农产品质量安全追溯系统中信息技术的研究及应用现状

夏雪，丘耘，胡林，周国民

（中国农业科学院农业信息研究所，北京100081）

农产品质量安全追溯系统中信息技术的研究及应用现状

夏雪，丘耘，胡林，周国民

（中国农业科学院农业信息研究所，北京100081）

日益增长的农产品供给需求和近期频繁出现的食源性疾病使农产品质量安全性问题成为全球关注的重点。各国都在探索农产品的可追溯方法，以此来控制农产品质量安全问题的发生，恢复消费者的信心。本文介绍了农产品质量追溯系统的内涵及国内外发展现状，总结了目前农产品追溯的关键技术，重点阐述了信息技术在国内外农产品追溯中的应用，最后指出了构建农产品质量追溯系统中所存在的问题。以期为优化和健全农产品质量安全可追溯体系提供参考价值。

农产品；质量安全；追溯系统；信息技术；研究及应用

进入新世纪以来，国内外农产品质量安全事件频频被媒体曝光，各类由农产品所引发的食源性疾病层出不穷，如表1所示。

表1 近年来各国食品安全事件Table1 Food safety issuesaround theglobe in recent years

续表1近年来各国食品安全事件Continue table1 Food safety issues around the globe in recent years

国内外这些食品安全事故不仅给消费者以及国家造成了巨大损失，而且还造成了全国性的消费恐慌，使消费者对身边的食品安全产生了一定的担忧。同时，不断曝光的食品安全问题也引起了社会的广泛关注。

实现农产品的可追溯性是世界各国农业发展的必然趋势，可追溯系统的建立已开始成为当今世界农业的一个重要发展方向。本文主要介绍了农产品质量安全追溯系统在国内外的发展状况，重点阐述了信息技术在农产品质量安全追溯系统中的研究与应用。

1农产品可追溯系统的内涵

目前，对于食品可追溯性的定义各国还没有统一的定论。国际化标准组织给出的定义是运用已记录的标识对产品的历史、使用情况或所处位置予以追溯的能力；联合国法典委员会将可追溯性定义为能够追溯食品在生产、加工和流通过程中任何指定阶段的能力；欧盟通用食品法（Regulation 178/2002）关于可追溯性的定义是食品、畜产品、饲料及其原料在加工、生产、流通等环节所具备的跟踪、追溯其痕迹的能力[1]。

农产品可追溯系统可以被定义为是一个农产品生产、加工、流通等各个阶段信息流的连续性保障体系，是在农产品整个供应链中记录和保存产品相关信息的质量保障系统[2]，该系统旨在加强农产品安全信息传递，控制食源性危害，保障消费者利益。

2国内外农产品质量安全追溯体系的发展现状

2.1 主要发达国家及地区发展现状

欧盟是最先开始对农产品质量安全追溯系统展开研究和应用的地区。在丹麦和苏格兰陆续曝发的农产品安全事故使欧盟对农产品和食品安全更加重视。2000年1月，欧盟理事会发布了《食品安全白皮书》，强调食品生产企业对食品质量安全所需要承担的责任，并引进了危害分析及关键控制点（HACCP）体系作为安全生产规范。2002年1月，欧盟正式颁布了178/ 2002号法令，规定农产品和食品企业必须提供有关措施和数据，以确保食品在整个供应链中的安全性和可追溯性[3-5]。2006年，欧盟实施新的“欧盟食品及饲料安全管理法规”，该法规涉及整个食物供应链，实现了从初级原料生产、终端产品上市、到售后质量安全反馈的全程无缝连接[6]。2007年，欧盟开始实施第七框架计划（FP7），其中要求建立良好追溯程序（Good Traceability Practice）、用于可追溯的可标记语言（Trace CoreXML）以及设计GS1、EPC、RFID、电子条形码卷标的规范[7]。

在美国，农产品质量安全溯源体系可分为三部分，分别是农业生产环节可追溯系统、包装加工环节可追溯系统和流通销售过程可追溯系统[8]，对象主要是以畜产品为主。2002年以来，美国政府相继颁布了《公共安全和生物恐怖主义防备和反应法案》和《食品安全跟踪条例》，明确规定了国家将对食品安全实施强制性管理，并要求食品生产企业必须建立相关食品流通全过程的记录[9]。2009年，美国政府通过了《食品安全加强法案》，要求美国农业部（FDA）建立食品追溯系统，研发追溯技术和方法，通过从生产到分销等环节上前后衔接的追溯记录，建立起食品追溯体系完整的家谱。2011年1月，美国政府颁布了《食品和药品管理局食品安全现代化法》，该法案对食品追溯作了明确规定，要求高风险食品企业保留生产、储藏和运输记录，以便快速、有效地追踪食品去向，预防因各种原因造成的食品安全危机[10]。

