基于RFID技术的肉牛养殖追溯系统建立

刘鹏，刘文，李强，王彦蓉，段敏，戴岳（中国标准化研究院，北京100191）

基于RFID技术的肉牛养殖追溯系统建立

刘鹏，刘文，李强，王彦蓉，段敏，戴岳
（中国标准化研究院，北京100191）

摘要：针对在食品安全肉牛养殖环节质量安全追溯存在的问题，结合肉牛养殖特点，基于RFID（无线射频，radio frequency identifi cation）技术改进设计构建肉牛质量安全追溯信息系统。该系统解决肉牛养殖质量安全追溯过程中关键信息的编码问题，具有成本低，扩展性强的特点。通过实地运行，表明该追溯体系运行情况良好，为肉牛养殖质量安全追溯体系的构建提供了平台支撑。

关键词：RFID；肉牛养殖；追溯

牛肉作为市场上的肉类食品之一，是食品安全的热点监控对象。我国肉牛养殖经历从个体养殖到集约化规模化的养殖，再到利用了现代的高科技信息技术渗透到养殖、食品安全行业的管理和追溯的阶段。肉牛养殖追溯系统可实现对饲养阶段的信息准确地采集与记录，并在饲养过程中将数据上报至追溯系统，从而在产品的终端对肉牛饲养的关键控制点信息进行追溯，帮助企业完成追溯体系的高效运行。同时便于牛入棚的管理，预防疾病发生，节约饲养成本，降低生产损耗，提高劳动生产效率，增加养殖效益。

国内外在基于RFID技术的种植养殖追溯信息系统建设方面进行了不少研究：刘潇潇提出食品供应链安全追溯流程模型的基础上，采用EPC-256III型编码结构对代码段进行合理分配并设计食品供应链安全追溯标签编码方案，并证明编码具有通用性[1]。刘鹏等运用EPC（Electronic Product Code）编码结构模型，结合粮食安全追溯过程中的关键信息，设计构建了粮食质量安全追溯的关键信息编码体系。该体系较系统的解决了粮食质量安全追溯过程中关键信息的编码问题[2]。颜波等研究了基于RFID和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台开发的问题[3]。刘成生做了在基于EPC标准的农产品溯源平台设计与实现的相关研究，平台融合了多家企业商品数据，满足了广大消费者对农产品流通信息的知情权，企业和政府对农产品质量追踪的监督权，同时也为促进我国解决农产品安全问题提供了一种新的渠道[4]。郑火国研究了食品安全可追溯系统，并分析可靠性，探讨了其功能以及构建方法[5]。吕伟国通过对基于EPC物联网和RFID的奶牛精细养殖管理系统的开发，利用RFID标签来实现奶牛的跟踪追溯，不仅能有效地减少劳动力、降低了农场养殖的成本和提高了产奶的质量，还可以减少对环境的影响，使奶牛养殖成为管理科学、资源节约，环境友好、效益显著的产业，这对于实现我国畜牧养殖业由粗放型向精细、效应型转变，由数量型向质量型转移不失为一条重要的技术措施[6]。李敏波等针对供应链过程的物品跟踪和追溯需求，提出了基于射频识别语义事件的物品跟踪模型和追溯方法，定义了5种射频识别业务事件，设计了物品跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和安全体系[7]。国外的一些学者也有对产品可追溯系统的研究，如澳大利亚的牲畜标识和追溯系统、日本的食品追溯系统、欧盟的牛肉可追溯系统、美国的农产品全程溯源系统、瑞典的农产品可追溯管理系统等[8-13]。

1　RFID技术简介

RFID全称为Radio Frequency Identification，即射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它利用无线电波对记录媒体进行读写。其识别距离可达几十厘米到几米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性。另外，由于信号接收装置无需看到标签即可接收数据，RFID的包装方式具有封闭性，因此，无线射频系统对环境的适应性很强，能适应诸如灰尘、油污、振动以及蓬布遮挡物等环境，并且可以有效防止标签撕裂、丢失等情况的发生。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。一个典型的射频识别技术系统一般由RFID标签、阅读器、天线以及计算机系统等部分组成。

2　基于RFID的肉牛养殖追溯系统架构研究

基于RFID的肉牛养殖追溯系统通过对肉牛养殖环节追溯单元及其追溯内容的调研分析，通过使用以RFID为代表的物联网技术实现对各追溯单元中追溯内容的信息采集与管理，建立用于追溯的养殖档案。

