基于物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系研究

引言

《食品工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，中國將在“十二五”時期推進(jìn)食品安全可追溯體系建設(shè)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的示范應(yīng)用，完善食品生產(chǎn)企業(yè)的信息化服務(wù)體系，構(gòu)建質(zhì)量安全、綠色生態(tài)、供給充足的中國特色現(xiàn)代食品工業(yè)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)健康發(fā)展。《中華人民共和國食品安全法》明確了食品安全追溯的要點(diǎn)，規(guī)定企業(yè)在食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)都要有能夠?qū)崿F(xiàn)追溯所要記錄的內(nèi)容，強(qiáng)化了“從農(nóng)田到餐桌”的全程監(jiān)管。針對食品安全可追溯系統(tǒng)的迫切需求，全國各地紛紛建立起各自的可追溯體系，很多學(xué)者也紛紛對食品、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的追溯、溯源進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要涉及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、預(yù)警決策等方面。

隨著無公害食品行動計(jì)劃的實(shí)施，中國茶葉質(zhì)量安全水平已大大提高，但茶葉質(zhì)量問題依然不少，近期國家質(zhì)檢局對50種茶葉產(chǎn)品的抽檢合格率僅為70%?？v觀國內(nèi)各類食品安全事件，最主要的原因不是制度的缺失，不是系統(tǒng)平臺的匱乏以及功能的不完善，而是很多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)后期的人為干預(yù)、篡改、偽造。即使是最先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用、最完善的平臺功能、最嚴(yán)格的預(yù)警監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)、最公正的第三方監(jiān)督，如果依賴的數(shù)據(jù)是不真實(shí)的，是后期根據(jù)“需要”加工、偽造的，那即使做到了“可查詢、可追溯、可監(jiān)督、可控制、可管理”，仍無法從根本上保證食品安全。在茶葉全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建追溯系統(tǒng)，是消除日本、歐盟等國家因農(nóng)產(chǎn)品追溯制而設(shè)置的貿(mào)易壁壘，提高中國茶產(chǎn)品的國際市場競爭力和發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的巨大契機(jī)，對提高茶葉質(zhì)量安全水平、源頭的茶葉加工質(zhì)量、流通過程中的茶葉質(zhì)量管理、優(yōu)化茶葉產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等問題都有著重大意義。

1基本概念

1.1物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過RFID（無線射頻識別，RadioFrequencyIdentification）,紅外感應(yīng)器、GPS（全球定位系統(tǒng)，GlobalPositioningSystem）、激光掃描器等信息傳感設(shè)備和智能處理等技術(shù)，對物品的信息進(jìn)行感知、采集和處理，并按約定的協(xié)議，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行傳輸和交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)概念中的最核心技術(shù)包括兩方面:一是RFID無線射頻識別技術(shù)，利用射頻信號識別目標(biāo)，采集信息；二是EPC產(chǎn)品電子代碼技術(shù)，為每一個對象分配一個編碼，該編碼存入硅芯片制成的電子標(biāo)簽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了全球物品信息的共享。

1.2云計(jì)算

云計(jì)算（CloudComputing）是一種分布式計(jì)算方式，它將大量計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源池化，是基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計(jì)算模式，使各類系統(tǒng)能夠通過互聯(lián)網(wǎng)獲取計(jì)算資源環(huán)境、各種資源和實(shí)現(xiàn)服務(wù)。

1.3有機(jī)茶

所謂有機(jī)茶，就是在無任何污染的產(chǎn)地，按有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系和方法生產(chǎn)出鮮葉原料，在加工、包裝、儲運(yùn)過程中不受任何化學(xué)物品污染，并經(jīng)有機(jī)認(rèn)證機(jī)構(gòu)審查頒證的茶葉產(chǎn)品和再加工制品。

