施明毅,趙姝婷,楊 超,溫川飆
(成都中醫(yī)藥大學(xué) 成都 611137)
中藥質(zhì)量和安全直接影響著整個(gè)中醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展,影響中藥質(zhì)量主要包括中藥自身因素和人為因素,建立與完善中藥質(zhì)量追溯體系將對(duì)中藥質(zhì)量的提高發(fā)揮著決定性作用[1]。中藥溯源系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),通過(guò)對(duì)中藥信息的記錄、查詢以及產(chǎn)品的溯源,實(shí)現(xiàn)中藥“種植、加工、流通和使用”全過(guò)程的追蹤和監(jiān)管,是實(shí)現(xiàn)中藥來(lái)源可查、去向可追、責(zé)任可究,強(qiáng)化全過(guò)程質(zhì)量安全管理與風(fēng)險(xiǎn)控制的有效措施[1-3]。本研究構(gòu)建中藥材種植溯源系統(tǒng),作為中藥溯源系統(tǒng)的重要組成部分,將克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)中藥材種植全流程信息可追溯、可監(jiān)控及可查詢的不足,提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的中藥材種植溯源系統(tǒng)。
中藥質(zhì)量和安全直接影響著整個(gè)中醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展,建立與完善中藥質(zhì)量追溯體系將對(duì)中藥質(zhì)量的提高發(fā)揮著決定性作用。當(dāng)前中藥材種植技術(shù)服務(wù)水平相對(duì)較低,假冒偽劣種子危害巨大;中藥材市場(chǎng)相對(duì)混亂,炮制粗糙、增加水分、以次充好現(xiàn)象充斥交易市場(chǎng),危害合法企業(yè)和經(jīng)營(yíng)戶的正當(dāng)利益;中藥材質(zhì)量下降影響中醫(yī)療效,影響人們對(duì)中醫(yī)藥的信任[4]。加強(qiáng)中藥材質(zhì)量控制,建立和完善中藥材種植標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已勢(shì)在必行。
中藥材種植溯源系統(tǒng)對(duì)于保證中藥材質(zhì)量,保持中藥產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。中藥材領(lǐng)域現(xiàn)有的溯源系統(tǒng)主要基于條形碼技術(shù)的用于企業(yè)內(nèi)部的溯源系統(tǒng),采集方式以人工錄入為主,缺乏必要的監(jiān)管環(huán)節(jié),難以滿足對(duì)于中藥質(zhì)量可追溯、可監(jiān)控、可查詢進(jìn)而實(shí)現(xiàn)誠(chéng)信交易的需求。針對(duì)現(xiàn)有溯源系統(tǒng)存在的問(wèn)題,本研究開(kāi)發(fā)的中藥材種植溯源系統(tǒng)采用人工錄入與數(shù)據(jù)采集終端自動(dòng)采集相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)了采集信息更加全面和準(zhǔn)確。監(jiān)管子系統(tǒng)的引入保證了中藥種植質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),查詢子系統(tǒng)為中藥種植溯源信息的分享提供了便利。
2.1.1 現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外線感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備,按照規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進(jìn)行信息交換、通信和共享,已實(shí)現(xiàn)物品的智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理[5]。其關(guān)鍵核心技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)、智能感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)、服務(wù)優(yōu)化技術(shù)[6]。該技術(shù)應(yīng)用于中藥溯源系統(tǒng)建設(shè),能夠更好的實(shí)施和開(kāi)展中藥質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)管。
2.1.2 人工智能感官技術(shù)
