物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用研究

引 言

食品衛(wèi)生與安全問題已成為全球關(guān)注的熱點，從世界著名的瘋牛病開始，不斷有食品安全問題出現(xiàn)。全世界很多國家都發(fā)生過食品安全事故，國內(nèi)發(fā)生過三鹿奶粉、地溝油、瘦肉精等事件。縱觀全球，食品安全問題已普遍存在于人們的日常生活中。

食品安全包括從食品原料開始的種植或者養(yǎng)殖直到銷售食用為止的全過程。食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)眾多，要保障食品安全， 必須從源頭抓起，加工、貯存、包裝、運輸、銷售等環(huán)節(jié)一個都不能漏掉。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展， 在社會生活的各方面均有應(yīng)用，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)食品安全可追溯系統(tǒng)是可行的，如RFID、二維碼，遠程識讀技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，都是可以應(yīng)用到食品溯源系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 食品溯源在國內(nèi)外的現(xiàn)狀

1.1 食品溯源的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)食品安全監(jiān)管采用手工索證和進銷臺帳的登記辦法，不僅加大了經(jīng)營成本，而且索證環(huán)節(jié)存在漏洞，手續(xù)繁雜，且不便于保存、查找。傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)在食品安全問題發(fā)生后雖能溯源，但大多是事后懲罰，實現(xiàn)不了食品安全監(jiān)管的目的。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可對食品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測，及時進行糾正。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品溯源在信息處理方面具有優(yōu)越性，正不斷應(yīng)用在食品安全領(lǐng)域。該技術(shù)由不同的網(wǎng)絡(luò)支撐， 根據(jù)種植、養(yǎng)殖等食品生產(chǎn)、加工到銷售的流通特點，采用可非接觸式物品自動識別的 RFID 技術(shù)進行食品信息的感知，以電子標(biāo)簽為溯源信息載體，實時記錄食品生產(chǎn)的相關(guān)信息， 分別在食品加工各個環(huán)節(jié)進行標(biāo)識，并記載輸入數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進行生產(chǎn)環(huán)境控制指令和數(shù)據(jù)信息的傳輸，運用計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行數(shù)據(jù)的處理與查詢，對食品進行全程監(jiān)管。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為實現(xiàn)各企業(yè)間、各環(huán)節(jié)間的信息互通和數(shù)據(jù)共享提供了有效手段，采用 Web Service，JSP 等技術(shù)開發(fā)部署信息發(fā)布平臺， 通過運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)站設(shè)計技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及查詢，并最終通過網(wǎng)頁的形式給相關(guān)用戶提供食品全生命周期的追溯追蹤信息。

1.2 食品溯源的經(jīng)驗和教訓(xùn)

盡管食品安全制度嚴(yán)格，但是食品安全問題仍然時有發(fā)生。為快速控制危機，總結(jié)食品安全危機的原因在于食品安全監(jiān)督措施出現(xiàn)漏洞，未從食品的原材料及食品生產(chǎn)的全過程抓起。因此，要實現(xiàn)食品安全，必須監(jiān)控種植、養(yǎng)殖、加工、運輸?shù)讲妥赖恼麄€食物鏈，對最初的原料生產(chǎn)、加工、銷售到食品質(zhì)量反饋的所有環(huán)節(jié)進行監(jiān)督。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層 ：一是感知層，即前端數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過傳感器感知信息，以 RFID、二維碼、數(shù)據(jù)采集傳感器為主，實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集和物品識別 ；二是網(wǎng)絡(luò)層， 傳遞各類數(shù)據(jù)、信息，利用信道（包括通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)等傳輸通道）傳輸信息、控制信號 ；三是應(yīng)用層，實現(xiàn)各種現(xiàn)實應(yīng)用中的具體功能。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖 1 所示。

物聯(lián)網(wǎng)是計算機發(fā)展的產(chǎn)物，是綜合性的技術(shù)，是無線傳感技術(shù)依靠計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的遠程自動化綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用

2.2.1 食品溯源中常用的幾種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

（1）自動識別技術(shù)

自動識別以計算機、通信、電氣技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用相關(guān)的設(shè)備，能夠在不接觸的情況下自動讀取物體的電子編碼信息，并與原有數(shù)據(jù)進行對比，從而識別物體，并具有編碼唯一性。常用的自動識別技術(shù)有條形碼，RFID，IC 卡及模式識別等。 