2有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系研究

2.1基于物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)茶安全生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3部分組成。感知層利用各類傳感器、RFID標(biāo)簽與讀寫器、智能測控設(shè)備及其他各種感知設(shè)備實(shí)時采集各種對象、事件信息；網(wǎng)絡(luò)層利用專業(yè)IP網(wǎng)絡(luò)、虛擬專用網(wǎng)（VPN）、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、專用無線通信網(wǎng)以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，構(gòu)成新一代網(wǎng)絡(luò)，把感知的信息實(shí)時、準(zhǔn)確地傳遞出去；應(yīng)用層對物體進(jìn)行智能化的控制和管理，實(shí)現(xiàn)有機(jī)茶產(chǎn)銷的農(nóng)事、采青、驗(yàn)收、做青、炒青、倉儲、包裝、運(yùn)輸、銷售等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集，以及客戶關(guān)系管理、產(chǎn)品營銷管理、財(cái)務(wù)核算管理、茶園及專賣店視頻監(jiān)控、第三方政府部門監(jiān)控和監(jiān)管，利用管理服務(wù)層的中間件等技術(shù)手段，完成基于云服務(wù)的數(shù)據(jù)存儲與處理、數(shù)據(jù)挖掘與智能決策、智能控制、行為模型分析以及產(chǎn)銷追溯。

2.2產(chǎn)銷數(shù)據(jù)的采集

有機(jī)茶的生產(chǎn)環(huán)節(jié)包括農(nóng)事、采青、做青、炒青、倉儲、包裝，不同的有機(jī)茶品種，在采青、做青、炒青的環(huán)節(jié)有所區(qū)別,如有機(jī)紅茶的做青包括曬青和萎凋，而有機(jī)鐵觀音的做青包括曬青、冷卻、搖青、發(fā)酵環(huán)節(jié)。為了盡可能地減少和避免產(chǎn)銷環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的后期人為干預(yù)、篡改、偽造，基于物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)茶產(chǎn)銷平臺應(yīng)最小化傳統(tǒng)的人工錄入數(shù)據(jù)模式，各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)最大化地利用物聯(lián)網(wǎng)采集及服務(wù)器端的數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)處理來完成。下面介紹幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)工作方法。

2.2.1分合堆

在茶葉制作的過程中，需要根據(jù)當(dāng)前茶葉的等級進(jìn)行劃分，稱為分堆；把相同等級的進(jìn)行合并處理，稱為合堆。圖2所示就是分合堆的示意圖。該過程貫穿于茶葉的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，各環(huán)節(jié)沒有固定的分合堆數(shù)，完全根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況進(jìn)行分合堆處理，是實(shí)現(xiàn)茶葉生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的最復(fù)雜環(huán)節(jié)。

分堆時，工作人員利用手持RFID讀寫器讀取預(yù)分堆茶青容器A的編號，把各等級的茶青在溯源電子秤上稱重，連同A的編號寫入茶青容器B、C的RFID中。每個容器的RFID在沒有執(zhí)行擦除指令前，數(shù)據(jù)的寫入是追加寫入方式,即某一RFID中可能記錄多個茶青來源RFID編號。在向上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，會同時把當(dāng)前時間、當(dāng)前制茶工藝編號、分合堆工作人員編號、父堆編號、子堆編號同時傳輸。上位機(jī)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)及當(dāng)前分合堆的環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息，規(guī)范化父堆、子堆對應(yīng)關(guān)系以及分合堆作業(yè)數(shù)據(jù)信息并存儲。

2.2.2包裝

現(xiàn)有追溯系統(tǒng)的追溯碼沿用一維碼或二維碼格式及內(nèi)容，通常18位或23位。在通過終端進(jìn)行追溯時，存在極大的易輸錯可能性，同時這類追溯碼具有一定的規(guī)律性，固定的位段表示產(chǎn)品生產(chǎn)的商家、省市、日期等信息，存在易仿冒的可能性。產(chǎn)品的追溯碼是對產(chǎn)品進(jìn)行追溯的關(guān)鍵，應(yīng)該易于輸入且即使同批次產(chǎn)品也應(yīng)無關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性。

