基于移動物聯(lián)網(wǎng)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)研究

王 坤

（1.江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學院， 江蘇 泰州 225300；2.泰州市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)中心，江蘇 泰州 225300）

基于移動物聯(lián)網(wǎng)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)研究

王 坤1，2

（1.江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學院， 江蘇 泰州 225300；2.泰州市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)中心，江蘇 泰州 225300）

從豬肉供應(yīng)鏈出發(fā)，深入分析豬肉質(zhì)量安全全鏈關(guān)鍵控制點與信息標準[1]，以云追溯平臺為基礎(chǔ)，采用“云平臺+移動終端APP”模式，整合智能識讀、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動地理信息等移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[2]，構(gòu)建了基于移動物聯(lián)網(wǎng)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)。系統(tǒng)基于J2EE-SOA技術(shù)構(gòu)架，實現(xiàn)多用戶B/S服務(wù)[1]；采用二維碼與植入式無源RFID標簽[3]作為載體，兼容農(nóng)業(yè)部追溯標準[1]。

移動物聯(lián)網(wǎng)；豬肉供應(yīng)鏈；豬肉質(zhì)量安全；全鏈追溯；追溯系統(tǒng)

民以食為天，食以安為先[1]。我國豬肉食品已成為老百姓日常生活中不可或缺的重要食品來源，豬肉質(zhì)量安全問題自然而然地成為老百姓的關(guān)注焦點。豬肉質(zhì)量安全事故的頻頻發(fā)生，不僅制約著我國豬肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而且嚴重影響了老百姓的身心健康。加之職能部門對豬肉的養(yǎng)殖、生產(chǎn)加工、包裝運輸及批發(fā)零售環(huán)節(jié)的過程監(jiān)管缺乏連貫性，無法進行全程監(jiān)管與追溯。為此，江蘇省農(nóng)委自2010年起開展了食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理體系研究與探索[1，5]，2011年搭建了基于SaaS（軟件即服務(wù)）模式[1，3，5]的江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理平臺[1，5]，2012年制定了《食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理規(guī)范 基本要求》省級地方標準，項目平臺已在全省范圍內(nèi)推廣應(yīng)用[1]。項目平臺總體架構(gòu)支持“模塊熱拔插”的快速開發(fā)設(shè)計，為本系統(tǒng)的研發(fā)提供了堅實的基礎(chǔ)。本文將基于豬肉供應(yīng)鏈深入分析質(zhì)量安全關(guān)鍵控制點與信息標準，以項目平臺為基礎(chǔ)，采用“云平臺+移動終端APP”應(yīng)用模式，整合智能識讀、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動地理信息等移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[2]，集成豬場物聯(lián)子網(wǎng)、屠宰廠物聯(lián)子網(wǎng)等，進而構(gòu)建基于移動物聯(lián)網(wǎng)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)，為豬肉行業(yè)建立質(zhì)量安全追溯管理體系提供有力的信息化保障。

1 基于供應(yīng)鏈的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯體系設(shè)計

1.1 豬肉質(zhì)量安全供應(yīng)鏈分析與全鏈追溯體系設(shè)計

眾所皆知，豬肉質(zhì)量安全問題可能發(fā)生在豬肉供應(yīng)鏈的各個階段[4]，必須對豬肉供應(yīng)鏈全程進行危害與關(guān)鍵控制點分析[4]，進而建立全鏈追溯體系。如圖1所示，政府監(jiān)管為兩段式監(jiān)管，豬肉入市前涉及到的養(yǎng)殖、屠宰、運輸（倉儲）階段由農(nóng)委監(jiān)管部門負責全程監(jiān)管；豬肉入市后批發(fā)階段、零售階段由食藥監(jiān)管部門負責全程監(jiān)管[1，5]。

