基于物聯網技術的肉類和蔬菜流通可追溯系統研究

摘要：為了解決肉類和蔬菜及其他農產品流通追溯的難題，設計與實現了基于Web技術、條碼技術、非接觸式IC卡、無線手持終端設備、數據采集中間件技術的肉類及蔬菜可追溯系統。研究構建支持冗余性和擴展性的數據庫服務器平臺和面向服務的體系架構（SOA）的軟件信息系統，規劃完善的系統城市網絡拓撲，制定追溯碼和非接觸式IC卡的數據標準協議，并將要素信息錄入到各流通子系統中，由數據庫進行存儲和管理。消費者作為流通終端，可以通過產品包裝上貼的20位追溯碼，輸入到肉類和蔬菜追溯系統界面進行溯源，查看肉類和蔬菜從產地到賣場所有流通節點的信息，提高了肉類和蔬菜流通過程控制的可信度，規范了企業的生產管理，提高了消費者的最終知情權。

關鍵詞：肉類和蔬菜；物聯網；追溯；面向服務的體系架構（SOA）；網絡拓撲；數據標準

中圖分類號：F252；X924.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-6166-06

近年來，特別是對生豬養殖、屠宰、流通環節實行市場化管理以來，肉類蔬菜產品的經營大環境發生了巨大的變化，原先在市場經濟環境下行之有效的監管方法已不能滿足現代管理的需要。但是，政府監管及執法尚沒有現代信息管理手段，給不法分子帶來了可乘之機。個別地方農產品市場安全受到威脅，影響到人民群眾的身體健康及生命安全，要下大力氣進行根治[1]。一方面，規范我國的生豬養殖、屠宰及流通的監管，讓老百姓吃上“放心肉”，重中之重的任務是解決我國特定的市場環境下對白條豬這一特殊商品實現對生豬及其肉類的數據信息可追溯，從農場到餐桌有效延續[2]。另一方面，針對蔬菜流通空間跨度大、環節多、準入門檻低、流通時間短等特點，實現蔬菜流通各環節監管信息相連接，真正做到信息可追溯[3]。建立市級蔬菜流通信息數據庫，形成蔬菜流通“農批對接”、“農超對接”全過程、全方位、全覆蓋的食品安全監管信息系統，實現對蘇州市蔬菜流通全過程跟蹤、企業全覆蓋匯集，使之信息清晰、追溯快捷，為政府有關部門提供蔬菜安全監管和調控決策信息。

物聯網是由傳感器技術、網絡技術、高性能計算和大規模數據處理等多項信息技術融合而成的信息技術體系。在物聯網構想中，分布于世界各地的商品生產商可以實時獲取其商品的銷售和使用情況，從而及時調整其生產量和供應量。如果這一構想得以實現，那么所有商品的生產、倉儲、采購、運輸、銷售以及消費的全過程將發生根本性的變化，全球供應鏈的性能將獲得極大的提高。因此，將基于RFID的物聯網技術應用于食品安全追溯管理具有強大的技術優勢，不僅能夠快速、自動、準確地采集各種信息，還能夠將信息通過數據庫和網絡技術進行整合，實現統一管理、協調運作，從而保證追溯的可能性和有效性。

1 基于物聯網的肉類和蔬菜流通可溯源系統總體框架

總體框架結合各級政府落實國家《食品安全法》和《商務部財政部關于開展“放心肉”服務體系建設試點工作的通知》精神，以政府管理模式創新引導技術創新，以高新技術改造傳統行業，以高效低成本運轉牽引供應鏈業務流程優化、符合中國國情的典型物聯網技術應用方案，實現肉類和蔬菜流通全流程溯源和管理。

基于物聯網技術的肉類和蔬菜質量流通可追溯系統是通過Web技術、條碼技術、非接觸式IC卡、無線手持終端設備、數據采集中間件技術的肉類及蔬菜可追溯系統技術解決方案。系統將建立完全覆蓋生豬屠宰廠、肉類蔬菜批發企業、農貿市場、大賣場、連鎖超市、重點團體消費單位、“產銷對接”核心企業的農產品可追溯系統[4]，包括了肉類和蔬菜流通過程電子交易結算、進銷存批次跟蹤溯源、質量檢測監管、數據實時采集等功能[5]。

系統建立基于Web技術的肉類和蔬菜全程質量跟蹤與可追溯的公共網絡（互聯網）平臺，提供給政府監管部門和廣大消費者使用，并且能夠與中央追溯管理平臺實現無縫對接。同時，建立基于Web技術的綜合監管工作考核系統，通過系統實時考核監管工作的數量和質量。

按照圖1所示的流通追溯過程，實行市場準入機制，所有到市區屠宰的生豬、外地進入蘇州市的冷鮮肉必須先到“市區肉類準入備案中心”登記備案后方可進入屠宰企業和肉類批發市場。所有到市區的蔬菜都必須先到“市區蔬菜準入備案中心”登記備案后方可進入蔬菜批發市場。

