基于物联网的生猪质量安全追溯服务平台研究

刘楷

摘 要 以生猪为对象，从生产、收购、运输、屠宰、销售全过程进行监测和及时有效的信息采集、快速反馈和预警为研究内容，实现异地生猪质量安全信息的全程跟踪与事件溯源，为全面实现农产品质量安全追溯服务提供了理论和技术基础。

关键词 物联网 ；生猪 ；追溯

中图分类号 S828

Abstract Based on the live pig as the object， the research contents from the production， purchasing， transportation， slaughtering， to monitor the sales process and timely and effective information collection， quick feedback and warning were selected to realize the tracking and events traceability in the whole process of the quality and safety information of live pig in another place， to provide the theoretical and technical basis on fully realizing the quality and safety traceability service of agricultural product.

Key words internet of things ； live pig ； traceability

2014年中央一号文件再次强调农产品安全问题，由于疯牛病的发生，欧盟在1997年开始实施农产品的追溯管理。而近年来，国外特别是发达国家在农产品追溯服务方面的研究和平台建设均取得了一定的成果，并进行了部分农产品溯源的实际应用[1]。中国也有一些农产品安全追溯的研究应用实例，研究了基于RFID技术的肉牛养殖质量安全可追溯系统[2]及基于RFID的猪场信息平台研究[3]。在2008年奥运会期间启用了畜禽类产品的追溯体系[4]，保证了奥运会的食品安全。在整个食品安全追溯方面也有全面的研究和应用[5]。

笔者从技术的层面研究了利用物联网、RFID技术对生猪生产流通领域产品标识和溯源的信息化应用；并对其提出了可行的应用方案。

1 生猪质量安全追溯问题

猪肉及其加工食品是中国大部分居民日常生活消费的主要食品，由于生猪饲养过程对生态环境有一定的影响，国内不少经济较发达地区已经转为主要通过采购异地生猪货源来满足当地消费需求。由于现有货源多来自于经济发展水平和科学生产水平相对落后的地区，货源渠道多且复杂，传统的标记手段和基于人工的猪源管理方法已经不能适应猪肉安全质量监控的需要，在销地检出流行病猪、瘦肉精猪，甚至发生外来猪导致疫情流行或食用猪肉中毒的事件时有发生，威胁到畜牧生产和人类安全，影响社会稳定。本研究是以每年生猪销售数量达千万的珠三角地区与湖南、江西、广西等猪源地区，从生产、收购、运输、屠宰、销售全过程进行监测和及时有效的信息采集、快速反馈和预警为研究内容，实现异地生猪质量安全信息的全程跟踪与事件溯源。

2 生猪质量安全追溯平台的构建

2.1 平台功能结构

2.1.1 信息采集管理

数据采集管理在收集、管理各环节的信息后，提供一种高效便捷的方式来生成与定制数据库，以便在数据检索功能中对数据内容进行检索与功能实现。

在生产过程中，涉及到2个部分：生产原材料和相对生产成品。这2部分都是指在本工位上的原材料和经过加工后所得到的产品。给所有的生产原材料和相对生产成品赋予RFID电子标签，应用网络技术把这些资料输入到平台数据库中，这样，生产过程就一清二楚；

在产品的存储、运输过程中，把握好每一个环节，控制好每一项操作，同样地，为这些过程应用RFID电子标签技术，并将这些数据存储到平台中，为以后的产品调查做到有史可依、有据可查；

在销售过程中，每一个环节都要记录在案，包括产品从哪里销售、价格、有无质量问题等等，将相应信息存入RFID电子标签中并输入系统，为将来的产品质量调查提供最准确的数据。

2.1.2 数据分析存储

对收集数据进行分类存储，并进一步分析农产品的流通情况，指导生产布局和产品流通。

2.1.3 数据检索

对系统内的数据进行检索，包括：逻辑组合检索（与、或、非）、通配检索、前后一致检索、二次检索、中英混合检索、半、全角检索、简、繁体检索、数值检索（大于、小于、等于）等丰富的检索手段。

同时，提供完善的、多样化的二次开发API接口，使第三方系统可以用多种形式进行广泛的应用开发，设计出与其它应用程序风格一致的界面或满足各种特殊的应用需求。

2.1.4 信息发布

基于XML的、涵盖Internet/Intranet/Extranet、支持多种表现形式的信息服务平台，其基本功能包括：接收汇总各种农产品电子标签的实时消息，并将其选择合适的方式发送给用户；支持智能传呼机、掌上电脑、PDA、Web电话和互联网应用；保证用户的数据安全。

