基于移动物联网的猪肉质量安全全链追溯系统研究

王 坤

（1.江苏农牧科技职业学院， 江苏 泰州 225300；2.泰州市农业物联网工程技术中心，江苏 泰州 225300）

基于移动物联网的猪肉质量安全全链追溯系统研究

王 坤1，2

（1.江苏农牧科技职业学院， 江苏 泰州 225300；2.泰州市农业物联网工程技术中心，江苏 泰州 225300）

从猪肉供应链出发，深入分析猪肉质量安全全链关键控制点与信息标准[1]，以云追溯平台为基础，采用“云平台+移动终端APP”模式，整合智能识读、无线传感器网络、移动地理信息等移动物联网技术[2]，构建了基于移动物联网的猪肉质量安全全链追溯系统。系统基于J2EE-SOA技术构架，实现多用户B/S服务[1]；采用二维码与植入式无源RFID标签[3]作为载体，兼容农业部追溯标准[1]。

移动物联网；猪肉供应链；猪肉质量安全；全链追溯；追溯系统

民以食为天，食以安为先[1]。我国猪肉食品已成为老百姓日常生活中不可或缺的重要食品来源，猪肉质量安全问题自然而然地成为老百姓的关注焦点。猪肉质量安全事故的频频发生，不仅制约着我国猪肉产业发展，而且严重影响了老百姓的身心健康。加之职能部门对猪肉的养殖、生产加工、包装运输及批发零售环节的过程监管缺乏连贯性，无法进行全程监管与追溯。为此，江苏省农委自2010年起开展了食用农产品质量安全追溯管理体系研究与探索[1，5]，2011年搭建了基于SaaS（软件即服务）模式[1，3，5]的江苏省农产品质量安全追溯管理平台[1，5]，2012年制定了《食用农产品质量安全追溯管理规范 基本要求》省级地方标准，项目平台已在全省范围内推广应用[1]。项目平台总体架构支持“模块热拔插”的快速开发设计，为本系统的研发提供了坚实的基础。本文将基于猪肉供应链深入分析质量安全关键控制点与信息标准，以项目平台为基础，采用“云平台+移动终端APP”应用模式，整合智能识读、无线传感器网络、移动地理信息等移动物联网技术[2]，集成猪场物联子网、屠宰厂物联子网等，进而构建基于移动物联网的猪肉质量安全全链追溯系统，为猪肉行业建立质量安全追溯管理体系提供有力的信息化保障。

1 基于供应链的猪肉质量安全全链追溯体系设计

1.1 猪肉质量安全供应链分析与全链追溯体系设计

众所皆知，猪肉质量安全问题可能发生在猪肉供应链的各个阶段[4]，必须对猪肉供应链全程进行危害与关键控制点分析[4]，进而建立全链追溯体系。如图1所示，政府监管为两段式监管，猪肉入市前涉及到的养殖、屠宰、运输（仓储）阶段由农委监管部门负责全程监管；猪肉入市后批发阶段、零售阶段由食药监管部门负责全程监管[1，5]。

猪肉供应链分为生产（加工）环节、储运环节、流通环节三大环节[5]。结合各环节的运行过程，对猪肉质量安全从生产到销售的全程实现控制与可追溯，可分为养殖、屠宰、运输、批发、零售5个追溯阶段，运输阶段的追溯贯穿全程[4]。各阶段的追溯信息可以通过移动终端APP或者各物联子网网关采集并同步到云追溯平台，保证了全链追溯的连贯性与信息的完整性[4]。支持链式追溯模式、交叉式追溯模式、云平台追溯模式及其混合追溯模式[6]，猪肉供应链各追溯主体根据自身情况自主选择追溯模式。消费者可以通过消费时索要的小票或者扫描猪肉QR二维码，查询到猪肉的来源以及产销过程，向政府监管部门进行投诉评价。当猪肉发生质量安全问题时，相关部门第一时间通过云追溯平台找到猪肉消费的去向，降低了猪肉安全隐患，提高了猪肉质量安全[4]。

