基于射频识别技术的猪肉质量安全溯源系统设计

练宇婷，伍雯静，陈乐如，廖威龙，肖欣红，赵晨煊

（广州工商学院，广东佛山 528000）

1 研究背景

近年来，我国猪肉的消费比例越来越高。动物疫病、兽药残留与饲料中有毒有害物质超标等问题，对消费者健康和安全造成了极大的影响[1-2]。由于生猪从养殖、屠宰、流通到销售等阶段所耗费的时间较长，有些猪肉没有溯源信息，导致消费者不易判断猪肉是否安全，而担忧猪肉的安全问题。

1.1 国内猪肉产品质量安全现状

随着国内经济的发展，人们的生活水平和消费能力也不断提高，猪肉早已成为人们餐桌上常见的食物，但猪肉在生产过程中容易受到微生物的污染，猪肉的安全性不高，严重影响了猪肉的质量安全。

1.1.1 生猪养殖场标准化建设程度低

在生猪养殖场中，尽管其标准化建设已有些基础，但总的来说还不够规范，缺乏科学性和全面性。由于粪便污水的处理不当、无防疫消毒措施等，生猪养殖场的卫生条件较为恶劣，使猪患疫病的概率大大增加，无法保障生猪肉的质量安全。

1.1.2 屠宰加工流通环节易污染

在生猪的流通环节容易受到污染。生猪肉在运输、储存和销售等环节中，冷链保鲜措施不到位，温度、湿度、时间和环境等因素也易加速生猪肉的自溶变质，而且在流通过程中的卫生条件较差，猪肉容易受到微生物污染。

1.1.3 滥用添加剂

有些不良猪肉生产商为了使收益增加，违规使用饲料添加剂甚至使用禁用的饲料添加剂，或者将一些死猪肉进行加工并销售，使这些质量不过关的猪肉流入消费市场，让消费者的健康受到巨大的威胁。

1.1.4 兽药残留

生猪养殖场在养猪的过程中，有些养殖者养殖知识缺乏、养殖经验不足，为得到更好的收益，长期超量使用兽药或滥用兽药，不仅会使生猪耐药性增加，还会导致兽药在生猪体内蓄积，出现兽药残留的情况。若经常食用含有兽药残留的猪肉，人体会出现慢性中毒现象，身体健康会受到较大影响[3]。不仅如此，兽药会以原形或代谢物等形式随生猪的排泄物排泄出来，既会产生污染问题，又会对生态环境造成影响[4]。

1.1.5 监管不到位

我国的猪肉监管体系存在较大的不足。因为监管职能分散在各个部门，导致职能部门在立法时条款不够严谨，容易造成法律监管盲区。在食品安全问题上，农业农村、质量监督、工商管理等部门都有监督管理职责，但在实际执法中，多个部门职能交叉，容易发生“踢皮球”等责任推诿现象，导致食品安全事故发生频率增加[5-6]。

1.2 国内猪肉安全溯源系统现状及发展趋势

政府一直大力地推进食品安全可追溯系统，使企业越来越重视食品可追溯系统，发布各种政府文件强调可追溯系统的建设，加强监督管理以保食品安全。但我国现存的猪肉溯源系统中，存在信息流不匹配、系统软件不兼容导致源信息无法进行资源共享和交换的问题。具体表现为现有系统可追溯性信息内容不一致，有简单和复杂之分；食品质量追溯终端的缺乏和服务模式的可行性阻碍了系统的推广和传播[7]。

要解决我国猪肉溯源系统的问题，应该从以下几个方面解决。①对猪肉的质量追溯管理标识规则进行规范，利用管理标识（如二维码、安全码），提高产品在生产和销售链中的可追溯性，以识别产品的身份、历史和产地。②建立和改进多层次互联的可追溯网络，对于有问题的食品，可以利用二维码等管理标识快速追踪，保证食品安全。

2 猪肉安全溯源系统的信息采集系统设计

2.1 RFID信息采集系统工作原理

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它能通过射频信号的传输特性自动识别目标对象，获取相关的信息数据[8]。RFID技术不需要人工的干预即可进行识别工作，其不仅可以识别高速运动物体，还可同时识别数个标签，操作快捷方便[9-10]。

RFID养殖追溯管理通过超高频RFID技术开发了动物识别和溯源系统，主要用于跟踪和监控动物的饲养、运输和屠宰，以及在发生疫情时对动物进行跟踪。该系统允许相关部门追踪可能被感染的动物，以确定它们的所有权和历史踪迹，并且可以对动物从出生到屠宰的过程提供实时可靠的数据[11-12]。