日本农产品可追溯体系的建立是与各项农产品相关法律的完善同步进行的，很早便开始探索食品可追溯制度的建立。2002年，日本7家主要食品单位在农林水产省的扶持下开始着手开发食品可追溯系统。该系统将利用互联网技术、条码技术和传感器技术记录并传递食品在生产、加工和流通中的相关信息。2003年4月，在不断完善与食品安全相关法律、法规的基础上，日本政府发布了《食品追溯制度指南》，随后该指南便成为企业用来建立食品可追溯制度的主要依据。同年5月，新制定的《食品安全基本法》开始在全国范围内实施，该法案提出要从技术和经济的角度逐步展开研究，全面推进从食品生产到市场流通的全过程可追溯制度。2009年，日本政府颁布了《大米可追溯法》，该法要求国内大米生产企业、加工企业和经销商都必须留存大米交易记录，并提供大米及其配料的原产地信息[11]。

2.2 中国农产品质量安全追溯体系的发展现状

中国政府非常重视农产品溯源技术的研究与应用，颁布了一系列相关法规来管理和规范农产品市场。2002年，农业部向社会发布了《动物免疫标识管理办法》，该办法规定猪、牛、羊等需要进行疫病强制免疫的动物，必须佩带免疫耳标并建立免疫管理档案。2007年12月，农业部第11号令发布了《农产品地理标志管理办法》，该办法的实施意味着根据地理位置进行农产品产地溯源成为可能。同年，北京市为了确保奥运期间的食品安全，启动了首都奥运食品安全追溯系统。2009年，农业部发布了《农产品质量安全追溯操作规则通则》，制定了包括水果、谷物、茶叶、畜肉、蔬菜和面粉等七项质量安全追溯操作规程。其中充分体现了“生产有记录、记录可查询、流向可追踪、质量可追踪”的要求[12]。2011年10月，商务部向社会发布了《“十二五”期间加快肉类蔬菜流通追溯体系建设的指导意见》，意见要求加快建设完善的肉类蔬菜追溯体系，探索完善的管理模式，实现快速溯源功能，全面推进城市追溯体系建设[13]。

3农产品质量安全追溯的关键技术

3.1 标识与识别技术

目前，标识系统中常用的数据载体有条形码技术和无线射频识别技术（RFID）。条形码可分为一维条码和二维条码。一维条形码是运用一系列字母和数字对产品特征信息进行编码，在使用时可以通过这个编码来调取计算机网络中的相应产品信息[14]。二维条码是通过在水平方向和垂直方向组成的二维空间上存储信息。二维条码信息承载量大、密度高，有较强的抗干扰能力和纠错能力，符合大数目产品标识编码的需要[15]。

无线射频识别技术（RFID）是一种非接触式自动识别技术，最基本的RFID系统由电子标签、读写器和天线组成。RFID系统利用射频信号通过空间耦合来实现信息传递，并通过所传递的信息达到识别实体对象属性的目的[16]。RFID具有读写信息方便、读取距离较远、准确率高、不易受脏污恶劣环境影响等优点。

3.2 环境因素监测技术

农作物良好的生长状况依赖于适宜的生长环境，环境因子如大气温湿度、土壤温湿度、雨量、田间风速、土壤氮浓缩量和pH值等对农作物生长起着至关重要的作用。合适的农产品运输、储存环境也决定着农产品的质量。通过传感器技术对环境因素进行信息化，能够更直观的感知农作物生长的环境状况，为农产品质量追溯系统做好自然生长环境的基础数据积累。随着无线传感器网络（WSN）技术的引入和不断完善，通过无线通信方式形成一个自组织网络系统，传感器之间相互协作、感知、采集和处理环境数据，使得对农作物及农产品环境因素的监测变得更加高效、节能、安全和环保[17]。

