基于射頻識(shí)別技術(shù)的豬肉質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

練宇婷 伍雯靜 陳樂如 廖威龍 肖欣紅 趙晨煊

摘 要：豬肉作為我國肉類食品的主要消費(fèi)品種，其質(zhì)量好壞關(guān)乎國計(jì)民生。近年來我國對(duì)畜禽養(yǎng)殖的管理要求也越來越嚴(yán)格，明確要求相關(guān)企業(yè)應(yīng)建立完善的產(chǎn)品信息溯源體系。傳統(tǒng)的豬肉溯源體系信息采集不完整，技術(shù)落后，各環(huán)節(jié)缺乏有效的管理，因此利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的有效跟蹤和監(jiān)管，建立完善溯源體系是目前需要解決的問題。本文圍繞射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)，根據(jù)消費(fèi)者、監(jiān)管者、生產(chǎn)者等主體的不同需求，進(jìn)行生豬產(chǎn)業(yè)鏈包括采購、屠宰、加工和流通等環(huán)節(jié)的信息采集，建立溯源信息鏈與數(shù)據(jù)庫，從而設(shè)計(jì)相對(duì)完善的豬肉質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)豬肉產(chǎn)品的安全溯源查詢。

關(guān)鍵詞：豬肉;追溯系統(tǒng);RFID技術(shù)

Design of Pork Quality Safety Traceability System Based on Radio Frequency Identification Technology

LIAN Yuting， WU Wenjing， CHEN Leru， LIAO Weilong， XIAO Xinhong， ZHAO Chenxuan*

（Guangzhou College of Technology and Business， Foshan 528000， China）

Abstract： Pork is the main consumable of meat food in China， its quality is related to the national economy and people’s livelihood. In recent years， the management requirements of livestock and poultry breeding in China have become more and more strict， and it is clearly required that related enterprises should establish a perfect product information traceability system. The traditional pork traceability system has incomplete information collection， backward technology and lack of effective management in each link. Therefore， it is a problem to use modern information technology to realize effective tracking and supervision of the whole hog industrial chain and establish and perfect the traceability system. Around the RFID technology， this paper according to the different needs of customers， regulators， producers， such as the main body， to the pig industry chain including procurement， slaughtering， processing and circulation of information collection， establish traceability information chain and the database， so as to design a relatively perfect pork quality safety traceability system， realize the safety of pork products traceability queries.

Keywords： pork; traceability system; radio frequency identification technology

1 研究背景

近年來，我國豬肉的消費(fèi)比例越來越高。動(dòng)物疫病、獸藥殘留與飼料中有毒有害物質(zhì)超標(biāo)等問題，對(duì)消費(fèi)者健康和安全造成了極大的影響[1-2]。由于生豬從養(yǎng)殖、屠宰、流通到銷售等階段所耗費(fèi)的時(shí)間較長，有些豬肉沒有溯源信息，導(dǎo)致消費(fèi)者不易判斷豬肉是否安全，而擔(dān)憂豬肉的安全問題。

1.1 國內(nèi)豬肉產(chǎn)品質(zhì)量安全現(xiàn)狀

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平和消費(fèi)能力也不斷提高，豬肉早已成為人們餐桌上常見的食物，但豬肉在生產(chǎn)過程中容易受到微生物的污染，豬肉的安全性不高，嚴(yán)重影響了豬肉的質(zhì)量安全。

1.1.1 生豬養(yǎng)殖場標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)程度低

在生豬養(yǎng)殖場中，盡管其標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)已有些基礎(chǔ)，但總的來說還不夠規(guī)范，缺乏科學(xué)性和全面性。由于糞便污水的處理不當(dāng)、無防疫消毒措施等，生豬養(yǎng)殖場的衛(wèi)生條件較為惡劣，使豬患疫病的概率大大增加，無法保障生豬肉的質(zhì)量安全。

1.1.2 屠宰加工流通環(huán)節(jié)易污染

在生豬的流通環(huán)節(jié)容易受到污染。生豬肉在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和銷售等環(huán)節(jié)中，冷鏈保鮮措施不到位，溫度、濕度、時(shí)間和環(huán)境等因素也易加速生豬肉的自溶變質(zhì)，而且在流通過程中的衛(wèi)生條件較差，豬肉容易受到微生物污染。

