蔬菜安全可追溯系统的研究进展

刁海亭，聂宜民

1.山东农业大学信息科学与工程学院,山东泰安 271018

2.山东农业大学资源与环境学院,山东泰安 271018

农产品质量安全关系到人们的身体健康、社会的稳定，是各国政府、民众关注的焦点。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，人们对农产品质量安全的关注也越来越高。近年来，加了三聚氰胺的毒奶粉、加了苏丹红的红心咸鸭蛋、加了盐酸克伦特罗的瘦肉火腿、加了多样氨基酸的牛肉膏、地沟油等事件频繁被曝光，农产品质量安全问题几乎令消费者谈之色变。如何保障农产品安全，如何保护消费者的合法权益，成了亟待解决的问题。蔬菜作为人们每餐不可缺少的农产品，其质量安全尤为重要[1]。

建立蔬菜安全追溯系统是解决蔬菜安全问题行之有效的办法之一，它有利于提高对蔬菜安全的有效监督，可以让消费者了解蔬菜种植、加工、销售等整个流通过程，提高消费者放心程度。一旦发现问题，能够根据溯源进行有效的控制和召回，从源头上保障消费者的合法权益，将损害与损失降到最低。同时系统的建立也可以帮助企业树立品牌，提高信誉，增强我国蔬菜在国际上的竞争力。

1 可追溯性的概念

目前，没有关于可追溯性定义的统一认识。

国际食品法典委员会（CAC）与国际标准化组织ISO（8042：1994）把可追溯性的概念定义为：“Traceability is the ability to trace the history，application or location of an entity by means of recorded information”，即通过登记的识别码，对商品或行为的历史和使用或位置予以追踪的能力”。

欧盟委员会2002年178号法令中“可追溯性”被定义为：食品、饲料、畜产品和饲料原料，在生产、加工、流通的所有阶段具有的跟踪追寻其痕迹的能力[2]。

2 国内外追溯的研究现状

2.1 国外追溯发展现状

追溯最早应用于汽车制造业，农产品质量安全管理实行追溯起源于上世纪90年代。在农产品质量安全追溯方面，各个国家各有特色。

最早应用农产品质量可追溯系统的是欧盟。1996年英国爆发的疯牛病引发极大恐慌，使得欧盟消费者对政府食品安全监管缺乏信心，由此引起了欧盟对追溯体系的重视。1997年欧盟开始建立食品安全追溯体系，同年发布《食品法律绿皮书》，开启了欧盟制定食品安全法律体系的征程。2000年1月，欧盟发表《食品安全白皮书》；7月，通过欧盟1760/2000法令，将食品安全作为欧盟食品法的主要目标。2002年1月建立“欧盟食品安全管理局”，颁布第178/2002号法令，要求从2004年起在欧盟范围内销售的所有食品都能够进行跟踪与追溯。2006年发布《欧盟食品及饲料安全管理法规》，强调了食品从农场到餐桌的全过程控制管理和可追溯性[2-4]。

2002年美国国会通过了《公共安全和生物恐怖主义防备和反应法案》，对生鲜食品的回溯提出了要求。2003年5月，FDA公布了《食品安全跟踪条例》，要求所有涉及食品加工、经营、运输、进口等的企业必须建立溯源记录。同时，美国许多农产品生产企业为了提高产品的竞争力也自发建立了可追溯系统[2-4]。

另外加拿大、日本、韩国、澳大利亚等国家也相继对本国的食品追溯制度及体系进行了研究。

2007年国际标准化组织（ISO）发布了“饲料与食品供应链的可追溯性体系设计与实施的总则与基本要求”（ISO22005：2007），在国际上树立了食品追溯体系的标准[5]。

