物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用研究

陸秋俊

摘 要：為了解決食品安全的問題，以計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為手段，利用軟件開發(fā)工具，RFID，ZigBee等技術(shù)，建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)生產(chǎn)過程中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的溯源信息，開發(fā)食品溯源系統(tǒng)，構(gòu)建食品種植、加工、銷售等過程監(jiān)控與溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品從農(nóng)田到餐桌全生命周期的信息溯源，利用食品溯源系統(tǒng)有效解決食品安全管理中的主要問題。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);信息溯源;食品安全;生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫;RFID;ZigBee

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

食品衛(wèi)生與安全問題已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，從世界著名的瘋牛病開始，不斷有食品安全問題出現(xiàn)。全世界很多國(guó)家都發(fā)生過食品安全事故，國(guó)內(nèi)發(fā)生過三鹿奶粉、地溝油、瘦肉精等事件?？v觀全球，食品安全問題已普遍存在于人們的日常生活中。

食品安全包括從食品原料開始的種植或者養(yǎng)殖直到銷售食用為止的全過程。食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)眾多，要保障食品安全，必須從源頭抓起，加工、貯存、包裝、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)一個(gè)都不能漏掉。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，在社會(huì)生活的各方面均有應(yīng)用，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)食品安全可追溯系統(tǒng)是可行的，如RFID、二維碼，遠(yuǎn)程識(shí)讀技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，都是可以應(yīng)用到食品溯源系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 食品溯源在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀

1.1 食品溯源的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)食品安全監(jiān)管采用手工索證和進(jìn)銷臺(tái)帳的登記辦法，不僅加大了經(jīng)營(yíng)成本，而且索證環(huán)節(jié)存在漏洞，手續(xù)繁雜，且不便于保存、查找。傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)在食品安全問題發(fā)生后雖能溯源，但大多是事后懲罰，實(shí)現(xiàn)不了食品安全監(jiān)管的目的。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可對(duì)食品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行糾正。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品溯源在信息處理方面具有優(yōu)越性，正不斷應(yīng)用在食品安全領(lǐng)域。該技術(shù)由不同的網(wǎng)絡(luò)支撐，根據(jù)種植、養(yǎng)殖等食品生產(chǎn)、加工到銷售的流通特點(diǎn)，采用可非接觸式物品自動(dòng)識(shí)別的RFID技術(shù)進(jìn)行食品信息的感知，以電子標(biāo)簽為溯源信息載體，實(shí)時(shí)記錄食品生產(chǎn)的相關(guān)信息，分別在食品加工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并記載輸入數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)境控制指令和數(shù)據(jù)信息的傳輸，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與查詢，對(duì)食品進(jìn)行全程監(jiān)管。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間、各環(huán)節(jié)間的信息互通和數(shù)據(jù)共享提供了有效手段，采用 Web Service，JSP 等技術(shù)開發(fā)部署信息發(fā)布平臺(tái)，通過運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)站設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及查詢，并最終通過網(wǎng)頁的形式給相關(guān)用戶提供食品全生命周期的追溯追蹤信息。

1.2 食品溯源的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

盡管食品安全制度嚴(yán)格，但是食品安全問題仍然時(shí)有發(fā)生。為快速控制危機(jī)，總結(jié)食品安全危機(jī)的原因在于食品安全監(jiān)督措施出現(xiàn)漏洞，未從食品的原材料及食品生產(chǎn)的全過程抓起。因此，要實(shí)現(xiàn)食品安全，必須監(jiān)控種植、養(yǎng)殖、加工、運(yùn)輸?shù)讲妥赖恼麄€(gè)食物鏈，對(duì)最初的原料生產(chǎn)、加工、銷售到食品質(zhì)量反饋的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層：一是感知層，即前端數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過傳感器感知信息，以RFID、二維碼、數(shù)據(jù)采集傳感器為主，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集和物品識(shí)別;二是網(wǎng)絡(luò)層，傳遞各類數(shù)據(jù)、信息，利用信道（包括通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)等傳輸通道）傳輸信息、控制信號(hào);三是應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的具體功能。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

物聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物，是綜合性的技術(shù)，是無線傳感技術(shù)依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用

2.2.1 食品溯源中常用的幾種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

（1）自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

自動(dòng)識(shí)別以計(jì)算機(jī)、通信、電氣技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用相關(guān)的設(shè)備，能夠在不接觸的情況下自動(dòng)讀取物體的電子編碼信息，并與原有數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而識(shí)別物體，并具有編碼唯一性。常用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)有條形碼，RFID，IC卡及模式識(shí)別等。

