基于RFID/EPC物聯網的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)開發(fā)

劉 堯，高 峰，徐幸蓮，徐煥良，周光宏

（南京農業(yè)大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，江蘇南京210095）

基于RFID/EPC物聯網的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)開發(fā)

劉 堯，高 峰，徐幸蓮，徐煥良，周光宏*

（南京農業(yè)大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，江蘇南京210095）

首先介紹了無線射頻識別技術（RFID）、物聯網和電子產品代碼系統(tǒng)（EPC）。在確定豬肉供應鏈各環(huán)節(jié)溯源信息的基礎上，以RFID電子標簽為數據載體，結合EPC編碼體系對豬肉進行唯一標識，實現數據的自動采集，同時也增強了個體標示的精度和準確性。設計了RFID/EPC物聯網架構下豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)，實現了豬肉生產全程網絡化管理。

豬肉，跟蹤追溯系統(tǒng)，物聯網，無線射頻識別技術，電子產品代碼

Abstract：The Radio Frequency Identification，Internet of Things and Electronic Product Code were reviewed.The paper taking the RFID tag as the date carrier，combining the EPC code system to identify the pork uniquely based on determined the traceability information of the pork supply chain.It could realize to auto-collecting data and improve the accuracy of marking the unit.Therefore，the pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC was designed in order to achieve the network management of pork.

Key words：pork；tracking and tracing system；Internet of Things；Radio Frequency Identification；Electronic Product Code

隨著經濟的發(fā)展，國內外食品安全事故頻頻發(fā)生。面對嚴峻的食品安全形勢，如何對食品質量安全進行有效管理和控制，世界各國正積極探索切實可行的解決措施。跟蹤追溯系統(tǒng)作為食品質量安全管理的有效手段，越來越受到有關部門和消費者的普遍關注[1-2]。食品質量安全跟蹤追溯系統(tǒng)利用信息技術對食品供應鏈全程的產品屬性、加工屬性、環(huán)境狀況等信息進行有效的標識，并在數據庫中記錄保存食品物流經過各節(jié)點時的標識信息，實現對食品供應鏈中原料、加工、運輸、銷售等環(huán)節(jié)自上而下的跟蹤。出現食品安全問題時，可以進行自下而上的追溯，快速確定出現問題的環(huán)節(jié)并采取有效應對措施。為了實現跟蹤追溯系統(tǒng)中信息采集和錄入，各種先進的信息技術被研究和應用，如虹膜[3]、二維條形碼[4]、地理信息系統(tǒng)[5]、Web服務[6]等。近年來，無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）的快速發(fā)展為解決動物的編碼和跟蹤追溯問題提供了一種全新的技術手段[7]，它具有存儲數據容量大、使用壽命長、讀取距離遠、多目標識別、可重復使用和環(huán)境適應性強等優(yōu)勢[8]，迎合了動物識別與跟蹤追溯的需要，必將在動物安全管理中發(fā)揮越來越重要的作用。國際上將RFID技術應用到食品安全監(jiān)管領域并取得了很好的效果。如歐盟的食品可追溯系統(tǒng)[9]，主要應用在牛肉的生產和流通領域，保持生產和監(jiān)管的透明度及產品完整詳盡的個體信息。澳大利亞已經建立了一個畜牧標識和追溯系統(tǒng)（National livestock identification scheme，NLIS）[10]，主要用于牛的標識和追溯，加入NLIS系統(tǒng)的牛必須使用統(tǒng)一的電子耳標。國內目前生豬和豬肉產品的標識大多采用的是養(yǎng)殖階段的塑料耳標和生產加工階段的二維條碼相結合的方式[11-12]，在數據的可讀性和各環(huán)節(jié)之間信息的銜接性方面都有所欠缺。國內跟蹤追溯系統(tǒng)的研究較晚，編碼方案也不統(tǒng)一，造成各系統(tǒng)間的信息無法共享。因此展開基于RFID/EPC物聯網技術的豬肉跟蹤追溯體系研究，可以提高信息采集的自動化程度，向消費者提供食品信息，打破國際食品安全貿易壁壘，有效提高我國的食品安全保障能力。本文將RFID技術、物聯網和電子產品代碼系統(tǒng)相關技術引入到豬肉質量安全跟蹤追溯系統(tǒng)中。在確定豬肉供應鏈各個環(huán)節(jié)的溯源信息的基礎上，提出采用EPC編碼的豬肉跟蹤追溯方案，以RFID電子標簽為載體，實現數據的自動采集，同時也增強了個體標示的精度和準確性。設計了RFID/EPC物聯網架構下豬肉質量安跟蹤追溯系統(tǒng)，實現豬肉的全程跟蹤追溯。