豬肉供應(yīng)鏈分為生產(chǎn)（加工）環(huán)節(jié)、儲運環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)三大環(huán)節(jié)[5]。結(jié)合各環(huán)節(jié)的運行過程，對豬肉質(zhì)量安全從生產(chǎn)到銷售的全程實現(xiàn)控制與可追溯，可分為養(yǎng)殖、屠宰、運輸、批發(fā)、零售5個追溯階段，運輸階段的追溯貫穿全程[4]。各階段的追溯信息可以通過移動終端APP或者各物聯(lián)子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采集并同步到云追溯平臺，保證了全鏈追溯的連貫性與信息的完整性[4]。支持鏈式追溯模式、交叉式追溯模式、云平臺追溯模式及其混合追溯模式[6]，豬肉供應(yīng)鏈各追溯主體根據(jù)自身情況自主選擇追溯模式。消費者可以通過消費時索要的小票或者掃描豬肉QR二維碼，查詢到豬肉的來源以及產(chǎn)銷過程，向政府監(jiān)管部門進行投訴評價。當豬肉發(fā)生質(zhì)量安全問題時，相關(guān)部門第一時間通過云追溯平臺找到豬肉消費的去向，降低了豬肉安全隱患，提高了豬肉質(zhì)量安全[4]。

1.2 各追溯階段主要關(guān)鍵控制點及信息采集設(shè)計

如圖1所示，全鏈追溯體系涵蓋養(yǎng)殖、屠宰、運輸、批發(fā)、零售五個追溯階段，運輸追溯階段貫穿到養(yǎng)殖、屠宰、批發(fā)等過程中，不單列分析。豬肉供應(yīng)鏈各追溯階段主要關(guān)鍵控制點分布、追溯信息采集內(nèi)容、個體標識載體、信息采集方式等詳細設(shè)計內(nèi)容見表1。

1.3 豬肉供應(yīng)鏈各追溯階段編碼設(shè)計（見表2）

2 豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計

如圖2所示，包括安全運維體系、技術(shù)架構(gòu)體系。安全運維體系為整個系統(tǒng)總體架構(gòu)提供安全可靠、長期有效的運行保障是基礎(chǔ)；技術(shù)架構(gòu)體系為整個系統(tǒng)架構(gòu)的核心，采用SaaS模式分層設(shè)計，基于J2EE-SOA技術(shù)構(gòu)架，實現(xiàn)為多層B/S架構(gòu)[1]。技術(shù)架構(gòu)體系充分整合以智能識讀、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動地理信息等為代表的移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[8]，細分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、展示層5個層次。其中：

表1 豬肉供應(yīng)鏈各追溯階段主要關(guān)鍵控制點及信息采集表[4]

表2 追溯編碼規(guī)則[7]

1）基礎(chǔ)層。由溫度、濕度、二氧化碳等各種傳感器、視頻攝像頭組建成各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN，如豬場物聯(lián)子網(wǎng)，屠宰物聯(lián)子網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、采集與傳輸。

2）數(shù)據(jù)層。基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)實時傳感數(shù)據(jù)、全鏈追溯數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的持久化管理。

3）支撐層。身份驗證系統(tǒng)負責系統(tǒng)的整體用戶訪問驗證；地理信息系統(tǒng)負責提供各類地圖圖層接口，方便各類追溯信息或者統(tǒng)計信息的可視化展示；數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)負責提供各類數(shù)據(jù)的WEB服務(wù)接口，實現(xiàn)與質(zhì)量安全檢測設(shè)備、移動智能終端設(shè)備、各類物聯(lián)子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之間數(shù)據(jù)交換的無縫對接。

4）應(yīng)用層。支持“平臺+終端APP”模式，涉及到公共服務(wù)、政府監(jiān)管、質(zhì)量安全檢測、全鏈追溯管理、放心吃網(wǎng)等功能應(yīng)用。

5）展示層。支持智能手機、PDA、電視、電腦、觸摸屏系統(tǒng)、監(jiān)控大屏等多種方式查詢與展示。

2.2 功能架構(gòu)設(shè)計

如圖3所示，基于項目平臺的總體架構(gòu)，豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)功能包括追溯管理中心、政府監(jiān)管子系統(tǒng)、質(zhì)量檢測子系統(tǒng)、全鏈追溯子系統(tǒng)、放心吃網(wǎng)子系統(tǒng)、公共服務(wù)子系統(tǒng)[1]。其中：云追溯平臺功能包括追溯管理中心、政府監(jiān)管子系統(tǒng)、質(zhì)量檢測子系統(tǒng)、放心吃網(wǎng)子系統(tǒng)、公共服務(wù)子系統(tǒng)等，實現(xiàn)為WEB系統(tǒng)；全鏈追溯子系統(tǒng)實現(xiàn)為各類移動終端APP。

