物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品安全中應(yīng)用剖析

曲愛玲，劉紅梅，馬長(zhǎng)路

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102442）

0 引言

2017 年，習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告指出，提高保障和改善民生水平之一是實(shí)施健康中國戰(zhàn)略，人民健康是民族昌盛和國家富強(qiáng)的重要標(biāo)志。實(shí)施食品安全戰(zhàn)略，讓人民吃得放心，是實(shí)施健康中國戰(zhàn)略重要環(huán)節(jié)[1]。2019 年，《中共中央、國務(wù)院關(guān)于深化改革加強(qiáng)食品安全的工作意見》提出，建立食品安全現(xiàn)代化治理體系，提高從農(nóng)田到餐桌全過程監(jiān)管能力，提升食品全鏈條質(zhì)量安全保障水平[2]。在“十三五”期間，國家和地方政府均通過優(yōu)化制度、健全機(jī)制、創(chuàng)新舉措、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)等方式致力于食品安全治理。2021 年，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》 （以下簡(jiǎn)稱“十四五”規(guī)劃） 提出，深入實(shí)施食品安全戰(zhàn)略，加強(qiáng)食品全鏈條質(zhì)量安全監(jiān)管，推進(jìn)食品安全放心工程建設(shè)攻堅(jiān)行動(dòng)，加大重點(diǎn)領(lǐng)域食品安全問題聯(lián)合整治力度[3]。上述政策或文件表明，食品安全是我國戰(zhàn)略發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

民以食為天，食以安為先。食品安全關(guān)系人民群眾身體健康和生命安全，關(guān)系中華民族未來。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用使命之一是為食品安全保駕護(hù)航，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)勢(shì)必成為解決食品安全問題的金鑰匙。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1999 年，“物聯(lián)網(wǎng)”術(shù)語被提出；2004 年，“物聯(lián)網(wǎng)”術(shù)語開始廣泛傳播；2010 年，中國政府將物聯(lián)網(wǎng)列為關(guān)鍵技術(shù)，并宣布物聯(lián)網(wǎng)是其長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃的一部分。時(shí)至今日，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步發(fā)展并成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成功應(yīng)用在社會(huì)各個(gè)行業(yè)，并滲透在人們的日常生活中。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)定義

物聯(lián)網(wǎng)可解釋為物、物相連的網(wǎng)絡(luò)，即將各種參數(shù)采集的傳感器、具有RFID 標(biāo)識(shí)的物品、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過有線或無線的通訊網(wǎng)絡(luò)連接到移動(dòng)終端進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架

物聯(lián)網(wǎng)體系包括傳感層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層構(gòu)架。

物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)與功能見圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)與功能

2 食品安全存在問題

食品安全問題關(guān)乎民生與安全，影響“十四五”規(guī)劃健康中國戰(zhàn)略、全面實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)與生活的奮斗目標(biāo)，食品安全問題的預(yù)防和治理刻不容緩。食品安全存在的問題主要體現(xiàn)在食品原料種植或飼養(yǎng)、食品加工生產(chǎn)、食品運(yùn)輸流通、食品銷售監(jiān)管等環(huán)節(jié)。

2.1 食品原料

食品原料種植或飼養(yǎng)環(huán)節(jié)存在的普遍問題是原料種植或飼養(yǎng)過程中農(nóng)藥或抗生素過度或超標(biāo)使用，種植或飼養(yǎng)環(huán)境不具備智能控制和管理，無法實(shí)現(xiàn)種植或飼養(yǎng)環(huán)節(jié)的全程可追溯監(jiān)管與跟蹤，導(dǎo)致食品原材料出現(xiàn)安全隱患。

2.2 食品加工生產(chǎn)

食品加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在的普遍問題是加工生產(chǎn)過程缺少監(jiān)管部門實(shí)時(shí)監(jiān)督，加工生產(chǎn)環(huán)境不具備智能化，產(chǎn)品不具備唯一身份標(biāo)識(shí)，無法實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全程追溯。

2.3 食品運(yùn)輸流通

食品運(yùn)輸流通環(huán)節(jié)存在的普遍問題是食品存儲(chǔ)及運(yùn)輸條件不達(dá)標(biāo)、運(yùn)輸車輛實(shí)時(shí)定位或跟蹤不準(zhǔn)確、產(chǎn)品出入庫等信息缺失，無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸流通環(huán)節(jié)的全程監(jiān)管與追溯。

