基于物联网技术构建现代农业种植及食品溯源系统

陆秋俊

摘要    为了解决食品安全问题，需从控制食品生产的源头种植开始，并对加工、存储、运输、销售等过程进行全方位的监控。使用物联网技术的相关自动化设备，实现现代化农业生产。实现自动化控制种植过程，自动采集食品生产过程的信息，结合计算机信息网络，构建食品生产全过程监控与溯源系统，以期为生产者提供科学的生产方式、为管理者提供现代化的管理手段、为消费者提供产品的生产信息，从而保障食品安全。

关键词    物联网;自动化控制;现代化农业;食品安全;食品溯源

中图分类号    F322        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）22-0252-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    In order to solve the problem of food safety，we should start from controlling the source planting of food production，and carry out comprehensive monitoring on the process of processing，storage，transportation and sales.Using the automation equipment related to Internet of things technology to realize modern agricultural production.Achieving automatic control of the planting process，automatically collecting information on food production processes，combined with computer information network，constructing food production process monitoring and traceability system，in order to provide scientific production methods for producers，to provide modern management means for managers，to provide production information for consumers，so as to ensure food safety.

Key words    Internet of things;automation control;modern agriculture;food safety;food traceability

由于近年来世界各国不断出现食品安全问题，食品安全难以得到保障，使人们对食品的安全产生了不信任感，也使信誉良好的食品企业受损严重。计算机的出现、互联网的出现、物联网技术的发展等为解决食品溯源带来了新希望。利用实时高效的计算机信息系统和物联网技术可以构建现代化农业种植和养殖基地，从食品源头控制，记录从种植（养殖）到最终上餐桌的食品生产过程，记录包括食品生产的时间、地点、施药、加工、检验、储存、冷藏、运输、销售、食用、消费者信息等过程信息，建立溯源数据库系统。

建设现代化的生产基地，采用先进技术确保食品质量，建设食品可追溯体系。实现食品溯源能帮助企业监控食品的整个生产过程，只有监控物料流动全过程，记录食品加工过程中的关键信息，才能解决食品安全问题，同时这也是基于物联网技术构建现代化食品生产体系和食品溯源系统的终极目标。

1    目前国内外保障食品安全方面的措施

我国保障食品安全的措施已逐步实施。一方面，国家立法层面已经出台了食品安全监管领域的相关法律法规;另一方面，正在开发利用相关的技术和信息系统实现对食品生产、运输和销售的各个环节来实施监管，特别是近几年来兴起的物联网技术，开始应用于食品安全领域，相比于传统手段，其具有先进性和优越性。首先，利用物联网技术和数据库技术，通过手机、电脑等居民常用手持设备即可查看食品生产过程中的原始信息，为食品安全监督提供可靠保障。其次，现代农业生产基地也开始实施，提高了食品生产的自动化程度，进一步提高了食品质量。目前，美国、日本和一些欧盟国家已经开始建立食品溯源系统，对某些食品已经开始强制实施安全追溯要求。一方面，消费者可以查询详细的食品信息;另一方面，如果有食品安全事故发生，则可以快速有效地切断所产生的不良后果，提高對公共安全卫生事件处理的快速反应能力。

2    基于物联网技术构建现代农业种植及溯源系统

2.1    几种常用的物联网技术

2.1.1    条形码技术。计算机通过条形码读取设备，可以将数据自动输入到计算机，速度快、效率高，在计算机信息处理过程中得到了广泛的应用，主要包括一维条形码和二维码。

2.1.2    RFID技术。食品生产及溯源主要涉及食品原料生产、食品加工过程、食品存储、物流、销售等众多环节[1]。RFID能够无线传输，可以方便地应用在食品溯源系统中，具有唯一性，能够记录食品从原料到餐桌的加工全过程关键信息。

2.1.3    光学字符识别技术及动态视频监控。光学字符识别OCR，利用图像输入设备，将图像输入到计算机，并对获取的信息去噪、矫正、信息提取处理，得到所需信息[2]。视频监控则可以很好地动态记录生产过程。

2.1.4    ZigBee技术。ZigBee是一种无线短距离通讯和控制技术，其是一种功耗消耗低、传输速率也比较低的无线技术，经常应用在物联网的测量和控制系统中。

2.2    农业物联网

物联网是计算机技术和互联网应用的延伸。物联网是物物相连、人物相连的一张大网，包罗万象、应用广泛。农业物联网可以实现农业生产自动化、现代化，采用传感器测量土壤的温度、湿度等大地数据，也可以通过其他传感器获取生物信息，实现农业生产过程的自动控制，对农作物的生长环境自动监测和控制，促使农作物良好生长。农业物联网也可以实现农产品加工环节自动化，实现农产品运输过程的智能化监测和控制，实现食品溯源的过程控制，也可以利用电子商务完成农产品的交易过程。应用物联网技术，在农业领域可以完成生产数据的自动录入，利用数据库分析数据，从而实现农产品溯源。由电子标签、条码、传感器、计算机信息交互网络等构建食品追溯系统，将农产品信息输入数据库，实现相关企业之间或消费者之间的共享。