1 RFID與物聯網簡介

RFID技術利用無線射頻方式在讀寫器和標簽之間進行非接觸雙向數據傳輸，以達到目標識別和數據交換的目的[13]。RFID技術作為一種新的標識途徑，與條碼相比具有多方面的優(yōu)勢，如識別距離遠，識別時不需要標簽視覺可見，能夠在惡劣環(huán)境中使用，內容可以更新，能夠批量讀取多個標簽，信息量大，不容易仿制等[14]。

物聯網（Internet of Things）就是指利用各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等與互聯網結合起來的一個巨大網絡，其目的就是讓所有的物品都與網絡連接在一起，實現物品智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[15]。EPC（Electronic Product Code，EPC）系統(tǒng)和互聯網整合的系統(tǒng)作為一種典型物聯網[16-17]，其最終目標是為每一個單一商品建立全球的、開放的標識標準。它由全球產品電子代碼體系，射頻識別系統(tǒng)，信息網絡系統(tǒng)組成[18]，主要包括6個方面，如表1所示。EPC系統(tǒng)通過對擁有全球惟一編碼的物品的自動識別和信息共享，實現開放環(huán)境下對物品的跟蹤、溯源、防偽、定位、監(jiān)控以及自動化管理等功能。

全球產品電子代碼EPC編碼體系是新一代的與GTIN兼容的編碼標準，它是全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)的拓展和延伸，是全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)的重要組成部分，是EPC系統(tǒng)的核心和關鍵。EPC代碼是由版本號、域名管理者、對象分類號、序列號等數據字段組成的一段數字[19]。最初由成本的原因，EPC采用64位編碼結構，目前最常用的EPC編碼標準采用的是96位數據結構，如圖1所示。

圖1 EPC編碼結構圖Fig.1 EPC code structure

2 豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)溯源信息的確定

豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)是指對生豬從其養(yǎng)殖到終端消費者整個供應鏈上進行標識和鑒別，并記錄其物流過程中溯源信息[20]。溯源信息包括從原產地、加工處理到最終消費者整個信息的跟蹤，逆向來講，即從最終消費者可以追溯到原產地所用的獸藥、飼料等信息[21]。

整個豬肉生產加工流程涉及眾多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又包含大量信息，將所有信息全部記錄缺乏可行性。對溯源信息進行篩選，可以滿足生產者、監(jiān)管者、消費者等不同的查詢要求，優(yōu)化數據庫，提高系統(tǒng)運行效率。將豬肉生產加工流程分成養(yǎng)殖、屠宰、分割包裝、倉儲運輸和銷售多個環(huán)節(jié)，對其各個環(huán)節(jié)的溯源信息進行分類篩選。

在整個豬肉生產供應鏈上，跟蹤追溯系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的溯源信息包括：a.養(yǎng)殖環(huán)節(jié)：養(yǎng)殖場信息，飼料信息、獸藥信息、免疫信息、生豬檢疫信息；b.屠宰環(huán)節(jié)：屠宰場信息，宰前檢疫信息、胴體復檢信息、冷卻信息；分割包裝環(huán)節(jié)：加工廠信息，包裝材料信息，消毒信息；c.倉儲運輸環(huán)節(jié)：運輸車輛信息，倉庫信息，溫度信息；d.銷售環(huán)節(jié)：銷售單位信息，銷售人員信息，溫度信息。

由于豬肉生產過程較長，溯源信息涉及內容較多，限于篇幅，本文僅以屠宰環(huán)節(jié)篩選出的溯源信息，作為整個豬肉生產加工過程溯源信息的示例。屠宰階段的溯源信息要求保證與養(yǎng)殖階段信息的相對應并保持供應鏈的連續(xù)性，還要包括屠宰階段可能造成豬肉安全的各種信息。在對豬肉屠宰流程實地調研的基礎上，參照相關法律法規(guī)，影響屠宰階段影響豬肉安全的因素主要有宰前檢疫、胴體復檢和冷卻情況。按照“流程分析—關鍵點控制”[22]的方法，采用HACCP中CCP判斷樹，將屠宰環(huán)節(jié)中的關鍵CCP控制點作為關鍵溯源點。以關鍵溯源點為基礎，根據企業(yè)的需要和消費者的關注程度等要求，歸納并整理出屠宰階段的關鍵安全信息，包括：耳標號、RFID標簽號、屠宰時間、屠宰批次、屠宰廠名稱、屠宰負責人、屠宰車間溫度、冷卻車間溫度、宰前檢疫結果、胴體復檢結果。