2.3 云追溯平臺功能設(shè)計

2.3.1 追溯管理中心

是云追溯平臺的核心，包括中心數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)中心和運維中心。中心數(shù)據(jù)庫增加了豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯信息庫，負責各類豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯數(shù)據(jù)的持久化；數(shù)據(jù)中心增加了豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯數(shù)據(jù)采集涉及到各類數(shù)據(jù)交換的WEB服務(wù)接口，實現(xiàn)與各類豬肉行業(yè)物聯(lián)子網(wǎng)、移動終端APP、豬肉檢測設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等之間的數(shù)據(jù)交換集成；運維中心負責平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、租戶管理、定制管理、系統(tǒng)管理、企業(yè)認證、產(chǎn)品認證、產(chǎn)品投訴及召回管理、數(shù)據(jù)備份等功能。

2.3.2 政府監(jiān)管子系統(tǒng)

圖1 豬肉質(zhì)量安全供應(yīng)鏈全鏈追溯體系[4]

圖2 基于移動物聯(lián)網(wǎng)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)的總體架構(gòu)

圖3 基于移動物聯(lián)網(wǎng)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯系統(tǒng)功能架構(gòu)

面向各級農(nóng)委監(jiān)管部門和食藥監(jiān)管部門?；谡O(jiān)管網(wǎng)格，實現(xiàn)各級政府監(jiān)管部門對轄區(qū)內(nèi)的豬肉質(zhì)量安全進行動態(tài)監(jiān)管。通過對各種豬肉質(zhì)量安全數(shù)據(jù)的組合查詢、規(guī)則分析等來實現(xiàn)預(yù)警與風險評估。如發(fā)現(xiàn)豬肉質(zhì)量安全問題，可根據(jù)預(yù)警信息，立即進入糾偏程序，啟動全鏈追溯程序，查找豬肉生產(chǎn)日期，確定來源，分析成因，采取糾偏措施并進行糾偏后評估。

2.3.3 質(zhì)量檢測子系統(tǒng)

本調(diào)查屬于橫斷面調(diào)查，調(diào)查對象為某地區(qū)海勤人員。調(diào)查對象均為未婚年輕人員（18～26歲），且以男性為主（81.21%），平均入伍年限為（2.52±0.82）年。由于部隊的特殊環(huán)境，該人群作息較為規(guī)律，平均睡眠時間集中在每天 6～8 h，且調(diào)查前 2 周內(nèi)的患病率（9.40%）和近半年內(nèi)患慢性病發(fā)病率（4.03%）均較低。

包括質(zhì)量檢測中心管理、檢測設(shè)備控制、檢測設(shè)備接口三部分。通過檢測設(shè)備接口實現(xiàn)與豬肉質(zhì)量安全檢測設(shè)備之間的數(shù)據(jù)集成，進而實現(xiàn)豬肉質(zhì)量安全檢測數(shù)據(jù)的自動采集、上傳與管理。

2.3.4 放心吃網(wǎng)子系統(tǒng)

對豬肉行業(yè)企業(yè)或者個人進行誠信等級評價，選擇等級優(yōu)秀的企業(yè)或者個人采用在線推介、主題介紹等進行在線推廣，支持在線電子商務(wù)[1]，有效實現(xiàn)市場逆向控制下的全鏈追溯。

2.3.5 公共服務(wù)子系統(tǒng)

此子系統(tǒng)面向廣大消費者，消費者可以根據(jù)銷售標簽或者小票進行防偽追溯，查看購買豬肉的全鏈各追溯階段的關(guān)鍵質(zhì)量安全信息、質(zhì)量檢測記錄及產(chǎn)品認證情況，也可以查閱與豬肉質(zhì)量安全相關(guān)的新聞公告、供求信息、三品信息、企業(yè)誠信等級、品牌推介等，支持向有關(guān)部門進行在線投訴[1]。

