基于NFC標簽的水產養殖質量追溯系統設計

摘要 針對水產養殖過程的不合理用藥、飼料添加等質量安全問題。應用基于XML/Web服務的數據傳遞技術構建多層可追溯質量管理系統，并利用NFC標簽技術作為在整個水產品流通過程中的身份唯一標識。通過NFC標簽，可為生產者、檢驗者、監督者和消費者提供信息交互平臺，真正實現了水產品流通的全程可追溯性。

關鍵詞 NFC標簽； 水產養殖； 質量追溯

中圖分類號S126文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10794-04

基金項目山東省自主創新專項（2012CX90204）。

作者簡介李源（1990- ），男，河南西平人，碩士研究生，研究方向：農業信息化。

我國是世界排名第1的水產養殖大國，水產品產量約占全世界的70%，也是世界上唯一的養殖產量超過捕撈產量的國家，2013年我國水產養殖產量4 547萬t，占水產總量的73.67%[1]。雖然產量巨大，但是我國水產品質量的現狀不容樂觀，水產養殖過程中存在不合理用藥、飼料添加問題及水產品加工企業使用禁用物質或者摻假使假等現象。隨著消費者消費意識和產品質量意識的提高，已經從過去的只對水產品外觀上的直觀意識轉向了對水產品微生物、藥物殘留、食品添加劑等危害身體健康的因素的關注上。因此水產品質量問題的關注越來越重要。

為此，越來越多的學者關注到了產品溯源的研究中。可追溯系統使得生產信息更加透明，提高食品質量和衛生安全，1997年，歐盟為應對瘋牛病問題逐步建立起追溯系統。2002年頒布的178/2002號法令，要求從2004年起歐盟范圍銷售的所有食品都能夠進行跟蹤與追溯。2004年5月，美國頒布了要求所有的食品企業建立食品流通的全過程記錄的《食品安全跟蹤條例》。澳大利亞實施了能夠追蹤家畜從出生到屠宰的國家牲畜標識計劃[2]。我國學者已經利用條形碼技術，對肉牛、家禽、生豬等實現了養殖的可追溯性，但是條形碼技術存在識讀效率低、識讀操作困難、無法重用、易損壞且讀取時有朝向問題等缺點，而且水產品尤其是鮮活水產品的育苗、養殖和流通過程大多需要在水體里面完成[3]。再者由于水產品批量大、單體小、少有獨立包裝、鮮活運銷為主、產品不易加貼加掛標簽標識等缺點，會使追溯結果達不到預期的效果。為此，筆者提出了基于NFC標簽的水產養殖質量追溯系統，能夠達到價格低廉、重復利用、識讀效率高、識讀操作方便的效果。

1關鍵技術

1.1NFC標簽技術NFC（Near Field Communication）即近距離無線通信技術，由非接觸式射頻識別（RFID）演變而來，由飛利浦、諾基亞和索尼共同研制開發。NFC標簽是被動式裝置，可用來與主動式NFC裝置（主動式NFC讀寫器）通信。NFC是一種無源產品，也就是說NFC本身是沒有電源的，它需要依靠手機等設備來激活，而不能自己工作。一般來說，由手機中的線圈中的電流產生磁場，該磁場在NFC線圈產生電流并產生感應磁場，接收裝置在有效距離內感應到磁場信號，電子接收器就會開始產生相匹配的電流并且傳輸到設備中，達到讀取信息的目的。因此，NFC不能長距離傳輸，只能在比較近的距離內使用。

NFC與紅外線、藍牙等同為非接觸傳輸方式，它們具有各自不同的技術特征，可以用于各自不同的目的，其技術本身沒有太大的優劣差別。與RFID相比，NFC是一種近距離連接協議，提供各種設備間輕松、安全、迅速而自動的通信，與其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。

NFC的基本標簽類型有4種，以1～4來標識，各有不同的格式和容量，見表1。

NFC最大的優勢就在于其廉價性[5]，由于是無源器件，只需要設計非常簡單的電路和極少的組件，便可制成NFC標簽。又因水產養殖不同于其他農副產品，其具有批量大、單體小、少有獨立包裝、鮮活運銷等特點，所以采用價格低廉、結構簡單的NFC標簽作為水產品的標識。