表1 EPC系統(tǒng)構成Table 1 EPC system components

3 系統(tǒng)的編碼設計

為了確保豬肉跟蹤追溯各環(huán)節(jié)信息的有效記錄和傳遞，需要對信息以統(tǒng)一的格式和規(guī)范進行編碼。對供應鏈各環(huán)節(jié)進行分段編碼，通過具有一定編碼結構的代碼實現對相關項目及其數據的標識，保證在相關應用領域中代碼在世界范圍內的唯一性，利用其唯一性來標識或區(qū)別每一追溯單元[23]，使每一追溯單元都有自己的“身份證”，從而實現跟蹤追溯。EPC代碼是存儲在RFID標簽中唯一的信息，EPC代碼與數據庫中動態(tài)數據相連，這樣使得RFID標簽維持低廉的成本并使系統(tǒng)具有高度的靈活性。

3.1 EPC編碼類型的選擇

EPC編碼有EPC-64、EPC-96、EPC-256三種。為了保證每塊豬肉都有一個唯一的EPC代碼并使標簽成本盡可能降低[24]，本系統(tǒng)采用EPC-96型編碼，這樣的編碼方式可以為2.68億個公司提供唯一標識，每個生產廠商可以有1600萬個對象種類，并且每個對象種類可以有680億個序列號，足以滿足豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)的要求。

3.2 編碼方案

以下是針對EPC-96型編碼中不同數據的碼段設計方案，分為4個部分，與豬肉生產加工流程相對應。

3.2.1 版本號 版本號定義了總長，識別類型（功能）和EPC標簽編碼結構。本系統(tǒng)版本號為53（十進制）。表示選用的是EPC-96型編碼，該編碼長度為96位（二進制），域名管理者為28位，對象分類號為24位，序列號為36位。

3.2.2 域名管理者 域名管理者標識了一個組織實體（本質上是一個公司、管理者或者其他管理者），負責維持后續(xù)字段的編號——對象分類號和序列號。它用來描述與此相關的生產廠商的信息。EPC-global分配域名管理者代碼給實體，確保每一個域名管理者代碼是唯一的。本系統(tǒng)中域名管理者中記錄的豬肉各環(huán)節(jié)生產廠商的代碼（如圖2所示），域名管理者的代碼僅標識出關鍵環(huán)節(jié)的生產廠商名稱（養(yǎng)殖場、屠宰場、分割包裝廠、銷售商店），關于生產廠商的詳細信息以及流通環(huán)節(jié)中的倉儲和運輸等信息，都存儲在數據庫中。

圖2 域名管理者碼段代碼分配示意圖Fig.2 Encoding of domain managers

3.2.3 對象分類號 對象分類號被EPC管理實體使用來識別一個物品的種類或者類型，標識出物品的精確信息，它在每個域名管理者之下必須是是唯一的。本系統(tǒng)中用對象分類號碼段就是豬肉的分割肉代碼，用來標識豬肉來自左二分體還是右二分體和具體部位，如圖3所示。

圖3 對象分類號碼段代碼分配示意圖Fig.3 Encoding of object classification

3.2.4 序列號 序列號在每個對象分類號之內是唯一的，管理實體為每一個對象分類號分配唯一的、不重復的序列號。本系統(tǒng)中序列號前半段表示屠宰的年月日，后半部分表示的是宰殺的批次流水號，如圖4所示。