此外各国学者也理论、技术等方面对可追溯系统体系进行了较为系统的研究。如：S.A.Starbird等对食品安全和供应链等进行了研究；OPARA LU对有关食品安全的基本概念、技术问题以及发展前景等进行了论述；Regattieri A等对产品识别、产品流通和追溯工具等方面进行了研究，探索利用条码标签和RFID技术进行意大利奶酪的追溯；Mousavi A等对肉类加工追溯等进行了研究；Jayasinghe Mudalige对加拿大企业采用的食品安全控制的经济激励和调节的作用进行了论述；Mckean JD对可追溯性对公众健康和消费者保护的重要性进行了论述；Koji Sugahara等采用RFID和移动电话技术对农产品质量追溯进行了研究；Smith G C等对追溯性从美国的角度进行了研究等等[6-13]。

2.2 国内追溯发展现状

我国在农产品质量安全方面的追溯起步较晚。我国农产品质量追溯系统的建立还处于起步阶段，与发达国家相比还有很多不完善的地方。

上海市农委2000年12月将农产品溯源工作列为市科技兴农重点攻关项目。2001年7月，上海市市政府颁发了《上海市食用农产品安全监管暂行办法》。2004年上海市建立了“上海食用农产品质量安全信息平台”[14-15]。

2003年，国家“863”项目设立“饲料和畜禽产品数字化安全监控体系研究”专题，进行畜产品可追溯性研究。

2004年，北京市农业局和河北省农业厅共同承担了农业部的“进京蔬菜产品质量追溯制度试点项目”。2005年，北京市开展了自产蔬菜产品质量追溯试点。2007年北京启动了首都奥运食品安全溯源系统。

2007年2月，中国标准化研究院全面启动了科技部“十一五”国家高技术研究发展计划(863)课题《农产品质量快速溯源系统设计与运行规范研究及技术实现》。

2008年成都采用了新兴的物联网技术，形成了生猪肉产品质量安全可追溯信息系统。

此外南京市、天津市、山东寿光市等地也相继开展了蔬菜等农产品质量安全追溯体系及系统的研究。

在国家食品安全标准体系制定方面，2004年国家食品药品监督管理局联合7部委确定了肉类行业作为食品安全信用体系建设试点行业，开始启动肉类食品追溯制度和系统建设项目。同年12月，国家质检总局发布实施了《食品安全管理体系审核指南》和《食品安全管理体系要求》，这两个标准的实施对追踪溯源提供了重要的依据。2006年，农业部根据《中华人民共和国畜牧法》颁布《畜禽标识和养殖档案管理办法》；同年11月，《中华人民共和国农产品质量安全法》开始实施。2009年2月出台《中国食品安全法》，随后陆续出版了《水果、蔬菜跟踪与追溯指南》、《牛肉产品跟踪与追溯指南》、《我国农产品质量快速溯源过程中电子标签应用指南》、《食品安全追溯应用案例集》。2009年4月由农业部发布行业标准《农产品质量追溯安全追溯操作规程通则》。这些标准的颁布和实施给相关行业的追溯指明了方向[14-15]。

与此同时国内很多专家学者也对追溯系统进行了研究，如：2005年昝林森等设计研制开发了“牛肉安全生产全过程质量跟踪与追溯信息系统”；2006年，陆昌华等运用SQL Sever 2000和VB.NET实现了工厂化猪肉安全生产溯源数字系统。2008年邓勋飞、吕晓男、郑素等以EAN/UCC-128条码为追溯载体，衔接农产品产地数据库和流通信息数据库，构建了基于B/S模式的农产品安全生产与溯源系统平台。2010年孟猛采用B/S模式结构体系、ASP开发语言、SQL Server 2008数据库等，实现了农产品质量安全追溯系统的建设。2011年陈红琳将多Agent技术应用于农产品追溯系统，对该系统的模型与实现方法作了初步的研究；徐龙琴以产品生产批次作为“身份标识”，采用UCC/EAN-128编码方式结合流程编码、RFID和二维码等编码技术进行了追溯编码，并采用任务与角色相结合的权限分配策略，构建了一个多层次多用户权限动态管理的亚热带水果生产加工全过程的质量跟踪与追溯系统。2012年罗敏、韩慧敏、何瑞赣等采用无线射频识别技术、无线数据通信技术、网络技术及数据库技术等，构建了食品安全监测追溯系统。

