基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全溯源體系分析

2  食品安全溯源體系分析

食品產(chǎn)業(yè)鏈具有生產(chǎn)環(huán)境惡劣、流通環(huán)節(jié)復(fù)雜、產(chǎn)品形式多樣、售賣方式靈活等特點，在安全體系中，其主要是食品的可溯源,這一方面需要采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游數(shù)據(jù)流，解決大規(guī)模數(shù)據(jù)高效存儲備份和網(wǎng)絡(luò)傳輸、食品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)多途徑溯源等難點問題;另一方面，需要針對產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)的特點，實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下RFID數(shù)據(jù)的采集傳輸、食品標簽編碼設(shè)計、食品物流追蹤、多部門網(wǎng)絡(luò)食品安全監(jiān)管和政府決策等核心技術(shù)。著眼于整個民生產(chǎn)業(yè)鏈安全問題的食品安全溯源體系圖如圖1所示，而利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系，則可重點解決業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、存儲和智能分析等問題。

建立整個食品安全體系時，首先應(yīng)針對食品復(fù)雜、惡劣的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，設(shè)計出高可靠的RFID識別和數(shù)據(jù)采集相關(guān)設(shè)備，形成設(shè)計生產(chǎn)鏈;其次要研究大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲分析算法和食品信息安全模型，實現(xiàn)并部署食品安全溯源核心軟件系統(tǒng);第三,研究高性能計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)，設(shè)計數(shù)據(jù)壓縮算法、高性能計算分析模型、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)模型，建立高性能數(shù)據(jù)處理和分析解決方案并實際部署；最后，要建立食品安全監(jiān)管和市場風(fēng)險預(yù)警決策模型,實現(xiàn)多部門食品安全聯(lián)合監(jiān)管和政府決策，建立針對食品安全的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式，以最終形成一種基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全溯源體系。

3  基于物聯(lián)網(wǎng)的溯源體系關(guān)鍵技術(shù)

食品安全溯源體系的建立,必須以信息技術(shù)為基礎(chǔ)。在溯源體系中，要求每一個環(huán)節(jié)都要能夠可識別和可追蹤。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為標識、感知、處理和信息傳送四個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)分別為RFID、傳感器、智能芯片和電信運營商的傳輸網(wǎng)絡(luò)。如何理清現(xiàn)實生活中產(chǎn)業(yè)鏈上下游業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如何建立一體化的數(shù)據(jù)感知、傳輸、存儲、分析系統(tǒng)模型，以及如何實現(xiàn)多部門之間的聯(lián)合監(jiān)管等，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所面臨的重點問題。

3.1  復(fù)雜環(huán)境下的RFID識別和數(shù)據(jù)采集

對于食品的生產(chǎn)和加工，由于環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，現(xiàn)有的RFID技術(shù)規(guī)范標準還不統(tǒng)一，因而無法形成較完整的商業(yè)模式。目前,我國已引入了歐美等國家的畜產(chǎn)品強制認證,但只針對出口產(chǎn)品。由于我國的小農(nóng)經(jīng)濟和食品生產(chǎn)經(jīng)營的主體組織程度較低,生產(chǎn)技術(shù)水平差別大，因此，要提高食品生產(chǎn)的組織化程度,引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),加強食品信息化水平，是食品安全的重要條件。我國可從食品鏈條較短的行業(yè)開始，優(yōu)先在國內(nèi)大城市引入，由少數(shù)大規(guī)模生產(chǎn)基地和大型超市進行示范，率先建立基于RFID識別和數(shù)據(jù)采集的食品產(chǎn)業(yè)鏈，逐步實現(xiàn)強制認證。讓消費者相當(dāng)關(guān)心的食品田間記錄、添加劑、生產(chǎn)者、檢測等信息有據(jù)可査，是形成食品安全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵。

3.2  部署信息核心軟件系統(tǒng)

食品信息經(jīng)過采集后，如何進行存儲、部署和遠程査詢，是形成食品安全溯源的保證。歐美等發(fā)達國家在規(guī)范市場方面，已經(jīng)出臺了一系列相關(guān)的法律法規(guī)，要求在歐盟國家銷售的牛肉制品和生鮮水果、蔬菜信息都要具有可追溯功能，以保證飲食安全衛(wèi)生。在信息管理上，歐盟國家的牲畜都建立了大型數(shù)據(jù)庫，以便對其一生的信息都進行管理。

我國由于技術(shù)限制，造成食品信息傳遞不夠及時，并且不能立即反映有效情況。利用物聯(lián)網(wǎng)平臺,可將所有分散的生產(chǎn)、流通、銷售各個環(huán)節(jié)中的信息連在一起,在確保食品信息真實有效的情況下，建立食品信息安全模型，使消費者能在第一時間獲取保障自身利益的信息,促使生產(chǎn)企業(yè)嚴格監(jiān)督管理，重視自身產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3  建立高性能數(shù)據(jù)處理中心

隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐步部署，食品安全信息劇增，監(jiān)管數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)紛繁復(fù)雜，食品安全信息系統(tǒng)要實時處理分析大量的測量數(shù)據(jù),這就要求系統(tǒng)具備較強的數(shù)據(jù)存儲、檢索和分析能力。故要研究設(shè)計數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)壓縮算法、計算分析模型、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)模型等，并運用模式識別、人工智能等方法對市場信息進行分析判斷，從而為政府決策部門提供相關(guān)信息功能，以便于決策部門盡早采取措施，避免或減輕給食品安全帶來的危害。

3.4  建立食品安全監(jiān)管和政府決策機制，實現(xiàn)食品市場規(guī)范高效管理

物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用于食品安全體系的最終目標是形成一套食品安全溯源服務(wù)平臺，并形成通用可擴展的信息系統(tǒng)，為消費者、政府部門提供真實、可靠的檢索數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，形成一種完整的物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)應(yīng)用模式。因此，需要根據(jù)國內(nèi)市場的特點，研究物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)、可擴展性、業(yè)務(wù)邏輯模型等問題，最終形成面向食品安全行業(yè)的示范體系。通過對各項數(shù)據(jù)監(jiān)控,大幅度提升政府職能部門對食品在各個流通環(huán)節(jié)的有效監(jiān)管，同時要提供市場風(fēng)險預(yù)警，引導(dǎo)政府做出正確決策，實現(xiàn)對食品市場的規(guī)范和高效管理，促進我國食品行業(yè)的健康發(fā)展，保證老百姓食用食品的安全。

4  系統(tǒng)設(shè)計

食品安全溯源體系既要追蹤產(chǎn)品，也要追蹤過程，系統(tǒng)不僅要將本環(huán)節(jié)的信息進行標記，還要采集前面已有的信息，并全部進行標識，以備下一環(huán)節(jié)的使用。任何一個環(huán)節(jié)需要了解產(chǎn)品的信息，輸入產(chǎn)品的代號即可從中央數(shù)據(jù)庫得到，追溯速度很快，透明度高，圖2所示一個食品安全溯源體系的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖。

4.1  數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集指的是以RFID核心技術(shù)為基礎(chǔ)對食品的相關(guān)生產(chǎn)現(xiàn)場活動進行實時監(jiān)控。食品安全是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)該能追溯落實到各個環(huán)節(jié)，而不是采用局部環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)跟蹤。局部方式只能保證個別環(huán)節(jié)沒有問題，而無法得到食品流轉(zhuǎn)的全息數(shù)據(jù)。因此，要將數(shù)據(jù)采集和跟蹤貫穿到食品的生產(chǎn)、加工、物流、銷售的整個流程中，只有這樣,食品安全保障工作才能行之有效,真正做到安全放心。體系中的所有數(shù)據(jù)都來源于食品第一線，現(xiàn)場信息采集模式可釆用RFID閱讀器、無線網(wǎng)、PDA等方式，以通過獲取食品RFID芯片信息來獲取實時食品的相關(guān)信息。

4.2  標準體系

標準體系主要包含RFID標準，大致可分為四類:技術(shù)標準、數(shù)據(jù)內(nèi)容標準、一致性標準、應(yīng)用標準。其中涉及食品安全追溯信息的相關(guān)規(guī)范標準內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)元、交換格式信息、交換日期和時間表示法(GB/T7408),以及商品條(GB12904碼)、信息技術(shù)數(shù)據(jù)元的規(guī)范與標準化(GB/T18391-2002)等。而數(shù)據(jù)元的名稱、類型、值域也應(yīng)當(dāng)分別符合相關(guān)法規(guī)的要求。

現(xiàn)階段國際上主要的RFID標準有ISO組織的ISO/IEC18000.美國的EPCGlobal和日本的UID。我國推出的強制性食品安全追溯標準有：《食品安全食品追溯編碼規(guī)則》(DB11/Z523—2008)、《食品安全數(shù)據(jù)元目錄規(guī)范MDB11/Z524-2008)₀標準層可為食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)和數(shù)據(jù)交換提供統(tǒng)一的、共同遵守的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，以便為構(gòu)建食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型提供技術(shù)基礎(chǔ)。