圖4 序列號碼段代碼分配示意圖Fig.4 Encoding of serial number

3.3 編碼示例

將制定的EPC編碼方案與已有的RFID電子標簽體系進行集成。RFID標簽可以將豬肉各個生產環(huán)節(jié)有效的鏈接起來，使每塊肉與生豬一一對應，通過EPC編碼，可以為每塊豬肉提供唯一的標識。舉例：53，13234346，1004，111002314。其中，53是版本號，代表選用的是EPC-96型編碼；13234346是域名管理者，13代表江蘇蘇食集團養(yǎng)殖場（養(yǎng)殖場），23代表南京肉聯廠（屠宰場），43代表南京肉聯廠分割間（分割包裝廠），46代表南京肉品責任有限公司（銷售商店）；1004是對象分類號，代表來自左二分體的后腿肉；111002314是序列號，111002代表2011年10月2號（銷售時間），314是流水號。為閱讀方便，最后將代碼轉換成16進制，不足的位數補零。經過轉換，最后的跟蹤追溯EPC碼為：350C9F0110003EC0069DC2CA。

4 系統(tǒng)的構架及實現

基于RFID/EPC物聯網的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)的平臺架構如圖5所示，分為三層：客戶層、業(yè)務層和數據層。客戶層提供了手機客戶端、瀏覽器和定制軟件多種查詢方式。生產者、監(jiān)管者、消費者等系統(tǒng)用戶都可以應用組合查詢的方式，查詢相關信息，掌握每個環(huán)節(jié)的質量安全信息。業(yè)務層提供系統(tǒng)的主要功能，主要由養(yǎng)殖子系統(tǒng)、屠宰子系統(tǒng)、分割包裝子系統(tǒng)、倉儲運輸子系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)、RFID標簽子系統(tǒng)和跟蹤追溯子系統(tǒng)七大子系統(tǒng)組成。數據層分為平臺數據庫和業(yè)務數據庫兩部分；平臺數據庫提供基礎平臺的運行數據，業(yè)務數據庫提供業(yè)務數據。

圖5 基于RFID/EPC物聯網的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)的平臺架構圖Fig.5 The platform architecture of pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC

本系統(tǒng)將豬肉生產加工流程各環(huán)節(jié)的溯源信息錄入系統(tǒng)數據庫中，對每個環(huán)節(jié)的信息進行識別、記錄管理和跟蹤，形成一個完整的信息鏈，如圖6所示。當發(fā)現問題豬肉時，可通過豬肉的EPC編碼查詢相關信息，找到問題豬肉的來源并確定出現問題的環(huán)節(jié)，阻斷問題豬肉繼續(xù)流入市場并及時召回已售出的問題豬肉，避免重大食品質量安全事故。

圖6 豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)溯源信息鏈框架圖Fig.6 The information chain of pork tracking and tracing system

本系統(tǒng)采用Visio Studio 2005工具軟件進行開發(fā)，部署環(huán)節(jié)Web應用服務器采用Tomcat，應用服務器采用JBoss，數據庫系統(tǒng)采用SQL Server 2005。系統(tǒng)在實驗室進行了原型構建，運行良好，信息傳遞暢通。

5 結論

本系統(tǒng)在借鑒國內外成功的跟蹤追溯經驗和食品安全控制技術案例的基礎上，將RFID技術和物聯網技術運用到豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)中，具有信息采集自動化，采集速度快，識別率高等優(yōu)點。豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)是一個能夠連接豬肉生產加工各環(huán)節(jié)，貫穿于整個豬肉供應鏈的信息管理系統(tǒng)。它采用EPC編碼技術對豬肉生產加工各環(huán)節(jié)溯源信息進行編碼，構建了豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)平臺，有效地串聯各環(huán)節(jié)的信息，保證了信息的有效記錄和完整傳遞，實現了豬肉生產全程網絡化管理，可以對豬肉產品快速地進行跟蹤追溯。豬肉生產經營者以及監(jiān)管者可以根據共享的系統(tǒng)網絡平臺，實現豬肉質量安全跟蹤追溯，滿足安全生產的需要。消費者可以查詢與豬肉相關的信息，滿足對產品的知情權。

現代化的食品跟蹤追溯體系主要依靠先進的個體識別技術和網絡數據庫技術，利用先進的信息系統(tǒng)來實現。目前，國際還缺乏統(tǒng)一的標準、開放的跟蹤追溯體系框架；各類先進的個體標識技術成本高，對員工的操作要求高，不易推廣；我國食品企業(yè)信息化程度不高，在食品安全領域對跟蹤追溯系統(tǒng)的應用還處于起步階段，這些都是制約我國食品跟蹤追溯系統(tǒng)全面推廣的問題。在探討跟蹤追溯系統(tǒng)機理的基礎上，我們要借鑒發(fā)達國家實施食品質量安全跟蹤追溯系統(tǒng)的經驗，思考如何進一步建立和完善我國的食品質量安全跟蹤追溯系統(tǒng)。

[1]Smith G C，Tatum J D，Belk K E，et al.Traceability from a US perspective[J].Meat Science，2005，71（1）：174-193.