2.3    食品溯源的要求

对于食品溯源来说，可追溯性的含义主要指可以追溯食品原材料、食品生产的过程、食品的运输温湿度环境、运输线路以及食品销售的相关部门、价格、时间、地点等。食品溯源必须记录食品从原料到加工、再到餐桌全过程中形成的关键数据信息，使加工企业能对整个生产过程进行监控和管理，消费者能够查询食品加工过程形成的主要记录[3-4]。

2.4    利用ZigBee构建的农业种植测控系统

传统农业使用普通的、不连网的机械和电气设备，主要依靠人来判断、监测农作物的生长环境和生长状况。ZigBee广泛应用在物联网系统中。采用各种参数测量传感器和Zi-gBee传输、控制网络后，农业生产逐渐可以实现自动化，实现远程控制和智能化控制。利用ZigBee组成的网络将农业生产数据传送到中央控制设备并可由计算机程序作出辅助决策，供农民参考。

2.5    物联网食品溯源系统

采用物联网3层总体架构，利用相关数据采集设备、种植大棚生产环境控制设备、数据信息和控制信息传输设备、数据库软件、网站设计软件等，完成系统的设计和实施。本系统涉及的参与者有生产企业、质检部门、销售、银行、消费者等。在分析溯源需求后，确定应用系统包括6个基本模块，即生产、检验检疫、加工、超市销售、付费管理、溯源等，各功能模块如图1所示，网络拓扑结构如图2所示。

将物联网技术应用于现代化农业生产和食品溯源系统中，依据物联网的3层模块化结构，根据食品生产的特点，利用电气自动化中的硬件设备和软件技术，构建基本的食品溯源框架：①测量参数和记载相关信息的传感器设备，例如温湿度传感器、RFID标签、一维码、二维码等;②传输信息的通讯设备及信道，例如ZigBee网络、Wifi网络、以太网等;③执行及控制机构，例如温湿度控制器等。

3    优势

物联网技术应用在食品安全追溯中，可以实现食品产业链的各个环节信息采集、传输和分析处理，建立食品溯源数据库，实现食品溯源[5]。物联网应用在食品溯源中具有一定的优势：一是可以对生产、存储、超市等食品加工及运输过程中各个关键节点的食品信息作实时的全程记录，达到有据可查的效果，相比手工输入数据，具有实时和存储数据量巨大的优势。二是采用RFID、Zigbee等物联网技术，使各环节实现自动数据录入和读取，避免数据丢失或人为干预，保证食品安全信息的可靠性。三是可以及时查询网络数据库中食品生产的过程控制信息，并能够加强食品生产过程监管，区别于以往的管理方式。四是对出现安全问题的食品进行溯源分析，加强食品安全监管的时效性，并可以有选择性地回收有问题的食品。五是食品安全监管可以细化到具体的一件食品或者一个控制点，提高了监管效率和效果，減少了监管的耗费。六是使用食品溯源的预警功能，监管部门可以把有限的人力和物力使用在特定时间、地域内，集中在容易发生状况的特定食品生产环节。

4    结语

物联网应用于食品生产、安全监测和追溯有很大的优势，可实现先进的监管理念，即由农场到餐桌全程监控。依据物联网的3层技术架构，构建现代化农业种植、养殖、生产加工基地，利用相关的物联网数据信息录入设备将食品生产、加工、储存、运输以及销售过程中的关键数据录入数据库，最后通过溯源系统可以查询相应的食品溯源数据，可以实现食品安全溯源功能。

5    参考文献

[1] 徐强.浅析无线射频识别技术（RFID）在食品安全追溯中的应用[J].物流科技，2015（3）：101-103.

[2] 赖文，李长珍，任红宇.农产品溯源体系研究现状[J].四川农业科技，2014（1）：51-53.

[3] 焦玉聪，张立新，黄庆林，等.基于RFID及二维码的肉制品质量安全溯源系统[J].江苏农业科学，2017，45（5）：215-218.

[4] 崔涛.浅谈物联网技术积累与发展前景[J].数码世界，2017（6）：112.

[5] 高浩天，朱森林，常歌，等.基于农业物联网的智能温室系统架构与实现[J].农机化研究，2018（1）：183-188.