3.3 数据传输技术

数据传输技术是将分散的个体农户、集体农场、加工企业、流通运输企业和经销点的所有农产品追溯信息联系在一起的桥梁。数据传输技术可分为短程传输技术和远程传输技术，短程传输包括蓝牙、ZigBee和红外等技术。短距离传输技术虽然没有很高的传输速率，但是其具有传输方式简单，传输成本较低，安全性高等特点，能够很好满足农业现场追溯数据采集的需求。远距离数据传输方式有GSM、GPRS和3G等数据通信技术，其特点是传输距离长、数据传输速率较快，但其传输成本相对较高，适合异地远距离数据汇集或共享。这些数据通信技术为农产品可追溯系统提供了良好的数据交互基础。

3.4 地理科学信息技术

目前，地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）技术在工业、农业、交通运输、建筑通信等领域得到广泛应用。地理信息系统（GIS）是指用于采集、存储、检索、分析和表达地理空间信息的计算机系统，对空间数据管理拥有很高的综合分析能力。全球定位系统（GPS）可以用于田间信息和作业机具的准确定位，结合田间土壤中各元素的不同分布情况，辅助农业生产中的灌溉、施肥、喷药、除草等田间操作[18]。

4信息技术在农产品质量安全追溯系统中的应用

农产品可追溯系统的目的是在出现农产品质量安全问题时，能够根据问题产品相关原始记录信息快速有效的确定问题源头，并对问题农产品进行及时处理，以确保消费者的利益。近年来，国内外相关学者和研究机构以特定种类的农产品作为主要研究对象，运用先进的信息技术对农产品质量安全追溯系统进行了研究与探索。

4.1 信息技术在畜禽类农产品质量追溯系统中的应用

国外方面，H.-K.Fröschle等[19]对条码可读性和条码最佳打印位置展开了研究，该研究运用喷墨打印机在禽类的嘴和腿上打印条码，然后对条码进行扫描获取信息，最后经过统计分析得出条码的最佳打印位置和读取位置。Tomeš等[20]提出了一种结合生物追溯数据库的RFID系统（RFID-Biotrack Database System），该系统的每个RFID标签都保存着一系列牲畜的身份信息，通过这些身份信息能够准确判别畜产品的来源。Farag Sallabi等[21]设计实现了基于移动电子设备的家禽牲畜生产过程电子文档系统，该系统由前端处理子系统、数据传输子系统、后台处理子系统和应用管理子系统组成。通过运用手机或个人数字助理（PDA）等掌上设备能够简洁和精准的记录禽类生产的整个过程。采集到的数据会通过无线网络实时传送到后台数据库系统中，以便在禽类疾病爆发时能够通过历史电子生产文档快速追溯到疾病爆发源头。

国内方面，熊本海等[22-23]综合运用动物标识技术、GPRS通信技术和3G无线通信技术等信息技术，以PDA作为数据读写设备，开发了针对猪肉的溯源系统，实现了生猪养殖过程的电子档案建立以及生猪产品质量安全数据的深度查询。其设计开发的猪肉产品全程溯源监控网络平台已在天津市实施并推广。康瑞娟等[24]在分析了肉牛养殖环节质量安全的关键信息的基础上，设计开发了基于PDA的肉牛养殖质量安全可追溯系统，通过结合PDA采集的肉牛育肥过程信息和PC机采集的养殖信息构成整个肉牛养殖可追溯系统的数据源。任守纲等[25]针对肉类产品销售阶段存在的问题，综合运用无线射频识别技术（RFID）、电子产品代码系统（EPC）、地理信息系统（GIS）和物联网相关技术，构建了肉品跟踪及追溯系统。为肉品销售阶段的质量安全追溯提供了便利。庞超等[26]将射频识别（RFID）技术与无线传感器网络（WSN）技术相结合设计了奶牛养殖溯源信息采集与传输方案，并针对RFID和WSN信息融合问题设计开发了信息读写器模块，实现了RFID和WSN的信息交汇。

4.2 信息技术在水产类农产品质量追溯系统中的应用

国外方面，K Seine等[27]提出了一种结合二维码和互联网的海产品追溯系统构建方法，该系统首先对海产品进行唯一ID编号，并将编号存入数据库，然后将打印有二维码的纸质或塑料标签直接套在海产品上。海产品的生产商、经销商和零售商通过互联网录入各自的渔业操作活动。消费者在购得海产品后可以通过随身的手机扫描产品二维条码，获取该海产品的相关历史信息。M.Thompson等[28]提出了一种基于ERP模型的海产食品追溯解决方案，探讨了以EDI数据接口和ODBC数据库接口作为数据交互基础，以手持数据采集器、标签读写设备、RFID射频设备、电子称、鱼类分级装置和时间、温度记录仪等先进电子设备作为溯源工具的海产食品追溯系统。MaitviThakur等[29]以电子产品代码信息服务（EPCIS）协议框架作为基础，以UML状态图作为工具，对冷冻马鲛鱼追溯系统模型构建方法展开了研究。