人工智能感官技術(shù)整合了人工智能和現(xiàn)代分析手段等相關(guān)技術(shù),兼有人類感覺(jué)器官和現(xiàn)代分析技術(shù)的雙重優(yōu)勢(shì),具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、重復(fù)性好、整體性等特點(diǎn),擁有良好的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。目前該技術(shù)在藥品等多個(gè)領(lǐng)域均有所涉及,且在新藥的研發(fā)、藥品質(zhì)量控制等領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用[7]。其無(wú)人機(jī)圖像采集技術(shù)在中藥種植溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用,可將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)與種植基地責(zé)任人身份信息相綁定作為藥材生長(zhǎng)原始數(shù)據(jù)。
2.1.3 區(qū)塊鏈、云及大數(shù)據(jù)技術(shù)
區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮ㄟ^(guò)使用與密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊,其技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)是去中心化。目前,區(qū)塊鏈已經(jīng)融匯吸收了包括分布式架構(gòu)、塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)驗(yàn)證與存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、加密算法、共識(shí)算法、身份認(rèn)證、智能合約、云計(jì)算等多類技術(shù),并在某些領(lǐng)域與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等形成交集與合力,成為一種整體技術(shù)解決方案的總稱[8]。區(qū)塊鏈技術(shù)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的結(jié)合,彼此之間相互滲透、共同促進(jìn),將有利于進(jìn)一步完善中藥質(zhì)量追溯體系。通過(guò)追溯體系的實(shí)際交易量、交易價(jià)格、交易次數(shù)、交易互評(píng)等流通大數(shù)據(jù),產(chǎn)生買賣雙方的交易誠(chéng)信模型,疊加企業(yè)誠(chéng)信應(yīng)用系統(tǒng),形成現(xiàn)代中藥的全產(chǎn)業(yè)企業(yè)誠(chéng)信評(píng)價(jià)模型;利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)溯源系統(tǒng)架構(gòu)與數(shù)據(jù)處理進(jìn)行優(yōu)化,將應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立于平臺(tái)擴(kuò)展[9]。
此外,條形碼技術(shù)[10,11]、多種通訊融合的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[12]、穩(wěn)定同位素技術(shù)[13,14]、中藥分類編碼、快速檢驗(yàn)、分析驗(yàn)證技術(shù),中藥湯劑數(shù)字化技術(shù),云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)的建立,智能終端技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展,GIS技術(shù)和EAN/UCC條碼技術(shù)相結(jié)合等[12],都將力助中藥溯源的發(fā)展。
2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
中藥溯源系統(tǒng)是一個(gè)大型綜合性系統(tǒng),其下分為中藥種植模塊、生產(chǎn)加工模塊、流通銷售模塊與政府監(jiān)管模塊等四大板塊(圖1)。
2.2.2 系統(tǒng)工作原理
中藥溯源系統(tǒng)通過(guò)RFID物聯(lián)標(biāo)簽、身份認(rèn)證和關(guān)鍵信息的綁定,貫穿“中藥種植、飲片加工、流通使用”等環(huán)節(jié),并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳遞和校驗(yàn)信息,時(shí)間和數(shù)量的不可逆,結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈技術(shù),構(gòu)建誠(chéng)信生態(tài),實(shí)現(xiàn)中藥材質(zhì)量追溯。系統(tǒng)工作原理(圖2)。
