，實(shí)現(xiàn)射頻信號的傳遞和數(shù)據(jù)交換，UHF900M閱讀器連接嵌入式ARM-A8網(wǎng)關(guān)，上位機(jī)通過串口給UHF900M閱讀器發(fā)送指令，再通過網(wǎng)關(guān)讀取數(shù)據(jù)庫的信息返回給上位機(jī)，該讀寫器支持單卡、多卡讀書信息，并具備RS232、RS485等數(shù)據(jù)接口。RFID閱讀器工作流程如圖2所示。

2.2數(shù)據(jù)庫開發(fā)與設(shè)計(jì)

對于數(shù)據(jù)庫，結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品信息的特點(diǎn)建立數(shù)據(jù)庫，對信息有較強(qiáng)的處理能力，同時(shí)可以方便地進(jìn)行更新維護(hù)，具有符合標(biāo)準(zhǔn)的較強(qiáng)的安全性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持多進(jìn)程、多線索，支持Client/Server和SMP處理模式，在終端查詢時(shí)，開發(fā)的數(shù)據(jù)庫具有良好的查詢和運(yùn)行性能。為了提高信息查詢速度，采用分散存儲策略保存數(shù)據(jù)。

UHF900M電子標(biāo)簽[6]內(nèi)的存儲用戶定義區(qū)只有64b，用來存儲農(nóng)產(chǎn)品關(guān)鍵信息的編碼，該編碼按照定義的EPC編寫，將不同農(nóng)產(chǎn)品信息獨(dú)立送進(jìn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理，掃描編碼信息，通過網(wǎng)關(guān)從數(shù)據(jù)庫讀取對應(yīng)的具體信息，農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含5類信息，每類信息有自己的結(jié)構(gòu)，如農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息結(jié)構(gòu)

列名1類型1說明id1自動(dòng)增加的整數(shù)1主鍵date1整數(shù)，非空1用于保存該產(chǎn)品的檢測日期address1文本，非空1用于保存該產(chǎn)品所在倉儲地址name1字符，非空1用于保存該產(chǎn)品的檢測人姓名result1文本，非空1用于保存產(chǎn)品是否合格或級別

2.3數(shù)據(jù)訪問接口設(shè)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫在Web服務(wù)器的環(huán)境中，由Web服務(wù)器完成對數(shù)據(jù)庫的操作[7]。使用HTTP協(xié)議對程序進(jìn)行調(diào)用，使用PHH語言和control.php這個(gè)URL來實(shí)現(xiàn)對接口的調(diào)用，調(diào)用基本規(guī)則如下：【接口地址】control.php？module=模塊名&method=方法名；【調(diào)用方式】GET或者POST；【表單參數(shù)】module，必須按照參數(shù)表指定4個(gè)調(diào)用模塊之一；【表單參數(shù)】method，必須用來指定調(diào)用模塊中方法的名字，實(shí)現(xiàn)查詢、添加、修改、刪除等功能。

建立溯源數(shù)據(jù)庫時(shí)，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品各個(gè)階段信息的分類，設(shè)定各個(gè)階段的信息并建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，其中指定的調(diào)用模塊是指農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中包含的種植生長期信息、加工包裝和農(nóng)產(chǎn)品等級信息、物流供應(yīng)鏈信息、銷售去向信息4類信息對應(yīng)類型表的管理模塊。

3農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源云平臺設(shè)計(jì)

3.1云服務(wù)功能結(jié)構(gòu)

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的云服務(wù)主要功能為農(nóng)產(chǎn)品種植監(jiān)管子系統(tǒng)、加工檢測監(jiān)管子系統(tǒng)、供應(yīng)鏈監(jiān)管子系統(tǒng)、銷售跟蹤子系統(tǒng)和手持終端溯源系統(tǒng)等。該系統(tǒng)整體云平臺構(gòu)架基于1個(gè)智慧云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)加上5個(gè)橫向服務(wù)子系統(tǒng)。種植加工物流銷售等實(shí)時(shí)信息上傳到各自對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，存儲到相關(guān)的職能部門信息管理系統(tǒng)，通過開放式應(yīng)用程序接口（API）接口進(jìn)行對接，結(jié)合服務(wù)的子系統(tǒng)，對傳給云服務(wù)對應(yīng)的事件任務(wù)、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行增查補(bǔ)刪或分類智能協(xié)同管理。

3.2層次架構(gòu)

