基于物联网的果品质量信息溯源方法研究

张伟， 杜聪聪， 任洁， 刘艳(.咸阳师范学院 计算机学院，咸阳 72000； 2.苏州大学 计算机科学与技术学院,苏州 25006)

基于物联网的果品质量信息溯源方法研究

张伟1,2， 杜聪聪1， 任洁1， 刘艳1
(1.咸阳师范学院 计算机学院，咸阳 712000； 2.苏州大学 计算机科学与技术学院,苏州 215006)

在分析果品质量信息溯源现状的基础上，提出了基于物联网的果品质量信息溯源体系架构，通过分析果品溯源信息链的构成，利用射频、溯源编码等关键技术对本方法实现。为果品信息溯源提供了一种有效的途径，提高了果品质量安全监管的力度。下一步的工作是在咸阳地区果品的生产、储藏、销售等环节中进行测试，不断完善本系统的基本功能，为果品质量信息溯源提供更加有效的方法，为政府部门对果品的质量监管提供一种有效的方式。

物联网； 果品； 质量； 溯源方法

0 引言

伴随着全球绿色革命的兴起，人们的饮食结构也发生了重大改变，由原来“吃得饱”到如今“吃得安全、吃出健康”，水果在人们日常消费中占据的比重逐渐提高。由于受计划经济和传统农业的影响，以及果品加工水平、市场化程度低，种植户没有把果品质量安全放在首位，受“重数量，轻质量”生产观念的影响，果品质量安全问题逐年加重。面对诸多因素，如何有效管理果品质量安全，已成为社会关注的热点之一[1]。鉴于目前发达国家在果品安全管理取得的成功经验，利用当下先进的物联网、无线射频识别、编码等关键技术，建立一套安全有效的果品质量安全追溯方法，为消费者提供一套简便的查询与溯源方式，使果品各个环节得到确实、安全的保障，既为消费者提供一个方便有效、安全透明的消费方式，又为政府部门加强果品质量安全管理提供了一种有效的途径。

1 果品质量信息溯源的总体概况

1.1 果品质量信息溯源的现状

溯源是指通过登记的识别码，对物品或行为的历史和使用或位置予以追踪的能力，涉及信息记录、采集、传递、追踪等[2]。果品供应链环节众多，并且果品自身也潜在许多的不确定的因素，导致果品质量安全不能及时发现，并对果品的生产、贮藏及运输时间有严格的要求[3]。目前果品安全的现状主要表现在：①果品安全生产能力不强；②果品质量安全意识淡薄；③果品质量安全监督及果品质量安全检测程度与果品质量安全普查力度薄弱等。

1.2 影响果品质量信息溯源的主要因素

自从二十一世纪以来，果品质量安全问题的不断发生，对消费者身体健康产生了一定影响。面对频繁发生的果品质量安全事件，果品信息溯源的方法成为了当前的研究热点[4]。消费者在整个信息溯源中有着及其重要的地位，消费者能否积极进行溯源，将会直接影响到整个果品溯源的有效性及果品质量水平的提高。果品质量信息溯源的主要因素有：①果品在生产过程由于防治病虫害而滥用农药、为了增加产量而超标使用化肥等导致果品农药残留超标；②某些种植户为了提升水果的“颜值”而使用增色剂或膨大剂，有的种植户为了追赶上市时间而使用催熟剂等，这些添加剂的使用导致果品中残留对人体有害激素的增加；③果品运输与流通企业专业化水平不高，政府监管力度不强；④果品的销售环节管理机制不健全，难以确保果品质量安全。

2 关键技术介绍

2.1 物联网技术

物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮[5]。物联网是将相关物品通过感应设备，如射频装置、红外感应器、GPS等装置与互联网连接起来，实现智能化识别和管理[6]。物联网的基本架构由三层构成，分别是感知层、网络层及应用层[7]。在三层中，由感知层实现对物体的感知和识别，由网络层实现对采集信息的传输，由应用层实现物联网的智能应用。目前，物联网的应用基本覆盖了包括果品在内的绝大多数有行业，无线射频识别标签技术(RFID)和无线传感器网络技术(WSN)是物联网中应用最为广泛的两项技术。