国内方面，张健等[30]根据TTT（Temperature，Time，Tolerance）理论模型，结合RFID标签技术、GPS技术和移动通信技术，开发了基于温度管理的冷冻罗非鱼追溯系统。该系统能够实时监控冷链中罗非鱼的冷藏温度情况，并运用RF无线通信、GPRS、数据库和多媒体等信息技术为罗非鱼冷链监控管理提供远程支持。消费者通过查询追溯系统可以便捷的获取罗非鱼冷链过程中的温度信息。任晰等[31]结合ACCP体系要点和实际调研经验，对罗非鱼养殖流程和养殖过程中关键信息进行了分析，运用.NET平台构建了基于Web的罗非鱼养殖质量安全可追溯系统。该系统能够有效监控影响罗非鱼质量的关键环节，为罗非鱼养殖管理和质量安全监控提供了良好的操作平台。齐林等[32]运用无线传感网络（WSN）技术，开发了循环水产养殖追溯系统（RATS）。RATS系统远程监测层将WSN和RFID采集到的环境数据和人工操作信息通过WLAN网络汇集到数据服务层的数据库中，客户端应用层的用户通过虚拟化桌面环境和GUI接口能便捷的获取水产养殖现场的相关信息。实现了水产管理者、养殖户和消费者之间的信息交互。杨信廷等[33]以USBKey为基础，以二维码作为水产品溯源信息的载体，结合嵌入式技术和.NET技术，构建了以企业身份认证为对象的水产品监管系统，实现了水产品企业和政府机构便捷有效监管的新途径。

4.3 信息技术在果蔬类农产品质量追溯系统中的应用

国外方面，Arima等[34]以草莓为研究对象，将机器人技术和追溯技术相结合，设计出了用于追溯的农作物生产过程数据采集系统，该系统通过多用途机器人在进行喷洒、收获和分级等农艺操作的同时自动记录草莓生产的相关信息，以此作为追溯信息的源数据。Hertog等[35]以比利时西红柿为研究对象，通过在RFID标签中集成温度传感器，采集西红柿从生长到销售整个过程的温度信息，并将这些温度信息用于进一步建立西红柿品质变化模型。用户可以根据RFID标签和品质变化模型确定西红柿的源产地。S.M.C.Porto等[36]在深入分析柑橘苗圃生产流程和规范的基础上，提出了一种基于计算机的柑橘苗圃信息管理系统（ICBIS）的设计方法，ICBIS被认为是作为柑橘苗圃供应链溯源中用来控制植物疾病扩散的理想工具。

国内方面，杨信廷等[37-38]从信息技术的角度出发，结合XML（可扩展标记语言）和蔬菜溯源数据模型，构建了蔬菜溯源信息描述语言（VTML）并设计了VTML Schema模式，实现了溯源数据的无缝交换。通过综合运用数据库技术、网络技术、产品编码技术和生产预警技术，设计开发了蔬菜安全生产管理及质量追溯系统。李明等[39]以生鲜黄瓜为研究对象，运用个人数字助理（PDA），结合决策支持系统和地理信息系统，设计开发了面向追溯的数字化生产记录决策支持系统（PRDS）。运用系统中的施肥参考模型和虫害预警系统能够更好的指导农艺生产活动。刘宇传等[40]在深入分析芒果生产农艺操作和移动式系统采集技术的基础上，结合个人数字助理（PDA）采集技术和二维码（QR code）标签技术等信息技术，提出了一种移动式追溯信息采集系统，并将该系统应用到了台湾芒果出口体系中。邓勋飞等[41]以产地地理编码为索引，结合生产过程信息，应用Flex技术、WebGIS技术和Web Services技术构建了生鲜蔬菜安全生产管理与溯源系统，实现了蔬菜从种植基地到消费者之间的溯源。