1.1.3 濫用添加劑

有些不良豬肉生產(chǎn)商為了使收益增加，違規(guī)使用飼料添加劑甚至使用禁用的飼料添加劑，或者將一些死豬肉進(jìn)行加工并銷售，使這些質(zhì)量不過關(guān)的豬肉流入消費(fèi)市場，讓消費(fèi)者的健康受到巨大的威脅。

1.1.4 獸藥殘留

生豬養(yǎng)殖場在養(yǎng)豬的過程中，有些養(yǎng)殖者養(yǎng)殖知識(shí)缺乏、養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)不足，為得到更好的收益，長期超量使用獸藥或?yàn)E用獸藥，不僅會(huì)使生豬耐藥性增加，還會(huì)導(dǎo)致獸藥在生豬體內(nèi)蓄積，出現(xiàn)獸藥殘留的情況。若經(jīng)常食用含有獸藥殘留的豬肉，人體會(huì)出現(xiàn)慢性中毒現(xiàn)象，身體健康會(huì)受到較大影響[3]。不僅如此，獸藥會(huì)以原形或代謝物等形式隨生豬的排泄物排泄出來，既會(huì)產(chǎn)生污染問題，又會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響[4]。

1.1.5 監(jiān)管不到位

我國的豬肉監(jiān)管體系存在較大的不足。因?yàn)楸O(jiān)管職能分散在各個(gè)部門，導(dǎo)致職能部門在立法時(shí)條款不夠嚴(yán)謹(jǐn)，容易造成法律監(jiān)管盲區(qū)。在食品安全問題上，農(nóng)業(yè)農(nóng)村、質(zhì)量監(jiān)督、工商管理等部門都有監(jiān)督管理職責(zé)，但在實(shí)際執(zhí)法中，多個(gè)部門職能交叉，容易發(fā)生“踢皮球”等責(zé)任推諉現(xiàn)象，導(dǎo)致食品安全事故發(fā)生頻率增加[5-6]。

1.2 國內(nèi)豬肉安全溯源系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

政府一直大力地推進(jìn)食品安全可追溯系統(tǒng)，使企業(yè)越來越重視食品可追溯系統(tǒng)，發(fā)布各種政府文件強(qiáng)調(diào)可追溯系統(tǒng)的建設(shè)，加強(qiáng)監(jiān)督管理以保食品安全。但我國現(xiàn)存的豬肉溯源系統(tǒng)中，存在信息流不匹配、系統(tǒng)軟件不兼容導(dǎo)致源信息無法進(jìn)行資源共享和交換的問題。具體表現(xiàn)為現(xiàn)有系統(tǒng)可追溯性信息內(nèi)容不一致，有簡單和復(fù)雜之分;食品質(zhì)量追溯終端的缺乏和服務(wù)模式的可行性阻礙了系統(tǒng)的推廣和傳播[7]。

要解決我國豬肉溯源系統(tǒng)的問題，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面解決。①對(duì)豬肉的質(zhì)量追溯管理標(biāo)識(shí)規(guī)則進(jìn)行規(guī)范，利用管理標(biāo)識(shí)（如二維碼、安全碼），提高產(chǎn)品在生產(chǎn)和銷售鏈中的可追溯性，以識(shí)別產(chǎn)品的身份、歷史和產(chǎn)地。②建立和改進(jìn)多層次互聯(lián)的可追溯網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于有問題的食品，可以利用二維碼等管理標(biāo)識(shí)快速追蹤，保證食品安全。

2 豬肉安全溯源系統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 RFID信息采集系統(tǒng)工作原理

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它能通過射頻信號(hào)的傳輸特性自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，獲取相關(guān)的信息數(shù)據(jù)[8]。RFID技術(shù)不需要人工的干預(yù)即可進(jìn)行識(shí)別工作，其不僅可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，還可同時(shí)識(shí)別數(shù)個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便[9-10]。

RFID養(yǎng)殖追溯管理通過超高頻RFID技術(shù)開發(fā)了動(dòng)物識(shí)別和溯源系統(tǒng)，主要用于跟蹤和監(jiān)控動(dòng)物的飼養(yǎng)、運(yùn)輸和屠宰，以及在發(fā)生疫情時(shí)對(duì)動(dòng)物進(jìn)行跟蹤。該系統(tǒng)允許相關(guān)部門追蹤可能被感染的動(dòng)物，以確定它們的所有權(quán)和歷史蹤跡，并且可以對(duì)動(dòng)物從出生到屠宰的過程提供實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)[11-12]。