NFC標簽理論上可以存儲任何形式的數據，但考慮到NFC標簽的存儲能力問題，該系統只在NFC標簽中存儲如養殖品種、產地、追溯碼等水產品的基本信息，消費者在進行質量追溯的時候，可以點擊詳細信息來查看水產品的其他信息。

1.2基于XML/Web服務的數據傳遞技術水產養殖質量追溯系統可以實現PC端windows桌面應用程序和手機App應用程序進行質量追溯，所以涉及不同類型的網絡整合應用[6]，實現彼此之間的通訊和數據的同步和傳輸。該系統基于Internet網絡和分布計算技術，服務器端通過UDDI進行注冊，建立企業生產過程代理服務，認證監管代理服務等；客戶端通過WSDL建立服務調用代理，構建了一個基于XML/Web服務應用，可以實現數據的同步和傳輸的多層次、分布式的水產養殖產品質量信息交換體系。

2水產養殖質量追溯系統架構

水產養殖質量追溯系統架構見圖1。該系統使用NFC標簽作為水產養殖產品不同階段的唯一標識。由于我國水產養殖批量大、單體小、少有獨立包裝、鮮活運銷且水產品的育苗、養殖和流通等過程大多需要在水體里面進行，所以選用NFC標簽作為水產品在養殖、加工生產、運輸儲存階段的標識，以實現政府和企業通過手機或者手持式NFC掃描設備，在各個階段將信息上傳至數據庫系統。消費者可以使用手機掃描NFC標簽或者在PC端輸入質量追溯碼查詢信息。

3水產養殖質量追溯系統設計

3.1系統功能模塊設計

3.1.1水產養殖生產管理系統。通過漁業物聯網、生產管理和質量追溯系統的整合以及深入分析水產養殖的生產過程，該系統包括放養管理、巡池管理、投喂管理、用藥管理、捕撈管理、日常操作、實時監控等功能模塊。用戶可以在水產養殖過程中實時監測水中溶解氧濃度、水溫、設備電壓，并進行數據匯總、曲線分析等，以便達到智能控制、科學管理的目標，從而提高產量，保障水產品的質量安全。該系統不僅可以在PC端進行操作，還可以通過手機等客戶端，隨時隨地對養殖場的情況進行監控管理，通過與水產養殖質量追溯系統結合，可以實時地將數據上傳到質量追溯數據庫中，以便消費者進行查詢。

3.1.2水產養殖質量追溯NFC寫入系統。該系統用于向數據庫中寫入質量追溯信息，每一批次的水產品都有對應的追溯信息。生產者或者工作人員使用用戶名和密碼登陸系統，使用手機或者手持式NFC讀取設備掃描某一批次的水產品的NFC標簽，可以將此批產品的養殖品種、產地、追溯碼等基本信息寫入到NFC標簽中，同時還可以將放養時間、日常管理、巡池、投喂、用藥、捕撈、水質檢測（時間、溶氧、溫度、pH）等詳細信息通過GPRS上傳到數據庫中，以供企業和政府實時監控，供消費者進行質量查詢追溯。使用者點擊查詢NFC標簽按鈕，還可以查詢寫入的數據是否正確，以便于及時修改。

3.1.3水產養殖質量追溯查詢系統。水產養殖質量追溯查詢系統流程見圖2。生產者將水產品養殖生產過程的信息上傳到數據庫中之后，消費者可以通過3種方式獲取水產品的質量追溯信息：①使用具備NFC掃描功能的手機或者手持式NFC掃描設備，進入水產養殖質量追溯系統后，點擊“NFC掃描”按鈕，將手機或者手持式NFC靠近NFC標簽即可讀取到NFC標簽中的信息；②在登陸水產養殖質量追溯系統后，還可以點擊“條碼拍攝”按鈕，使用手機等自帶的攝像頭來掃描水產品標簽上的條碼來追溯；③還可以點擊系統的“手動輸入”，來輸入水產品標簽上面的質量追溯碼來查詢信息。