有機(jī)茶產(chǎn)銷平臺的產(chǎn)品追溯標(biāo)簽選擇RFID柔性不干膠標(biāo)簽，以三種方式記錄產(chǎn)品的追溯碼：打印在標(biāo)簽表面的一維追溯碼，打印在標(biāo)簽表面的二維碼，寫入標(biāo)簽背面RFID中的追溯碼，分別針對Web、手機(jī)終端的手動輸入查詢，掃描槍的一維、二維碼的掃描輸入查詢，RFID讀寫器的非接觸輸入查詢。

包裝主要信息:工作人員信息、車間信息、包裝日期、視頻記錄等數(shù)據(jù)采集，平臺根據(jù)當(dāng)前批次產(chǎn)品的詳細(xì)信息，實(shí)時生成二維碼及產(chǎn)品信息內(nèi)容，同時完成產(chǎn)品與RFID標(biāo)簽、二維碼的關(guān)聯(lián)。在銷售時，可以通過二維碼讀寫器，以及網(wǎng)上和手機(jī)追溯，還可以在專營店或直營店，通過RFID讀寫器掃描產(chǎn)品RFID標(biāo)簽中的內(nèi)容進(jìn)行產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈信息的追溯。

2.2.3運(yùn)輸

因?yàn)椴枞~產(chǎn)品的特殊性，在保存、運(yùn)輸過程中有較高的溫度、濕度要求，所以應(yīng)提供有效的冷鏈運(yùn)輸。在專賣店或直營店需要的茶葉成品數(shù)量比較少時，可以采取使用冷藏箱通過飛機(jī)空運(yùn)的方式完成。當(dāng)帶有RFID標(biāo)簽的冷藏箱到達(dá)專賣店或直營店時，閱讀器讀取標(biāo)簽的ID號，并將它們發(fā)送到上位機(jī)。同時專賣店或直營店的茶葉存儲冷藏柜上方安裝的RFID閱讀器，讀取范圍可以輻射到整個茶葉存放區(qū)域，用以讀取冷藏柜的溫度信息并實(shí)時發(fā)送到上位機(jī)管理中心。

2.3基于云計(jì)算的管理服務(wù)

圖3所示就是基于云計(jì)算的管理服務(wù)體系示意圖。有機(jī)茶的產(chǎn)銷安全需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全方位數(shù)據(jù)采集、傳輸支撐,同時也需要云計(jì)算支撐大量實(shí)時數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算，二者相互融合、交叉，互為基礎(chǔ)和補(bǔ)充。只有數(shù)據(jù)采集而沒有各類分析服務(wù)，則無法發(fā)現(xiàn)存在的問題及隱患；而沒有大量數(shù)據(jù)采集的前提，其各類服務(wù)也將成為一句空話。

圖3  基于云計(jì)算的管理服務(wù)

2.3.1基于網(wǎng)狀數(shù)據(jù)組織與存儲架構(gòu)的生產(chǎn)加工全過程智能溯源服務(wù)

茶葉的各加工環(huán)節(jié)一般都存在如圖4所示的分合堆情況。研究設(shè)計(jì)農(nóng)事、采青、做青、炒青、倉儲、包裝全過程的無層級數(shù)限制的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲模式，以及各層級環(huán)節(jié)之間的分合關(guān)系表示方法，在對茶葉產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)溯源時，就能從下至上按照層級環(huán)節(jié)之間的實(shí)際關(guān)系進(jìn)行智能分析及快速查詢，從而給出同該產(chǎn)品相關(guān)的全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時，為發(fā)現(xiàn)問題的根源及追責(zé)提供直觀、準(zhǔn)確的生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，縮短應(yīng)急處理反應(yīng)時間，使企業(yè)管理者能快速做出反應(yīng)和調(diào)整，最大程度地減少殘次、不合乎食品安全標(biāo)準(zhǔn)的茶葉產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量，降低企業(yè)的成本損失。

