蔬菜安全可追溯系統的研究進展

刁海亭，聶宜民

1.山東農業大學信息科學與工程學院,山東泰安 271018

2.山東農業大學資源與環境學院,山東泰安 271018

農產品質量安全關系到人們的身體健康、社會的穩定，是各國政府、民眾關注的焦點。隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的逐步提高，人們對農產品質量安全的關注也越來越高。近年來，加了三聚氰胺的毒奶粉、加了蘇丹紅的紅心咸鴨蛋、加了鹽酸克倫特羅的瘦肉火腿、加了多樣氨基酸的牛肉膏、地溝油等事件頻繁被曝光，農產品質量安全問題幾乎令消費者談之色變。如何保障農產品安全，如何保護消費者的合法權益，成了亟待解決的問題。蔬菜作為人們每餐不可缺少的農產品，其質量安全尤為重要[1]。

建立蔬菜安全追溯系統是解決蔬菜安全問題行之有效的辦法之一，它有利于提高對蔬菜安全的有效監督，可以讓消費者了解蔬菜種植、加工、銷售等整個流通過程，提高消費者放心程度。一旦發現問題，能夠根據溯源進行有效的控制和召回，從源頭上保障消費者的合法權益，將損害與損失降到最低。同時系統的建立也可以幫助企業樹立品牌，提高信譽，增強我國蔬菜在國際上的競爭力。

1 可追溯性的概念

目前，沒有關于可追溯性定義的統一認識。

國際食品法典委員會（CAC）與國際標準化組織ISO（8042：1994）把可追溯性的概念定義為：“Traceability is the ability to trace the history，application or location of an entity by means of recorded information”，即通過登記的識別碼，對商品或行為的歷史和使用或位置予以追蹤的能力”。

歐盟委員會2002年178號法令中“可追溯性”被定義為：食品、飼料、畜產品和飼料原料，在生產、加工、流通的所有階段具有的跟蹤追尋其痕跡的能力[2]。

2 國內外追溯的研究現狀

2.1 國外追溯發展現狀

追溯最早應用于汽車制造業，農產品質量安全管理實行追溯起源于上世紀90年代。在農產品質量安全追溯方面，各個國家各有特色。

最早應用農產品質量可追溯系統的是歐盟。1996年英國爆發的瘋牛病引發極大恐慌，使得歐盟消費者對政府食品安全監管缺乏信心，由此引起了歐盟對追溯體系的重視。1997年歐盟開始建立食品安全追溯體系，同年發布《食品法律綠皮書》，開啟了歐盟制定食品安全法律體系的征程。2000年1月，歐盟發表《食品安全白皮書》；7月，通過歐盟1760/2000法令，將食品安全作為歐盟食品法的主要目標。2002年1月建立“歐盟食品安全管理局”，頒布第178/2002號法令，要求從2004年起在歐盟范圍內銷售的所有食品都能夠進行跟蹤與追溯。2006年發布《歐盟食品及飼料安全管理法規》，強調了食品從農場到餐桌的全過程控制管理和可追溯性[2-4]。

2002年美國國會通過了《公共安全和生物恐怖主義防備和反應法案》，對生鮮食品的回溯提出了要求。2003年5月，FDA公布了《食品安全跟蹤條例》，要求所有涉及食品加工、經營、運輸、進口等的企業必須建立溯源記錄。同時，美國許多農產品生產企業為了提高產品的競爭力也自發建立了可追溯系統[2-4]。

另外加拿大、日本、韓國、澳大利亞等國家也相繼對本國的食品追溯制度及體系進行了研究。

2007年國際標準化組織（ISO）發布了“飼料與食品供應鏈的可追溯性體系設計與實施的總則與基本要求”（ISO22005：2007），在國際上樹立了食品追溯體系的標準[5]。

此外各國學者也理論、技術等方面對可追溯系統體系進行了較為系統的研究。如：S.A.Starbird等對食品安全和供應鏈等進行了研究；OPARA LU對有關食品安全的基本概念、技術問題以及發展前景等進行了論述；Regattieri A等對產品識別、產品流通和追溯工具等方面進行了研究，探索利用條碼標簽和RFID技術進行意大利奶酪的追溯；Mousavi A等對肉類加工追溯等進行了研究；Jayasinghe Mudalige對加拿大企業采用的食品安全控制的經濟激勵和調節的作用進行了論述；Mckean JD對可追溯性對公眾健康和消費者保護的重要性進行了論述；Koji Sugahara等采用RFID和移動電話技術對農產品質量追溯進行了研究；Smith G C等對追溯性從美國的角度進行了研究等等[6-13]。