4.4 信息技术在其他农产品质量追溯系统中的应用

国外方面，Pérez-Aloe等[42]探讨了在奶酪溯源过程中不同电子标签在不同环境下的使用效果。Papetti等[43]同样以奶酪为研究对象，提出了一种无损质量分析电子追踪系统。Serrano等[44]探讨了如何运用地理信息系统（GIS）中的数据作为参考信息，来增强高质量蜂蜜追溯控制的效率，同时开发了适用于描述多种蜂蜜特性的网络地理信息系统。Maitri Thakur等[45]提出了用于谷物管理的内部追溯关系数据库模型，并对谷物关系数据库系统进行了设计，该系统包括产品信息和品质特征、流通信息、聚散信息和销毁信息等谷物管理所必须的基础信息。用户通过该系统可以追溯到谷物流通过程中的详细信息。

国内方面，李世娟等[46]在深入分析影响中国蜂产品质量安全的因素的基础上，结合网络技术、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、国际通用编码技术构建了蜂产品全程追溯管理信息系统，实现了蜂产品质量安全的正向跟踪和反向追溯。郑火国等[47]以粮油产品为对象，研究了用于多平台溯源的硬件终端，采用UCC/EAN-128编码技术构建了多层次、多角色的粮油产品质量安全可追溯平台。张鉴滔等[48]通过把产地调查、环境检测和种植过程的各种信息依据马铃薯无公害种植标准汇总形成追溯数据来源，结合二维码技术与物联网技术在.NET平台上开发了马铃薯管理与溯源系统平台，实现了远程溯源条码识别和溯源信息查询。

5运用信息技术构建农产品质量追溯系统中存在的问题

5.1 缺乏统一的溯源信息平台

目前，全国性统一的溯源信息平台尚缺乏。追溯系统呈现出碎片化状态，系统之间未能实现有效信息共享，不同的追溯系统仅仅是在一定区域内实现对农产品的追溯管理。此外，追溯系统之间互不兼容的问题也比较严重。这不仅给消费者查询农产品追溯信息造成不便，也影响到了政府部门利用农产品追溯系统进行质量安全监管的需求。

5.2 快速质检系统亟待开发

农产品质量受温湿度、大气环境、土壤成分等众多因素的影响。因此，为了保障农产品质量安全，必须在传感器等感知技术方面展开相应研究。同时，低成本单品标识技术是构建农产品追溯系统的基础条件之一，为适应农业生产规模化、精准化、设施化的发展要求，具有良好环境适应性的便携式农产品质量快速检测硬件系统亟待开发研究。

5.3 全面完整的追溯信息不易采集

由于国内农产品可追溯研究起步比较晚，因此包装、标识和追溯技术并不完善，质量管理体系还不太健全，这使得对农产品质量信息的追溯仅仅是解决个别地区的部分农产品安全问题。同时，因为我国农业分散生产和独立经营的特点，令农产品在购销过程中呈现出一家一户单独面向市场的局面，这导致了农产品质量难以统一和追溯信息不易采集等问题。

6结语

对农产品进行质量安全追溯，是当今世界各国应对食品安全问题的有效途径，同时也是世界农业及食品行业健康发展的必然趋势。我国农产品质量安全追溯系统的建设尚处于探索阶段，在追溯方法和追溯技术上与西方发达国家相比还不够成熟，农业及食品行业的管理和制度体系还有待完善，消费者对农产品质量安全追溯系统的认知度和认可度尚显不足。因此，推行农产品质量安全追溯系统需要在借鉴发达国家农产品追溯经验的基础上，综合考虑技术的可获得性、国际兼容性、经济可承受性和合理实施的时效性[49]，研究符合我国实际国情的农产品质量安全追溯系统。同时，需要制定和完善相应的农产品和食品的法律法规，进一步约束和规范农产品市场秩序。

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Current Research and Application Situation of Information Technology on Quality and Safety Traceability System for Agri-food

XIA Xue，QIUYun，HU Lin，ZHOUGuo-min
（Agricultural Information Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing100081，China）

Increasing globalization of our agri-food supply demand combined with recent outbreaks of foodbornedisease has heightened concerns over agri-food safety issues around the globe. Many nations are looking for ameans of traceability which allows for the tracking origin，and quality of a product to limit damages incurred andrestores confidence in the agri-food supply. In this paper，the meaning and development of traceability system foragri-food were introduced. Several critical technologies for agri-food traceability were summarized. The researchprogress and application status on traceability system using information technology was discussed. In addition，some existing problems in practice were proposed and discussed in the end.

agri-food；quality and safety；traceability system；information technology；research and applications

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.15.031

2013-09-05

国家高技术研究发展计划（863）项目（2013AA102405）

夏雪（1983—），男（汉），在读硕士，研究方向：农业信息技术。