物联网技术在食品安全中应用剖析

曲爱玲，刘红梅，马长路

（北京农业职业学院，北京 102442）

0 引言

2017 年，习近平总书记在党的十九大报告指出，提高保障和改善民生水平之一是实施健康中国战略，人民健康是民族昌盛和国家富强的重要标志。实施食品安全战略，让人民吃得放心，是实施健康中国战略重要环节[1]。2019 年，《中共中央、国务院关于深化改革加强食品安全的工作意见》提出，建立食品安全现代化治理体系，提高从农田到餐桌全过程监管能力，提升食品全链条质量安全保障水平[2]。在“十三五”期间，国家和地方政府均通过优化制度、健全机制、创新举措、标准引领等方式致力于食品安全治理。2021 年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》 （以下简称“十四五”规划） 提出，深入实施食品安全战略，加强食品全链条质量安全监管，推进食品安全放心工程建设攻坚行动，加大重点领域食品安全问题联合整治力度[3]。上述政策或文件表明，食品安全是我国战略发展的重要环节。

民以食为天，食以安为先。食品安全关系人民群众身体健康和生命安全，关系中华民族未来。物联网技术应用使命之一是为食品安全保驾护航，物联网技术势必成为解决食品安全问题的金钥匙。

1 物联网技术

1999 年，“物联网”术语被提出；2004 年，“物联网”术语开始广泛传播；2010 年，中国政府将物联网列为关键技术，并宣布物联网是其长期发展计划的一部分。时至今日，物联网技术逐步发展并成熟，物联网技术已成功应用在社会各个行业，并渗透在人们的日常生活中。

1.1 物联网定义

物联网可解释为物、物相连的网络，即将各种参数采集的传感器、具有RFID 标识的物品、视频监控系统、预警系统、执行机构，通过有线或无线的通讯网络连接到移动终端进行信息交互，实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术[4]。

1.2 物联网体系构架

物联网体系包括传感层、网络层、应用层三层构架。

物联网体系构架关键技术与功能见图1。

图1 物联网体系构架关键技术与功能

2 食品安全存在问题

食品安全问题关乎民生与安全，影响“十四五”规划健康中国战略、全面实现绿色生产与生活的奋斗目标，食品安全问题的预防和治理刻不容缓。食品安全存在的问题主要体现在食品原料种植或饲养、食品加工生产、食品运输流通、食品销售监管等环节。

2.1 食品原料

食品原料种植或饲养环节存在的普遍问题是原料种植或饲养过程中农药或抗生素过度或超标使用，种植或饲养环境不具备智能控制和管理，无法实现种植或饲养环节的全程可追溯监管与跟踪，导致食品原材料出现安全隐患。

2.2 食品加工生产

食品加工生产环节存在的普遍问题是加工生产过程缺少监管部门实时监督，加工生产环境不具备智能化，产品不具备唯一身份标识，无法实现加工生产环节的全程追溯。

2.3 食品运输流通

食品运输流通环节存在的普遍问题是食品存储及运输条件不达标、运输车辆实时定位或跟踪不准确、产品出入库等信息缺失，无法实现运输流通环节的全程监管与追溯。

2.4 食品销售监管

食品销售监管环节存在的普遍问题是食品无法实现唯一身份认证，对食品原料、加工、流通等环节所有信息及销售食品存放环境条件和临近保质期等参数均无从知晓，无法实现食品安全追溯。

3 物联网技术在食品安全中应用剖析

由食品安全存在主要问题得出除了必要的监督管理部门执法，食品原料种植或饲养、食品生产加工、食品运输流通和食品销售监管等环节的环境条件智能控制与所有环节信息存储与追溯，均可由物联网技术实现。物联网技术在食品安全中的应用主要体现在食品原料生产智能控制、流通运输、身份标识、追溯管理等4 个方面。

3.1 食品原料生产智能控制

食品原料生产智能控制主要体现在设施农业生产环境监控、设施农业装备、畜禽水产养殖环境监控3 个方面。

（1） 设施农业生产环境监控。设施农业生产环境监控主要是利用传感器技术采集设施农业作物生长环境的温度、湿度、光照度、CO2浓度、土壤温度、土壤湿度、土壤酸碱度、土壤中特定微量元素含量等参数信息，利用视频监控技术监控设施农业现场，通过有线或无线通讯技术将上述信息远程传输到数据库服务器，用户可在线远程监控各个参数并进行设置，实现远程操作与控制执行机构，实现设施农业（限温室大棚） 智能控温、智能滴灌、自动遮阳、自动补光等现代化、智能化管理。

（2） 设施农业装备。设施农业已由传统模式向现代化模式转型，从土壤翻耕、农作物播种、施肥、打药、收获均由设施农业装备完成，只需操作设施农业装备即可，大大提升了生产效率，保证了农作物生长和收获各个环节的同步，提高了食品原材料的质量，使食品安全源头得到了有力保障。物联网技术的日益普及，使设施农业装备发展飞速，从根本上节省了大量劳动力，实现了设施农业的优质高产高效生产。