众多专家学者的研究大大推动了我国食品行业追溯工作的开展，另外从学者的研究发现，我国在追溯方面的研究同国际趋势一致，也是从肉类行业开始起步，逐步扩展到食品各个行业。

2.3 国内蔬菜追溯系统研究现状

在蔬菜追溯系统建设方面，以下学者做出了相关研究：

2007年张兵、黄昭瑜、叶春玲等将网络信息技术与蔬菜种植业实际相结合，应用EAN-UCC条码为蔬菜产品标识，构建了一套蔬菜质量安全追溯系统。2008年李辉、傅泽田、付骁等并利用RFID、二维码、asp.net、组件开发等技术开发设计了基于Web的蔬菜可追溯系统。2009年，付骁、傅泽田、张领先基于蔬菜生产流程的调研和追溯基本框架，建立了基于Web的蔬菜质量安全可追溯系统。2010年吴晓明、杨信廷、钱建平等借助于ArcGIS Server，把传统的质量安全追溯与GIS功能相结合，实现追溯信息在地理空间中的形象化展示，并可对地图服务任意进行配置。2011年卢磊、张峰采用了无线射频身份识别和二维码技术，基于物联网设计开发了一套蔬菜可追溯系统。2012年钱建平、杨信廷、张保岩等采用14位数字对采收筐进行编号并以超高频无线射频识别（RFID）卡为载体对其进行标识，通过开发便携式蔬菜采收信息采集系统和升级蔬菜生产管理系统实现采收信息与生产信息关联及包装信息与采收信息关联。

3 相关技术

3.1 条码识别技术

目前食品行业中广泛采用条码技术进行安全追溯。最早用的是一维条码，如UPC码、EAN码、交叉25码、39码、Codabar码等，这些一维条码共同的缺点是比较简单，信息容量小，尺寸相对较大，不适宜在较小的物品上使用，防伪性和纠错能力差。

1987年，在原有一维条码的基础上开发出了第一个二维条码49码（Code49）。它共49个字符，是一种多行的、连续性的、长度可变的字母数字式码制。随后出现的另外几种二维条码主要有如Code49码、Code16K、PDF417、Super Code、Data Matrix码、Maxi Code等。随着人们对二维条码研究的深入，信息容量更大、保密性更好、纠错能力更强的条码不断产生，二维条码在食品安全可追溯系统中得到了广泛的应用。

但不管是一维还是二维条码，只能采用人工的方法进行近距离的读取，无法做到实时快速的获得大批量食品的质量信息，而且数据更新比较困难，给食品的真正溯源造成了障碍[16]。

相关研究中，用到条码技术的如：邓勋飞、吕晓男、郑素等以EAN/UCC-128条码为追溯载体，构建了基于B/S模式的农产品安全生产与溯源系统平台；张兵、黄昭瑜、叶春玲等将网络信息技术与蔬菜种植业实际相结合，应用EAN-UCC条码为蔬菜产品标识，构建了一套蔬菜质量安全追溯系统；晏国生、刘君以二维码技术为基础，构建了河北省蔬菜产品安全可追溯信息系统；郭建宏、钱莲文设计了基于二维条码和网络技术的蔬菜产品安全可追踪系统。

3.2 射频识别技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称RFID），通过射频信号自动识别目标对象，获取标识对象相关信息，无须人工干预。主要由电子标签和阅读器构成。RFID具有可同时识别多个标签，免接触、可以识别远距离物体，且抗干扰能力强，耐环境性强，数据的记忆容量大，唯一识别编码、不受空间限制，可重复利用等许多优点。同时应用RFID技术不仅可以对个体进行识别，而且可以对供应链全过程的每一个节点进行有效的标识，从而对供应链中食品原料、加工、贮藏、运输、销售等环节进行跟踪与追溯，更加适合于食品供应链从“农田到餐桌”的一条龙管理，目前在食品追溯体系中应用越来越多[17-18]。