2.1.5 数据接口

数据接口的开发分2部分：①与其他通用数据库的数据接口，作为平台的支持进行开发，主要考虑与ODBC数据库以及通用数据库系统数据格式的接口；②开放给其他应用软件调用数据的数据接口，在农产品电子标签编码规范及农产品分类标准的基础上进行开发。

2.2 流程设计

2.2.1 作业流程

信息流和控制流：

（1）生产过程中被记录在案（生产者、地区等）；

（2）在进入流通阶段前的加工开始就引入RFID电子标签管理；

（3）流通过程同时被记录；

（4）流通过程中各个阶段都可以查询到过往阶段的所有信息。

2.2.2 信息流分析

对生猪产供销链条及追溯的信息流转（见图1）进行分析，从生产者、屠宰场、企业等供应链的各环节上筛选和确定生猪质量安全追溯信息关键点，以确保获取的信息在整个供应链中的传递和更新，从而确保追溯系统的有效运作。

对于有“质量问题”的情况，这些问题可以在供应链中不同水平和联系之间来发现，具体步骤如下：

（1）发现生猪的质量问题；

（2）将发现的问题信息进行传递；

（3）找出相关的供应商信息；

（4）找出相应批次信息；

（5）对所有有问题的批次采取相应的措施。

2.3 技术路线

2.3.1 数据采集

在本项目中，采用RFID射频识别系统采集各生产流通环节的RFID标签的数据信息。在项目实施过程中，根据猪肉产品生产、运输、屠宰和销售不同环节的业务流程特点配备不同识读设备，采集各生产流通环节所赋予RFID电子标签中的信息，并将相关的信息通过识读器上的TCP/IP接口应用网络技术把这些资料输入到平台数据库。

2.3.2 数据存储

对于本项目开发的全程监控数字化系统，数据是一切工作的基础。随着系统平台的推广应用，存储的数据量特别巨大，一旦出错，很可能是灾难性的，所以，对数据的及时有效备份十分重要。在这种情况下，构建一套完整的数据存储、备份系统，对数据库数据实现在线存储、备份和恢复，并共享各存储备份。

2.3.3 技术流程

项目采用“功能矩阵模块的顺序设计与原型测试”的研究方法实现农产品安全追溯服务，如图2所示。

（1）开发标识规范及数据库描述规范

开发统一的、适用于农产品产运销全程跟踪与溯源的产品标识编码规范，包含产地生产标识、中转运输标识、加工标识以及销地零售部分。

产品个体标识：明确对区域内同一单位农产品的唯一标识，根据国家相关部门规定的数据格式进行标识，建立与区域内生产者、经营者对应信息索引表。

农产品生产档案：使用XML语言规范建立符合相关监管部门规定格式的农产品种养档案的信息化规范描述，在该生产档案中要载明以下内容：品种、数量、繁殖记录、标识情况、来源和进出场日期；农业生产投入品的名称、来源、使用对象、时间和用量等有关情况；检疫、免疫、监测、消毒情况；发病、诊疗、死亡和无害化处理情况；监管部门规定的其他信息内容。

建立产地区域农产品疫病预防控制机构产品防疫检疫工作档案，对不同生产规模的生产者进行分别处理：大型农产品种养基地：名称、地址、产品种类、数量、用药情况等；小规模种养散户：户主姓名、地址、产品种类、数量、用药情况等；建立销地产品检疫检验档案，对异地销售的产品进行以下信息记录和管理：运抵日期、标识。

建立销地加工、分销档案，载明以下信息：加工企业：名称、地址、日期、输入标识、加工后产品标识、出厂日期；分销终端市场：名称、地址、日期、输入产品标识。

（2）建立一个基于规范编码体系的、对应于异地农产品安全追溯的信息平台

该信息平台包括建立生产者、流通者的数据库，区域性产品标识信息数据库，以及统一的农产品安全数据中心，完成基于标准数据格式的数据交换和互追溯机制。

根据上面第（1）点的定义，建立产地生产者数据库、产地流通者数据库、销地流通者数据库、农产品农残药残检测数据库、销地加工企业数据库、销地加工商数据库、销地分销场所数据库。

建立产地、运输、销地之间产品加工、流通过程中的编码索引。

分布式数据库设计策略：在项目实施单位存放主数据库，所有各基地的数据在当地都有备份，主数据库和基地的数据库互相备份，同时平台的数据监控服务会对两端的数据库进行监控，保证数据一致性，保证用户方面不会因网络情况而引起对平台的不满，引入分布式数据库设计方式来提高平台的稳定性和实用性。