4.3  網(wǎng)絡(luò)接入

網(wǎng)絡(luò)是將所有分散的生產(chǎn)、加工、物流、銷售等各個環(huán)節(jié)中的信息連在一起的橋梁。模型采用RFID技術(shù)實時記錄品控環(huán)節(jié)的主要操作信息,并結(jié)合IN-TERNET,GPRS.Zigbee乃至3G等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將過程數(shù)據(jù)信息上傳到數(shù)據(jù)中心區(qū)，以適應(yīng)廣大農(nóng)村和加工廠復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，以便在實現(xiàn)政府分段監(jiān)管職能的同時,對于食品來源的每個環(huán)節(jié)都可進行實時的追溯査證。同時通過網(wǎng)絡(luò)及XML技術(shù)的應(yīng)用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、管理，數(shù)據(jù)輸入后可立即査詢，因而擁有低維護成本和客戶端零安裝優(yōu)勢。由于網(wǎng)絡(luò)接入的具體環(huán)境、使用設(shè)備的不同，在每個具體應(yīng)用時需要采取最有效的網(wǎng)絡(luò)接入方式。

4.4  協(xié)議

協(xié)議主要指系統(tǒng)中釆用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，除了必須的HTTP,TCP/IPJEEE802.11,還涉及到GPRS.SL-RRPo其中GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service),可通過增加相應(yīng)的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。

RFID網(wǎng)絡(luò)協(xié)議SLRRP(Simple Lightweight Reader Protocol)是一種簡單、靈活的閱讀器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可用來在控制器和閱讀器之間傳送配置、控制、狀態(tài)以及標簽信息。SLRRP在協(xié)議體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議通信模型、消息格式和類型、協(xié)議參數(shù)、協(xié)議安全機制等方面都作了詳細的規(guī)范。

4.5  數(shù)據(jù)中心及監(jiān)管平臺

可溯源體系涉及多個行為主體，建立一個可靠的食品可追溯系統(tǒng)的前提和關(guān)鍵是對數(shù)據(jù)進行整合，建立各行為主體信息共享機制和食品安全信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)從原料到最終產(chǎn)品的追蹤及其過程的反向追蹤同時能實現(xiàn)消費者、企業(yè)、政府之間的信息共享。

服務(wù)平臺以質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、工商、防疫、衛(wèi)生等涉及到食品安全的相關(guān)政府部門為主要用戶，其它政府部門為輔，各施其監(jiān)管職能，將質(zhì)量產(chǎn)品控制策略信息傳輸?shù)绞称钒踩脭?shù)據(jù)中心，逐步建立政府食品安全監(jiān)管公共服務(wù)平臺。

4.6  應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)一般由開放的數(shù)據(jù)終端組成。該系統(tǒng)可使經(jīng)營者或普通民眾用戶通過輸入自己購買食品提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來在應(yīng)用系統(tǒng)査詢此食品的原料來源、生產(chǎn)地、銷售商等信息。事實上，應(yīng)用系統(tǒng)融合了多種信息技術(shù)，充分體現(xiàn)了科技為民生服務(wù)的理念。

4.7  相關(guān)政策法規(guī)

相關(guān)政策是溯源體系設(shè)計、運作的依據(jù)。例如《中華人民共和國食品安全法》、《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》、《動物防疫法》等都提出了實行食品、動物產(chǎn)品安全追溯的原則性規(guī)定，明確規(guī)定食品實行安全溯源制度的規(guī)章和法規(guī)。工商、質(zhì)檢和衛(wèi)生等部門可以通過數(shù)據(jù)中心查看食品的飼養(yǎng)、加工、流通、消費、質(zhì)量等信息，并為政府提供相關(guān)決策數(shù)據(jù)。

5  結(jié)論

食品安全是民生大計，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全體系平臺還需多方協(xié)作。從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的規(guī)劃看，基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)平臺搭建后,再進行食品的信息存儲體和傳感設(shè)備的安裝是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的合理順序。

因此,首要任務(wù)是先進行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺規(guī)劃，不能盲目從單純性電子標簽等存儲體去發(fā)展,而要依托政府部門建立復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和存儲等系統(tǒng)平臺，設(shè)計數(shù)據(jù)中心和監(jiān)控平臺，整合食品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)，建立溯源體系才是必經(jīng)之路。每一項新技術(shù)的發(fā)展，都會誕生新的行業(yè)和經(jīng)濟增長點，目前，物聯(lián)網(wǎng)在食品安全的應(yīng)用還處于探索研究階段，國外較成熟的商業(yè)模式只涉及部分農(nóng)畜產(chǎn)品。按照中國互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀和各項基礎(chǔ)條件來看，物聯(lián)網(wǎng)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用仍有很艱難的一段路要走。相信經(jīng)過各方面的共同努力，物聯(lián)網(wǎng)會對我國的經(jīng)濟起到積極的推動作用。