中藥溯源系統(tǒng)通過(guò)集成物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)、中藥快檢技術(shù)和交易誠(chéng)信規(guī)則,建立第三方中藥溯源網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái),貫通中藥種植、流通、加工、使用4個(gè)環(huán)節(jié),將每個(gè)環(huán)節(jié)中的藥品質(zhì)量參數(shù)、企業(yè)誠(chéng)信指標(biāo)、交易流水?dāng)?shù)據(jù)等3類關(guān)鍵信息統(tǒng)一編碼,自動(dòng)采集,同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)實(shí)時(shí)校驗(yàn),從而實(shí)現(xiàn)中藥的全過(guò)程質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制。中藥溯源系統(tǒng)技術(shù)路線(圖3)。
質(zhì)量控制是溯源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,筆者所在項(xiàng)目組在傳統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,按照“分類編碼”、“快速檢驗(yàn)”、“分析驗(yàn)證”三個(gè)質(zhì)量控制層次,整合技術(shù)優(yōu)勢(shì),在統(tǒng)一編碼的基礎(chǔ)上,進(jìn)行系列研究和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè),最終建立適合溯源系統(tǒng)需要的質(zhì)量控制體系和數(shù)據(jù)平臺(tái)。具體技術(shù)路線(圖4)。
中藥材種植溯源系統(tǒng),包括種植子系統(tǒng)、監(jiān)管子系統(tǒng)和查詢子系統(tǒng),監(jiān)管子系統(tǒng)和查詢子系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)分別與種植子系統(tǒng)連接。中藥材種植溯源系統(tǒng)將農(nóng)戶檔案、產(chǎn)地環(huán)境、種源、田間、采收、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及銷售等多環(huán)節(jié)信息進(jìn)行系統(tǒng)管理。系統(tǒng)功能(圖5)。
3.1.1 種植子系統(tǒng)
種植子系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、采集模塊和種植全流程信息管理模塊。其中,采集模塊用于采集室外種植信息;種植全流程信息模塊用于錄入種植全流程信息,包括種植信息模塊、田間管理信息模塊、采收信息模塊、加工信息模塊和流通信息模塊。
種植全流程信息模塊包括用戶交互模塊,用于用戶端對(duì)所述種植全流程信息的增加、修改、刪除和查詢。用戶端包括中藥種植各生產(chǎn)環(huán)節(jié)相關(guān)技術(shù)人員,相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)用戶交互模塊將自己所負(fù)責(zé)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)信息錄入到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
圖1 中藥溯源系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
圖2 中藥溯源系統(tǒng)工作原理圖
種植信息模塊包括農(nóng)戶檔案信息、種源信息和產(chǎn)地環(huán)境信息。其中,農(nóng)戶檔案信息包括農(nóng)戶代碼、產(chǎn)地、藥材名、種植合同號(hào)和種植面積;種源信息包括藥材名、繁殖材料、繁殖方式、繁殖地點(diǎn)和購(gòu)銷方式;產(chǎn)地環(huán)境信息模塊包括土壤信息、水源信息和氣候信息。田間管理信息模塊包括種植任務(wù)、種子/種苗處理、播種/移栽、施肥、除草、病害防治和蟲(chóng)害防治信息。采收信息模塊包括采收批號(hào)、采收時(shí)間、采收方式、采收面試、采收產(chǎn)量和采收影響資料。加工信息模塊包括加工批號(hào)、加工日期、加工等級(jí)、加工方法、加工前重量、非藥用部位重量和加工后重量。流通信息模塊包括倉(cāng)儲(chǔ)信息、運(yùn)輸信息和銷售信息。以采收管理為例,主頁(yè)面(圖6)。
圖3 中藥溯源系統(tǒng)技術(shù)路線圖
采集模塊包括用于采集室外種植信息的數(shù)據(jù)采集終端。數(shù)據(jù)采集終端包括溫度傳感器、濕度傳感器和監(jiān)控?cái)z像頭,用于獲取實(shí)時(shí)產(chǎn)地環(huán)境信息和采收信息。數(shù)據(jù)采集終端還包括GPS模塊,用于獲取產(chǎn)地地理位置信息,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中藥材種植信息與地理信息系統(tǒng)的融合運(yùn)用。