（2）WSN 技術(shù)

WSN（無線傳感網(wǎng)）技術(shù)的最大特點是無線，利用無線傳輸方式實現(xiàn)傳感器信號的測量與傳遞，一般應(yīng)用在監(jiān)測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中作為前端的信號來源，目的是自動感知被測控對象的信息，并將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚頇C構(gòu)或者相應(yīng)的計算機信息設(shè)備。ZigBee 是構(gòu)成 WSN 網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一，以其自組織、低功率消耗等優(yōu)勢被市場所接受。 

（3）物流跟蹤定位技術(shù)（GIS/GPS）

運用 GIS 和 GPS 可實現(xiàn)全球衛(wèi)星定位，解決物流運輸過程中的準(zhǔn)確跟蹤與實時定位問題，保證食品運輸過程在可控范圍內(nèi)。 

（4）EPC 全球產(chǎn)品電子代碼體系

食品溯源系統(tǒng)利用產(chǎn)品電子代碼（Electronic ProductCode，EPC）技術(shù)，把所有流通環(huán)節(jié)，包括生產(chǎn)、運輸、零售等統(tǒng)一起來，組成可查詢的 EPC 物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對食品的追溯。

2.2.2 溯源二維碼應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廠商、監(jiān)管部門及消費者可掃描二維碼進入系統(tǒng)完成信息錄入或查詢。其中，二維碼作為信息查詢與錄入入口，手持終端、識讀頭、手機都可作為二維碼的識讀及信息錄入終端， 使用非常方便。溯源二維碼應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖 2所示。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)食品溯源架構(gòu)

食品溯源系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網(wǎng)的三層基本技術(shù)架構(gòu)，在具體的信息處理上可以分為數(shù)據(jù)采集、融合網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)庫層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層。食品溯源系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見表 1 所列。

食品溯源平臺主要涉及企業(yè)、政府、檢驗部門及市場各方，包括原料、生產(chǎn)、檢驗、物流、銷售、消費者、監(jiān)管部門、政府等主要溯源環(huán)節(jié)，并可實現(xiàn)雙向信息互動。食品溯源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

采用食品溯源物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)具有以下優(yōu)勢。

（1）將 RFID 等標(biāo)識手段作為信息輸入的方法，價格低、輸入速度快、自動化程度高。

（2）食品安全監(jiān)控的實時性較好。由于食品溯源系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集食品原料及加工過程信息，因此食品中出現(xiàn)的問題能夠及時地得到反饋與解決。

（3）食品溯源系統(tǒng)不但能夠保證食品的安全可靠，也有利于市場各方，如企業(yè)、政府、市場監(jiān)管等。食品加工與生產(chǎn)者可利用食品溯源信息加強企業(yè)生產(chǎn)管理，提高監(jiān)管效率。

（4）信息傳輸信道可采用多種方式，如 GPRS，WiFi，Ethernet，3G，4G，5G 等，可以使用短信、電話、網(wǎng)絡(luò)等， 信息溝通便捷。

（5）溯源終端可采用手機、電腦及其他手持終端等多種手段，使用方便。

（6）由于在食品溯源系統(tǒng)中使用了遠程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)與地域無關(guān)，不但有利于數(shù)據(jù)遠程查詢，而且有利于食品安全的第三方監(jiān)管與評價。

3 結(jié) 語

綜合應(yīng)用自動識別技術(shù)、數(shù)據(jù)輸入技術(shù)、數(shù)據(jù)存貯技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸與查詢技術(shù)，結(jié)合食品生產(chǎn)、加工過程，以電子標(biāo)簽為食品溯源信息的載體，及時記錄食品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵信息，分別在食品生產(chǎn)各階段進行標(biāo)識，利用數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)匹配，結(jié)合食品生產(chǎn)加工的各個參與者，包括生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)檢部門、銷售、銀行、消費者等，記錄食品行業(yè)所涉及的種植（養(yǎng)殖）、加工、運輸、流通、分銷等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵信息，實現(xiàn)對食品全生命周期信息的溯源，解決了傳統(tǒng)食品安全追溯中出現(xiàn)的問題?？梢灶A(yù)見，食品溯源產(chǎn)業(yè)將隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化技術(shù)、云計算技術(shù)的創(chuàng)新而不斷發(fā)展。