在肉牛入场的时候，养殖场会对肉牛健康状况和产地情况进行检验，检验合格、过秤后，给肉牛编号，为其制作用于识别和存储基本信息的射频识别（RFID）耳标，耳标中的信息包括肉牛的编号、品种、来源、出生日期、进场日期等，为肉牛建立养殖档案。

用户可用手持移动终端录入肉牛在育肥过程中饲料投喂、免疫、消毒、转群和治疗等方面的信息。手持终端采集信息后，将信息上传到追溯系统数据库，可实现对肉牛在育肥过程中的动态健康信息及饲料、饲料添加剂、兽药、消毒药品、免疫药品使用情况和养殖场人员饲养方法与养殖环节操作信息的采集与管理。

肉牛养殖追溯系统数据库通过计算机端实现对饲料、饲料添加剂、兽药、消毒药品、免疫药品、养殖场人员和养殖场牛舍等信息的采集和管理。

本追溯系统总体上是一个多层的分布式软件体系结构。其设计思想主要是：客户端和应用服务器、应用服务器和数据库服务器之间的通信以及异构平台之间的数据交换等通过应用层业务逻辑和数据访问层的数据访问类来实现。主要分为三级体系，分别为集团管理中心、肉牛养殖场管理中心、牛舍。该系统由电子耳标、RFID读写设备、RFID手持式读写器、便携式终端，WEB服务器、应用程序服务器、数据库服务器等组成。具体技术框架如图1所示。

基于RFID的肉牛养殖追溯系统采用了基于B/S的软件架构体系。系统的服务器端操作系统选用Window s Server2003 Enterprise，负责Web站点的管理与信息发布。客户端可为Windows 2000以上的任何版本中的一种。网络数据库系统为SQL Server 2005。服务器端编程语言选用C#，并使用ASP.NET 2.0作为开发工具。

3　基于RFID的肉牛养殖追溯编码建立

食品从生产到流通的每个环节，都需要继承上环节的溯源信息，生成本环节的溯源信息，加上相关的交易信息上传到后台支撑系统，同时将本环节溯源信息通过实物标签传递到下一环节。为降低运行成本，实物标签记录的溯源信息为最小化的溯源信息，只包含当前环节身份信息的必要项，一般将此最小化溯源信息编码称之为溯源码，与之关联的交易信息及上环节溯源码则记录在后台数据库中，后台数据库将各环节的信息关联成双向链表。

3.1肉牛养殖追溯编码的建立

用不同字母代表不同牧场（如A代表牧场A，B代表牧场B）。

3.1.1圈舍主体代码

以S表示牛舍，编号为两位数，如S04代表4号牛舍。则牧场（A）+牛舍编号（S09）+圈号（02）可表示为AS0902，代表A牧场9号舍2排。

3.1.2消毒场所、窖池主体代码

以X表示消毒场所、J代表窖池，编号为两位数。则牧场+消毒场所编号：如BX03代表牧场03号消毒点。牧场+窖池编号：如AL05代表牧场05号窖池。

3.1.3牛号主体代码

以字母代替牛的品种（A代表安格斯、K代表科尔沁黄牛）。以六位数字表示牛只入场时间，以五位数字表示入场排号。品种+入场时间+排号：如A 150309 00006

3.1.4饲料原料、投入品、药品、冻精主体代码

以L表示饲料原料、T代表投入品、Y代表药品、D代表冻精，以八位数字表示采购批号，其中以前六位数字表示采购时间。牧场+物品代号+采购批号：如BL14061102代表牧场批号为L14061102的饲料原料。如BY14061102代表牧场批号为Y14061102的药品。

3.2肉牛养殖追溯编码实例

基于RFID的肉牛养殖追溯编码是由标准代码、版本号、码长、主体代码、和原始编码（EPC）五部分组成。其中标准代码实例中用G表示，版本号用V1表示，码长有实际计算而得，主体代码有3.1中规定而来，原始编码为EPC编码。下面从四个方面给出编码示例，见表1～表4。

以圈舍编码为例。

以消毒场所、窖池为例。

以牛号编码为例。

以饲料原料、投入品、药品、冻精编码为例。

4　基于RFID的肉牛养殖追溯系统功能模块设计

基于RFID的肉牛养殖追溯系统针对肉牛养殖的独特行业特点，系统主要分为牛只管理模块、饲喂管理模块、疫病管理模块、饲料管理模块、繁育管理模块、药品管理模块、追溯查询7大模块，这些模块涵盖了肉牛养殖企业在日常管理中必不可少的通用的功能模块。4.1牛只管理模块