2.2 豬肉安全溯源系統(tǒng)的信息采集

2.2.1 生豬采購信息采集

生豬一般是由屠宰廠向具有檢疫證等相關(guān)證明的養(yǎng)殖場、豬販子或生豬養(yǎng)殖散戶進(jìn)行購買。一般情況下，剛采購的生豬在屠宰前會(huì)再養(yǎng)一兩天，方便統(tǒng)一對(duì)其進(jìn)行屠宰前的管理，做好檢疫工作。

（1）養(yǎng)殖戶的信息。養(yǎng)殖戶的信息管理包括大型養(yǎng)殖場、豬販、養(yǎng)殖散戶等，記錄其養(yǎng)殖戶的類別、聯(lián)系人姓名、養(yǎng)殖場地、養(yǎng)殖數(shù)量、手機(jī)號(hào)碼及地址等信息。養(yǎng)殖戶的信息屬于基本信息，不會(huì)經(jīng)常有變化[13]。

（2）采購信息。在采購前需查看供貨商是否具有相應(yīng)的證件。采購信息需要記錄好生豬品種及價(jià)格、采購者、采購時(shí)間、養(yǎng)殖者、養(yǎng)殖過程和健康情況等。對(duì)于不同的采購會(huì)有不同的采購信息，所以采購信息的錄入由系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的采購管理功能進(jìn)行。

（3）生豬查詢碼信息。生豬查詢碼信息可以通過讀取電子耳標(biāo)里的溯源碼獲取，溯源碼記錄了生豬一生的所有信息。

2.2.2 生豬屠宰信息采集

屠宰信息需要記錄屠宰時(shí)間、內(nèi)臟處理、割頭和割尾等信息。首先要記錄好生豬的屠宰時(shí)間，可以參考生豬套腳時(shí)的時(shí)間，在生豬屠宰的流水線上，每個(gè)環(huán)節(jié)的工作臺(tái)都要安裝RFID讀卡器，有些環(huán)節(jié)還要安裝RFID讀寫器與二維碼掃描槍等。在生豬屠宰時(shí)會(huì)先用RFID讀卡器讀取耳標(biāo)里的生豬追溯碼，再把讀取到的信息發(fā)送到電腦系統(tǒng)里，系統(tǒng)會(huì)記錄好相應(yīng)的信息。RFID標(biāo)簽在生豬上軌道后需替換，軌道的單鉤也要換成雙鉤[14]。利用RFID讀卡器把生豬追溯碼的信息發(fā)送到系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)將溯源信息同步到讀寫器和雙鉤中，由流水線提升到上軌道，繼續(xù)屠宰。將生豬的內(nèi)臟放在含有RFID標(biāo)簽的盤中，生豬追溯碼的同步過程與上軌道環(huán)節(jié)相同。檢驗(yàn)內(nèi)臟需利用RFID讀卡器，把生豬追溯碼傳輸給系統(tǒng)，操作者則需確認(rèn)檢驗(yàn)結(jié)果是否合格，將檢驗(yàn)結(jié)果同步至系統(tǒng)和追溯碼中。最后，將生豬割頭割尾后，利用二維碼掃描槍掃描豬頭豬尾的產(chǎn)品追溯碼，與生豬追溯碼一同關(guān)聯(lián)在系統(tǒng)上，完成后該時(shí)間則為產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間。

2.2.3 分割加工信息采集

在分割加工過程中使用的低頻RFID技術(shù)較少受到金屬的干擾屏蔽，抗金屬影響能力較強(qiáng)。除了作為白條肉上市的產(chǎn)品外，還要對(duì)豬體進(jìn)行分割加工，通常將一頭豬分割加工，最終可以變成200多種不同的豬肉產(chǎn)品[13]。生豬被屠宰分割后，作為識(shí)別肉質(zhì)來源的基礎(chǔ)，將會(huì)對(duì)豬的各個(gè)體位部分分別采取不同的標(biāo)記方式，再將各個(gè)部位的身份識(shí)別代碼輸入。此時(shí)電子標(biāo)簽按原生豬的耳標(biāo)及按屠宰分割的批次順序分類管理，登記管理人員可在檢驗(yàn)合格后進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)，分割人員的編號(hào)應(yīng)與原生豬的識(shí)別身份序列號(hào)一起傳遞，作為未來確定豬肉有關(guān)責(zé)任的依據(jù)。