相关研究中，用到无线射频识别技术的如：王华兵、何大军、魏凤等是使用J2EE技术结合RFID和中间件技术开发一套B/S结构的物品跟踪与追溯软件平台；罗敏、韩慧敏、何瑞赣等采用无线射频识别技术、无线数据通信技术、网络技术及数据库技术等构建了食品安全监测追溯系统；刘子玉、李北伟结合RFID的特性，运用现代信息技术构建了基于RFID的食品供应链追溯管理系统；刘仲鹏、刘丽娟、余瑞华等引入物联网技术，结合RFID技术与EPC标准，开发了农产品质量追溯系统。

3.3 数据库技术

可追溯系统的另一关键技术是可追溯信息数据库。追溯系统涉及的数据量大、类型多样，因此可追溯系统的建立必须以信息技术为基础。选择一个合适的数据库对系统性能、稳定等都非常关键。通过查找资料发现，目前，我国可追溯系统中运用较多数据库是Microsoft SQL Sever系列（包括Microsoft SQL Sever 2000，Microsoft SQL Sever 2005和Microsoft SQL Sever 2008），部分用到了My SQL数据库、Oracle数据库、Microsoft Access数据库。其中Microsoft SQL Sever系列中以Microsoft SQL Sever 2005用到的比较多。

比如，吴晓明等在ArcGIS Server支持下建立的农产品质量安全追溯模模型和李笑等构建的基于.NET构架的有机蔬菜质量安全追溯管理系统用到了Microsoft SQL Server 2000数据库。李辉等开发的基于Web的蔬菜可追溯系统、张保岩设计的基于RFID的无公害蔬菜质量安全管理系统用到了Microsoft SQL Server 2005数据库。孟猛设计的基于B/S结构的农产品质量安全追溯系统、郭建宏等设计的基于二维条码和网络技术的蔬菜产品安全可追踪系统用到了Microsoft SQL Server 2008数据库。申光磊等设计的牛肉质量安全可追溯网络化管理系统用到了My SQL数据库。方俊设计的基于Web GIS的农产品检测管理决策系统用到了Oracle数据库。谭广巍等研发的基于Web的有机农产品质量安全可追溯系统用到了Microsoft Access数据库。

3.4 Web GIS技术

Web GIS又称网络地理信息系统，是Internet与GIS相互结合的产物。它是一种基于Internet/Intranet为用户提供分布式的空间信息和GIS服务功能的地理信息系统，最终目标是实现空间信息的网络化。Web GIS技术由于采用了先进的GIS技术、网络技术和数据库技术等，能够为用户提供网络化的GIS服务，良好的图形显示弥补了原始追溯系统单纯的以数字文字形式进行展示追溯结果，在食品追溯中越来越受到重视[19]。

在相关的追溯系统中，有很多用到了Web GIS技术，如山东省寿光市设计实现了基于Web GIS的蔬菜生产数字平台，为安全蔬菜生产、管理提供了多专业、多层次的综合服务；李辉等开发了基于Web的蔬菜可追溯系统；江晓东设计的基于Web GIS的茶叶质量安全追溯系统；方俊设计的基于Web GIS的农产品检测管理决策系统等。

4 面临的问题及展望

通过以上介绍，目前建立了很多相关的追溯系统，但当前建立的系统，存在一些不足。针对不足，对下一步的蔬菜安全追溯系统建设进行展望。

（1）很多系统供消费者可查询的可追溯信息比较单一，仅仅局限于生产环节包括蔬菜产地、生产日期和生产商等信息，缺乏对于蔬菜质量安全比较重要的蔬菜种植环节信息以及存储、流通环节等信息，对于全程质量安全追溯体系涉及的信息全面性考虑比较少。今后在数据方面要加大力度，保证可追溯信息包含整个产业链[20]。

（2）对于蔬菜可追溯码标签，国内外现有系统很多采用一维码制作可追溯标签。一维条码信息容量小，尺寸相对较大，但蔬菜包装一般都比较小，标签大小要适中，选用更方便更容易识别的二维码及无线射频识别技术更为妥帖。

