基于物聯(lián)網(wǎng)的“數(shù)字化”溯源監(jiān)測系統(tǒng)在糧食質(zhì)量安全監(jiān)測中的應(yīng)用*

楊 軍 劉向昭 李昕陽 李姝彤

(1 四川省糧油中心監(jiān)測站 610016)(2 廣元市糧油質(zhì)量監(jiān)測站 628000)

十八大以來，隨著我國主要矛盾發(fā)生轉(zhuǎn)化，人們對糧食消費(fèi)的需求也逐步從“吃飽”轉(zhuǎn)向“吃好”“吃健康”，個性化、差異化需求越來越明顯；國家也適時推出了“優(yōu)質(zhì)糧食工程”建設(shè)，大力實(shí)施“中國好糧油”行動計(jì)劃，打造“產(chǎn)購儲加銷”一體化經(jīng)營模式，旨在滿足人民對優(yōu)質(zhì)糧油產(chǎn)品、個性化、差異化、品質(zhì)化的消費(fèi)需求。

2020年底召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會議明確將數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素，提出推進(jìn)數(shù)據(jù)要素市場化改革、加快數(shù)字化發(fā)展，“十四五”期間更是將加快推進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的深度融合，作為推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略方向。

質(zhì)量安全監(jiān)測作為糧食產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)支撐，監(jiān)測數(shù)據(jù)信息是糧食安全的重要組成要素，也是實(shí)施“大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”的最基本的元素；數(shù)據(jù)信息的客觀性、真實(shí)性和完整性是最基本的要求。那么在監(jiān)測工作中如何提高監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取的客觀性、便捷性、規(guī)范性，提高數(shù)據(jù)的可溯性和可用性，是我們每一位監(jiān)測工作者必須思考的問題。當(dāng)前，數(shù)字化與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟應(yīng)用，為智能化和數(shù)字化在監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用提供了可能。張凱雄[1]等將數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于大氣監(jiān)測，有效改善了監(jiān)測效率；張慧[2]等人將基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于水利水電工程領(lǐng)域的灌漿監(jiān)測，有效解決了施工監(jiān)管的科學(xué)性和有效性；楊軍[3]等人積極探索將衛(wèi)星定位技術(shù)引入收獲糧食質(zhì)量安全監(jiān)測中，有效解決了監(jiān)測的可溯性問題，為構(gòu)建風(fēng)險防控“一張圖”提供了可能。

近年來，我們積極推進(jìn)“數(shù)字化”監(jiān)測在糧食質(zhì)量安全領(lǐng)域的落地應(yīng)用，針對糧食質(zhì)量安全監(jiān)測各環(huán)節(jié)特點(diǎn)進(jìn)行了一些有益的嘗試，并取得了一定的成效，現(xiàn)分述如下：

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)的概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，這有兩層意思：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；二是其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)鮮明的特征在于：傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時性，數(shù)據(jù)傳輸必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。通過分析、利用有用的海量數(shù)據(jù)信息，就能適應(yīng)不同的需求，創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域和模式。

1.2 數(shù)字化監(jiān)測

數(shù)字化監(jiān)測是指監(jiān)測過程通過計(jì)算機(jī)、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行，能夠快速適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、管理要求的變化，并可及時實(shí)現(xiàn)對過程的調(diào)整。在實(shí)際過程中，數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)既可以采集監(jiān)測對象的信息，又可以與一些智能傳感器、連續(xù)監(jiān)測裝置進(jìn)行連接，采集影響監(jiān)測對象的一些外界因素的客觀數(shù)據(jù)，并與相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據(jù)需要傳輸?shù)綄?yīng)的環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)測和相關(guān)性分析。大數(shù)據(jù)時代，數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)不僅具有近距離監(jiān)測功能，同時也有遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)有服務(wù)器端和客戶端，其中服務(wù)器端包含有網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)等；客戶端具有數(shù)據(jù)的采集、搜索、傳輸與接收以及分析等作用。

