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

練宇婷，伍雯靜，陳樂如，廖威龍，肖欣紅，趙晨煊

（廣州工商學(xué)院，廣東佛山 528000）

1 研究背景

近年來，我國豬肉的消費比例越來越高。動物疫病、獸藥殘留與飼料中有毒有害物質(zhì)超標(biāo)等問題，對消費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的時間較長，有些豬肉沒有溯源信息，導(dǎo)致消費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。生豬肉在運輸、儲存和銷售等環(huán)節(jié)中，冷鏈保鮮措施不到位，溫度、濕度、時間和環(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)的豬肉流入消費市場，讓消費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)殖知識缺乏、養(yǎng)殖經(jīng)驗不足，為得到更好的收益，長期超量使用獸藥或濫用獸藥，不僅會使生豬耐藥性增加，還會導(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，人體會出現(xiàn)慢性中毒現(xiàn)象，身體健康會受到較大影響[3]。不僅如此，獸藥會以原形或代謝物等形式隨生豬的排泄物排泄出來，既會產(chǎn)生污染問題，又會對生態(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。因為監(jiān)管職能分散在各個部門，導(dǎo)致職能部門在立法時條款不夠嚴(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)，但在實際執(zhí)法中，多個部門職能交叉，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)該從以下幾個方面解決。①對豬肉的質(zhì)量追溯管理標(biāo)識規(guī)則進(jìn)行規(guī)范，利用管理標(biāo)識（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)，對于有問題的食品，可以利用二維碼等管理標(biāo)識快速追蹤，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

2.1 RFID信息采集系統(tǒng)工作原理

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它能通過射頻信號的傳輸特性自動識別目標(biāo)對象，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)行識別工作，其不僅可以識別高速運動物體，還可同時識別數(shù)個標(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)了動物識別和溯源系統(tǒng)，主要用于跟蹤和監(jiān)控動物的飼養(yǎng)、運輸和屠宰，以及在發(fā)生疫情時對動物進(jìn)行跟蹤。該系統(tǒng)允許相關(guān)部門追蹤可能被感染的動物，以確定它們的所有權(quán)和歷史蹤跡，并且可以對動物從出生到屠宰的過程提供實時可靠的數(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再養(yǎng)一兩天，方便統(tǒng)一對其進(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)號碼及地址等信息。養(yǎng)殖戶的信息屬于基本信息，不會經(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格、采購者、采購時間、養(yǎng)殖者、養(yǎng)殖過程和健康情況等。對于不同的采購會有不同的采購信息，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間，可以參考生豬套腳時的時間，在生豬屠宰的流水線上，每個環(huán)節(jié)的工作臺都要安裝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。在生豬屠宰時會先用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)檢驗結(jié)果是否合格，將檢驗結(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，完成后該時間則為產(chǎn)品的生產(chǎn)時間。

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，作為識別肉質(zhì)來源的基礎(chǔ)，將會對豬的各個體位部分分別采取不同的標(biāo)記方式，再將各個部位的身份識別代碼輸入。此時電子標(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合格后進(jìn)行檢驗。同時，分割人員的編號應(yīng)與原生豬的識別身份序列號一起傳遞，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，是在對可批量、迅速識別的產(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，如在分割操作臺、廠房出口安裝RFID感應(yīng)器。系統(tǒng)在通過產(chǎn)品時，會自動檢測并讀取RFID標(biāo)簽上的產(chǎn)品可追溯碼，記錄經(jīng)過的時間和地點，生成產(chǎn)品流程信息。

2.3 信息采集系統(tǒng)的設(shè)計

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。因為在生產(chǎn)過程中要安裝大批讀卡器，如果使用有線的則會增加布線難度，還可能會有安全隱患，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

3.1 需求分析

3.1.1 消費者的需求

我國豬肉消費群體非常龐大，是豬肉安全溯源管理系統(tǒng)的主要用戶。隨著消費者各方面的意識不斷增強(qiáng)，對豬肉產(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，對豬肉采購、檢驗、儲存等信息功能進(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，因此需要分別對這兩類進(jìn)行分析。①對于有媒介的豬肉產(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，對于在豬肉產(chǎn)品中切割下來的個體產(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)面對所有人員，包括消費者、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)計系統(tǒng)時應(yīng)考慮群體的特點。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

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)平臺連通性強(qiáng)。③利用Web服務(wù)接口技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間的跨平臺信息交互。

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

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.3 軟件總體設(shè)計

根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)計，如圖2所示。

圖2 軟件總體結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

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)，主要有運輸企業(yè)信息、倉儲企業(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)的儲存[13]。

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

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)計如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

4 結(jié)語

本文對國內(nèi)豬肉產(chǎn)品安全問題進(jìn)行分析，提出對生豬的信息采集、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食品安全的精準(zhǔn)管控以及出臺有效保障食品安全的法律法規(guī)，提高消費者對食品安全的信心。