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈安全溯源的云平臺是以云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的，其層次架構(gòu)分6層[8]。感知接入層通過GSM/3G、RFID、視頻等對農(nóng)產(chǎn)品溯源的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息的識別和采集；網(wǎng)絡(luò)接入層作為傳輸通道，通過超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）等各種協(xié)議，對感知接入層的信息進(jìn)行上傳，同時(shí)該層也是應(yīng)用層與用戶層間的傳輸媒介；智能資源層是基于IaaS，分為IT硬件支撐基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)服務(wù)，基礎(chǔ)設(shè)施對從網(wǎng)絡(luò)層提取的農(nóng)產(chǎn)品的種植、生產(chǎn)、加工、物流等基礎(chǔ)信息進(jìn)行分類分配和存儲，同時(shí)為保障存儲信息的安全，設(shè)置防火墻、安全網(wǎng)等硬件設(shè)備，基礎(chǔ)服務(wù)則是利用知識工程的理念實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈存在問題的模型構(gòu)建和基于知識的技術(shù)服務(wù)；服務(wù)管理層基于PaaS，通過API接口調(diào)用智能資源層的數(shù)據(jù)資源，改成提供服務(wù)開發(fā)環(huán)境，內(nèi)置操作系統(tǒng)支持多語言開發(fā)，提供計(jì)算環(huán)境，對從API接口從資源層提取的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合和挖掘。核心應(yīng)用層基于SaaS，通過各種軟件服務(wù)構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的監(jiān)管服務(wù)應(yīng)用，通過門戶網(wǎng)站進(jìn)行信息發(fā)布、內(nèi)容管理、即時(shí)通信等服務(wù)；用戶層則是面向消費(fèi)者，提供多種平臺、多種終端來查詢訪問管理層和應(yīng)用層[9]。該云平臺的層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

系統(tǒng)溯源智能手持終端有多種，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以ARM嵌入式處理器為核心，由核心模塊控制連接單元協(xié)同工作和數(shù)據(jù)間的通信[10]。終端集成模塊及對應(yīng)功能如下：身份識別RFID模塊讀取被測農(nóng)產(chǎn)品流通時(shí)對應(yīng)的UID號及寫入的信息；微型熱敏打印模塊實(shí)現(xiàn)在終端查詢時(shí)打印相關(guān)交易表單或該產(chǎn)品的溯源條碼。終端查詢平臺界面友好，農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)平臺開發(fā)是建立在以Java語言的靈活使用作為平臺搭建的基礎(chǔ)技能，以Mysql數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)[11]開發(fā)的3層構(gòu)架的B/S模式[9]。采用JDBC+SPRING框架實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的各分類信息邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，在業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)層交互時(shí)按需創(chuàng)建數(shù)據(jù)表的更新與維護(hù)。以Myeclipse10為開發(fā)平臺，Mysql為數(shù)據(jù)庫，Tomcat為服務(wù)器，前端界面設(shè)計(jì)采用jQuery技術(shù)，服務(wù)端以Json格式統(tǒng)一處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)終端農(nóng)產(chǎn)品安全溯源的查詢平臺[12]。

5農(nóng)產(chǎn)品溯源查詢結(jié)果

農(nóng)產(chǎn)品終端溯源系統(tǒng)是以條碼技術(shù)和電子標(biāo)簽技術(shù)為主的信息載體，以數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)各種終端，如溯源網(wǎng)站、條碼掃描等各種形式的查詢方式。本系統(tǒng)溯源平臺的開發(fā)采用通過查詢溯源號或掃描對應(yīng)的條碼，或查詢建立的溯源網(wǎng)站，顯示農(nóng)產(chǎn)品的基本信息。本設(shè)計(jì)結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的輸入信息，在供應(yīng)鏈信息處分別顯示對應(yīng)的日期、倉儲位置、檢測人字符信息和檢測結(jié)構(gòu)情況。查詢結(jié)果如圖4所示。

本設(shè)計(jì)從RFID讀寫器設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫開發(fā)設(shè)計(jì)，云平臺搭建、終端的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品安全溯源，溯源系統(tǒng)操作簡單可行，溯源的結(jié)果顯示了農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)的信息，保障了消費(fèi)者的權(quán)益和食品的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳廣晶. 中國食品追溯系統(tǒng)任重道遠(yuǎn)中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院副研究員羅祎博士談中外食品安全追溯系統(tǒng)建設(shè)[J]. 首都食品與醫(yī)藥，2016（1）：31-33.

[2]陳琴剛，馬本學(xué)，李鋒霞，等. 基于RFID農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2013（8）：224-227.

[3]馬鴻健，柳平增，張?jiān)欧?，? 蔬菜供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2015，36（6）：230-234.

[4]趙軍，劉澤俊. 基于RFSN的智能停車場管理系統(tǒng)開發(fā)[J]. 智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2012，2（4）：86-89.

[5]蒲皎月，張海輝. 基于RFID技術(shù)的中小型企業(yè)蔬菜溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2015，4（4）：207-210.

[6]Zhao J，Liu Z J. The development of management system of intelligent parking based on RFSN[J]. Intelligent computer and Applications，2012，2（4）：86-89.

[7]楊建棟，王普，司農(nóng). 基于RFID技術(shù)的質(zhì)量溯源管理系統(tǒng)研究[J]. 控制工程，2015，7（22）：35-38.

[8]夏俊，凌培亮. 產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈物聯(lián)網(wǎng)追溯體系研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（24）：304-310.

[9]劉艷飛，余明輝. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，10（3）：34-36.

[10]羅愛民，易彬，沈才洪. 基于無線射頻識別的食品數(shù)字身份證設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，10（10）：262-268.

[11]陳敏克，王晉寧，逯張禹，等. 基于云計(jì)算的農(nóng)業(yè)信息資源共享系統(tǒng)建設(shè)研究[J]. 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2011（4）：5-7，11.

[12]吳仲城，徐珍玉. 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 中國科技投資，2010（10）：41-42.