1.3 糧食質(zhì)量安全監(jiān)測

糧食質(zhì)量安全監(jiān)測是指為了及時掌握收獲、庫存及流通糧食質(zhì)量、品質(zhì)及安全狀況，以及開展糧食質(zhì)量安全風(fēng)險評估需要，系統(tǒng)和持續(xù)地對糧食食用品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、衛(wèi)生指標(biāo)、感官品質(zhì)和儲藏品質(zhì)等進(jìn)行抽樣、檢驗(yàn)、分析和評價的活動，包括糧食質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)測(質(zhì)量調(diào)查、品質(zhì)測報和衛(wèi)生監(jiān)測)和糧食質(zhì)量安全監(jiān)督抽查等。

2 數(shù)字化監(jiān)測與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合

數(shù)字化監(jiān)測的優(yōu)勢與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合可以在監(jiān)測的一些重要環(huán)節(jié)起到意想不到的效果，大大提高監(jiān)測的有效性和實(shí)用性，同時還能實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，提升監(jiān)測的應(yīng)急反應(yīng)能力。張慧[2]等人將數(shù)字化傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)連接，有效提高了數(shù)據(jù)采集的客觀、真實(shí)和效率。

在我省糧食監(jiān)測工作中，我們將可溯源的一些性能可靠的快檢設(shè)備(如近紅外快檢儀、重金屬及真菌毒素快檢儀等)有效接入數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)[4]，可以實(shí)現(xiàn)收獲糧食的衛(wèi)生安全指標(biāo)的快速篩查以及部分質(zhì)量品質(zhì)指標(biāo)的快速檢測，對于管理部門第一時間掌握區(qū)域內(nèi)收獲糧食質(zhì)量品質(zhì)及安全情況，及時制定相關(guān)收儲政策意義重大。同時，通過快速獲取基于位置的收獲糧食質(zhì)量安全數(shù)據(jù)的分析，數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)可以主動調(diào)配現(xiàn)場快檢設(shè)備前往一些超標(biāo)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)加密監(jiān)測，快速摸清源頭污染狀況，便于管理部門對污染糧食實(shí)施控制。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)在糧食質(zhì)量安全監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 在收獲糧食質(zhì)量安全監(jiān)測中的應(yīng)用

收獲糧食的質(zhì)量調(diào)查、品質(zhì)測報和衛(wèi)生監(jiān)測是糧食質(zhì)量安全監(jiān)測的例行工作，對于掌握新收獲糧食質(zhì)量、品質(zhì)狀況，為政府制定糧食收購質(zhì)價政策、調(diào)整糧食種植結(jié)構(gòu)和保護(hù)農(nóng)民種糧積極性至關(guān)重要；傳統(tǒng)的監(jiān)測模式(見圖1)或多或少存在樣品真實(shí)性、代表性缺失，采集過程可控性差、監(jiān)測周期長、效率不高、結(jié)果可回溯性低等問題[5]。而采用數(shù)字化溯源監(jiān)測模式(見圖2)，不僅能夠有效監(jiān)控樣品采集過程，提高樣品的真實(shí)性和代表性、利用物聯(lián)網(wǎng)建立溯源關(guān)系實(shí)現(xiàn)快速回溯，而且可以采用“物聯(lián)網(wǎng)+快檢”的方式，接入一些成熟的可溯源快檢設(shè)備(如近紅外、膠體金等)，實(shí)現(xiàn)收獲現(xiàn)場快速監(jiān)測和數(shù)據(jù)上傳，大大縮短了監(jiān)測周期、提高監(jiān)測效率；對于發(fā)現(xiàn)的異常糧情，還可以及時調(diào)配周邊設(shè)備和人員支援，實(shí)現(xiàn)糧食安全問題的應(yīng)急響應(yīng)，及時摸清糧情；同時，在結(jié)果分析與處理方面，通過利用大數(shù)據(jù)分析工具，可以形成具有地理信息或其他唯一身份特征的糧食“質(zhì)量分布圖”，對于指導(dǎo)政府制定糧食收購質(zhì)價政策提供及時、準(zhǔn)確的信息，引導(dǎo)種植戶由“種好‘糧食’”向“種‘好糧食’”進(jìn)行轉(zhuǎn)變具有積極的意義。例如：在近幾年的收獲油菜籽質(zhì)量監(jiān)測工作中，我們采用手機(jī)移動端安裝APP程序方式，將樣品采集任務(wù)分賬戶下達(dá)到各市，由其實(shí)施現(xiàn)場采集，既通過APP保障了采集數(shù)據(jù)的規(guī)范性，實(shí)現(xiàn)信息的“數(shù)字化”，又利用信息技術(shù)與監(jiān)測對象建立溯源機(jī)制，為后期問題的快速回溯和數(shù)據(jù)可視化分析夯實(shí)了基礎(chǔ)[6][7]。2021年，又將可溯源便攜式NIR快檢儀接入“數(shù)字化”監(jiān)測系統(tǒng)，對油菜籽中水分、含油量、蛋白質(zhì)等多個指標(biāo)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快檢和數(shù)據(jù)上傳，不僅大大提高了監(jiān)測效率、減少后期監(jiān)測工作量；還能將相關(guān)數(shù)據(jù)直接反饋給種植大戶，便于其了解內(nèi)在質(zhì)量狀況。數(shù)字化監(jiān)測數(shù)據(jù)信息還為指導(dǎo)下一年度監(jiān)測計(jì)劃制定、實(shí)施“橫向”“縱向”數(shù)據(jù)分析比對提供了便利。

