物联网技术在农产品质量监测与溯源中的应用研究

谢茂南

(无锡旅游商贸高等职业技术学校,江苏 无锡 214000)

0 引言

随着人们对食品安全和质量的日益关注,农产品质量监测与溯源成为确保食品安全的关键环节。农产品质量监测是指通过对农产品的生长环境、生产过程和质量指标进行实时监测和评估,而农产品溯源是指通过追踪和记录农产品的生产、加工、运输等环节实现产品全链条可追溯,为消费者提供准确的信息和信任保障[1-2]。

物联网技术在农产品质量监测与溯源中具有重要应用价值,通过物联网技术,可以对农产品的生产、加工、运输等环节进行全程监控和记录,实现农产品的全链条可追溯[3-4]。消费者可以通过扫描产品上的二维码或使用手机应用程序,获取农产品的详细信息,如产地、生产日期、生产过程等,提高消费者对农产品的信任度和选择权[5]。

本文将探讨物联网技术在农产品质量监测与溯源中的应用研究,基于物联网技术的基本原理和特点,探讨了传感器网络、数据采集与传输、云计算和大数据分析等关键技术在农产品质量监测与溯源中的应用,通过实时监测和数据分析,物联网技术可以提供准确、可靠的农产品质量信息,帮助农民或监管部门及时发现和解决问题。

1 农产品质量溯源相关理论及关键技术

1.1 EPC物联网

EPC物联网是指基于EPC(Electronic Product Code,电子产品代码)技术的物联网系统,是一种用于唯一标识物品的编码系统,将物品与其相关信息进行关联。在农产品质量溯源中,EPC物联网技术可以应用于产品的标识、追踪和管理,实现全程数据的实时采集和共享[6-7]。

EPC物联网主要包括应用层、网络层和感知层,不同层次相互协作,实现了物联网系统中的数据采集、传输、处理和应用(图1)。

图1 EPC物联网结构组成

1) 感知层。感知层是EPC物联网系统中的最底层,是EPC物联网系统的基础,为上层提供实时、准确的数据源,包括各种传感器、RFID读写器、摄像头等设备,用于感知和采集环境中的物理信息。例如,温度传感器、湿度传感器和位置传感器可以采集环境参数,RFID读写器可以读取物品上的EPC编码。

2)网络层。网络层负责物联网系统中各个设备之间的通信和数据传输,为整个系统提供了网络连接、路由和数据传输的功能。网络层包括无线传感网络、局域网、互联网等网络结构。在EPC物联网系统中,感知层的设备通过网络连接到上层的应用层,实现数据的传输和共享,对于确保数据的可靠传输和实时性至关重要。

3)应用层。应用层是EPC物联网系统中的最上层,负责数据的处理、分析和应用,基于感知层和网络层提供的数据,进行数据的存储、处理和展示。应用层可以包括数据管理系统、数据分析算法、可视化界面等。在农产品质量溯源中,应用层可以将采集到的农产品数据进行分析,提供产品的溯源信息、质量评估和风险预警等功能。

1.2 农业物联网

农业物联网主要是将传感器和传感器的基础信息系统进行集成[8]。传感器是农业物联网系统中的核心组件,用于感知农业环境中的物理量、化学量和生物量等信息[9]。传感器可以测量土壤湿度、温度、光照强度、气象数据等农业环境参数,也可以监测农作物生长情况、动物行为等,基本结构如图2所示。

图2 农业物联网基本结构及运行原理

1.3 传感器技术

传感器主要用于感知和测量环境中物理量、化学量和生物量等信息,在使用物联网系统时,感知层中的节点必须及时准确地捕捉到各种类型的信息,通过感知环境中的物理量、化学量和生物量等信息,将数据采集并传输到上层的网络和应用层进行处理和分析。传感器一般由敏感元件、转换原件等组成(图3)[10]。

图3 传感器基本结构及工作流程

2 农产品溯源物联网系统设计

2.1 硬件系统

农产品质量监测与溯源硬件系统主要包括环境监测站、传感器、服务器、RFID设备等组成(图4)。

图4 农产品质量监测与溯源硬件系统结构

1)环境监测站。环境监测站是放置在农田、温室或农业生产环境中的设备,包括多个传感器,如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等,用于实时监测环境参数的变化。环境监测站收集的数据可以帮助农民了解生长环境的状况,及时采取措施来调整和管理农作物的生长过程。

2)传感器。传感器是用于监测农产品质量的重要设备,可以检测农产品的物理和化学特性,如温度、湿度、pH值、氧气浓度等。通过传感器采集到的数据,可以及时监测农产品的状态和变化,为质量控制提供依据。

3)服务器。服务器用于存储、处理和管理从环境监测站和传感器收集到的数据,可以是本地的物理服务器或云服务器,在生产中负责接收、存储和分析数据,并提供相应的接口和功能供用户查询和管理农产品质量溯源数据。

4)RFID设备。RFID(Radio Frequency Identification)设备是一种用于无线识别和跟踪物体的技术。在农产品质量监测与溯源中,RFID设备主要包括RFID标签和读写器。RFID标签可以附加在农产品上,并携带唯一的识别信息。读写器可以读取RFID标签上的数据,并将其传输到服务器或信息化平台,实现农产品质量的追溯和溯源。

2.2 软件系统

农产品质量溯源软件系统目前主要基于Spring MVC框架进行设计和开发,主要包含前端、服务器端和数据端三个部分。

2.2.1 前端

前端部分是用户与系统交互的界面,通过Web页面或移动应用程序提供用户友好的界面,用于查询和展示农产品的质量溯源信息。前端可以包括用户注册和登录模块、产品查询界面、数据可视化展示等功能,使用户能够方便地获取农产品的质量溯源信息。

2.2.2 服务器端

服务器端是农产品质量溯源系统的核心,负责接收前端发送的请求,并进行处理和响应。服务器端包括业务逻辑处理模块、数据存储和管理模块等。在Spring MVC框架中,可以使用控制器(Controller)接收和处理请求,服务层(Service)实现业务逻辑,持久层(DAO)进行数据的读写和管理。服务器端还可以与数据库进行交互,将农产品的质量溯源数据存储和管理起来。

2.2.3 数据端

数据端是农产品质量溯源系统的数据支持部分,可以使用关系型数据库、NoSQL数据库或其他数据存储技术,根据系统需求进行选择和设计。服务器端通过与数据端的交互,实现对农产品质量溯源数据的读取、写入和管理。

3 结语

本文通过研究农产品质量监测与溯源的应用,探明物联网技术在农产品质量监测与溯源过程中的应用及运行机理,主要得到以下结论:

1)农产品质量监测与溯源关键技术主要包括EPC物联网、农业物联网、RFID技术和传感器技术,这些技术的应用可以实现数据的实时采集、传输和存储,确保农产品质量的追溯和监测;

2)信息化平台的建设对于消费者查询产品的溯源信息起到关键作用,通过二维码、条形码等方式向消费者提供产品的详细信息和溯源数据,增强了消费者对产品的信任度;

3)标识和追踪技术如RFID的应用能够确保每个产品都有唯一的标识,并记录产品的信息和流向,为农产品的质量追溯提供技术支持;

4)农产品质量监测及溯源系统平台主要包括硬件系统及软件部分,硬件系统通过传感器等设备采集农产品质量数据,并将其传输到软件系统进行存储和分析,而软件部分则提供数据管理、分析和展示等功能,使用户能够方便地查询和了解农产品的质量溯源信息。