（3） 畜禽水产养殖环境监控。畜禽水产养殖对环境有特殊的要求，可以使用环境温湿度传感器、NH3传感器、H2S 传感器、噪声传感器、光照传感器、PM2.5 传感器、液位传感器、O2传感器、水温传感器等有选择性地构建实现畜禽水产养殖的环境参数采集，通过无线网将数据上传到云端服务器，远程监管或控制执行结构动作，实现畜禽水产养殖精细化管理，为食品原料安全提供保障[5]。

3.2 流通运输

特殊的食品原料或食品成品在流通运输中对运输环境和时长要求相当严格，为防止运输过程中环境或其他因素造成食品原料或食品成品污染、变质、损坏、丢失等情况，利用物联网传感器技术、GPS定位技术（结合GIS 技术）、视频技术、网络技术等实现运输车辆智能化环境监控与管理，并实时定位、追踪运输车辆，使食品原料或食品成品保质、保量、快速送达给采购商。

3.3 身份标识

利用RFID 电子标签对食品进行身份标识，采用EPC 编码和EPC 系统，将食品原料生产、食品加工生产、食品流通、食品生命周期等各环节信息进行记载，使供应链每个环节信息均可查询、监控，保证食品安全的可追溯性。

3.4 追溯管理

面向食品生产企业，利用物联网应用层云计算、大数据、中间件等技术可开发食品安全追溯平台，实现食品安全实时在线监管和追溯[6]。食品安全追溯平台一般可实现管理部门食品安全监管服务、企业用户食品安全监管服务和食品安全全程管理信息互通服务，由政府、企业、消费者、第三方机构使用，实现食品追溯、防伪及监管；通过对食品企业质量安全数据的分析与处理，实现信息公示、公众查询、诊断预警、质量投诉等功能；追溯终端可采用电脑、手机及其他手持终端访问。

食品安全追溯平台追溯环节[6]见图2。

图2 食品安全追溯平台追溯环节

4 食品安全推动物联网技术发展

“十四五”规划对食品安全提出了新的战略部署，食品全链条质量安全监管及食品安全放心工程建设，势必对物联网技术提出新的技术要求。在食品安全战略和“十四五”规划物联网技术发展方向双重驱动下，物联网技术会突破技术瓶颈，得到质的飞跃。

4.1 推动物联网核心技术发展

“十四五”规划指出，推动传感器、网络切片、高精度定位等技术创新，协同发展云服务与边缘计算服务[3]。食品安全检测也将推动高精度、特殊功能新型生物传感器、电化学传感器的研发和技术创新，食品安全流通对运输车辆的准确定位与追踪也将推动高精度定位技术创新，食品安全追溯平台也将推动网络切片、云服务与边缘计算服务的发展。

4.2 聚焦物联网技术创新应用

“十四五”规划指出，加强关键数字技术创新应用，聚焦高端芯片、操作系统、人工智能关键算法、传感器等关键领域，加快推进基础理论、基础算法、装备材料等研发突破与迭代应用，加强通用处理器、云计算系统和软件核心技术一体化研发[3]。食品全链条质量安全监管也将促进上述技术、RFID 技术及网络安全技术的发展。

4.3 打造物联网接入能力

“十四五”规划指出，推动物联网全面发展，打造支持固移融合、宽窄结合的物联接入能力。固定物联网针对局域物联网的接入，通过固定宽度网络和网关设备实现相对固定的物联网设备的接入[3]；NB-IoT 已成为窄带、低速率和低成本物联网接入的核心方式，4G、5G 则组成了高速率、高带宽物联网接入的主要方式。食品原料畜禽类原生态养殖会进一步推动NB-IoT 技术发展，食品安全实时智能环境控制和追溯，将大力推动5G、6G 技术的发展。

4.4 物联网重要应用前景

“十四五”规划指出，培育车联网、医疗物联网、家居物联网产业，推动物联网技术在智能交通、智慧能源、智慧农业及水利、智慧教育、智慧文旅、智慧社区、智慧政务等数字化场景中的应用[3]。此外，食品安全管理与追溯也是物联网技术重要的应用之一。

5 结语

物联网技术为食品安全各环节提供保障，食品安全战略的深入发展体现在物联网技术在食品安全领域的深入应用和食品质量安全管理体系的健全和完善。食品安全追溯平台的应用为食品安全监管提供了便捷、实时的新途径，推动了食品市场监管的严格与规范，进一步保障了食品安全。食品质量的全链条追溯和食品安全现代化治理体系的逐步建立，确保了人民群众“舌尖上的安全”，为实现健康中国战略奠定了坚实基础[2]。