该模块针对母牛、架子牛和育成牛三种不同类型的肉牛分别设计了包括牛号、类型、牛舍位置、月龄、父号、母号、体重、性别等信息。为肉牛追溯打下坚实数据基础。

4.2饲喂管理模块

该模块针对饲喂巡视登记、巡栏管理、牛只移动三个饲喂的主要工作进行记录，实现了对牛只物理位置和饲料摄入的数据管理。

4.3疫病管理模块

该模块包括兽医日常的驱虫、健胃、免疫接种、日常防疫消毒、突发疾病用药等方面工作进行记录为追溯肉牛的疾病用药追溯打下基础。

4.4饲料管理模块

该模块包括原料采购、投入品采购、窖池信息等进行记录，保证肉牛养殖中饲料的可追溯。

4.5繁育管理模块

该模块包括冻精采购、发情记录、冻精领用、配种记录等方面信息，保证肉牛养殖中种群的溯源。

4.6药品管理模块

该模块对药品采购和领用进行数据管理，保证药品的数据可追溯。

4.7追溯查询

该模块可实现从牛号、饲料信息、药品信息等多个方面都进行追溯查询的功能。

5　小结

采用基于RFID技术建立的肉牛养殖追溯系统。该系统可完美兼容已有的EPC编码体系，同时也充分考虑了肉牛养殖的行业特点，从而有效地解决了EPC编码与特定行业结合的问题。研究成果也可为RFID技术在其他行业的推广提供有益尝试，本研究成果来源于中央基本科研业务经费项目、国家质量监督检验检疫总局科技计划项目《农产品质量溯源二维码图形矫正技术及移动互联网追溯系统构建研究》（2014QK214）。

参考文献：

[1] 刘潇潇.基于EPC-256III型食品供应链安全追溯标签编码方案研究[J].食品工业科技,2014(6):52-54

[2]刘鹏,屠康,候月鹏.基于EPC体系的稻米安全追溯编码系统研究[J].中国粮油学报,2009,24(8):129-134

[3]颜波,石平,黄广文.基于RFID和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台开发[J].农业工程学报,2013,29(15):176-182

[4]刘成生.基于EPC标准的农产品溯源平台设计与实现[D].北京:中国科学院大学,2011

[5]郑火国.食品安全可追溯系统研究[D].北京:中国农业科学院, 2012

[6]吕伟国.基于EPC物联网和RFID的奶牛精细养殖信息管理系统[D].长春:吉林大学,2010

[7]李敏波,金祖旭,陈晨.射频识别在物品跟踪与追溯系统中的应用[J].计算机集成制造系统,2010,16(1):202－208

[8]Jansen-Vullers M H,van-Dorp C A,Beulens A J M.Managing traceability information in manufacture[J].International Journal of Information Management,2003,32(6):395－413

[9]Pettitt R G.Traceability in the food animal industry and supermarket chains[J].Revue Scientifique Technique-Office International, 2001,20(2):584－597

[10]De Castro N M,Rodrigues M B L,Pinto P A,et al.Traceability on the Web:A Prototype for the Portuguese Beef Sector[R].EFITA 2003 Conference,2003(2):5－9

[11]Mousavi A,Sarhadi M,Lenk A,et al.Tracking andtraceability in the meat processing industry:A solution[J].British Food Journal,2002, 104(1):7－19

[12]HOAG JE,THOMPSON CW.Architecting RFID middleware[J]. IEEE Internet Computing,2006,10(5):88-92

[13]Matthew B Myers,Patricia J Daugherty,Chad W Autry.The Effectiveness of Automatic Inventory Replenishment in SupplyChain Operations:Antecedents and Outcomes[J].Journal of Re-tailing, 2000,13(4):455-481

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.050

收稿日期：2015-10-20

作者简介：刘鹏（1982—），男（汉），助理研究员，博士，研究方向：食品追溯。

Cattle Breeding Research Traceability System Based on RFID Technology

LIU Peng，LIU Wen，LI Qiang，WANG Yan-rong，DUAN Min，DAI Yue
（China National Institute of Standardization，Beijing 100191，China）

Abstract：For safety traceability in the food safety aspects of quality beef cattle breeding problems combined with cattle breeding，this paper designed and constructed to improve the quality of beef safety traceability RFID technology-based information systems.The system solves the quality and safety of beef cattle traceability coding problems during the critical information，low cost，scalability and strong features.Running through the field，indicating that the traceability system is running well，for the construction of cattle breeding quality and safety traceability system provides a platform support.

Key words：RFID；cattle breeding；trace