圖1 傳統(tǒng)監(jiān)測模式流程圖

圖2 數(shù)字化監(jiān)測模式流程圖

3.2 在好糧油基地建設(shè)中的應(yīng)用

好糧油(如：天府菜油)基地建設(shè)是實(shí)施優(yōu)質(zhì)糧食工程、培育“產(chǎn)購儲加銷”一體化經(jīng)營模式、打造糧油品牌的重要一環(huán)。在收獲糧食質(zhì)量安全監(jiān)測工作中加強(qiáng)對主要糧食規(guī)?；N植區(qū)的優(yōu)勢(質(zhì))品種開展調(diào)查測評工作，突出品質(zhì)、營養(yǎng)、安全指標(biāo)，經(jīng)檢測后綜合采集的品種以及地域位置、氣候、溫濕度、土壤質(zhì)量等信息，進(jìn)行算法優(yōu)化，可以從海量數(shù)據(jù)中歸納差異和規(guī)律，經(jīng)過多維度綜合分析，獲得基于地域的“優(yōu)質(zhì)品種適宜種植區(qū)分布圖”(見圖3)，為貫徹落實(shí)“三品一標(biāo)”提升行動，對于培優(yōu)品種、提升品質(zhì)、打造品牌所需的優(yōu)質(zhì)原料基地建設(shè)，以及“兩區(qū)劃定”工作提供直觀、詳實(shí)的技術(shù)支撐。同時，數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)積累的歷年“特征”海量數(shù)據(jù)，與“智慧農(nóng)業(yè)”上一些影響糧食質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，可以實(shí)現(xiàn)對于好糧油基地的過程管控，指導(dǎo)糧食生產(chǎn)更加科學(xué)、高效，實(shí)現(xiàn)“優(yōu)糧優(yōu)產(chǎn)”，大大提高優(yōu)質(zhì)糧食原料供給率[8]。例如：在“天府菜油”優(yōu)質(zhì)原料基地建設(shè)過程中，我們通過數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)省內(nèi)主要推廣種植優(yōu)質(zhì)品種川油36(24個樣本、覆蓋6個市州)進(jìn)行對比的可視化分析，可以推測出其適宜種植區(qū)應(yīng)在內(nèi)江、達(dá)州、廣安一帶。

