◎ 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。
1.1.1 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。
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。
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]。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。