[2]Patricia Lago，Henry Muccini，Hans van Vliet.A scoped approach to traceability management[J].Journal of Systems and Software，2009，82（1）：168-182.

[3]盧紅科，趙林度.基于虹膜識別與編碼技術的肉類食品可追溯系統(tǒng)研究物流技術[J].物流技術，2009，28（10）：103-106.

[4]周曉霞，趙德安，劉葉飛.一種新型二維條碼電子耳標在商品豬數字化養(yǎng)殖中的應用[J].安徽農業(yè)科學，2008，36（21）：8916-8918.

[5]任守綱，徐煥良，黎安，等.基于RFID/GIS物聯網的肉品跟蹤及追溯系統(tǒng)設計與實現[J].農業(yè)工程學報，2010，26（10）：229-235.

[6]曾行，楊中平，潘家榮.基于Web的豬肉安全信息可追溯系統(tǒng)的開發(fā)[J].農機化研究，2008（4）：105-107.

[7]Alejandro S Martínez-Sala，Esteban Egea-López，et al.Tracking of returnable packaging and transport units with active RFID in the grocery supply chain[J].Computers in Industry，2009，60（3）：161-171.

[8]周仲芳，游洪，王彭軍.RFID技術在進出境動物檢驗檢疫工作中的應用初探[J].中國檢驗檢疫，2007（1）：14-15.

[9]Schw覿gele F.Traceability from a European perspective[J].Meat Science，2005，71（1）：164-173.

[10]王海.澳大利亞“國家牲畜認證系統(tǒng)”簡介[J].草業(yè)科學，2005，22（6）：121-123.

[11]陸昌華，王立方，胡肄農.動物及動物產品標識與可追溯體系的研究進展[J].2009，25（1）：197-202.

[12]王立方，陸昌華，胡肄農，等.新型生豬標識及肉產品可追溯系統(tǒng)的設計和實現[J].農業(yè)網絡信息，2006（12）：25-27.

[13]王洪亮，高晏波.談談RFID技術的應用[J].科技應用，2006，35（1）：18-21.

[14]林浩，王江紅，夏魯朋.RFID在農產品管理中的應用[J].安徽農業(yè)科學，2006，34（24）：6629-6632.

[15]Luigi Atzori，Antonio Iera，Giacomo Morabito.The Internet of Things：A survey[J].Computer Networks，2010，54（15）：2787-2805.

[16]寧煥生，王炳輝.RFID重大工程與國家物聯網[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[17]孟祥茹，張金剛.EPC及物聯網在我國推廣應用的對策分析[J].江蘇商論，2009（1）：41-42.

[18]張成海.物聯網與產品電子代碼[M].武漢：武漢大學出版社，2010.

[19]蔣亞軍，賀平，趙會群.基于EPC的物聯網研究綜述[J].廣東通信技術，2008（8）：24-29.

[20]馬漢武，王善霞.食品安全環(huán)境下的肉類食品可追溯系統(tǒng)的構建[J].中國安全科學學報，2006，16（11）：4-9.

[21]姜利紅，潘迎捷，謝晶，等.基于HACCP的豬肉安全生產可追溯系統(tǒng)溯源信息的確定[J].中國食品學報，2009，9（2）：87-91.

[22]謝菊芳.豬肉安全生產全程可追溯系統(tǒng)的研究[D].北京：中國農業(yè)大學，2005.

[23]林希，胡昌川，任雁，等.淺析農產品質量追溯與標準化[J].標準科學，2010（4）：33-36.

[24]曾行.基于EPC編碼的豬肉質量安全追溯體系研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2008.

Establishment of pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC

LIU Yao，GAO Feng，XU Xing-lian，XU Huan-liang，ZHOU Guang-hong*
（National Center of Meat Quality and Safety Control，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

TS251.1

A

1002-0306（2012）16-0049-04

2011－12－20 *通訊聯系人

劉堯（1987－），男，碩士研究生，研究方向：動物營養(yǎng)與肉品安全。

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（200903012）；江蘇省農業(yè)三項工程項目（SX（2010）268）。