圖4  加工環(huán)節(jié)網(wǎng)狀關(guān)系示意圖

2.3.2基于樹狀數(shù)據(jù)組織與存儲架構(gòu)的流通銷售全過程智讎蹤服務(wù)

圖5所示是基于茶葉流通銷售全過程的多層級、多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)模型，該模型研究設(shè)計(jì)了從產(chǎn)品出廠物流、各級經(jīng)銷商、消費(fèi)者的全過程的無層級數(shù)限制的樹狀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲模式,以及各環(huán)節(jié)之間父子、兄弟關(guān)系表示方法，可支持環(huán)節(jié)層級根據(jù)需要動態(tài)增加和減少。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某產(chǎn)品批次有問題時，可快速追蹤在各級經(jīng)銷商的庫存以及各環(huán)節(jié)銷售數(shù)據(jù)，并可以對庫存產(chǎn)品進(jìn)行凍結(jié)封存，利于問題產(chǎn)品的快速召回和補(bǔ)救，從而將危害及損失降到最低。

2.3.3基于云服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈茶葉安全管理與運(yùn)營的第三方監(jiān)管及預(yù)警服務(wù)

圖6所示是茶葉全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量監(jiān)管第三方部門關(guān)系圖。在第三方政府監(jiān)管部門對某批次產(chǎn)品進(jìn)行檢測，并把檢測結(jié)果錄入平臺系統(tǒng)后，系統(tǒng)將自動把檢測結(jié)果同國際標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，一旦達(dá)到預(yù)警閾值，則首先對同批次產(chǎn)品進(jìn)行自動凍結(jié)封存，凍結(jié)封存的產(chǎn)品將無法在平臺系統(tǒng)中進(jìn)行流通和銷售，其次將實(shí)時把預(yù)警信息通過郵件、短信等方式通知系統(tǒng)預(yù)設(shè)用戶群。

2.3.4全產(chǎn)業(yè)鏈的水平數(shù)據(jù)及垂直數(shù)據(jù)動態(tài)權(quán)限管理服務(wù)

因?yàn)樯a(chǎn)商、銷售商、消費(fèi)者、政府監(jiān)管部門對產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)需求目的不同、關(guān)心的方向不同，所以系統(tǒng)平臺呈現(xiàn)給各類用戶的數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)量應(yīng)有所不同，系統(tǒng)通過提供全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的水平及垂直的動態(tài)權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)上述要求。如生產(chǎn)商應(yīng)具有生產(chǎn)環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)的水平、垂直全部權(quán)限，銷售商只具有產(chǎn)品信息、上一級銷售商、下一級銷售代理商以及消費(fèi)者信息的部分垂直權(quán)限，消費(fèi)者具有直接購買的銷售商以及產(chǎn)品信息的部分垂直權(quán)限，政府監(jiān)管部門在發(fā)生食品安全問題時具有對某一批次產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的水平權(quán)限。

2.3.5VIP客戶購買行為分析服務(wù)

某VIP客戶購買茶葉產(chǎn)品時，平臺能實(shí)時根據(jù)該用戶的歷史購買行為、當(dāng)前時期進(jìn)行分析。一旦本次購買的數(shù)量超過分析數(shù)量的閾值，將啟動聯(lián)動預(yù)警功能，把該用戶信息、購買的途徑(直營店、專賣店、電子商務(wù))、產(chǎn)品、數(shù)量推送至總部的監(jiān)控部門，由該部門進(jìn)行跟進(jìn)，以防止個別用戶通過大量購買有機(jī)茶產(chǎn)品用于其他非法用途。如歐盟有機(jī)茶認(rèn)證時期，個別有機(jī)茶種植生產(chǎn)廠因?yàn)樽约旱漠a(chǎn)品無法達(dá)到認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，而采取購買優(yōu)質(zhì)有機(jī)茶代替自己產(chǎn)品送審的情況就時有發(fā)生。通過實(shí)時客戶購買行為分析服務(wù)，能及時發(fā)現(xiàn)非常規(guī)現(xiàn)象,有利于自身品牌維護(hù)及行業(yè)規(guī)范的健康發(fā)展。