圖3 優(yōu)質(zhì)品種適宜種植區(qū)直觀圖

3.3 在污染糧食源頭治理方面的應(yīng)用

環(huán)保部門估算，我國每年因重金屬污染的糧食高達(dá)1200萬噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。近年來，糧食污染勢頭有加劇的趨勢，在當(dāng)前國內(nèi)外復(fù)雜多變的百年未有之大變局下，污染糧食的源頭治理就顯得尤為復(fù)雜和重要，一方面要“以人為本”，保障人民飲食安全；另一方面又要保障糧食的數(shù)量供給，確保十三億人的口糧安全。

利用基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)可以為糧食污染源頭治理提供一些幫助。一是，通過建立的溯源機(jī)制可以對監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的污染問題快速回溯，實(shí)現(xiàn)問題的精準(zhǔn)定位；在實(shí)際使用過程中利用確定的監(jiān)測點(diǎn)位信息，通過APP調(diào)用導(dǎo)航軟件，可以很方便地指引技術(shù)人員快速、準(zhǔn)確到達(dá)問題點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核、加密監(jiān)測等；二是，通過接入一些具備可溯源功能的膠體金快檢設(shè)備(如：重金屬、真菌毒素等)，在發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)位后，直接調(diào)集多臺設(shè)備快速進(jìn)行排查或確認(rèn)，讓管理部門及時掌握污染情況和范圍；三是，基于快速的響應(yīng)能及時對污染糧食實(shí)施管控，防止因集并等原因造成二次污染；因響應(yīng)不及時造成不安全糧食流入口糧市場；四是，基于摸清的污染邊界，能對單品種糧食的污染情況實(shí)施有效的風(fēng)險等級防控，針對不同情況采取換種、調(diào)種、治理等措施，以切實(shí)可行的方案，從源頭上控制污染糧食數(shù)量。

基于可溯源的質(zhì)量安全大數(shù)據(jù)庫，對于政府掌握糧食污染源頭狀況，實(shí)施糧食質(zhì)量安全風(fēng)險管控、質(zhì)量追溯、有效遏制污染糧食增長勢頭，防止流入口糧市場也具有積極的指導(dǎo)作用。

3.4 在庫存糧食質(zhì)量監(jiān)管中的應(yīng)用

以監(jiān)測為支撐，指導(dǎo)糧食承儲企業(yè)綜合應(yīng)用儲糧技術(shù)，保障儲存糧食質(zhì)量安全是庫存糧食質(zhì)量安全監(jiān)管的重要環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)測工作不同，為提高監(jiān)測效率和監(jiān)管的有效性，“數(shù)字化”可以在糧食監(jiān)管平臺上為貨位賦予唯一性的身份碼[9](如：二維碼)并固定在每個貨位明顯位置，在實(shí)施“數(shù)字化”監(jiān)測時，一方面方便監(jiān)測人員通過掃描二維碼可快速獲取貨位及儲糧信息，既簡化信息采集操作，又方便對監(jiān)管對象進(jìn)行核實(shí)；另一方面在儲存周期內(nèi)的多次監(jiān)測數(shù)據(jù)可以在該“身份碼”下進(jìn)行可視化統(tǒng)計(jì)分析，可以在某些指標(biāo)(如：水分、脂肪酸值等)的變化曲線中發(fā)現(xiàn)問題，既可以預(yù)測質(zhì)量變化趨勢，也可以為監(jiān)管提供線索。利用數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)集成，還可以在監(jiān)測采樣環(huán)節(jié)對糧倉中對溫濕度、蟲害傳感器數(shù)據(jù)信息一并采集，通過對各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的綜合分析，可以形成特征指標(biāo)質(zhì)量變化曲線，對于系統(tǒng)性分析質(zhì)量變化規(guī)律、優(yōu)化倉儲設(shè)施條件、指導(dǎo)科技儲糧意義重大。近期，我們又在積極探索將便攜式近紅外等快檢設(shè)備應(yīng)用于庫存糧食質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域，利用其快速、無損的特性建立庫存糧食質(zhì)量安全立體分布圖，在優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新庫存糧食質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)管模式，提升對庫存糧食監(jiān)管的有效性。