2.4 食品銷售監(jiān)管

食品銷售監(jiān)管環(huán)節(jié)存在的普遍問題是食品無法實(shí)現(xiàn)唯一身份認(rèn)證，對(duì)食品原料、加工、流通等環(huán)節(jié)所有信息及銷售食品存放環(huán)境條件和臨近保質(zhì)期等參數(shù)均無從知曉，無法實(shí)現(xiàn)食品安全追溯。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品安全中應(yīng)用剖析

由食品安全存在主要問題得出除了必要的監(jiān)督管理部門執(zhí)法，食品原料種植或飼養(yǎng)、食品生產(chǎn)加工、食品運(yùn)輸流通和食品銷售監(jiān)管等環(huán)節(jié)的環(huán)境條件智能控制與所有環(huán)節(jié)信息存儲(chǔ)與追溯，均可由物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在食品原料生產(chǎn)智能控制、流通運(yùn)輸、身份標(biāo)識(shí)、追溯管理等4 個(gè)方面。

3.1 食品原料生產(chǎn)智能控制

食品原料生產(chǎn)智能控制主要體現(xiàn)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控、設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控3 個(gè)方面。

（1） 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控。設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控主要是利用傳感器技術(shù)采集設(shè)施農(nóng)業(yè)作物生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、濕度、光照度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、土壤酸堿度、土壤中特定微量元素含量等參數(shù)信息，利用視頻監(jiān)控技術(shù)監(jiān)控設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通過有線或無線通訊技術(shù)將上述信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器，用戶可在線遠(yuǎn)程監(jiān)控各個(gè)參數(shù)并進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)（限溫室大棚） 智能控溫、智能滴灌、自動(dòng)遮陽、自動(dòng)補(bǔ)光等現(xiàn)代化、智能化管理。

（2） 設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備。設(shè)施農(nóng)業(yè)已由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化模式轉(zhuǎn)型，從土壤翻耕、農(nóng)作物播種、施肥、打藥、收獲均由設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備完成，只需操作設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備即可，大大提升了生產(chǎn)效率，保證了農(nóng)作物生長(zhǎng)和收獲各個(gè)環(huán)節(jié)的同步，提高了食品原材料的質(zhì)量，使食品安全源頭得到了有力保障。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，使設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展飛速，從根本上節(jié)省了大量勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施農(nóng)業(yè)的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

（3） 畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控。畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境有特殊的要求，可以使用環(huán)境溫濕度傳感器、NH3傳感器、H2S 傳感器、噪聲傳感器、光照傳感器、PM2.5 傳感器、液位傳感器、O2傳感器、水溫傳感器等有選擇性地構(gòu)建實(shí)現(xiàn)畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境參數(shù)采集，通過無線網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)管或控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖精細(xì)化管理，為食品原料安全提供保障[5]。

3.2 流通運(yùn)輸

特殊的食品原料或食品成品在流通運(yùn)輸中對(duì)運(yùn)輸環(huán)境和時(shí)長(zhǎng)要求相當(dāng)嚴(yán)格，為防止運(yùn)輸過程中環(huán)境或其他因素造成食品原料或食品成品污染、變質(zhì)、損壞、丟失等情況，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、GPS定位技術(shù)（結(jié)合GIS 技術(shù)）、視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛智能化環(huán)境監(jiān)控與管理，并實(shí)時(shí)定位、追蹤運(yùn)輸車輛，使食品原料或食品成品保質(zhì)、保量、快速送達(dá)給采購商。

3.3 身份標(biāo)識(shí)

利用RFID 電子標(biāo)簽對(duì)食品進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)，采用EPC 編碼和EPC 系統(tǒng)，將食品原料生產(chǎn)、食品加工生產(chǎn)、食品流通、食品生命周期等各環(huán)節(jié)信息進(jìn)行記載，使供應(yīng)鏈每個(gè)環(huán)節(jié)信息均可查詢、監(jiān)控，保證食品安全的可追溯性。

3.4 追溯管理

面向食品生產(chǎn)企業(yè)，利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、中間件等技術(shù)可開發(fā)食品安全追溯平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)食品安全實(shí)時(shí)在線監(jiān)管和追溯[6]。食品安全追溯平臺(tái)一般可實(shí)現(xiàn)管理部門食品安全監(jiān)管服務(wù)、企業(yè)用戶食品安全監(jiān)管服務(wù)和食品安全全程管理信息互通服務(wù)，由政府、企業(yè)、消費(fèi)者、第三方機(jī)構(gòu)使用，實(shí)現(xiàn)食品追溯、防偽及監(jiān)管；通過對(duì)食品企業(yè)質(zhì)量安全數(shù)據(jù)的分析與處理，實(shí)現(xiàn)信息公示、公眾查詢、診斷預(yù)警、質(zhì)量投訴等功能；追溯終端可采用電腦、手機(jī)及其他手持終端訪問。