1.2 各追溯阶段主要关键控制点及信息采集设计

如图1所示，全链追溯体系涵盖养殖、屠宰、运输、批发、零售五个追溯阶段，运输追溯阶段贯穿到养殖、屠宰、批发等过程中，不单列分析。猪肉供应链各追溯阶段主要关键控制点分布、追溯信息采集内容、个体标识载体、信息采集方式等详细设计内容见表1。

1.3 猪肉供应链各追溯阶段编码设计（见表2）

2 猪肉质量安全全链追溯系统的设计

2.1 总体架构设计

如图2所示，包括安全运维体系、技术架构体系。安全运维体系为整个系统总体架构提供安全可靠、长期有效的运行保障是基础；技术架构体系为整个系统架构的核心，采用SaaS模式分层设计，基于J2EE-SOA技术构架，实现为多层B/S架构[1]。技术架构体系充分整合以智能识读、无线传感器网络、移动地理信息等为代表的移动物联网技术[8]，细分为基础层、数据层、支撑层、应用层、展示层5个层次。其中：

表1 猪肉供应链各追溯阶段主要关键控制点及信息采集表[4]

表2 追溯编码规则[7]

1）基础层。由温度、湿度、二氧化碳等各种传感器、视频摄像头组建成各种无线传感器网络WSN，如猪场物联子网，屠宰物联子网，实现数据的感知、采集与传输。

2）数据层。基于数据库技术实现实时传感数据、全链追溯数据、质量检测数据、地理信息数据、农业业务数据的持久化管理。

3）支撑层。身份验证系统负责系统的整体用户访问验证；地理信息系统负责提供各类地图图层接口，方便各类追溯信息或者统计信息的可视化展示；数据交换系统负责提供各类数据的WEB服务接口，实现与质量安全检测设备、移动智能终端设备、各类物联子网网关之间数据交换的无缝对接。

4）应用层。支持“平台+终端APP”模式，涉及到公共服务、政府监管、质量安全检测、全链追溯管理、放心吃网等功能应用。

5）展示层。支持智能手机、PDA、电视、电脑、触摸屏系统、监控大屏等多种方式查询与展示。

2.2 功能架构设计

如图3所示，基于项目平台的总体架构，猪肉质量安全全链追溯系统功能包括追溯管理中心、政府监管子系统、质量检测子系统、全链追溯子系统、放心吃网子系统、公共服务子系统[1]。其中：云追溯平台功能包括追溯管理中心、政府监管子系统、质量检测子系统、放心吃网子系统、公共服务子系统等，实现为WEB系统；全链追溯子系统实现为各类移动终端APP。

2.3 云追溯平台功能设计

2.3.1 追溯管理中心

是云追溯平台的核心，包括中心数据库、数据中心和运维中心。中心数据库增加了猪肉质量安全全链追溯信息库，负责各类猪肉质量安全全链追溯数据的持久化；数据中心增加了猪肉质量安全全链追溯数据采集涉及到各类数据交换的WEB服务接口，实现与各类猪肉行业物联子网、移动终端APP、猪肉检测设备、视频监控系统、业务系统等之间的数据交换集成；运维中心负责平台基础数据管理、租户管理、定制管理、系统管理、企业认证、产品认证、产品投诉及召回管理、数据备份等功能。

2.3.2 政府监管子系统

图1 猪肉质量安全供应链全链追溯体系[4]

图2 基于移动物联网的猪肉质量安全全链追溯系统的总体架构

图3 基于移动物联网的猪肉质量安全全链追溯系统功能架构

面向各级农委监管部门和食药监管部门。基于政府监管网格，实现各级政府监管部门对辖区内的猪肉质量安全进行动态监管。通过对各种猪肉质量安全数据的组合查询、规则分析等来实现预警与风险评估。如发现猪肉质量安全问题，可根据预警信息，立即进入纠偏程序，启动全链追溯程序，查找猪肉生产日期，确定来源，分析成因，采取纠偏措施并进行纠偏后评估。