（2）WSN技術(shù)

WSN（無線傳感網(wǎng)）技術(shù)的最大特點(diǎn)是無線，利用無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的測(cè)量與傳遞，一般應(yīng)用在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中作為前端的信號(hào)來源，目的是自動(dòng)感知被測(cè)控對(duì)象的信息，并將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚頇C(jī)構(gòu)或者相應(yīng)的計(jì)算機(jī)信息設(shè)備。ZigBee是構(gòu)成WSN網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一，以其自組織、低功率消耗等優(yōu)勢(shì)被市場(chǎng)所接受。

（3）物流跟蹤定位技術(shù)（GIS/GPS）

運(yùn)用GIS和GPS可實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星定位，解決物流運(yùn)輸過程中的準(zhǔn)確跟蹤與實(shí)時(shí)定位問題，保證食品運(yùn)輸過程在可控范圍內(nèi)。

（4）EPC全球產(chǎn)品電子代碼體系

食品溯源系統(tǒng)利用產(chǎn)品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）技術(shù)，把所有流通環(huán)節(jié)，包括生產(chǎn)、運(yùn)輸、零售等統(tǒng)一起來，組成可查詢的EPC物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的追溯。

2.2.2 溯源二維碼應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廠商、監(jiān)管部門及消費(fèi)者可掃描二維碼進(jìn)入系統(tǒng)完成信息錄入或查詢。其中，二維碼作為信息查詢與錄入入口，手持終端、識(shí)讀頭、手機(jī)都可作為二維碼的識(shí)讀及信息錄入終端，使用非常方便。溯源二維碼應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2所示。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)食品溯源架構(gòu)

食品溯源系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網(wǎng)的三層基本技術(shù)架構(gòu)，在具體的信息處理上可以分為數(shù)據(jù)采集、融合網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)庫層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層。食品溯源系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見表1所列。

食品溯源平臺(tái)主要涉及企業(yè)、政府、檢驗(yàn)部門及市場(chǎng)各方，包括原料、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、物流、銷售、消費(fèi)者、監(jiān)管部門、政府等主要溯源環(huán)節(jié)，并可實(shí)現(xiàn)雙向信息互動(dòng)。食品溯源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

采用食品溯源物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）將RFID等標(biāo)識(shí)手段作為信息輸入的方法，價(jià)格低、輸入速度快、自動(dòng)化程度高。

（2）食品安全監(jiān)控的實(shí)時(shí)性較好。由于食品溯源系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集食品原料及加工過程信息，因此食品中出現(xiàn)的問題能夠及時(shí)地得到反饋與解決。

（3）食品溯源系統(tǒng)不但能夠保證食品的安全可靠，也有利于市場(chǎng)各方，如企業(yè)、政府、市場(chǎng)監(jiān)管等。食品加工與生產(chǎn)者可利用食品溯源信息加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)管理，提高監(jiān)管效率。

（4）信息傳輸信道可采用多種方式，如GPRS，WiFi，Ethernet，3G，4G，5G等，可以使用短信、電話、網(wǎng)絡(luò)等，信息溝通便捷。

（5）溯源終端可采用手機(jī)、電腦及其他手持終端等多種手段，使用方便。

（6）由于在食品溯源系統(tǒng)中使用了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)與地域無關(guān)，不但有利于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查詢，而且有利于食品安全的第三方監(jiān)管與評(píng)價(jià)。

3 結(jié) 語

綜合應(yīng)用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)輸入技術(shù)、數(shù)據(jù)存貯技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸與查詢技術(shù)，結(jié)合食品生產(chǎn)、加工過程，以電子標(biāo)簽為食品溯源信息的載體，及時(shí)記錄食品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵信息，分別在食品生產(chǎn)各階段進(jìn)行標(biāo)識(shí)，利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，結(jié)合食品生產(chǎn)加工的各個(gè)參與者，包括生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)檢部門、銷售、銀行、消費(fèi)者等，記錄食品行業(yè)所涉及的種植（養(yǎng)殖）、加工、運(yùn)輸、流通、分銷等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品全生命周期信息的溯源，解決了傳統(tǒng)食品安全追溯中出現(xiàn)的問題?？梢灶A(yù)見，食品溯源產(chǎn)業(yè)將隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的創(chuàng)新而不斷發(fā)展。

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