2.2 射频识别技术

射频识别技术(RFID)，又称电子标签，是一种通信技术[8]。它利用无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，它由一个询问器和很多应答器构成，主要用于物体的检测、跟踪与控制等。在果品信息溯源系统中RFID系统由附着在水果上的电子标签和阅读器构成，电子标签存储果品的相关信息，由阅读器将采集信息通过网络传输到果品信息处理平台，最终实现信息的共享及管理。通过果品质量信息溯源系统使得水果的种植、贮藏、运输、销售等环节等到了有效的监管，降低了果品管理成本，为促使果农提高果品质量提供了依据。

2.3 溯源编码技术

条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列以表达一组信息的图形标识符[9]。通常的条形码是由反射率相差较大的黑条(简称条)和白条(简称空)组成的平行线图案[10]。而果品溯源方法研究里提出了一种具有果品特征的溯源编码，其编码方式有两种[11]：一种是采用20位长码，其含义为类别(1)+行政区划(6)+公司(2)+产品(2)+日期(6)+批次号(3)；另一种是采用10位的短码，其含义是类别(1)+日期(5)+品种(2)+序列(2)，方便消费者通过短信或电话的方式查询。

3 基于物联网的果品质量溯源架构

3.1 溯源体系的构建

该溯源体系就是把物联网技术运用到果品生产的各个环节中，得到采集精准的实时信息，将物联网的在线监测、定位追溯等功能和果品的溯源结合起来，以物联网技术为前提，在现有成果的基础上，进一步对信息感知、传输及智能处理终端加以优化，实现了对果品的种植环境、生产过程、储存、销售的全过程的信息感知及查询。上述果品质量溯源系统，不仅便于果品产销管理，而且可以大大提高质量安全管理的信息化水平，保证果品质量安全信息的收集、检测和反馈，保证质量安全监管成效，基于物联网的果品信息溯源系统架构,如图1所示。

图1 基于物联网的果品信息溯源系统架构

3.2 果品溯源信息链

根据水果的特点及果品信息质量的溯源要求[12]，设计了如下溯源信息链，实现信息记录和传递功能，果品溯源信息链,如图2所示。

图2 果品溯源信息链结构图

(1) 生产阶段，通过基于物联网的种植环境信息采集系统实时记录果园的温度、湿度、光照等信息，并保存在果品信息溯源系统的远端服务器上，为果品溯源提供信息。

(2) 贮藏阶段，对采收后的果品在冷库中立即进行预冷处理，并在指定温度下进行择拣和包装处理以及粘贴专门设计的果品溯源标签方便日后查询。

(3) 运输阶段，利用GPS定位果品运输全过程，可实现对运输位置的即时查询，从而保障果品运输环节的安全性和时效性。

(4) 销售阶段，通过果品上的“身份证号”，可实现果品原产地、种植环节、果品认证、营养价值等相关信息进行查询。

4 目前存在的问题及解决方法

目前，物联网技术仍处于产业化发展初级阶段，溯源体系可以一定程度地解决果品质量安全问题，以下是果品各个环节存在的质量管理信息缺失问题以及相应的解决方法。

(1) 果品生产阶段，有两个问题：一是果品的田间信息没有详细记录，应在每次田间操作后，交由专业的操作员详细记录各个作业信息，如：施肥、除草、农药喷洒等信息的记录；二是果品的环境信息记录不够准确细致，应由基于物联网的环境信息采集系统实时记录。

(2) 果品加工阶段，有两个问题：一是保鲜问题；二是包装问题。水果采摘后存入冷库前进行一定的处理，并在一定温度下挑拣果品、包装。果品的溯源条形码应在包装之前预先准备好，以节省包装的时间。

(3) 果品运输阶段，运输路线记录不准确，应该通过Google Earth地图和GPS定位系统对物流的运输线路进行实时记录，由信息采集系统对运输过程的温度，湿度等数据进行详细记录。

(4) 果品贮藏阶段，对于仓库的选取、贮藏温度、湿度等数据，果品的出、入库时间等信息没有明确的记录，应交由信息采集系统详细记录仓库信息以及各个时间段内的果品贮藏的温度、湿度等数据，果品的出、入库时间等信息。