2.3.3 质量检测子系统

本调查属于横断面调查，调查对象为某地区海勤人员。调查对象均为未婚年轻人员（18～26岁），且以男性为主（81.21%），平均入伍年限为（2.52±0.82）年。由于部队的特殊环境，该人群作息较为规律，平均睡眠时间集中在每天 6～8 h，且调查前 2 周内的患病率（9.40%）和近半年内患慢性病发病率（4.03%）均较低。

包括质量检测中心管理、检测设备控制、检测设备接口三部分。通过检测设备接口实现与猪肉质量安全检测设备之间的数据集成，进而实现猪肉质量安全检测数据的自动采集、上传与管理。

2.3.4 放心吃网子系统

对猪肉行业企业或者个人进行诚信等级评价，选择等级优秀的企业或者个人采用在线推介、主题介绍等进行在线推广，支持在线电子商务[1]，有效实现市场逆向控制下的全链追溯。

2.3.5 公共服务子系统

此子系统面向广大消费者，消费者可以根据销售标签或者小票进行防伪追溯，查看购买猪肉的全链各追溯阶段的关键质量安全信息、质量检测记录及产品认证情况，也可以查阅与猪肉质量安全相关的新闻公告、供求信息、三品信息、企业诚信等级、品牌推介等，支持向有关部门进行在线投诉[1]。

2.4 移动终端APP设计

全链追溯子系统由生猪养殖追溯APP、屠宰加工追溯APP、猪肉批发追溯APP和猪肉零售追溯APP组成，基于猪肉供应链实现猪肉质量安全从养殖、屠宰、运输、批发和零售的全程追溯。具体如下：

2.4.1 生猪养殖追溯APP

养殖场（户）首先在云追溯平台上进行基本信息备案。备案通过后，生成养殖主体码（格式见表2），下载并安装生猪养殖追溯APP，手工或自动采集养殖阶段涉及到进栏、饲养、防疫、出栏和销售运输、环境监控等关键控制点追溯信息（具体内容见表1），通过无线网络上传到云追溯平台。其中，幼猪一旦断奶后立即植入无源RFID标签（图4）[3]或者悬挂耳标（图5），实现猪只个体识别；销售运输时自动生成与销售运输批次、无源RFID标签或耳标关联的销售运输标签（图6），用于运输过程中的追溯及屠宰单位对生猪的验收。

2.4.2 屠宰加工追溯APP

图4 植入性无源RFID标签

图5 二维码耳标

图6 销售运输标签

图7 一体化追溯称重秤

屠宰厂（场、户）在云追溯平台上进行基本信息备案。备案通过后，生成屠宰单位编码（格式见表2），下载并安装屠宰加工追溯APP，通过APP扫描销售运输标签，对养殖场送来的生猪进行验收，验收通过后自动导入健康生猪数据。开展宰前检疫，一旦检疫结果不合格则将生猪退回到养殖场，待检疫合格后才可以正式进入屠宰阶段。工作人员采用APP手工或自动将宰前检疫、屠宰加工、宰后检疫、销售运输、环境监控等关键控制点追溯信息上传到追溯云平台。其中，生猪在剥皮前采用植入式无源RFID标签标识，在屠宰加工时采用加工批次号与挂钩RFID标签内容组合作为胴体标识[6]，并建立关联关系。对胴体分割的猪肉进行检疫，检疫合格后，生成猪肉标签。同样销售运输时生成与销售运输批次、胴体标识、猪肉标签关联的销售运输标签，用于运输过程中的追溯及猪肉批发单位对猪肉的验收。

2.4.3 猪肉批发追溯APP

猪肉批发单位在云追溯平台上进行基本信息备案。备案通过后，生成批发单位编码（格式见表2），下载猪肉批发追溯APP，通过APP扫描销售运输标签，对屠宰单位送来的猪肉进行验收，验收通过后自动导入猪肉数据，进行猪肉的入出库和销售运输。采用手工或者自动的信息采集方式，通过APP远程将追溯信息同步到云追溯平台。在销售运输时，自动生成销售运输批次与猪肉标签关联的销售运输标签，用于后续的零售单位对猪肉的检验入库和运输过程的追溯。

