基于NFC的茶叶质量安全追溯系统的设计与实现

胡国强， 李 茵

(1.西北农林科技大学网络与教育技术中心，陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学信息工程学院，陕西杨凌 712100)

天南地北，城市乡村，很多国人喜欢饮茶，茶叶不仅醒脑，而且能消忧解困，有很好的养生保健功效。近几年，随着人们生活水平的不断提高和健康意识的增强，人们对茶叶的品质和安全也有了更高的要求，茶叶类饮品的品质和安全受到了各级政府以及广大消费者的高度关注，选择口感好、健康安全的茶成了一种必然趋势[1-2]。如何保障茶叶质量安全，让消费者放心购买茶叶已成为政府和茶企十分关注的问题。针对茶叶从种植到销售过程中出现的质量安全问题，如何利用信息技术进行预警、发现、追踪、溯源以保障茶叶的质量安全是近年来国内外学者重要的研究方向。根据调研发现，国内外很多学者采用食品追溯系统来保障食品安全，就追溯系统而言，蔡勇等采用二维码技术实现了中药质量可追溯系统[3]；孟猛等基于二维码技术实现了热带水果质量安全追溯系统[4]；刘佳采用二维码技术构建了农产品质量安全可追溯系统[5]；南潮等将物联网技术应用到猪肉制品追溯系统[6]；邓明华等设计了嵌入式Linux的农产品物流智能追溯系统[7]；刘鹏等利用射频识别(radio frequency identification，简称RFID)实现了肉牛相关产品的追溯系统[8-12]；张君继等利用RFID技术设计了蔬菜溯源终端[13]；白红武等利用地理信息系统(geographic information system，简称GIS)开发了肉品和生猪追溯系统[14]。国外发达国家均开发了追溯系统并已投入使用，与追溯系统相关的技术标准和规范十分健全。国内追溯系统缺乏统一标准和统一指导规范，缺乏便捷的消费者参与途径。随着带有近距离无线通信技术(near field communication，简称NFC)功能的智能手机日益普及，用户通过智能手机的NFC功能可以快速便捷地访问NFC标签中的内容，有利于推广追溯系统。因此，本研究建立基于NFC的茶叶质量安全信息可追溯系统，对茶叶的质量进行监管和全方位跟踪，为相关部门提供决策依据。

1 基于NFC的茶叶质量安全追溯系统的基本情况

1.1 追溯系统实施原理

从茶叶监管部门的角度出发，质量安全可追溯系统须要对整个供应链流程进行监控，能够实时上传溯源数据，根据这些数据快速定位出现问题的节点、企业以及原因，快速处理消费者投诉意见并及时对问题产品进行召回。从茶叶供应链节点企业的角度出发，追溯系统须要通过NFC系统及时采集数据，并根据危害分析与关键控制点(hazard analysis critical control point，简称HACCP)的原理来确定溯源信息[15]，将溯源信息上传至数据库，追溯系统对其进行整合。从茶叶消费者的角度出发，消费者可以通过输入NFC标签内存储的追溯码或通过NFC手机读取NFC标签进行产品溯源，一旦发现茶叶有质量问题，可以联系茶叶质量监管部门进行投诉。基于上述3种不同的角度考虑，构建茶叶质量安全追溯系统实施原理，结果如图1所示。

1.2 追溯系统总体框架设计

茶叶供应链流程可分为茶叶种植企业、加工企业、流通企业和茶叶销售企业。茶叶供应链企业可通过NFC采集系统写入和读取NFC标签信息，同时将要写入的信息提交给Savant中间件[16]，信息经过Savant处理后，传送到Internet的对象名解析服务(object name service，简称ONS)。在Internet上利用ONS找到这个茶叶产品信息所存储的位置，通过物理标示语言(physical markup language，简称PML)服务器将PML记录的茶叶产品信息存放到MySQL数据库。茶叶种植企业记录的产品信息随着供应链条最终传给茶叶销售企业，同时将写入NFC标签的信息实时上传到可追溯系统。

追溯系统总体框架可分为企业管理模块、茶叶种植信息采集模块、茶叶加工信息采集模块、茶叶流通信息采集模块、茶叶销售信息采集模块、Savant中间件以及ONS、PML数据库，具体设计框架如图2所示。

1.3 追溯系统主要模块设计

可追溯系统采用国际通用的电子产品编码(electronic product code，简称EPC)，供应链企业向中国物品编码中心(article numbering center of china，简称ANCC)申请注册EPC厂商识别代码，确定好标头和厂商识别代码后，供应链企业可自己设计分类代码和系列号。本研究的追溯系统主要运行于茶叶供应链企业的各个环节，监管部门作为系统管理员统一管理可追溯系统，严格控制供应链企业的准入，制定统一操作规范，方便供应链各企业利用各自的采集系统进行数据采集，方便用户、供应链企业、监管部门通过NFC标签或追溯码及时获取茶叶信息。可追溯系统按照功能可划分为企业管理、茶叶种植信息采集、茶叶加工信息采集、茶叶流通信息采集、茶叶销售信息采集五大模块，具体设计如图3所示。

1.3.1 企业管理模块 企业管理模块的主要功能是茶叶质量监管部门对茶叶供应链企业进行管理。加入供应链的企业都会分配EPC厂商识别代码，企业管理模块直接操作EPC厂商代码。操作动作有增加、删除、变更，对审核通过的新加入的企业执行增加操作，对不符合要求的企业执行删除操作，对违反食品安全法的企业进行记录，情节特别严重的通知企业进行产品召回。