(5) 果品销售阶段，对于果品的销售以及售后反馈意见的记录，应由各销售员对销售时间等进行详细记录，并可以通过果品条形码对其进行查询。

5 总结

基于物联网的果品质量信息溯源系统实现了果品在生产、加工、运输、贮藏及销售等各个环节的信息共享，提高了果品的各个环节的透明度，为精准农业提供了依据。通过该体系种植户不仅可以得到技术的帮助以便提高果品的产量和质量，而且又可以通过共享每个地区特色果品的供求信息来增加收入；政府部门可以得到准确、真实的基础数据，加大政府的监督力度，确保果品的生产与消费安全；消费者可以进行果品信息溯源来查询果品的营养价值、无公害、产地、营养成分等相关信息，以提高消费者的果品安全。总之，果品质量信息溯源系统的实现有效地提高了果品生产、流通、消费的透明度，促进了果农生产优质水果的积极性，为消费者购买放心、健康水果提供了保障。下一步的工作是进一步优化本果品质量信息溯源系统的功能，在便捷性方面为更多的消费者所采用，使其能与“互联网+”消费模式相适应。

[1] 周春华,吴慧.我国果品安全存在的问题及对策分析[J]. 食品安全质量检测学报, 2013(5):1366-1372.

[2] 马懿，林靖，李晨，等.国内外农产品溯源系统研究现状综述[J].科技资讯, 2011(27):158-158.

[3] 赵震, 张龙昌, 韩汝军. 基于物联网的食品安全追溯研究[J]. 计算机技术与发展, 2015, 25(12):152-155.

[4] 庞星.果品质量安全追溯系统的设计与实现[D].西安:西安理工大学, 2013.

[5] 黄叶珏.基于物联网的农产品质量安全可追溯平台的设计与实现[J].绿色科技, 2013(1):266-268.

[6] 白红武，孙爱东，陈军，等.基于物联网的农产品质量安全溯源系统[J].江苏农业学报, 2013, 29(2):415-420.

[7] 李瑞华,乔玉峰,刘峰,等.基于物联网的矿井安全检测系统设计[J].电子设计工程, 2016(2):135-136.

[8] 李彪, 蒋平安,宁松瑞,等.基于RFID和二维码技术的新疆哈密瓜溯源系统[J]. 农机化研究, 2014(8):196-201.

[9] 刘东旭.基于复合通讯模式的条码RFID融合终端的研究与开发[D].北京:北京邮电大学, 2012.

[10] 阚言亮.条形码在磁带管理中的应用[J].声屏世界, 2012(2):56.

[11] 濮永仙.基于物联网的果蔬产品溯源系统编码技术研究与实现[J].江苏农业科学, 2016, 44(8):414-418.

[12] 夏之云, 郭波莉, 魏益民,等. 水果产业链追溯关键指标筛选及模块构建[J]. 核农学报, 2014, 28(5):890-896.

AStudyofFruitQualityInformationSourceMethodBasedontheInternetofThings

Zhang Wei, Du Congcong, Ren Jie, Liu Yan
(1. School of Computer, XianYang Normal University, Xianyang 712000;2. School of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006)

The present situation of information traceability of fruit quality was analyzed firstly, a fruit quality information traceability system based on the Internet of things was put forward. Through the analysis of the composition of fruit traceability information chain, this method was been realized by key technologies such as RFID, traceability coding, and so on. This method for fruit information source provides an effective way to improve the fruit quality and safety supervision. The next step of the work is to test the system in the process of production, storage, sale and other links of fruit in Xianyang area, perfecting the basic functions of this system. This will provide a more effective method for the fruit quality traceability and will provide an efficient way for the government supervision in the quality of the fruit.

The Internet of Things; Fruit; Quality; Traceability

2017.04.01)

咸阳市发展研究院科研项目(16 XFY013)，国家级大学生创新训练项目(201610722023)

张伟(1981-)，男，副教授，硕士，研究方向:物联网与嵌入式系统等方面的教学和科研工作.

杜聪聪(1991-)，男，咸阳师范学院计算机科学与技术专业2014级本科生.

刘艳(1991-)，女，咸阳师范学院计算机科学与技术专业2014级本科生.

任洁(1991-)，女，咸阳师范学院计算机科学与技术专业2014级本科生.

1007-757X(2017)10-0024-03