2.4.4 猪肉零售追溯APP

猪肉零售单位必须进行基本信息备案，备案通过后，生成零售单位编码（格式见表2），下载猪肉零售追溯APP，通过APP扫描批发市场的销售运输标签，手工录入猪肉的入出库追溯信息并同步到云追溯平台，利用一体化追溯称重秤（图7）自动将猪肉销售数据同步到云追溯平台。一体化追溯称重秤支持小票打印。

3 应用与结语

在泰州市农委的大力支持下，系统以泰州市地区为试点地区，试点应用范围覆盖了生猪养殖场、屠宰厂、猪肉批发市场、零售市场及超市等单位。试点应用结果表明，系统基本实现了猪肉质量安全从养殖到销售全程的监管与追溯，通过移动终端APP实现养殖、屠宰、批发、零售等关键点追溯数据的采集，从数据层面防止病死猪或者不合格猪肉流入市场，消费者也可以通过云追溯平台对猪肉进行扫描追溯，吃上”放心肉”，也极大地方便了监管人员对辖区内猪肉质量安全的动态监管[1，5]。当然在试点过程中也暴露了一些问题，如工作人员素质跟不上[8]，移动APP录入大批量数据时不太方便，现有企业物联设备厂商的数据共享意愿度不高，物联设备集成难，与现有政府主推的其他业务系统存在部分数据二次录入等。针对这些问题，应加强政策引导，制定相应法规，规范企业执行；同时进一步优化系统，设计出大批量数据导入定制界面，提高录入效率；定期组织系统操作培训，提高企业工作人员的操作水平；制定并公开系列物联网设备接口数据标准，鼓励设备厂商支持或对接接口标准；积极与政府相关业务系统主管部门对接，寻求与相关业务系统之间的数据集成，减少二次录入现象。

本文研究了一种基于移动物联网技术的猪肉质量安全全链追溯应用系统及体系架构，不仅可以广泛应用于跨不同地域之间的猪肉供应链，而且也为牛、羊等大型动物个体的供应链追溯[2，3]提供了参考途径。

[1] 王坤，白红武，王富国，等． 基于SaaS模式的江苏省农产品质量安全追溯管理系统研究[J]． 江苏农业科学，2014，42(12)：414-418．

[2] 范琦． 浅谈基于移动物联网技术的牛羊养殖产业质量安全追溯管理系统的设计[J]． 电信网技术，2014(11)：38-40．

[3] 杨奉阳，秦兴，陈浩，等． 基于云平台和体温标签的猪肉质量安全追溯系统[J/ OL]． 江苏农业科学，2016，44(10)：414-419．

[4] 赵雅萍，郝庆升． 吉林省猪肉质量安全追溯体系概念模型的建立——基于软系统方法论[J/OL]． 黑龙江畜牧兽医，2016，(16)：38-42．

[5] 王坤，周晶． 江苏省农产品质量安全追溯管理创新与成效[J]． 农产品质量与安全，2014(4)：72-76．

[6] 鲍晓成． 基于物联网的猪肉食品供应链可追溯体系研究[D]．长沙：长沙理工大学，2013．

[7] 杨耀臻． 基于移动物联网的蜂产品质量安全追溯系统研究[D]．杭州：杭州电子科技大学，2015．

[8] 蔡元，张成虎． 猪肉质量安全可追溯系统的研究现状及发展前景[J]． 猪业科学，2013，30(8)：36-38．

2017-08-12）

江苏省农产品质量安全专项(编号:2130109);公益性行业(农业)科研专项(编号:201303088)。作者简介：王 坤(1975—)，男，副教授、高级工程师，泰州市农业物联网工程技术中心副主任，江苏省农产品质量安全专家组成员，江苏省农产品质量标准化专业委员会委员，深圳安鑫宝农产品质量标准研究院研究员，研究方向：信息系统构架与农业物联网技术。