2.2.4 肉品流通信息采集

在肉品的流通階段，主要記錄的是產(chǎn)品流通信息，是在對(duì)可批量、迅速識(shí)別的產(chǎn)品進(jìn)行定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。豬肉產(chǎn)品可按介質(zhì)分為二維條碼介質(zhì)和RFID標(biāo)簽介質(zhì)兩類，這是根據(jù)其攜帶不同的產(chǎn)品溯源碼所劃分[13]。對(duì)于二維條碼介質(zhì)，由于其屬于接觸感應(yīng)的性質(zhì)，不適合在快速、流暢的情況下進(jìn)行識(shí)別。所以在肉品流通信息采集環(huán)節(jié)中，只定位帶有RFID標(biāo)簽的豬肉產(chǎn)品，主要是白豬肉片。因此，需要安裝RFID讀卡器在較為重要的位置點(diǎn)，如在分割操作臺(tái)、廠房出口安裝RFID感應(yīng)器。系統(tǒng)在通過產(chǎn)品時(shí)，會(huì)自動(dòng)檢測并讀取RFID標(biāo)簽上的產(chǎn)品可追溯碼，記錄經(jīng)過的時(shí)間和地點(diǎn)，生成產(chǎn)品流程信息。

2.3 信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

豬肉安全溯源系統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)采用“無線”和“有線”結(jié)合的組網(wǎng)方式。因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中要安裝大批讀卡器，如果使用有線的則會(huì)增加布線難度，還可能會(huì)有安全隱患，所以采用無線通信的方式。無線收發(fā)器與服務(wù)器相隔略遠(yuǎn)，則采用有線的方式。通過分析后發(fā)現(xiàn)，通常要用到二維碼掃描端，就要有RFID的相關(guān)設(shè)備，如RFID讀卡器與讀寫器。為減少成本，簡化操作步驟，可以使用移動(dòng)手持終端，它有與RFID相關(guān)設(shè)備一樣的掃描和讀卡功能，使用起來也更加方便靈活。利用無線收發(fā)器的無線網(wǎng)絡(luò)，手持終端可以采用無線形式。通過無線收發(fā)器與采集端的讀卡器、手持終端等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通[15]。

3 豬肉安全溯源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 需求分析

3.1.1 消費(fèi)者的需求

我國豬肉消費(fèi)群體非常龐大，是豬肉安全溯源管理系統(tǒng)的主要用戶。隨著消費(fèi)者各方面的意識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)豬肉產(chǎn)品相關(guān)信息、豬肉信息發(fā)布情況、生產(chǎn)經(jīng)營者信息等的關(guān)注度越來越高。

3.1.2 監(jiān)管者的需求

生豬養(yǎng)殖企業(yè)、生豬屠宰企業(yè)、豬肉加工企業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈中的生產(chǎn)者非常缺乏制度建設(shè)的條件、動(dòng)力和壓力。因此，政府部門只能從監(jiān)督的角度帶頭進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)和管理[13]。

3.1.3 生產(chǎn)者的需求

①豬肉及其產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)需要利用信息管理和溝通功能，對(duì)豬肉采購、檢驗(yàn)、儲(chǔ)存等信息功能進(jìn)行登記，生成并提供可追溯性二維碼，查詢相關(guān)管理信息和生產(chǎn)流程。②屠宰和產(chǎn)品生產(chǎn)線中，豬肉的流通和加工需要依靠RFID技術(shù)讀取和解釋二維碼，并傳輸準(zhǔn)確信息。③系統(tǒng)可以為廠家提供方便的訂單管理、報(bào)表管理、訂單數(shù)量、發(fā)貨和收支等功能。