2.2 國內追溯發展現狀

我國在農產品質量安全方面的追溯起步較晚。我國農產品質量追溯系統的建立還處于起步階段，與發達國家相比還有很多不完善的地方。

上海市農委2000年12月將農產品溯源工作列為市科技興農重點攻關項目。2001年7月，上海市市政府頒發了《上海市食用農產品安全監管暫行辦法》。2004年上海市建立了“上海食用農產品質量安全信息平臺”[14-15]。

2003年，國家“863”項目設立“飼料和畜禽產品數字化安全監控體系研究”專題，進行畜產品可追溯性研究。

2004年，北京市農業局和河北省農業廳共同承擔了農業部的“進京蔬菜產品質量追溯制度試點項目”。2005年，北京市開展了自產蔬菜產品質量追溯試點。2007年北京啟動了首都奧運食品安全溯源系統。

2007年2月，中國標準化研究院全面啟動了科技部“十一五”國家高技術研究發展計劃(863)課題《農產品質量快速溯源系統設計與運行規范研究及技術實現》。

2008年成都采用了新興的物聯網技術，形成了生豬肉產品質量安全可追溯信息系統。

此外南京市、天津市、山東壽光市等地也相繼開展了蔬菜等農產品質量安全追溯體系及系統的研究。

在國家食品安全標準體系制定方面，2004年國家食品藥品監督管理局聯合7部委確定了肉類行業作為食品安全信用體系建設試點行業，開始啟動肉類食品追溯制度和系統建設項目。同年12月，國家質檢總局發布實施了《食品安全管理體系審核指南》和《食品安全管理體系要求》，這兩個標準的實施對追蹤溯源提供了重要的依據。2006年，農業部根據《中華人民共和國畜牧法》頒布《畜禽標識和養殖檔案管理辦法》；同年11月，《中華人民共和國農產品質量安全法》開始實施。2009年2月出臺《中國食品安全法》，隨后陸續出版了《水果、蔬菜跟蹤與追溯指南》、《牛肉產品跟蹤與追溯指南》、《我國農產品質量快速溯源過程中電子標簽應用指南》、《食品安全追溯應用案例集》。2009年4月由農業部發布行業標準《農產品質量追溯安全追溯操作規程通則》。這些標準的頒布和實施給相關行業的追溯指明了方向[14-15]。

與此同時國內很多專家學者也對追溯系統進行了研究，如：2005年昝林森等設計研制開發了“牛肉安全生產全過程質量跟蹤與追溯信息系統”；2006年，陸昌華等運用SQL Sever 2000和VB.NET實現了工廠化豬肉安全生產溯源數字系統。2008年鄧勛飛、呂曉男、鄭素等以EAN/UCC-128條碼為追溯載體，銜接農產品產地數據庫和流通信息數據庫，構建了基于B/S模式的農產品安全生產與溯源系統平臺。2010年孟猛采用B/S模式結構體系、ASP開發語言、SQL Server 2008數據庫等，實現了農產品質量安全追溯系統的建設。2011年陳紅琳將多Agent技術應用于農產品追溯系統，對該系統的模型與實現方法作了初步的研究；徐龍琴以產品生產批次作為“身份標識”，采用UCC/EAN-128編碼方式結合流程編碼、RFID和二維碼等編碼技術進行了追溯編碼，并采用任務與角色相結合的權限分配策略，構建了一個多層次多用戶權限動態管理的亞熱帶水果生產加工全過程的質量跟蹤與追溯系統。2012年羅敏、韓慧敏、何瑞贛等采用無線射頻識別技術、無線數據通信技術、網絡技術及數據庫技術等，構建了食品安全監測追溯系統。

眾多專家學者的研究大大推動了我國食品行業追溯工作的開展，另外從學者的研究發現，我國在追溯方面的研究同國際趨勢一致，也是從肉類行業開始起步，逐步擴展到食品各個行業。

