基于物聯(lián)網(wǎng)的果品質(zhì)量信息溯源方法研究

張偉， 杜聰聰， 任潔， 劉艷(.咸陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，咸陽(yáng) 72000； 2.蘇州大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,蘇州 25006)

基于物聯(lián)網(wǎng)的果品質(zhì)量信息溯源方法研究

張偉1,2， 杜聰聰1， 任潔1， 劉艷1
(1.咸陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，咸陽(yáng) 712000； 2.蘇州大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,蘇州 215006)

在分析果品質(zhì)量信息溯源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的果品質(zhì)量信息溯源體系架構(gòu)，通過(guò)分析果品溯源信息鏈的構(gòu)成，利用射頻、溯源編碼等關(guān)鍵技術(shù)對(duì)本方法實(shí)現(xiàn)。為果品信息溯源提供了一種有效的途徑，提高了果品質(zhì)量安全監(jiān)管的力度。下一步的工作是在咸陽(yáng)地區(qū)果品的生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、銷售等環(huán)節(jié)中進(jìn)行測(cè)試，不斷完善本系統(tǒng)的基本功能，為果品質(zhì)量信息溯源提供更加有效的方法，為政府部門對(duì)果品的質(zhì)量監(jiān)管提供一種有效的方式。

物聯(lián)網(wǎng)； 果品； 質(zhì)量； 溯源方法

0 引言

伴隨著全球綠色革命的興起，人們的飲食結(jié)構(gòu)也發(fā)生了重大改變，由原來(lái)“吃得飽”到如今“吃得安全、吃出健康”，水果在人們?nèi)粘ＯM(fèi)中占據(jù)的比重逐漸提高。由于受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的影響，以及果品加工水平、市場(chǎng)化程度低，種植戶沒(méi)有把果品質(zhì)量安全放在首位，受“重?cái)?shù)量，輕質(zhì)量”生產(chǎn)觀念的影響，果品質(zhì)量安全問(wèn)題逐年加重。面對(duì)諸多因素，如何有效管理果品質(zhì)量安全，已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)之一[1]。鑒于目前發(fā)達(dá)國(guó)家在果品安全管理取得的成功經(jīng)驗(yàn)，利用當(dāng)下先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線射頻識(shí)別、編碼等關(guān)鍵技術(shù)，建立一套安全有效的果品質(zhì)量安全追溯方法，為消費(fèi)者提供一套簡(jiǎn)便的查詢與溯源方式，使果品各個(gè)環(huán)節(jié)得到確實(shí)、安全的保障，既為消費(fèi)者提供一個(gè)方便有效、安全透明的消費(fèi)方式，又為政府部門加強(qiáng)果品質(zhì)量安全管理提供了一種有效的途徑。

1 果品質(zhì)量信息溯源的總體概況

1.1 果品質(zhì)量信息溯源的現(xiàn)狀

溯源是指通過(guò)登記的識(shí)別碼，對(duì)物品或行為的歷史和使用或位置予以追蹤的能力，涉及信息記錄、采集、傳遞、追蹤等[2]。果品供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)眾多，并且果品自身也潛在許多的不確定的因素，導(dǎo)致果品質(zhì)量安全不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并對(duì)果品的生產(chǎn)、貯藏及運(yùn)輸時(shí)間有嚴(yán)格的要求[3]。目前果品安全的現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在：①果品安全生產(chǎn)能力不強(qiáng)；②果品質(zhì)量安全意識(shí)淡薄；③果品質(zhì)量安全監(jiān)督及果品質(zhì)量安全檢測(cè)程度與果品質(zhì)量安全普查力度薄弱等。

1.2 影響果品質(zhì)量信息溯源的主要因素

自從二十一世紀(jì)以來(lái)，果品質(zhì)量安全問(wèn)題的不斷發(fā)生，對(duì)消費(fèi)者身體健康產(chǎn)生了一定影響。面對(duì)頻繁發(fā)生的果品質(zhì)量安全事件，果品信息溯源的方法成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[4]。消費(fèi)者在整個(gè)信息溯源中有著及其重要的地位，消費(fèi)者能否積極進(jìn)行溯源，將會(huì)直接影響到整個(gè)果品溯源的有效性及果品質(zhì)量水平的提高。果品質(zhì)量信息溯源的主要因素有：①果品在生產(chǎn)過(guò)程由于防治病蟲害而濫用農(nóng)藥、為了增加產(chǎn)量而超標(biāo)使用化肥等導(dǎo)致果品農(nóng)藥殘留超標(biāo)；②某些種植戶為了提升水果的“顏值”而使用增色劑或膨大劑，有的種植戶為了追趕上市時(shí)間而使用催熟劑等，這些添加劑的使用導(dǎo)致果品中殘留對(duì)人體有害激素的增加；③果品運(yùn)輸與流通企業(yè)專業(yè)化水平不高，政府監(jiān)管力度不強(qiáng)；④果品的銷售環(huán)節(jié)管理機(jī)制不健全，難以確保果品質(zhì)量安全。