3.1.4 銷售者的需求

在銷售階段，賣家的主要需求是記錄產(chǎn)品的銷售信息。由于產(chǎn)品可追溯性代碼的媒介分為兩類，因此需要分別對(duì)這兩類進(jìn)行分析。①對(duì)于有媒介的豬肉產(chǎn)品，產(chǎn)品追溯碼由系統(tǒng)的傳感器讀取和解讀，可以清晰地查詢并記錄當(dāng)前銷售的豬肉追溯碼[13]。而在銷售過程中，對(duì)于在豬肉產(chǎn)品中切割下來的個(gè)體產(chǎn)品，系統(tǒng)將保存的產(chǎn)品可追溯代碼與包裝袋上的二維碼和豬肉產(chǎn)品可追溯代碼相關(guān)聯(lián)。因此，客戶可以通過包裝二維碼查詢豬肉產(chǎn)品的原產(chǎn)地。②對(duì)于帶有二維碼的包裝豬肉產(chǎn)品，操作較簡單，只需要掃描即可得出產(chǎn)品的相關(guān)信息。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

使用該系統(tǒng)的用戶具有區(qū)域性，特別是在可追溯性查詢中，該系統(tǒng)面對(duì)所有人員，包括消費(fèi)者、生產(chǎn)商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)。這些群體的分布區(qū)域可能不同，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮群體的特點(diǎn)。最重要的數(shù)據(jù)庫和服務(wù)管理程序應(yīng)由相關(guān)政府部門維護(hù)和管理，以保護(hù)信息的安全性和可靠性。

3.2.1 軟件體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要著眼于快速的開發(fā)速度，所以使用的技術(shù)較為簡單。①系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)為主，數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)為輔，可以快速構(gòu)建系統(tǒng)的框架。②采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，操作界面簡單，與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)連通性強(qiáng)。③利用Web服務(wù)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間的跨平臺(tái)信息交互。

3.2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.2.3 軟件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.3.1 數(shù)據(jù)采集、篩選與整編

系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要來源于生豬采購、屠宰、分割加工和肉品流通等環(huán)節(jié)中通過RFID技術(shù)采集的信息。生豬采購環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，主要有養(yǎng)殖戶信息、豬生長信息、飼養(yǎng)信息、防疫信息及使用獸藥情況等基本信息[15]。屠宰環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，主要有屠宰企業(yè)信息、豬檢疫信息、檢疫員信息等。分割加工數(shù)據(jù)，主要有分割加工企業(yè)信息、加工過程信息等[16]。肉品流通環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，主要有運(yùn)輸企業(yè)信息、倉儲(chǔ)企業(yè)信息、復(fù)檢信息、銷售信息等。這些數(shù)據(jù)根據(jù)服務(wù)主體及他們的不同需求進(jìn)行篩選與整編，分為溯源查詢數(shù)據(jù)總庫系統(tǒng)、企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)、質(zhì)量監(jiān)管數(shù)據(jù)子系統(tǒng)，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存[13]。

3.3.2 數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溯源查詢數(shù)據(jù)總庫包括生豬信息表、檢疫信息表、企業(yè)信息表，物流信息表等，為企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)子庫和質(zhì)量監(jiān)管數(shù)據(jù)子庫提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

4 結(jié)語

本文對(duì)國內(nèi)豬肉產(chǎn)品安全問題進(jìn)行分析，提出對(duì)生豬的信息采集、屠宰生產(chǎn)過程以及后續(xù)流通全程進(jìn)行監(jiān)督跟蹤，利用RFID技術(shù)確保消費(fèi)者購買到品質(zhì)良好的鮮肉。豬肉的安全溯源系統(tǒng)基于RFID技術(shù)，此技術(shù)一物一碼，保證大數(shù)量的物品也不會(huì)混淆，為食品安全提供保障和追溯。

在日常生活中，RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于收費(fèi)站以及超市打包收銀中，在食品的全程追溯中，也取得了一定成果，逐漸在食品生產(chǎn)流通等過程得到應(yīng)用。但推行成本高，推行程序復(fù)雜，大面積的推廣應(yīng)用還是難度較大。目前國內(nèi)的溯源跟蹤系統(tǒng)和手段日益成熟，除RFID技術(shù)外，還有一、二維碼識(shí)別技術(shù)、GPS技術(shù)、EAN-UCC系統(tǒng)等，由于推廣面積不大，還是要借助國家層面的大力幫助和投資研發(fā)，希望國家以及各地方政府加大對(duì)食品安全的精準(zhǔn)管控以及出臺(tái)有效保障食品安全的法律法規(guī)，提高消費(fèi)者對(duì)食品安全的信心。

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