（3）建立农产品安全追溯系统平台

定义供应链各用户所需服务类型和数据流向。

在应用层，生产者、流通者、管理者、消费者可以通过PC、移动终端访问单一的门户进行产品质量查询与追踪服务的使用，应用层的各类服务必须通过业务中间件的动态组合提供支持。

系统将基于J2EE进行设计开发，数据交换全部使用XML语言规范。

系统采用C/S系统与B/S结构相结合的方式：对本地化内部信息管理与查询使用C/S结构，跨地区跨环节信息服务使用B/S结构。

（4）产品加工环节的标识唯一性、连贯性问题解决

分装时根据电子标签的不同编码，用一维条形码对分装的农产品进行标识，直到市场出售，其中电子标签可循环重复使用。

不同环节的不同产品使用不同的标识技术，这样可以保证最终产品标识的唯一性。

2.4 技术关键问题

2.4.1 缺乏覆盖整个产品供应链的产品标识规范

农产品标识是指经相关部门批准使用的承载农产品信息的标识物，一般有电子标签、条形码等，农业部规定了农产品标识编码具有唯一性。农产品标识编码一般由种类代码、县级行政区域代码、标识顺序号等内容组成。在实际生产加工过程中，涉及到一批产品分割、包装、混杂等情况，使农产品流通过程中的信息追溯变得非常复杂，完整一批农产品经过分割、加工等环节之后如何从市场销售的产品追溯到最开始的生产者的原始信息，是本项目实施需解决的关键问题之一。

2.4.2 农产品标识成本控制和实用性平衡

农产品标识是实现农产品安全追溯的前提，然而，不同种类的农产品有不同的生产环境和运输保鲜技术要求，在农产品产、运、销各环节对配套设备的要求也各不相同，在农产品标识的制作上要满足农产品安全信息追溯要求，同时提高农产品标识标签的复用性、实用性，降低管理成本和经济成本。

2.4.3 农产品信息在流通过程中的数据管理

在农产品产销过程中，将所有的相关信息都记录在产品标签内，会增加对标识物的性能要求，徒增标签成本。如何借助标识数据编码规范中隐含的供应链历史记录，利用数据管理技术，通过标识标签所承载的极有限信息将生产者、流通者、管理者、消费者与各自所关心的生产信息、流通信息、防疫信息、质量检验信息进行关联。

2.4.4 基于各类型信息读写终端的有效访问

农产品安全追溯系统应当根据不同农产品产业链发展特点为各类型终端提供对应的信息读写和访问功能，这些终端与访问方式可以是：电话语音（数字）查询、移动短信（在线WAP）查询、PC终端Web访问、供应链上下游节点手持机具的数据读写等。通过本项目的实施将重点解决定义各种类型服务的主要内容，数据格式和系统接口，保证信息访问的时效、准确及安全。

3 讨论与结论

（1）建设并运行专门针对生猪生产、流通、屠宰加工过程的安全监控信息系统，经验匮乏，应在今后的工作中进一步总结工作经验，逐步完善工作机制。

（2）本研究是现代信息技术与动物卫生防疫工作的结合，在工作开展过程中需要大量既熟悉计算机信息技术又掌握动物防疫检疫工作专业知识的复合型人才，在今后项目的推广和应用过程中，将进一步加强人才引进并建立培训机制，以保持人力资源充裕且知识结构更新，从而满足今后工作发展需要；

（3）为确保各项工作的顺利进行，必须进一步优化业务流程，确保数据信息采集的数量和质量；

（4）取得的成果可以促进农产品质量安全管理工作的信息化建设，促进农产品质量安全管理工作的工作效率和业务水平。

参考文献

[1] 杨 玲，孙志永，张会员，等. 农产品可追溯管理发展概况[J]. 粮油加工，2008（6）：19-22.

[2] 施 亮，傅泽田，张领先. 基于RFID技术的肉牛养殖质量安全可追溯系统研究[J]. 计算机应用与软件，2010，27（1）：40-43.

[3] 祝胜林，黄显会，张守全. 大型猪场基于RFID的信息平台研究与应用[J]. 2007（3）：63-64.

[4] 隋 文，唐晓纯. 2008年奥运会畜禽类产品的追溯体系研究[J]. 食品科学，2008，29（8）：697-699.

[5] 李广明，黄立平，詹锦川，等. RFID在视频安全追溯中的应用[J]. 物流技术与应用，2007，12（3）：85-87.