2.2 猪肉安全溯源系统的信息采集

2.2.1 生猪采购信息采集

生猪一般是由屠宰厂向具有检疫证等相关证明的养殖场、猪贩子或生猪养殖散户进行购买。一般情况下，刚采购的生猪在屠宰前会再养一两天，方便统一对其进行屠宰前的管理，做好检疫工作。

（1）养殖户的信息。养殖户的信息管理包括大型养殖场、猪贩、养殖散户等，记录其养殖户的类别、联系人姓名、养殖场地、养殖数量、手机号码及地址等信息。养殖户的信息属于基本信息，不会经常有变化[13]。

（2）采购信息。在采购前需查看供货商是否具有相应的证件。采购信息需要记录好生猪品种及价格、采购者、采购时间、养殖者、养殖过程和健康情况等。对于不同的采购会有不同的采购信息，所以采购信息的录入由系统设置相应的采购管理功能进行。

（3）生猪查询码信息。生猪查询码信息可以通过读取电子耳标里的溯源码获取，溯源码记录了生猪一生的所有信息。

2.2.2 生猪屠宰信息采集

屠宰信息需要记录屠宰时间、内脏处理、割头和割尾等信息。首先要记录好生猪的屠宰时间，可以参考生猪套脚时的时间，在生猪屠宰的流水线上，每个环节的工作台都要安装RFID读卡器，有些环节还要安装RFID读写器与二维码扫描枪等。在生猪屠宰时会先用RFID读卡器读取耳标里的生猪追溯码，再把读取到的信息发送到电脑系统里，系统会记录好相应的信息。RFID标签在生猪上轨道后需替换，轨道的单钩也要换成双钩[14]。利用RFID读卡器把生猪追溯码的信息发送到系统中，系统会将溯源信息同步到读写器和双钩中，由流水线提升到上轨道，继续屠宰。将生猪的内脏放在含有RFID标签的盘中，生猪追溯码的同步过程与上轨道环节相同。检验内脏需利用RFID读卡器，把生猪追溯码传输给系统，操作者则需确认检验结果是否合格，将检验结果同步至系统和追溯码中。最后，将生猪割头割尾后，利用二维码扫描枪扫描猪头猪尾的产品追溯码，与生猪追溯码一同关联在系统上，完成后该时间则为产品的生产时间。

2.2.3 分割加工信息采集

在分割加工过程中使用的低频RFID技术较少受到金属的干扰屏蔽，抗金属影响能力较强。除了作为白条肉上市的产品外，还要对猪体进行分割加工，通常将一头猪分割加工，最终可以变成200多种不同的猪肉产品[13]。生猪被屠宰分割后，作为识别肉质来源的基础，将会对猪的各个体位部分分别采取不同的标记方式，再将各个部位的身份识别代码输入。此时电子标签按原生猪的耳标及按屠宰分割的批次顺序分类管理，登记管理人员可在检验合格后进行检验。同时，分割人员的编号应与原生猪的识别身份序列号一起传递，作为未来确定猪肉有关责任的依据。

2.2.4 肉品流通信息采集

在肉品的流通阶段，主要记录的是产品流通信息，是在对可批量、迅速识别的产品进行定位的基础上进行的。猪肉产品可按介质分为二维条码介质和RFID标签介质两类，这是根据其携带不同的产品溯源码所划分[13]。对于二维条码介质，由于其属于接触感应的性质，不适合在快速、流畅的情况下进行识别。所以在肉品流通信息采集环节中，只定位带有RFID标签的猪肉产品，主要是白猪肉片。因此，需要安装RFID读卡器在较为重要的位置点，如在分割操作台、厂房出口安装RFID感应器。系统在通过产品时，会自动检测并读取RFID标签上的产品可追溯码，记录经过的时间和地点，生成产品流程信息。

2.3 信息采集系统的设计

猪肉安全溯源系统的信息采集系统采用“无线”和“有线”结合的组网方式。因为在生产过程中要安装大批读卡器，如果使用有线的则会增加布线难度，还可能会有安全隐患，所以采用无线通信的方式。无线收发器与服务器相隔略远，则采用有线的方式。通过分析后发现，通常要用到二维码扫描端，就要有RFID的相关设备，如RFID读卡器与读写器。为减少成本，简化操作步骤，可以使用移动手持终端，它有与RFID相关设备一样的扫描和读卡功能，使用起来也更加方便灵活。利用无线收发器的无线网络，手持终端可以采用无线形式。通过无线收发器与采集端的读卡器、手持终端等，实现数据的互通[15]。