2.4 移動終端APP設(shè)計

全鏈追溯子系統(tǒng)由生豬養(yǎng)殖追溯APP、屠宰加工追溯APP、豬肉批發(fā)追溯APP和豬肉零售追溯APP組成，基于豬肉供應(yīng)鏈實現(xiàn)豬肉質(zhì)量安全從養(yǎng)殖、屠宰、運輸、批發(fā)和零售的全程追溯。具體如下：

2.4.1 生豬養(yǎng)殖追溯APP

養(yǎng)殖場（戶）首先在云追溯平臺上進行基本信息備案。備案通過后，生成養(yǎng)殖主體碼（格式見表2），下載并安裝生豬養(yǎng)殖追溯APP，手工或自動采集養(yǎng)殖階段涉及到進欄、飼養(yǎng)、防疫、出欄和銷售運輸、環(huán)境監(jiān)控等關(guān)鍵控制點追溯信息（具體內(nèi)容見表1），通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到云追溯平臺。其中，幼豬一旦斷奶后立即植入無源RFID標簽（圖4）[3]或者懸掛耳標（圖5），實現(xiàn)豬只個體識別；銷售運輸時自動生成與銷售運輸批次、無源RFID標簽或耳標關(guān)聯(lián)的銷售運輸標簽（圖6），用于運輸過程中的追溯及屠宰單位對生豬的驗收。

2.4.2 屠宰加工追溯APP

圖4 植入性無源RFID標簽

圖5 二維碼耳標

圖6 銷售運輸標簽

圖7 一體化追溯稱重秤

屠宰廠（場、戶）在云追溯平臺上進行基本信息備案。備案通過后，生成屠宰單位編碼（格式見表2），下載并安裝屠宰加工追溯APP，通過APP掃描銷售運輸標簽，對養(yǎng)殖場送來的生豬進行驗收，驗收通過后自動導入健康生豬數(shù)據(jù)。開展宰前檢疫，一旦檢疫結(jié)果不合格則將生豬退回到養(yǎng)殖場，待檢疫合格后才可以正式進入屠宰階段。工作人員采用APP手工或自動將宰前檢疫、屠宰加工、宰后檢疫、銷售運輸、環(huán)境監(jiān)控等關(guān)鍵控制點追溯信息上傳到追溯云平臺。其中，生豬在剝皮前采用植入式無源RFID標簽標識，在屠宰加工時采用加工批次號與掛鉤RFID標簽內(nèi)容組合作為胴體標識[6]，并建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。對胴體分割的豬肉進行檢疫，檢疫合格后，生成豬肉標簽。同樣銷售運輸時生成與銷售運輸批次、胴體標識、豬肉標簽關(guān)聯(lián)的銷售運輸標簽，用于運輸過程中的追溯及豬肉批發(fā)單位對豬肉的驗收。

2.4.3 豬肉批發(fā)追溯APP

豬肉批發(fā)單位在云追溯平臺上進行基本信息備案。備案通過后，生成批發(fā)單位編碼（格式見表2），下載豬肉批發(fā)追溯APP，通過APP掃描銷售運輸標簽，對屠宰單位送來的豬肉進行驗收，驗收通過后自動導入豬肉數(shù)據(jù)，進行豬肉的入出庫和銷售運輸。采用手工或者自動的信息采集方式，通過APP遠程將追溯信息同步到云追溯平臺。在銷售運輸時，自動生成銷售運輸批次與豬肉標簽關(guān)聯(lián)的銷售運輸標簽，用于后續(xù)的零售單位對豬肉的檢驗入庫和運輸過程的追溯。

2.4.4 豬肉零售追溯APP

豬肉零售單位必須進行基本信息備案，備案通過后，生成零售單位編碼（格式見表2），下載豬肉零售追溯APP，通過APP掃描批發(fā)市場的銷售運輸標簽，手工錄入豬肉的入出庫追溯信息并同步到云追溯平臺，利用一體化追溯稱重秤（圖7）自動將豬肉銷售數(shù)據(jù)同步到云追溯平臺。一體化追溯稱重秤支持小票打印。