種植子系統(tǒng)還包括采集數(shù)據(jù)服務(wù)器,用于保存數(shù)據(jù)采集終端采集到的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集終端采集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到采集數(shù)據(jù)服務(wù)器;無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括3G和/或4G通信網(wǎng)絡(luò)。采集數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)接收程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)信息寫入到所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
種植子系統(tǒng)還包括電子標(biāo)簽?zāi)K。電子標(biāo)簽?zāi)K將經(jīng)過(guò)監(jiān)管子系統(tǒng)審核通過(guò)的種植全流程信息寫入產(chǎn)品合格證標(biāo)簽和查詢二維碼標(biāo)簽。
3.1.2 監(jiān)管子系統(tǒng)
監(jiān)管子系統(tǒng)用于對(duì)所述種植全流程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)審核。監(jiān)管子系統(tǒng)依次審核種植全流程信息采集,審核通過(guò)進(jìn)入下一信息采集環(huán)節(jié),審核不通過(guò)返回該信息采集環(huán)節(jié)重新采集數(shù)據(jù)信息。電子標(biāo)簽?zāi)K將經(jīng)過(guò)監(jiān)管子系統(tǒng)審核通過(guò)的種植全流程信息寫入產(chǎn)品合格證標(biāo)簽和查詢二維碼標(biāo)簽。審核標(biāo)準(zhǔn)按照現(xiàn)行版本《中華人民共和國(guó)藥典》、《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》及《藥品經(jīng)營(yíng)質(zhì)量管理規(guī)范》的有關(guān)要求。
3.1.3 查詢子系統(tǒng)
圖4 溯源體系及標(biāo)準(zhǔn)化研究技術(shù)路線圖
圖5 中藥材種植溯源系統(tǒng)功能圖
圖6 藥材種植子系統(tǒng)采收管理主頁(yè)
表1 部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
查詢子系統(tǒng)用于對(duì)經(jīng)過(guò)監(jiān)管子系統(tǒng)審核通過(guò)的種植全流程信息進(jìn)行查詢,系統(tǒng)以web形式發(fā)布。
查詢子系統(tǒng)包括PC端和/或移動(dòng)端。PC端和移動(dòng)端包含二維碼模塊,用于掃描識(shí)別二維碼。移動(dòng)端包括手機(jī)和常見(jiàn)的PDA。用戶通過(guò)查詢子系統(tǒng)獲取查詢鏈接,瀏覽種植全流程信息,實(shí)現(xiàn)溯源目的。具體的,普通消費(fèi)者通過(guò)手機(jī)端掃描二維碼獲取查詢鏈接,瀏覽種植全流程信息,追溯種植企業(yè);飲片生產(chǎn)廠商通過(guò)手機(jī)和/或PDA掃描二維碼標(biāo)簽,獲取查詢鏈接,瀏覽種植全流程信息,生成采購(gòu)驗(yàn)收單,追溯種植企業(yè);種植企業(yè)內(nèi)部通過(guò)掃描二維碼標(biāo)簽,查詢種植全流程信息,追溯關(guān)鍵環(huán)節(jié)責(zé)任人。
查詢子系統(tǒng)還包括統(tǒng)計(jì)分析模塊,用于根據(jù)種植全流程信息和用戶實(shí)際需求生成可視化統(tǒng)計(jì)圖表,例如:種植藥材收獲統(tǒng)計(jì)圖,種植藥材空間分布圖。
設(shè)計(jì)為界面美觀、操作方便、符合主題、具有引導(dǎo)功能的用戶友好型界面。采用了中藥材生長(zhǎng)的綠色為主體顏色。以中藥欣欣向榮的生長(zhǎng)圖片作為背景,切合主體的同時(shí)也寓意著藥材的豐收與我國(guó)中醫(yī)藥的繁榮發(fā)展。標(biāo)題選取為白色黑體字加投影,讓人感覺(jué)清新明亮并富有層次感,簡(jiǎn)單、整齊的排列讓用戶一目了然。界面中大小適中的圖標(biāo),均采用了中藥種植與加工題材,切合主體,各界面中適當(dāng)會(huì)增加相應(yīng)的藥材圖片豐富畫(huà)面感,手機(jī)端功能設(shè)計(jì)與UI設(shè)計(jì)與PC相互照應(yīng),顯現(xiàn)溯源平臺(tái)的關(guān)聯(lián)性與專業(yè)性,與系統(tǒng)主界面保持一致,以淺綠色基調(diào),體現(xiàn)中醫(yī)藥欣欣向榮的發(fā)展。
部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(表1)。
用戶登錄系統(tǒng)后可進(jìn)行相應(yīng)功能的操作。部分功能實(shí)現(xiàn)如下:
近年來(lái),國(guó)家相關(guān)部委重視中藥質(zhì)量追溯體系建設(shè),先后出臺(tái)多項(xiàng)文件進(jìn)行指示。《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)重要產(chǎn)品追溯體系建設(shè)的意見(jiàn)》明確提出將加快應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)食用農(nóng)產(chǎn)品、食品、藥品、稀土產(chǎn)品等重要產(chǎn)品追溯體系,強(qiáng)調(diào)以推進(jìn)藥品全品種、全過(guò)程追溯與監(jiān)管為主要內(nèi)容,建設(shè)完善藥品追溯體系,提倡政府和相關(guān)部門的大力支持和完善法規(guī)制度?!吨嗅t(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2016-2030年)》要求建立中藥材生產(chǎn)流通全過(guò)程質(zhì)量管理和質(zhì)量追溯體系?!吨兴帢?biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目—中藥重點(diǎn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)技術(shù)實(shí)施細(xì)則(暫行)》要求形成中藥材生產(chǎn)全過(guò)程可控、質(zhì)量信息可追溯的中藥材標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系。中藥質(zhì)量追溯體系相關(guān)研究開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)快速發(fā)展。
中藥溯源系統(tǒng)最主要的技術(shù)是系統(tǒng)化,形成數(shù)據(jù)的流通和閉環(huán),實(shí)現(xiàn)中藥從種植到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息呈現(xiàn)和追溯,多種技術(shù)的綜合應(yīng)用是形成數(shù)據(jù)鏈條的關(guān)鍵。目前,中藥質(zhì)量追溯體系已逐步實(shí)現(xiàn)有關(guān)部門、地區(qū)和企業(yè)追溯信息互通共享。加大立法監(jiān)管和國(guó)家政府的支持,不斷完善該體系的管理和運(yùn)營(yíng)模式,創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展,是中藥材產(chǎn)業(yè)鏈的一次創(chuàng)新與革命[1]。
筆者所在的中藥溯源項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自2009年以來(lái),進(jìn)行了歷時(shí)近十年、持續(xù)3個(gè)階段的中藥溯源系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用積累,已成功進(jìn)行第一代、第二代中藥溯源系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)。目前開(kāi)展第三代中藥溯源系統(tǒng)研究[15,16]。目前中藥溯源平臺(tái)在質(zhì)量追溯過(guò)程中,存在參與主體眾多且分散、難于以中心化方式管理與運(yùn)作,以及數(shù)據(jù)和信息整合難、產(chǎn)業(yè)各方之間信任度度等問(wèn)題。區(qū)塊鏈技術(shù)因其完備可追溯、分布式臺(tái)賬、去中心化、集體維護(hù)、共識(shí)信任、可靠數(shù)據(jù)庫(kù)及去信用化等特點(diǎn),為解決以上問(wèn)題提供了方案。同時(shí),通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)與人工智能感官、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的結(jié)合,相互滲透、共同促進(jìn),有望提供新的方法技術(shù)及思路,進(jìn)一步完善中藥質(zhì)量追溯體系。針對(duì)前兩代追溯技術(shù)發(fā)展的問(wèn)題,第三代中藥追溯平臺(tái)的構(gòu)建,按照“去中心化”的思路和原理建立數(shù)據(jù)交換規(guī)范,基于云平臺(tái)的開(kāi)放模式接納各級(jí)各類企業(yè)追溯系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通;提供追溯品種的大數(shù)據(jù)畫(huà)像、企業(yè)誠(chéng)信動(dòng)態(tài)評(píng)估、追溯物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備、交易生產(chǎn)消費(fèi)決策支持服務(wù)等應(yīng)用功能;采用“區(qū)塊鏈”技術(shù)和方法重構(gòu)平臺(tái),讓溯源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分享更加迅捷和透明,提高安全性和信用生態(tài)圈,將適應(yīng)中藥產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí),提供適宜的“互聯(lián)網(wǎng)+中藥”的生態(tài)重構(gòu),創(chuàng)造良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。
世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化2018年9期