質量檢測信息是肉類和蔬菜進場登記信息中的重要部分，無論是外地還是本地的肉類和蔬菜進入批發市場，都必須進行全面的農藥殘留檢測，檢測不合格的都將進入銷毀程序[6]。

零售商（包括團體消費單位）攜IC卡進入批發市場，進行理貨、過磅，肉類、蔬菜批發經營戶利用智能溯源電子秤一體機進行刷卡交易，交易信息儲存到中心數據庫，并寫入IC卡。零售商（包括團體消費單位）攜卡進行資金電子結算，打印交易憑證后離場。

蔬菜配送中心，在按配送對象（包括連鎖超市）理貨裝筐時，將蔬菜來源信息與蔬菜周轉筐的RFID芯片進行關聯，當送達目的地時，由超市工作人員通過RFID讀寫器，將蔬菜進貨信息登記至系統中。

在零售端點的連鎖超市和農貿市場，團體消費單位憑卡交易時，零售商的智能溯源電子秤自動采集交易數據上傳到中心平臺，并且直接有智能溯源電子秤將信息寫入團體消費單位的IC卡，普通消費者可以向零售商索要銷售小票。

數據中心系統每天匯總信息，進行核對，產生統計分析報表，通過網站系統向政府提供查詢服務。

市民可在農貿市場、超市大賣場安裝的觸摸查詢終端上實時查詢市場各攤位肉類、蔬菜的進貨來源、屠宰、檢疫檢驗、殘檢等方面的信息，也可通過短信、固定電話12312、互聯網查詢肉類、蔬菜的進貨來源。

2 基于物聯網的肉類和蔬菜流通可溯源系統功能與設計

2.1 硬件平臺規劃

在整個平臺應用范圍內，根據數據庫數據存儲的類型不同，有2個數據庫，分別用于不同的用途，面向不同的應用途徑（圖2）。從圖2可以看出，一是用于各流通節點子系統進行數據讀寫的實時事務處理型數據庫，二是用于政府監管及消費者溯源查詢的數據倉庫型數據庫。

在應用服務層，服務器通過集群技術提供了冗余性和擴展性，一旦集群中的一臺服務器發生故障，其他服務器就會簡單地接管并繼續訪問數據庫服務器；在數據存儲層，整合平臺通過雙機故障切換集群支持功能，以保證應用程序在發生災難性故障時也能繼續正常運行。

支持流通節點各子系統正常運行的數據實時事務處理服務器集群（生產環境）主要由2臺應用服務器和2臺數據服務器組成，支持政府監管部門數據分析統計、消費者溯源查詢以及與中央追溯管理平臺對接的數據倉庫服務器集群（熱備環境）也同樣由2臺應用服務器和2臺數據服務器組成，整個硬件平臺同樣具有較強的可用性、可靠性和可擴展性。

2.2 軟件體系架構

肉類和蔬菜流通追溯體系平臺需要實現的基本功能是基于流程的肉菜追蹤與溯源業務。整個業務功能的設計和實現采用面向服務的體系架構（SOA），充分保證系統功能和流程實現的靈活性和擴展性。系統總體架構是系統設計的基礎，它包括系統設計、開發、運行等各個環節所涉及的主要內容。在認真分析蘇州市肉菜流通環節各項業務需求的基礎上，基于面向SOA的設計原則，對信息系統的整體架構進行了全面的設計，如圖3所示。

系統的硬件基礎設施主要指系統運行的計算機設備、網絡設備以及配套的安全設備等。其中，計算機網絡有專網、公網，包括已投入運行的放心肉項目三級網絡，正在建立的安全、穩定、通暢的覆蓋蘇州市各縣（區）肉菜流通節點的信息網絡系統。安全設備有防火墻等。數據庫是整個系統的核心，包括流通節點及流通主體的基礎數據庫、屠宰業務數據庫、批發交易業務數據庫、零售業務數據庫、管理數據庫。系統軟件系統是支撐系統運行的系統級軟件系統，主要有操作系統、數據庫管理系統、應用中間件系統等。基礎構件平臺提供基于業務規則的管理平臺。對于一些通用的使用頻度較高的業務操作，平臺提供定義規則和使用規則。應用系統在基礎構件平臺的基礎上，設計應用系統，主要包括4個流通環節（批發環節、零售環節、消費環節、屠宰環節），6個流通節點追溯子系統（批發市場追溯子系統、農貿市場追溯子系統、超市或大賣場追溯子系統、連鎖門店追溯子系統、團體消費單位追溯子系統、屠宰企業追溯子系統）。

2.3 網絡規劃

如圖4所示，服務器機房DMZ區域，所有與外界的網絡連接均需通過防火墻進行隔離。應用層根據實際用戶量配置2～4臺中間件服務器（WEB LOGIC）采用集群方式安裝部署，將系統壓力分配到多臺服務器上，既保證了服務器無單點故障，也保障了服務器的效率；數據服務層使用2臺數據庫服務器集群的方式部署，將系統壓力分配到2臺服務器上，既保證了服務器無單點故障，也保障了服務器的效率。另外1臺數據備份服務器，根據備份策略將存儲陣列柜的數據備份至磁盤；生產數據存儲在磁盤陣列中，以保障數據的高效和安全。