3 應(yīng)用與結(jié)語

在泰州市農(nóng)委的大力支持下，系統(tǒng)以泰州市地區(qū)為試點地區(qū)，試點應(yīng)用范圍覆蓋了生豬養(yǎng)殖場、屠宰廠、豬肉批發(fā)市場、零售市場及超市等單位。試點應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)基本實現(xiàn)了豬肉質(zhì)量安全從養(yǎng)殖到銷售全程的監(jiān)管與追溯，通過移動終端APP實現(xiàn)養(yǎng)殖、屠宰、批發(fā)、零售等關(guān)鍵點追溯數(shù)據(jù)的采集，從數(shù)據(jù)層面防止病死豬或者不合格豬肉流入市場，消費者也可以通過云追溯平臺對豬肉進行掃描追溯，吃上”放心肉”，也極大地方便了監(jiān)管人員對轄區(qū)內(nèi)豬肉質(zhì)量安全的動態(tài)監(jiān)管[1，5]。當然在試點過程中也暴露了一些問題，如工作人員素質(zhì)跟不上[8]，移動APP錄入大批量數(shù)據(jù)時不太方便，現(xiàn)有企業(yè)物聯(lián)設(shè)備廠商的數(shù)據(jù)共享意愿度不高，物聯(lián)設(shè)備集成難，與現(xiàn)有政府主推的其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在部分數(shù)據(jù)二次錄入等。針對這些問題，應(yīng)加強政策引導，制定相應(yīng)法規(guī)，規(guī)范企業(yè)執(zhí)行；同時進一步優(yōu)化系統(tǒng)，設(shè)計出大批量數(shù)據(jù)導入定制界面，提高錄入效率；定期組織系統(tǒng)操作培訓，提高企業(yè)工作人員的操作水平；制定并公開系列物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接口數(shù)據(jù)標準，鼓勵設(shè)備廠商支持或?qū)咏涌跇藴剩环e極與政府相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)主管部門對接，尋求與相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成，減少二次錄入現(xiàn)象。

本文研究了一種基于移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉質(zhì)量安全全鏈追溯應(yīng)用系統(tǒng)及體系架構(gòu)，不僅可以廣泛應(yīng)用于跨不同地域之間的豬肉供應(yīng)鏈，而且也為牛、羊等大型動物個體的供應(yīng)鏈追溯[2，3]提供了參考途徑。

[1] 王坤，白紅武，王富國，等． 基于SaaS模式的江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)研究[J]． 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42(12)：414-418．

[2] 范琦． 淺談基于移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的牛羊養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)的設(shè)計[J]． 電信網(wǎng)技術(shù)，2014(11)：38-40．

[3] 楊奉陽，秦興，陳浩，等． 基于云平臺和體溫標簽的豬肉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)[J/ OL]． 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2016，44(10)：414-419．

[4] 趙雅萍，郝慶升． 吉林省豬肉質(zhì)量安全追溯體系概念模型的建立——基于軟系統(tǒng)方法論[J/OL]． 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2016，(16)：38-42．

[5] 王坤，周晶． 江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理創(chuàng)新與成效[J]． 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2014(4)：72-76．

[6] 鮑曉成． 基于物聯(lián)網(wǎng)的豬肉食品供應(yīng)鏈可追溯體系研究[D]．長沙：長沙理工大學，2013．

[7] 楊耀臻． 基于移動物聯(lián)網(wǎng)的蜂產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)研究[D]．杭州：杭州電子科技大學，2015．

[8] 蔡元，張成虎． 豬肉質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]． 豬業(yè)科學，2013，30(8)：36-38．

2017-08-12）

江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全專項(編號:2130109);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(編號:201303088)。作者簡介：王 坤(1975—)，男，副教授、高級工程師，泰州市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)中心副主任，江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全專家組成員，江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準化專業(yè)委員會委員，深圳安鑫寶農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究院研究員，研究方向：信息系統(tǒng)構(gòu)架與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。