3.5 在糧食質(zhì)量追溯中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在食品、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯領(lǐng)域應(yīng)用研究逐漸廣泛，商婷婷[10]研究了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的農(nóng)產(chǎn)品流通。糧食質(zhì)量追溯貫穿于糧食流通全過程，包括生產(chǎn)、收購、儲藏、加工、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)。要實(shí)現(xiàn)“來源可追溯、去向可查證、責(zé)任可追究”的追溯目標(biāo)，各環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)是最基礎(chǔ)的支撐，基于物聯(lián)網(wǎng)的“數(shù)字化”監(jiān)測系統(tǒng)不僅讓監(jiān)測數(shù)據(jù)與追溯對象實(shí)現(xiàn)了一一對應(yīng)的可追溯關(guān)系，還能讓各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)圍繞特征識別碼(追溯碼)形成數(shù)據(jù)鏈，進(jìn)而集成為糧食全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量數(shù)據(jù)。在糧食流通過程中，如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，就可以通過質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行對比分析，及時查找問題環(huán)節(jié)和責(zé)任對象，為企業(yè)實(shí)施整改找準(zhǔn)方向，也為監(jiān)管部門厘清責(zé)任提供依據(jù)。在消費(fèi)領(lǐng)域，有了第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)的數(shù)字化檢驗(yàn)報告做支撐，糧食追溯碼如一張糧食身份證，消費(fèi)者可以通過掃描查詢，除了了解到商品有關(guān)的加工信息，還可以通過第三方機(jī)構(gòu)出具的報告信息了解產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，有效解決市場信息不對稱等問題，既實(shí)現(xiàn)了以第三方機(jī)構(gòu)的公信力提振糧油產(chǎn)品的消費(fèi)信心，又能引導(dǎo)社會各界積極參與糧食安全社會治理，形成糧食安全社會共治。

4 結(jié)論

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)代化產(chǎn)物，系統(tǒng)應(yīng)用到糧油質(zhì)量安全監(jiān)測中，為保障糧食質(zhì)量安全、確保國家糧食戰(zhàn)略物資儲備安全起到了保駕護(hù)航的作用。經(jīng)過上文分析可得，系統(tǒng)在糧食質(zhì)量安全監(jiān)測中落地應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)收獲糧食質(zhì)量安全監(jiān)測的數(shù)字化、可溯化；有利于實(shí)施糧食質(zhì)量安全源頭污染的分級防控，使糧食污染從源頭上得到控制；還可以通過可視化分析獲得優(yōu)質(zhì)糧食品種的適宜種植區(qū)，有利于建設(shè)好糧油產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料核心種植區(qū)；應(yīng)用于糧食庫存環(huán)節(jié)可以有效對庫存糧食質(zhì)量安全實(shí)施監(jiān)測，并形成基于數(shù)字身份貨位的特征指標(biāo)質(zhì)量變化曲線，對于結(jié)合儲糧技術(shù)條件，研究分析儲存糧食質(zhì)量變化規(guī)律、優(yōu)化倉儲設(shè)施條件、科學(xué)指導(dǎo)糧食儲存具有實(shí)際顯著效益；應(yīng)用于質(zhì)量追溯環(huán)節(jié)，可以借第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)的公信力來提振糧食消費(fèi)的信心，提高糧食質(zhì)量安全社會共治的效能。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化糧食質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于糧食質(zhì)量安全監(jiān)測應(yīng)該得到推廣。

對于糧食質(zhì)量安全監(jiān)測領(lǐng)域，應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能夠更好實(shí)現(xiàn)監(jiān)測意圖、方便實(shí)施質(zhì)量控制，也更有利于數(shù)據(jù)的收集和分析利用，為制定糧食質(zhì)量安全控制方案提供了強(qiáng)有力的保障。