2.3.6財(cái)務(wù)核算服務(wù)

基于云服務(wù)的在線財(cái)務(wù)統(tǒng)一核算服務(wù)，對所有專賣店、直營店、總公司的全部業(yè)務(wù)運(yùn)營的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一核算管理。有機(jī)茶產(chǎn)品采取統(tǒng)一標(biāo)價(jià)模式，因此每家專賣店、直營店每銷售一件產(chǎn)品，平臺都會實(shí)時地核算進(jìn)銷存的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)不符，將立刻啟動聯(lián)動報(bào)警功能，該專賣店、直營店的實(shí)施監(jiān)控錄像、銷售數(shù)據(jù)、銷售員、購買用戶等信息將立刻以推送方式推送到總部監(jiān)管部門，可以從一定程度上遏制串貨行為。

3實(shí)際應(yīng)用案例

有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系已經(jīng)在漳州光照人茶業(yè)有限公司分階段實(shí)施。該公司的有機(jī)農(nóng)場和有機(jī)茶園位于福建省漳州市，占地2300多畝，有機(jī)茶加工廠占地6000m2,是國際有機(jī)農(nóng)業(yè)示范基地、國際有機(jī)農(nóng)業(yè)運(yùn)動聯(lián)盟(IFOAM)會員單位，已經(jīng)通過國家QS質(zhì)量安全認(rèn)證，國際食品安全管理體系ISO22000(HACCP)認(rèn)證，歐盟、美國USDA和日本JAS有機(jī)認(rèn)證以及中國農(nóng)科院有機(jī)茶認(rèn)證和發(fā)展中心的有機(jī)認(rèn)證?；谖锫?lián)網(wǎng)的某場有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系結(jié)構(gòu)如圖7所示。

通過RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息采集與融合，基于云計(jì)算提供產(chǎn)銷安全管理服務(wù)，在該公司實(shí)施本文研究成果，將更具有代表性，并可以在實(shí)施過程中，針對反饋的問題進(jìn)一步修正和完善本體系。該體系建設(shè)分3期進(jìn)行，首期已經(jīng)完成了生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、電子商務(wù)、追溯查詢、財(cái)務(wù)核算、茶園視頻監(jiān)控、直營店/專賣店視頻監(jiān)控、客戶關(guān)系管理等軟硬件建設(shè)。

4結(jié)語

根據(jù)我國有機(jī)茶全產(chǎn)銷鏈質(zhì)量安全需求，依據(jù)國家QS質(zhì)量安全認(rèn)證，國際食品安全管理體系IS022000(HACCP)認(rèn)證，歐盟、美國USDA和日本JAS有機(jī)認(rèn)證以及中國農(nóng)科院有機(jī)茶認(rèn)證和發(fā)展中心的有機(jī)認(rèn)證等要求，對基于物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系進(jìn)行研究，從農(nóng)事、采青、加工、運(yùn)輸、銷售、用戶、第三方監(jiān)管等方面對有機(jī)茶產(chǎn)銷進(jìn)行多維度質(zhì)量安全管理。該產(chǎn)銷體系已經(jīng)在某茶場分階段實(shí)施，在實(shí)施過程中對該體系進(jìn)行驗(yàn)證，同時利用反饋的問題進(jìn)一步修正和完善該體系。通過有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系的研究及應(yīng)用，對提高中國有機(jī)茶產(chǎn)品的國際市場競爭力，以及其他各類農(nóng)產(chǎn)品的安全產(chǎn)銷體系的建設(shè)具有一定的借鑒和參考價(jià)值。

20211018_616c644aa2949__基于物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)茶安全產(chǎn)銷體系研究