3 猪肉安全溯源管理系统设计

3.1 需求分析

3.1.1 消费者的需求

我国猪肉消费群体非常庞大，是猪肉安全溯源管理系统的主要用户。随着消费者各方面的意识不断增强，对猪肉产品相关信息、猪肉信息发布情况、生产经营者信息等的关注度越来越高。

3.1.2 监管者的需求

生猪养殖企业、生猪屠宰企业、猪肉加工企业等产业链中的生产者非常缺乏制度建设的条件、动力和压力。因此，政府部门只能从监督的角度带头进行系统规划、建设和管理[13]。

3.1.3 生产者的需求

①猪肉及其产品生产企业需要利用信息管理和沟通功能，对猪肉采购、检验、储存等信息功能进行登记，生成并提供可追溯性二维码，查询相关管理信息和生产流程。②屠宰和产品生产线中，猪肉的流通和加工需要依靠RFID技术读取和解释二维码，并传输准确信息。③系统可以为厂家提供方便的订单管理、报表管理、订单数量、发货和收支等功能。

3.1.4 销售者的需求

在销售阶段，卖家的主要需求是记录产品的销售信息。由于产品可追溯性代码的媒介分为两类，因此需要分别对这两类进行分析。①对于有媒介的猪肉产品，产品追溯码由系统的传感器读取和解读，可以清晰地查询并记录当前销售的猪肉追溯码[13]。而在销售过程中，对于在猪肉产品中切割下来的个体产品，系统将保存的产品可追溯代码与包装袋上的二维码和猪肉产品可追溯代码相关联。因此，客户可以通过包装二维码查询猪肉产品的原产地。②对于带有二维码的包装猪肉产品，操作较简单，只需要扫描即可得出产品的相关信息。

3.2 系统结构

使用该系统的用户具有区域性，特别是在可追溯性查询中，该系统面对所有人员，包括消费者、生产商和监管机构。这些群体的分布区域可能不同，因此在设计系统时应考虑群体的特点。最重要的数据库和服务管理程序应由相关政府部门维护和管理，以保护信息的安全性和可靠性。

3.2.1 软件体系架构设计

该系统主要着眼于快速的开发速度，所以使用的技术较为简单。①系统使用网络架构技术为主，数据开发技术为辅，可以快速构建系统的框架。②采用SQL Server数据库，操作界面简单，与网络平台连通性强。③利用Web服务接口技术实现应用系统之间的跨平台信息交互。

3.2.2 系统网络结构设计

系统网络设计如图1所示。

图1 网络结构设计

3.2.3 软件总体设计

根据用户要求进行设计，如图2所示。

图2 软件总体结构

3.3 数据库设计

3.3.1 数据采集、筛选与整编

系统数据主要来源于生猪采购、屠宰、分割加工和肉品流通等环节中通过RFID技术采集的信息。生猪采购环节数据，主要有养殖户信息、猪生长信息、饲养信息、防疫信息及使用兽药情况等基本信息[15]。屠宰环节数据，主要有屠宰企业信息、猪检疫信息、检疫员信息等。分割加工数据，主要有分割加工企业信息、加工过程信息等[16]。肉品流通环节数据，主要有运输企业信息、仓储企业信息、复检信息、销售信息等。这些数据根据服务主体及他们的不同需求进行筛选与整编，分为溯源查询数据总库系统、企业生产数据子系统、质量监管数据子系统，采用SQL Server数据库进行数据的储存[13]。

3.3.2 数据库整体结构设计

溯源查询数据总库包括生猪信息表、检疫信息表、企业信息表，物流信息表等，为企业生产数据子库和质量监管数据子库提供数据支持。数据库整体结构设计如图3所示。

图3 数据库整体结构设计

4 结语

本文对国内猪肉产品安全问题进行分析，提出对生猪的信息采集、屠宰生产过程以及后续流通全程进行监督跟踪，利用RFID技术确保消费者购买到品质良好的鲜肉。猪肉的安全溯源系统基于RFID技术，此技术一物一码，保证大数量的物品也不会混淆，为食品安全提供保障和追溯。

在日常生活中，RFID技术广泛应用于收费站以及超市打包收银中，在食品的全程追溯中，也取得了一定成果，逐渐在食品生产流通等过程得到应用。但推行成本高，推行程序复杂，大面积的推广应用还是难度较大。目前国内的溯源跟踪系统和手段日益成熟，除RFID技术外，还有一、二维码识别技术、GPS技术、EAN-UCC系统等，由于推广面积不大，还是要借助国家层面的大力帮助和投资研发，希望国家以及各地方政府加大对食品安全的精准管控以及出台有效保障食品安全的法律法规，提高消费者对食品安全的信心。