以上3種方式在完成之后，都會顯示出該水產品的基本信息，如：養殖品種、池塘名稱、池塘面積、公司名稱、公司地址、公司電話等。通過點擊“詳細信息”，消費者可以進一步查詢該水產品在養殖過程中的各種詳細信息，如放養信息、巡視信息、投飼信息、用藥信息、捕撈信息、水質監測、日常操作等。

3.2數據庫設計數據庫模型設計的是否合理對信息管理系統來說至關重要。在此基礎上定義的數據庫結構更是決定了系統的功能和性能。因水產養殖的種類多、數量大，養殖過程十分復雜，所以涉及的信息非常龐大，需要設計一個良好的數據庫管理系統。因此，該系統采用關系型數據庫對涉及的數據進行規范化處理，盡量減少冗余數據[4]，達到方面快捷的目的。系統數據庫結構如圖3所示。圖3系統數據庫結構通過對水產養殖日常工作流程進行詳細的調查和分析，確定了該系統所要實現的功能。不同角色的用戶通過用戶名和密碼登陸到系統中可以選擇不同養殖池塘、不同品種及批次、所屬不同企業的水產品進行例如捕撈、放養、巡塘、用藥等操作信息的寫入，據此建立如圖4所示的E-R模型，每個表都有自己的主鍵，各個表通過外鍵進行聯系。圖4系統E-R模型在此E-R圖的基礎上轉換成相應的關系模型是：用戶（ID，登錄名，登陸密碼，真實姓名，手機號，郵箱，地址，用戶類型，所屬企業）；企業（ID，企業名稱，企業電話，企業地址，企業介紹）；品種（ID，品種名稱，品種編號）；池塘（ID，池塘名稱，池塘編號，池塘面積，所屬企業）；池塘用戶關聯表（ID，池塘ID，用戶ID）；批次（ID，池塘ID，批次號，養殖品種，開始時間，結束時間，追溯碼，二維碼，所屬企業）；放養信息（ID，池塘ID，批次，養殖品種，放養日期，放養重量，用戶ID，所屬企業）；巡塘信息（ID，池塘ID，巡塘日期，巡視結果，用戶ID，所屬企業）；日常操作（ID，池塘ID，用戶ID，所屬企業，操作名稱，操作內容，記錄日期）；投飼信息（ID，投飼日期，餌料名稱，投飼量，池塘ID，用戶ID，所屬企業）；用藥信息（ID，用藥日期，藥品名稱，用藥量，池塘ID，用戶ID，所屬企業）；捕撈信息（ID，捕撈日期，捕撈品種，捕撈量，池塘ID，用戶ID，所屬企業）。按照確定的關系模型，設計該系統主要的數據表的數據字典如表2～5所示。

4結語

水產養殖質量追溯作為水產品質量監控的有效手段越來越受到人們關注。該研究以水產品為對象，采用基于NFC標簽和XML/Web服務數據傳遞技術，構建了多層次、多權限、多角色的鏈接養殖、生產、監管和消費水產養殖質量管理系統，并以短信等多種方式向消費者提供服務。該系統利用Web服務技術解決了在不同設備端、不同網絡進行通訊和數據的同步的問題，實現了信息融合、查詢、監控，為實現水產品安全預警機制提供了可能，對水產養殖行業有著積極的意義。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家統計局.中華人民共和國2013年國民經濟和社會發展統計公報[R].2013.

[2] 楊信廷，錢建平，孫傳恒，等.蔬菜安全生產管理及質量追溯系統設計與實現[J].農業工程學報，2008，24（3）：162-166.

[3] 陳雷雷，金淑芳，李俊，等.基于RFID的水產食品可追溯體系研究[J].農業科學研究，2009，30（1）：51-54，70.

[4] 高成沖，蔣平，邱勝海，等.基于條形碼的質量管理系統設計[J].機械設計與制造，2006（12）：173-175.

[5] TRIGGS R.All you need to know about NFC Tags[Z].Android Authority，2013.

[6] 楊信廷，孫傳恒，錢建平，等.基于流程編碼的水產養殖產品質量追溯系統的構建與實現[J].農業工程學報，2008，24（2）：159-164.