2 關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮[5]。物聯(lián)網(wǎng)是將相關(guān)物品通過(guò)感應(yīng)設(shè)備，如射頻裝置、紅外感應(yīng)器、GPS等裝置與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理[6]。物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)由三層構(gòu)成，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層[7]。在三層中，由感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的感知和識(shí)別，由網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信息的傳輸，由應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。目前，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用基本覆蓋了包括果品在內(nèi)的絕大多數(shù)有行業(yè)，無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽技術(shù)(RFID)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WSN)是物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的兩項(xiàng)技術(shù)。

2.2 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)，又稱電子標(biāo)簽，是一種通信技術(shù)[8]。它利用無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，它由一個(gè)詢問(wèn)器和很多應(yīng)答器構(gòu)成，主要用于物體的檢測(cè)、跟蹤與控制等。在果品信息溯源系統(tǒng)中RFID系統(tǒng)由附著在水果上的電子標(biāo)簽和閱讀器構(gòu)成，電子標(biāo)簽存儲(chǔ)果品的相關(guān)信息，由閱讀器將采集信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦沸畔⑻幚砥脚_(tái)，最終實(shí)現(xiàn)信息的共享及管理。通過(guò)果品質(zhì)量信息溯源系統(tǒng)使得水果的種植、貯藏、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)等到了有效的監(jiān)管，降低了果品管理成本，為促使果農(nóng)提高果品質(zhì)量提供了依據(jù)。

2.3 溯源編碼技術(shù)

條形碼是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符[9]。通常的條形碼是由反射率相差較大的黑條(簡(jiǎn)稱條)和白條(簡(jiǎn)稱空)組成的平行線圖案[10]。而果品溯源方法研究里提出了一種具有果品特征的溯源編碼，其編碼方式有兩種[11]：一種是采用20位長(zhǎng)碼，其含義為類別(1)+行政區(qū)劃(6)+公司(2)+產(chǎn)品(2)+日期(6)+批次號(hào)(3)；另一種是采用10位的短碼，其含義是類別(1)+日期(5)+品種(2)+序列(2)，方便消費(fèi)者通過(guò)短信或電話的方式查詢。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的果品質(zhì)量溯源架構(gòu)

3.1 溯源體系的構(gòu)建

該溯源體系就是把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到果品生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，得到采集精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)信息，將物聯(lián)網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)、定位追溯等功能和果品的溯源結(jié)合起來(lái)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為前提，在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)信息感知、傳輸及智能處理終端加以優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)果品的種植環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)程、儲(chǔ)存、銷售的全過(guò)程的信息感知及查詢。上述果品質(zhì)量溯源系統(tǒng)，不僅便于果品產(chǎn)銷管理，而且可以大大提高質(zhì)量安全管理的信息化水平，保證果品質(zhì)量安全信息的收集、檢測(cè)和反饋，保證質(zhì)量安全監(jiān)管成效，基于物聯(lián)網(wǎng)的果品信息溯源系統(tǒng)架構(gòu),如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的果品信息溯源系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 果品溯源信息鏈

根據(jù)水果的特點(diǎn)及果品信息質(zhì)量的溯源要求[12]，設(shè)計(jì)了如下溯源信息鏈，實(shí)現(xiàn)信息記錄和傳遞功能，果品溯源信息鏈,如圖2所示。

圖2 果品溯源信息鏈結(jié)構(gòu)圖

(1) 生產(chǎn)階段，通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)的種植環(huán)境信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄果園的溫度、濕度、光照等信息，并保存在果品信息溯源系統(tǒng)的遠(yuǎn)端服務(wù)器上，為果品溯源提供信息。

(2) 貯藏階段，對(duì)采收后的果品在冷庫(kù)中立即進(jìn)行預(yù)冷處理，并在指定溫度下進(jìn)行擇揀和包裝處理以及粘貼專門設(shè)計(jì)的果品溯源標(biāo)簽方便日后查詢。

(3) 運(yùn)輸階段，利用GPS定位果品運(yùn)輸全過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸位置的即時(shí)查詢，從而保障果品運(yùn)輸環(huán)節(jié)的安全性和時(shí)效性。

(4) 銷售階段，通過(guò)果品上的“身份證號(hào)”，可實(shí)現(xiàn)果品原產(chǎn)地、種植環(huán)節(jié)、果品認(rèn)證、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等相關(guān)信息進(jìn)行查詢。

4 目前存在的問(wèn)題及解決方法

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初級(jí)階段，溯源體系可以一定程度地解決果品質(zhì)量安全問(wèn)題，以下是果品各個(gè)環(huán)節(jié)存在的質(zhì)量管理信息缺失問(wèn)題以及相應(yīng)的解決方法。