1.3.2 茶叶种植信息采集模块 通过NFC读写器及时录入对该地块或该茶叶品种从种植到采收的整个过程中的信息，如种植时间、种苗来源、农资信息、施肥信息、喷药信息、采收信息、清茬信息等，重点关注农药和化肥的来源、使用量、安全间隔期等影响农产品安全的因素，这样在该茶叶品种完成溯源供应链的初始环节时，已将所有基本信息储存在电子标签中[17]。

通过NFC手机对茶叶种植信息进行采集，不仅提高了采集速度和准确率，而且为茶叶产品加工提供了基础数据，为茶叶产品的溯源提供源头数据。同时，把NFC读写器采集到的数据信息导入茶叶企业所有种植基地的种植管理数据库中，各个种植基地的本地数据库通过Internet网络定期上传数据到追溯系统的数据库。主管部门工作人员以及消费者可以通过企业监管模块与溯源查询系统实现对茶叶种植环节各项数据进行查询，从而实现茶叶的实时监管和质量安全追溯，具体设计如图4所示。

1.3.3 茶叶加工信息采集模块 茶叶加工企业从茶叶种植企业收购茶叶后进行加工，加工后转出给茶叶流通企业将茶叶进行仓储。加工企业从茶叶种植企业接收到带有NFC标签的茶叶，读取NFC标签中的内容，并将加工信息写入标签，形成最终的产品追溯码，同时将信息上传至茶叶加工信息数据库。主要采集的信息有茶叶加工企业信息、转入信息、加工信息、产品信息、产品追溯码和转出信息。

1.3.4 茶叶流通信息采集模块 由于茶叶具有吸附性强的特性，因而对仓储环境要求较高。茶叶产品入库前，利用NFC手机读取NFC标签来获取其保存的追溯条码，并自动上传至茶叶流通管理数据库，记录转入信息和仓库温湿度信息。

茶叶产品在出库前，利用NFC系统记录茶叶的出库时间等信息，并上传到茶叶流通管理数据库。茶叶在运输环节中，利用NFC标签可以实现在途货物的监控、跟踪及口岸检查。将NFC识别技术和全球定位系统(global positioning system，简称GPS)结合起来，可实现对茶叶运输车辆的实时监控和跟踪[18]，并将运输环节中的信息通过车载无线模块上传至茶叶流通管理数据库，整个模块设计如图5所示。

1.3.5 茶叶销售信息采集模块 茶叶销售企业在销售茶叶的过程中，先将销售信息如销售商、部门等信息写入NFC标签，再将销售企业信息、转入信息和销售信息上传到茶叶销售数据库。

2 茶叶质量安全追溯系统实现

追溯系统的开发使用ThinkPHP的策略模式，此模式将所有行为函数封装到接口中，并将某些模块特有的行为封装到抽象类中。当系统模块有多种策略可以选择时，可根据不同的情况选择不同的策略(算法)即调用不同的接口或抽象类，不用修改使用策略的中间模块来随意地改变策略。策略模式可以有效避免使用多重条件转移语句或代码重复，提高编程效率。

追溯系统基于流行的LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)架构开发，此架构由Linux CentOS 7.0操作系统、Apache 2.4网页服务器、MySQL数据库管理系统和ThinkPHP V5.0程序框架组成[19]。LAMP架构与Java/J2EE架构相比，LAMP具有资源丰富、安全、快速开发等特点，与微软的 .NET相比，LAMP具有通用、跨平台、高性能的优势[20]。因此，本研究采用LAMP对追溯系统进行构建，具体设计如图6所示。

广大茶叶消费者通过浏览器访问Apache服务器后进入输入茶叶追溯码页面，输入追溯码后可以追溯购买的茶叶供应链各个环节的信息。如果碰到质量问题可以在线投诉，监管部门以管理员的身份登录进追溯系统及时处理投诉信息。

MySQL数据库由管理数据库、茶叶种植数据库、茶叶加工数据库、茶叶流通数据库、茶叶销售数据库组成，管理员可以通过结构化查询语言(structured query language，简称SQL)对数据库进行维护。

该系统利用NFC技术将茶叶整个供应链采集的信息上传到数据库，确保用户能够通过NFC手机查询各个节点企业信息，同时用户也可以通过互联网在浏览器输入溯源码进行查询，追溯系统查询界面如图7所示。

3 结论与讨论

开发茶叶质量安全追溯系统记录茶叶生产链和供应链所有环节操作信息和数据，如果发现茶叶质量安全问题，通过茶叶质量安全追溯系统可以追溯到问题茶叶的种植企业、加工企业、流通企业、销售企业，这样不仅可以保障消费者的利益，而且可以稳定茶叶销售市场。本研究设计茶叶质量安全追溯系统各个采集模块，开发基于LAMP架构的平台的追溯系统。结果表明，采用统一供应链流程层次式体系架构、开发茶叶质量安全追溯系统是可行的；验证追溯系统的各个模块使用NFC采集系统是可行的。本系统设计时只考虑到各节点企业要实现的主要功能和溯源项，还须要对实际应用更加深入地调研，以满足各节点企业和消费者的不同需求。

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