屠宰企業、批發市場、農貿市場及相關橫向部門通過VPN網絡訪問可追溯數據中心；團體消費單位通過互聯網訪問可追溯數據中心；超市（大賣場）、連鎖門店通過互聯網訪問可追溯數據中心；消費者及領導移動辦公，通過互聯網訪問可追溯數據中心；農貿市場、批發市場內部的溯源型終端設備采用WIFI方式與市場內服務器或普通臺式機進行聯網，并與數據中心進行數據交互。

2.4 數據標準設計

為了確保肉類和蔬菜信息的完整性，對每件商品上的標簽進行了惟一編碼，作為產品的追溯碼，消費者可以在智能終端機上或者溯源網站上輸入20位的追溯碼，獲得流通全過程的全部信息。20位追溯碼由6位行政區域代碼、3位備案順序號A、4位備案順序編號B、7位流水號組成。在銷售前，為每件肉類或蔬菜貼上一個含有20位追溯碼的RFID標簽[7，8]，RFID標簽的編碼組成如表1所示。

更多更詳盡的信息將在肉類和蔬菜全流通的各個環節被錄入溯源系統中，“產銷對接”核心企業、生豬屠宰廠、肉類和蔬菜批發企業、農貿市場、大賣場、連鎖超市、重點團體消費單位，這些流通主體將持非接觸式IC卡入場，將各自環節的信息錄入到數據庫中，便于消費終端進行溯源，包括流通過程電子交易結算信息、進銷存批次跟蹤溯源信息、質量檢測監管信息、數據實時采集信息等[9，10]。IC卡數據標準設計如表2所示。

3 追溯系統測試與應用

本研究從解決肉類和蔬菜等農產品流通追溯著手，提出了基于物聯網技術的肉類和蔬菜質量流通可追溯系統是基于Web技術、條碼技術、非接觸式IC卡、無線手持終端設備、數據采集中間件技術的肉類和蔬菜可追溯系統技術解決方案。系統將建立完全覆蓋生豬屠宰廠、肉類蔬菜批發企業、農貿市場、大賣場、連鎖超市、重點團體消費單位、“產銷對接”核心企業的農產品可追溯系統，包括肉類和蔬菜流通過程電子交易結算、進銷存批次跟蹤溯源、質量檢測監管、數據實時采集等功能。肉類和蔬菜流通中各環節的負責人持IC卡入場，將本環節要素信息錄入到各流通節點子系統中，由數據庫進行存儲和管理。消費者作為流通終端，可以通過產品包裝上貼的一維追溯碼（圖5）；在肉類和蔬菜追溯系統界面（圖6）進行溯源，查看肉類和蔬菜從產地到賣場所有流通節點的信息，如圖7所示。

系統在多家農產品批發市場試用，通過建立肉類和蔬菜流通可追溯體系，有效規范了商品流通和市場秩序，提高了產品質量的安全性，具體表現為以下幾點。

1）提出了基于Web技術、條碼技術、非接觸式IC卡、標準化蔬菜周轉筐（RFID）、無線手持終端設備、數據采集中間件技術的肉類及蔬菜可追溯系統技術解決方案。

2）建立了完全覆蓋生豬屠宰廠、肉類和蔬菜批發企業、農貿市場、大賣場、連鎖超市、重點團體消費單位、“產銷對接”核心企業的農產品可追溯系統，包括肉類和蔬菜流通過程電子交易結算、進銷存批次跟蹤溯源、質量檢測監管、數據實時采集等功能。

3）建立了基于.Net技術的肉類和蔬菜全程質量跟蹤與可追溯的公共網絡（互聯網）平臺，提供給政府監管部門和廣大消費者使用，并且能夠與中央追溯管理平臺實現無縫對接[11]。

4 結論

食品安全是目前很多人都非常關注的問題，追溯體系是確保食品安全的有效工具。本研究建立了基于物聯網技術的肉類和蔬菜流通可追溯系統，集成了集身份認證、標簽打印、數據上傳等功能的流通控制存儲通信設備，自主研發了市場準入、產品檢測和產品追溯功能的肉類和蔬菜流通可追溯軟件系統，提高了肉類和蔬菜流通過程控制的可信度，規范了企業的生產管理，提高了消費者的最終知情權，加強了政府監管力度，對于其他地區實施肉類和蔬菜流通追溯提供了借鑒模式和技術支持[12]。

系統的運行效果不僅取決于系統建設的質量，更重要的是系統建成的運營維護。對此，必須從制度、管理流程和技術支持3個方面建立確保平臺穩定、有效運行的長效保障機制。從系統運營保障制度角度制定相關的行業規范及相應的實施辦法，確保系統能夠在制度化的保障機制下長期發揮行業監管作用。另外項目建設單位應在項目的開發、實施及后期運營維護提供組織、人員和溝通機制等各個方面的保障，確保系統在行業內的可持續應用，并為系統的后續發展提供技術支持保障。

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