(1) 果品生產(chǎn)階段，有兩個(gè)問(wèn)題：一是果品的田間信息沒(méi)有詳細(xì)記錄，應(yīng)在每次田間操作后，交由專業(yè)的操作員詳細(xì)記錄各個(gè)作業(yè)信息，如：施肥、除草、農(nóng)藥噴灑等信息的記錄；二是果品的環(huán)境信息記錄不夠準(zhǔn)確細(xì)致，應(yīng)由基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄。

(2) 果品加工階段，有兩個(gè)問(wèn)題：一是保鮮問(wèn)題；二是包裝問(wèn)題。水果采摘后存入冷庫(kù)前進(jìn)行一定的處理，并在一定溫度下挑揀果品、包裝。果品的溯源條形碼應(yīng)在包裝之前預(yù)先準(zhǔn)備好，以節(jié)省包裝的時(shí)間。

(3) 果品運(yùn)輸階段，運(yùn)輸路線記錄不準(zhǔn)確，應(yīng)該通過(guò)Google Earth地圖和GPS定位系統(tǒng)對(duì)物流的運(yùn)輸線路進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，由信息采集系統(tǒng)對(duì)運(yùn)輸過(guò)程的溫度，濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。

(4) 果品貯藏階段，對(duì)于倉(cāng)庫(kù)的選取、貯藏溫度、濕度等數(shù)據(jù)，果品的出、入庫(kù)時(shí)間等信息沒(méi)有明確的記錄，應(yīng)交由信息采集系統(tǒng)詳細(xì)記錄倉(cāng)庫(kù)信息以及各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的果品貯藏的溫度、濕度等數(shù)據(jù)，果品的出、入庫(kù)時(shí)間等信息。

(5) 果品銷售階段，對(duì)于果品的銷售以及售后反饋意見(jiàn)的記錄，應(yīng)由各銷售員對(duì)銷售時(shí)間等進(jìn)行詳細(xì)記錄，并可以通過(guò)果品條形碼對(duì)其進(jìn)行查詢。

5 總結(jié)

基于物聯(lián)網(wǎng)的果品質(zhì)量信息溯源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了果品在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、貯藏及銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)的信息共享，提高了果品的各個(gè)環(huán)節(jié)的透明度，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供了依據(jù)。通過(guò)該體系種植戶不僅可以得到技術(shù)的幫助以便提高果品的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且又可以通過(guò)共享每個(gè)地區(qū)特色果品的供求信息來(lái)增加收入；政府部門可以得到準(zhǔn)確、真實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加大政府的監(jiān)督力度，確保果品的生產(chǎn)與消費(fèi)安全；消費(fèi)者可以進(jìn)行果品信息溯源來(lái)查詢果品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、無(wú)公害、產(chǎn)地、營(yíng)養(yǎng)成分等相關(guān)信息，以提高消費(fèi)者的果品安全?？傊?，果品質(zhì)量信息溯源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有效地提高了果品生產(chǎn)、流通、消費(fèi)的透明度，促進(jìn)了果農(nóng)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水果的積極性，為消費(fèi)者購(gòu)買放心、健康水果提供了保障。下一步的工作是進(jìn)一步優(yōu)化本果品質(zhì)量信息溯源系統(tǒng)的功能，在便捷性方面為更多的消費(fèi)者所采用，使其能與“互聯(lián)網(wǎng)+”消費(fèi)模式相適應(yīng)。

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AStudyofFruitQualityInformationSourceMethodBasedontheInternetofThings

Zhang Wei, Du Congcong, Ren Jie, Liu Yan
(1. School of Computer, XianYang Normal University, Xianyang 712000;2. School of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006)

The present situation of information traceability of fruit quality was analyzed firstly, a fruit quality information traceability system based on the Internet of things was put forward. Through the analysis of the composition of fruit traceability information chain, this method was been realized by key technologies such as RFID, traceability coding, and so on. This method for fruit information source provides an effective way to improve the fruit quality and safety supervision. The next step of the work is to test the system in the process of production, storage, sale and other links of fruit in Xianyang area, perfecting the basic functions of this system. This will provide a more effective method for the fruit quality traceability and will provide an efficient way for the government supervision in the quality of the fruit.

The Internet of Things; Fruit; Quality; Traceability

2017.04.01)

咸陽(yáng)市發(fā)展研究院科研項(xiàng)目(16 XFY013)，國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201610722023)

張偉(1981-)，男，副教授，碩士，研究方向:物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)等方面的教學(xué)和科研工作.

杜聰聰(1991-)，男，咸陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2014級(jí)本科生.

劉艷(1991-)，女，咸陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2014級(jí)本科生.

任潔(1991-)，女，咸陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2014級(jí)本科生.

1007-757X(2017)10-0024-03