2.3 國內蔬菜追溯系統研究現狀

在蔬菜追溯系統建設方面，以下學者做出了相關研究：

2007年張兵、黃昭瑜、葉春玲等將網絡信息技術與蔬菜種植業實際相結合，應用EAN-UCC條碼為蔬菜產品標識，構建了一套蔬菜質量安全追溯系統。2008年李輝、傅澤田、付驍等并利用RFID、二維碼、asp.net、組件開發等技術開發設計了基于Web的蔬菜可追溯系統。2009年，付驍、傅澤田、張領先基于蔬菜生產流程的調研和追溯基本框架，建立了基于Web的蔬菜質量安全可追溯系統。2010年吳曉明、楊信廷、錢建平等借助于ArcGIS Server，把傳統的質量安全追溯與GIS功能相結合，實現追溯信息在地理空間中的形象化展示，并可對地圖服務任意進行配置。2011年盧磊、張峰采用了無線射頻身份識別和二維碼技術，基于物聯網設計開發了一套蔬菜可追溯系統。2012年錢建平、楊信廷、張保巖等采用14位數字對采收筐進行編號并以超高頻無線射頻識別（RFID）卡為載體對其進行標識，通過開發便攜式蔬菜采收信息采集系統和升級蔬菜生產管理系統實現采收信息與生產信息關聯及包裝信息與采收信息關聯。

3 相關技術

3.1 條碼識別技術

目前食品行業中廣泛采用條碼技術進行安全追溯。最早用的是一維條碼，如UPC碼、EAN碼、交叉25碼、39碼、Codabar碼等，這些一維條碼共同的缺點是比較簡單，信息容量小，尺寸相對較大，不適宜在較小的物品上使用，防偽性和糾錯能力差。

1987年，在原有一維條碼的基礎上開發出了第一個二維條碼49碼（Code49）。它共49個字符，是一種多行的、連續性的、長度可變的字母數字式碼制。隨后出現的另外幾種二維條碼主要有如Code49碼、Code16K、PDF417、Super Code、Data Matrix碼、Maxi Code等。隨著人們對二維條碼研究的深入，信息容量更大、保密性更好、糾錯能力更強的條碼不斷產生，二維條碼在食品安全可追溯系統中得到了廣泛的應用。

但不管是一維還是二維條碼，只能采用人工的方法進行近距離的讀取，無法做到實時快速的獲得大批量食品的質量信息，而且數據更新比較困難，給食品的真正溯源造成了障礙[16]。

相關研究中，用到條碼技術的如：鄧勛飛、呂曉男、鄭素等以EAN/UCC-128條碼為追溯載體，構建了基于B/S模式的農產品安全生產與溯源系統平臺；張兵、黃昭瑜、葉春玲等將網絡信息技術與蔬菜種植業實際相結合，應用EAN-UCC條碼為蔬菜產品標識，構建了一套蔬菜質量安全追溯系統；晏國生、劉君以二維碼技術為基礎，構建了河北省蔬菜產品安全可追溯信息系統；郭建宏、錢蓮文設計了基于二維條碼和網絡技術的蔬菜產品安全可追蹤系統。

3.2 射頻識別技術

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，簡稱RFID），通過射頻信號自動識別目標對象，獲取標識對象相關信息，無須人工干預。主要由電子標簽和閱讀器構成。RFID具有可同時識別多個標簽，免接觸、可以識別遠距離物體，且抗干擾能力強，耐環境性強，數據的記憶容量大，唯一識別編碼、不受空間限制，可重復利用等許多優點。同時應用RFID技術不僅可以對個體進行識別，而且可以對供應鏈全過程的每一個節點進行有效的標識，從而對供應鏈中食品原料、加工、貯藏、運輸、銷售等環節進行跟蹤與追溯，更加適合于食品供應鏈從“農田到餐桌”的一條龍管理，目前在食品追溯體系中應用越來越多[17-18]。

相關研究中，用到無線射頻識別技術的如：王華兵、何大軍、魏鳳等是使用J2EE技術結合RFID和中間件技術開發一套B/S結構的物品跟蹤與追溯軟件平臺；羅敏、韓慧敏、何瑞贛等采用無線射頻識別技術、無線數據通信技術、網絡技術及數據庫技術等構建了食品安全監測追溯系統；劉子玉、李北偉結合RFID的特性，運用現代信息技術構建了基于RFID的食品供應鏈追溯管理系統；劉仲鵬、劉麗娟、余瑞華等引入物聯網技術，結合RFID技術與EPC標準，開發了農產品質量追溯系統。