食品安全追溯平臺(tái)追溯環(huán)節(jié)[6]見圖2。

圖2 食品安全追溯平臺(tái)追溯環(huán)節(jié)

4 食品安全推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

“十四五”規(guī)劃對(duì)食品安全提出了新的戰(zhàn)略部署，食品全鏈條質(zhì)量安全監(jiān)管及食品安全放心工程建設(shè)，勢(shì)必對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出新的技術(shù)要求。在食品安全戰(zhàn)略和“十四五”規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向雙重驅(qū)動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會(huì)突破技術(shù)瓶頸，得到質(zhì)的飛躍。

4.1 推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)發(fā)展

“十四五”規(guī)劃指出，推動(dòng)傳感器、網(wǎng)絡(luò)切片、高精度定位等技術(shù)創(chuàng)新，協(xié)同發(fā)展云服務(wù)與邊緣計(jì)算服務(wù)[3]。食品安全檢測(cè)也將推動(dòng)高精度、特殊功能新型生物傳感器、電化學(xué)傳感器的研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，食品安全流通對(duì)運(yùn)輸車輛的準(zhǔn)確定位與追蹤也將推動(dòng)高精度定位技術(shù)創(chuàng)新，食品安全追溯平臺(tái)也將推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)切片、云服務(wù)與邊緣計(jì)算服務(wù)的發(fā)展。

4.2 聚焦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

“十四五”規(guī)劃指出，加強(qiáng)關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，聚焦高端芯片、操作系統(tǒng)、人工智能關(guān)鍵算法、傳感器等關(guān)鍵領(lǐng)域，加快推進(jìn)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)算法、裝備材料等研發(fā)突破與迭代應(yīng)用，加強(qiáng)通用處理器、云計(jì)算系統(tǒng)和軟件核心技術(shù)一體化研發(fā)[3]。食品全鏈條質(zhì)量安全監(jiān)管也將促進(jìn)上述技術(shù)、RFID 技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的發(fā)展。

4.3 打造物聯(lián)網(wǎng)接入能力

“十四五”規(guī)劃指出，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展，打造支持固移融合、寬窄結(jié)合的物聯(lián)接入能力。固定物聯(lián)網(wǎng)針對(duì)局域物聯(lián)網(wǎng)的接入，通過固定寬度網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)相對(duì)固定的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入[3]；NB-IoT 已成為窄帶、低速率和低成本物聯(lián)網(wǎng)接入的核心方式，4G、5G 則組成了高速率、高帶寬物聯(lián)網(wǎng)接入的主要方式。食品原料畜禽類原生態(tài)養(yǎng)殖會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)NB-IoT 技術(shù)發(fā)展，食品安全實(shí)時(shí)智能環(huán)境控制和追溯，將大力推動(dòng)5G、6G 技術(shù)的發(fā)展。

4.4 物聯(lián)網(wǎng)重要應(yīng)用前景

“十四五”規(guī)劃指出，培育車聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)、家居物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通、智慧能源、智慧農(nóng)業(yè)及水利、智慧教育、智慧文旅、智慧社區(qū)、智慧政務(wù)等數(shù)字化場(chǎng)景中的應(yīng)用[3]。此外，食品安全管理與追溯也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)重要的應(yīng)用之一。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為食品安全各環(huán)節(jié)提供保障，食品安全戰(zhàn)略的深入發(fā)展體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的深入應(yīng)用和食品質(zhì)量安全管理體系的健全和完善。食品安全追溯平臺(tái)的應(yīng)用為食品安全監(jiān)管提供了便捷、實(shí)時(shí)的新途徑，推動(dòng)了食品市場(chǎng)監(jiān)管的嚴(yán)格與規(guī)范，進(jìn)一步保障了食品安全。食品質(zhì)量的全鏈條追溯和食品安全現(xiàn)代化治理體系的逐步建立，確保了人民群眾“舌尖上的安全”，為實(shí)現(xiàn)健康中國戰(zhàn)略奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[2]。