信息時代下肉制品食品質(zhì)量追蹤溯源技術研究

◎ 楊溢凡，寧學星，曾程龍，董香麗

（山東協(xié)和學院，山東 濟南 250109）

近年來，食品安全溯源系統(tǒng)的研發(fā)引起政府的高度重視。食物中毒、瘋牛病、口蹄疫、禽流感等多種畜禽傳染疾病以及農(nóng)藥殘留等各類食品安全危害事件頻繁多地發(fā)生等都促進了我國食品安全檢測溯源系統(tǒng)的研發(fā)和應用推廣。食品溯源系統(tǒng)不僅可以在農(nóng)業(yè)種植食品養(yǎng)殖、生產(chǎn)加工過程中自動進行食品檢驗消毒檢疫，還可以在各食品中轉(zhuǎn)站之間進行自動部署，記錄食品檢驗檢疫消殺相關工作以及確定物流運輸路線，并將食品溯源系統(tǒng)監(jiān)控安全鏈條直接延伸至各個食品銷售服務終端，實現(xiàn)從生產(chǎn)到銷售監(jiān)控流程的全覆蓋。本文對信息時代下肉制品食品進行溯源所應用到的技術進行探究，分析各現(xiàn)代技術在食品溯源方面的優(yōu)劣，為溯源系統(tǒng)的建立和完善提供參考。

1 相關技術

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

1.1.1 傳感器技術

傳感器是信息化溯源的數(shù)據(jù)來源，相當于人的眼睛，用來獲取食品各環(huán)節(jié)的技術信息。溯源系統(tǒng)應具備RFID電子標簽，存儲生產(chǎn)、加工、物流和防疫信息。

1.1.2 傳感器網(wǎng)絡

傳感器采集網(wǎng)絡技術是手機傳感器網(wǎng)絡技術、計算網(wǎng)絡技術、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡、無線通信網(wǎng)絡技術以及分布式實時信息處理等多種技術的有機融合體[1]，用于將手機傳感器網(wǎng)絡采集到的數(shù)據(jù)通過匯聚網(wǎng)絡上網(wǎng)后傳至手機傳感器計算機信息系統(tǒng)中心并進行實時數(shù)據(jù)處理，再通過現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡技術將相關信息實時傳送連接到手機客戶端。

1.1.3 嵌入式系統(tǒng)技術

利用嵌入式系統(tǒng)技術，可同時實現(xiàn)對多個任務處理單元的調(diào)度，關閉不工作的設備，從而降低與控制能耗。部署在各物流中轉(zhuǎn)樞紐以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)，用于對RFID電子標簽內(nèi)的信息進行讀寫，在降低能耗、實現(xiàn)單一的簡單重復操作上有極大的優(yōu)勢。不僅可以降低能源成本，還可以解放大量勞動力，可降低溯源系統(tǒng)運營和維護成本，對溯源系統(tǒng)的推廣應用上有極大貢獻。

1.2 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)技術在追溯技術上有舉足輕重的地位[2]，對溯源終端上采集到的大量數(shù)據(jù)組進行分類和處理，可以有效地防控食品安全出現(xiàn)的潛在風險。我國目前大數(shù)據(jù)在商業(yè)上的應用已經(jīng)有較大發(fā)展，例如電信公司利用大數(shù)據(jù)分析用戶手機號碼使用情況，針對性地限制可能用于電信詐騙的手機號碼，對電信安全有極大的幫助。大數(shù)據(jù)的另一個優(yōu)勢在于綜合利用多元數(shù)據(jù)進行分析，在對溯源信息分析的同時，還可以對生產(chǎn)、加工產(chǎn)業(yè)鏈條公司相應信用數(shù)據(jù)等進行綜合分析，實現(xiàn)食品安全監(jiān)控的分級管理或提前預警。

1.3 云計算

溯源系統(tǒng)的實現(xiàn)需要龐大的算力，單獨設立大型計算中心成本過高。隨著云計算技術的發(fā)展，算力問題逐漸得到解決。云計算的背后需要多部服務器作為支撐，通過這些服務器組成的系統(tǒng)將需要運算的巨大數(shù)據(jù)進行分解，將分解后的數(shù)據(jù)通過小程序運算得到最終的結(jié)果，再將結(jié)果反饋給客戶的過程就是云計算。通過分布式計算的方式，可以實現(xiàn)對微型終端空閑算力的整合應用，在解決大型計算算力不足問題的同時，也讓終端冗余算力得到充分應用[3]。

1.4 通信技術

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用過程中有多種無線通信方式，而在實際應用中，WIFI、Zigbee、BLE、RFID等短距離無線通信在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用中較為普遍，必須要有特定的組網(wǎng)、通信策略才能實現(xiàn)與上位機的通信。接下來將對幾種主要的通信方式進行對比探討，分析其優(yōu)劣。