3.3 數據庫技術

可追溯系統的另一關鍵技術是可追溯信息數據庫。追溯系統涉及的數據量大、類型多樣，因此可追溯系統的建立必須以信息技術為基礎。選擇一個合適的數據庫對系統性能、穩定等都非常關鍵。通過查找資料發現，目前，我國可追溯系統中運用較多數據庫是Microsoft SQL Sever系列（包括Microsoft SQL Sever 2000，Microsoft SQL Sever 2005和Microsoft SQL Sever 2008），部分用到了My SQL數據庫、Oracle數據庫、Microsoft Access數據庫。其中Microsoft SQL Sever系列中以Microsoft SQL Sever 2005用到的比較多。

比如，吳曉明等在ArcGIS Server支持下建立的農產品質量安全追溯模模型和李笑等構建的基于.NET構架的有機蔬菜質量安全追溯管理系統用到了Microsoft SQL Server 2000數據庫。李輝等開發的基于Web的蔬菜可追溯系統、張保巖設計的基于RFID的無公害蔬菜質量安全管理系統用到了Microsoft SQL Server 2005數據庫。孟猛設計的基于B/S結構的農產品質量安全追溯系統、郭建宏等設計的基于二維條碼和網絡技術的蔬菜產品安全可追蹤系統用到了Microsoft SQL Server 2008數據庫。申光磊等設計的牛肉質量安全可追溯網絡化管理系統用到了My SQL數據庫。方俊設計的基于Web GIS的農產品檢測管理決策系統用到了Oracle數據庫。譚廣巍等研發的基于Web的有機農產品質量安全可追溯系統用到了Microsoft Access數據庫。

3.4 Web GIS技術

Web GIS又稱網絡地理信息系統，是Internet與GIS相互結合的產物。它是一種基于Internet/Intranet為用戶提供分布式的空間信息和GIS服務功能的地理信息系統，最終目標是實現空間信息的網絡化。Web GIS技術由于采用了先進的GIS技術、網絡技術和數據庫技術等，能夠為用戶提供網絡化的GIS服務，良好的圖形顯示彌補了原始追溯系統單純的以數字文字形式進行展示追溯結果，在食品追溯中越來越受到重視[19]。

在相關的追溯系統中，有很多用到了Web GIS技術，如山東省壽光市設計實現了基于Web GIS的蔬菜生產數字平臺，為安全蔬菜生產、管理提供了多專業、多層次的綜合服務；李輝等開發了基于Web的蔬菜可追溯系統；江曉東設計的基于Web GIS的茶葉質量安全追溯系統；方俊設計的基于Web GIS的農產品檢測管理決策系統等。

4 面臨的問題及展望

通過以上介紹，目前建立了很多相關的追溯系統，但當前建立的系統，存在一些不足。針對不足，對下一步的蔬菜安全追溯系統建設進行展望。

（1）很多系統供消費者可查詢的可追溯信息比較單一，僅僅局限于生產環節包括蔬菜產地、生產日期和生產商等信息，缺乏對于蔬菜質量安全比較重要的蔬菜種植環節信息以及存儲、流通環節等信息，對于全程質量安全追溯體系涉及的信息全面性考慮比較少。今后在數據方面要加大力度，保證可追溯信息包含整個產業鏈[20]。

（2）對于蔬菜可追溯碼標簽，國內外現有系統很多采用一維碼制作可追溯標簽。一維條碼信息容量小，尺寸相對較大，但蔬菜包裝一般都比較小，標簽大小要適中，選用更方便更容易識別的二維碼及無線射頻識別技術更為妥帖。

（3）目前建成的系統大部分側重于問題產品可追溯信息的獲取，主要體現為表格數據形式，少有與空間數據的結合，缺乏對農產品產地環境信息的可視化展現；即使有的平臺在建設過程中用到了GIS技術，但很多僅僅是單一的顯示地圖，缺乏利用GIS技術進行相關分析等功能。

（4）隨著信息化水平的快速提高，網絡技術和GIS技術不斷應用于各行各業。二者的結合即為Web GIS。Web GIS技術集合了網絡和GIS技術的優勢，可使傳統的地理信息以網絡化的形式顯示在互聯網中，可視化強，追溯的效果更優。

（5）隨著物聯網的發展，將其應用于食品安全的追溯也已經稱為潮流。物聯網技術為實現食品供應鏈自動化的跟蹤和追溯提供了基礎平臺，解決蔬菜生產、加工、流通等一條龍追溯[20-22]。

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