（3）目前建成的系统大部分侧重于问题产品可追溯信息的获取，主要体现为表格数据形式，少有与空间数据的结合，缺乏对农产品产地环境信息的可视化展现；即使有的平台在建设过程中用到了GIS技术，但很多仅仅是单一的显示地图，缺乏利用GIS技术进行相关分析等功能。

（4）随着信息化水平的快速提高，网络技术和GIS技术不断应用于各行各业。二者的结合即为Web GIS。Web GIS技术集合了网络和GIS技术的优势，可使传统的地理信息以网络化的形式显示在互联网中，可视化强，追溯的效果更优。

（5）随着物联网的发展，将其应用于食品安全的追溯也已经称为潮流。物联网技术为实现食品供应链自动化的跟踪和追溯提供了基础平台，解决蔬菜生产、加工、流通等一条龙追溯[20-22]。

[1] 陈志雄.茶叶质量安全追溯体系的建立及应用[D].福州:福建农林大学,2011

[2] 万 硕,张习锋,夏 萍,等.农产品质量安全可追溯系统的研究与应用[J].辽宁农业科学,2011(5):68-71

[3] 邢文英.美国的农产品质量安全可追溯制度[J].世界农业,2006,324(4):39-41

[4] 修文彦,仁爱胜.国外农产品安全追溯制度的发展与启示[J].农业经济问题,2008:206-210

[5] ISO.Traceability in the Feed and Food Chain-General Principles and Requirements for System Design and Implementation(ISO/TC34.ISO 22005-2007)[S].Switzerland:ISO copyright office,2007

[6] SAStarbird.Supply Chain Contracts and Food Safety[J].Choices,2005,20(2):123-128

[7] OPARA LU.Traceability in agriculture and food supply chain:A review of basic concepts,technological implications,and future prospects[J].Food,Agriculture＆ Environment,2002,1(1):101－106

[8] Regattieri A,Gamberi M,Manzini R.Traceability of food products:General framework and experimental evidence[J].Journal of Food Engineering,2007,81(2):347－356

[9] Mousavi A,Sarhadi M,LenkA,et al.Tracing and Traceability in the Meat Processing Industry:ASolution[J].British Food Journal,2002,104(1):7-19

[10] Jayasinghe Mudalige.Economic incentives for adopting food safety controls in Canadian enterprises and the role of regulation(Ontario)[D].Canada:University of Guelph,2005

[11] Mckean JD.The importance of traceability for public health and consumer protection[J].Scientific and Technical Review,2001,20(2):363-371

[12] Koji Sugahara,Shigehisa Omatsu.Traceability system for agricultural products using RFID and mobile Phones[J].Aftta Joint Congress on it in Agriculture,2004(2):46-53

[13] Smith GC,Tatum JD,Belk KE,et al.Traceability from a US Perspective[J].Meat Science,2005(71):174-193

[14] 赵 荣,乔 娟.中国农产食品追溯体系实施现状与展望[J].农业展望,2010(5):44-48

[15] 赵月皎.中国食品质量安全追溯制度发展现状[J].吉林农业,2012(2):200

[16] 郭建宏,钱莲文.二维条码在蔬菜产品质量追溯中的应用[J].武汉理工大学学报,2010,32(21):110-114

[17] 张海峰,沈媛萍.射频识别技术在动物食品安全追溯中的应用[J].青海畜牧兽医杂志,2012,42(2):42-44

[18] 肖 静,刘子玉,李北伟.基于RFID 的食品供应链追溯管理系统研究[J].农机化研究,2012(2):181-184

[19] 李 辉,傅泽田,付骁等.基于Web的蔬菜可追溯系统的设计与实现[J].江苏农业学报,2008,24(5):716-719

[20] 杨信廷,钱建平,孙传恒,等.蔬菜安全生产管理及质量追溯系统设计与实现[J].农业工程学报,2008,24(3):162-166

[21] 邓勋飞,吕晓男,郑素英,等.基于GIS的农产品安全溯源体系[J].农业工程学报,2008,24(2):172-176

[22] 卢 磊,张 峰.基于物联网的蔬菜可追溯系统的设计与实现[J].电子设计工程,2011,19(7):19-22