1.4.1 WiFi

WiFi作為無線局域網(wǎng)技術中應用最廣泛的技術之一，是無線通訊領域的主導者。WiFi設備通常是在2.4 GHz和5.8 GHz兩個頻段，以下為WiFi技術的基本特征。

（1）由于短距離通信傳輸速度非常快，其他新型無線通信傳輸技術很難與其相比，WiFi的無線傳輸速度可以達300 Mbps。

（2）WiFi技術具有極強的穿透力并且信號覆蓋面積大，現(xiàn)代建筑對其信號的干擾小。

1.4.2 Zigbee

由于短距離通信傳輸速度非?？欤渌滦蜔o線通信傳輸技術很難與其相比，同時支持多種網(wǎng)上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全[4]。以下為Zigbee技術的基本特征。

（1）Zigbee技術能夠傳輸信息容量較大的數(shù)據(jù)，其自身具有高效的碰撞避免機制，使數(shù)據(jù)能夠安全高效的傳輸，同時可有效避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生信號碰撞。Zigbee技術還具有與網(wǎng)絡相融合的特點，在進行數(shù)據(jù)傳輸操作時，可直接連接家庭中的控制網(wǎng)絡，并且不會發(fā)生碰撞。

（2）綜合使用Zigbee關鍵技術可在進行視頻數(shù)據(jù)無線傳輸時，每個傳輸節(jié)點都能很好地節(jié)約電源耗電，這也是此項關鍵技術的最大優(yōu)點之一，兩節(jié)5號式蓄電池組所提供的電源工作持續(xù)時間一般能夠長達一年，大大節(jié)約了使用成本。

1.4.3 NB-IOT

（1）NB-IOT技術是一項新興通訊技術，隸屬于于IOT技術領域。其主要特點是能夠支持低頻高功耗網(wǎng)絡設備、待機時間長、能廣泛使用各種蜂窩式的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，被人們稱為低頻高功耗蜂窩廣域網(wǎng)[5]。而采用NB-IOT等技術設備的燃料電池使用壽命高達10年之久，覆蓋面廣。在同樣的頻段下NB-IOT技術網(wǎng)絡可覆蓋整個室內(nèi)。

（2）連接能力強。NB-IOT技術可支持大量設備同時連接，其功耗低，同時具備優(yōu)化的網(wǎng)絡架構(gòu)。

（3）低成本。企業(yè)使用的單個NB-IOT技術接連模塊的成本大概在30元左右。

1.5 定位技術GIS

GIS技術利用定位信息技術和電子地圖技術相結(jié)合的方式，將地圖和移動目標顯示在APP的屏幕上或計算機屏幕上[6]，給客戶更直觀的使用感受。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

通過對食品質(zhì)量追蹤溯源系統(tǒng)的分析，對起重要的組成進行分解，分別是RFID系統(tǒng)、云端數(shù)據(jù)庫、微信小程序。系統(tǒng)工作流程主要包括：信息采集、數(shù)據(jù)包上傳、用戶查詢。

2.1 RFID系統(tǒng)

RFID系統(tǒng)由貨品電子標簽、二級節(jié)點以及信息系統(tǒng)3部分組成。貨品電子標簽存儲信息覆蓋生產(chǎn)、加工、物流中轉(zhuǎn)、檢疫防疫等溯源信息；二級節(jié)點由食品供應鏈、食品安全部門和生產(chǎn)加工關鍵節(jié)點組成；信息系統(tǒng)負責二級節(jié)點讀寫信息并經(jīng)信息系統(tǒng)綜合處理后上傳至數(shù)據(jù)庫。

2.2 云端數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫采用RDS For MySQL關系型數(shù)據(jù)庫，可以滿足溯源系統(tǒng)大量二級節(jié)點高并發(fā)的問題。云端數(shù)據(jù)庫用以存儲節(jié)點上報數(shù)據(jù)，并且提供API接口用于小程序調(diào)用訪問數(shù)據(jù)，三者結(jié)合起來可以滿足食品追蹤溯源系統(tǒng)的功能。

2.3 微信小程序

微信小程序是用戶與溯源系統(tǒng)交互的直接主體，小程序?qū)⑻峁㏎R碼查詢或支持NFC功能的手機進行感應識別。同時小程序還提供食品安全監(jiān)督機構(gòu)相應的抽檢結(jié)果。

3 結(jié)語

肉制品食品安全溯源是一個復雜的系統(tǒng)工程，在系統(tǒng)設計過程中要確保每一步都緊密相連，環(huán)環(huán)相扣。隨著技術日新月異的發(fā)展，其概念也在不斷地向前延伸，將來對其的研究也將不斷深入。物聯(lián)網(wǎng)應用使得溯源技術面臨新的變革，隨著將來應用范圍的不斷擴大，對不同食品檢測也會有新的要求，這就需要研究人員不停探索新的需求，發(fā)展新的技術。