基于物聯網技術的化肥質量安全追溯系統

張 麗，楊懷卿，劉曉亮

（山西農業大學，山西 太谷 030801）

1 引言

在農業的發展進程中，化肥的使用對農作物的增產起到了至關重要的作用。據國家統計局公布的最新數據，2013年全國共生產化肥7 153.7萬t（折純量，下同），較2012年增長4.89%，產量首次突破7 000萬t，再創歷史新高。分省市看，產量排在前5位的省份分別為湖北、山東、河南、貴州、山西，產量分別為1 186.7萬t、826.3萬t、535.9萬t、511.7萬t、446.1萬t，這5省2013年產量均實現正增長，其中河南增幅最大，達19.44%，其余4省增幅0.98%-9.96%不等。可見化肥的產量逐年遞增，但是近年來不法商販為了牟利，市場上出現了各種劣質化肥和假化肥。農民在使用了假化肥、劣質化肥之后糧食的產量大大降低，不僅影響到農民種地的積極性，更會影響人民的身體健康。對于近幾年不斷出現的化肥質量問題，雖然政府監管部門一直努力通過政策制定、打假等措施進行防范和制止，但是由于化肥供應鏈的復雜性，最終很難找到問題環節對相關責任人進行問責。因此構建一個化肥質量安全追溯系統非常必要。

隨著規模化農業企業的不斷建立，在農業生產中使用新的科技已經成為現實，在現代農業的發展中，信息化是重要標志，物聯網是有效途徑。目前隨著物聯網技術的越來越普及，RFID技術及其相應的硬件設備也逐漸成熟，這些關鍵技術為構建質量安全追溯系統提供了基本的保證。

2 化肥質量安全追溯系統

2.1 化肥營銷模式

我國的化肥營銷模式經過了近60年的發展，在經歷了化肥體制的轉變和市場的發展后，化肥行業已經開始由傳統模式向適應市場需求的現代模式轉變。由于化肥消費團體是廣大的農村消費者，在中國農村農民的居住地點比較分散，如何讓化肥更及時地到達農民手中取決于銷售渠道是否多樣化。目前銷售的方法有很多，但是比較有效的銷售方法是連鎖經營，如圖1所示。

圖1 連鎖經營渠道流程

由圖1可以看到，化肥的銷售流通過程涉及到生產、運輸、存儲和消費四個過程，同時還需要有政府部門的監管環節。

2.2 化肥質量安全追溯系統溯源流程分析

化肥質量安全追溯系統的溯源流程按照觸發主體的不同分為內部溯源和外部溯源兩種。

（1）內部溯源。內部溯源的觸發主體為各環節企業對化肥質量安全追溯系統有管理權限的內部人員。例如在連鎖經營模式中，化肥股份有限公司擁有對安全追溯系統的管理權限，如果發現生產商提供的某批次化肥有問題，可以通過追溯系統追溯到這批化肥的上游生產商信息和這批化肥的相關信息。如果這批化肥已經送到了下游連鎖店進行銷售，還可以向下游追蹤到連鎖店的信息甚至消費者的信息。這樣不僅有利于企業內部對產品信息進行自檢，還可以用于政府監管部門對各環節產品質量進行抽查，如圖2所示。

（2）外部溯源。追溯流程是以消費者為起點，向上游獲得產品供應鏈信息的過程。消費者如果買到質量有問題的化肥，可以使用化肥包裝上的追溯碼，通過追溯系統來查看此化肥供應鏈關鍵環節的信息，以達到追溯的目的，如圖3所示。

2.3 基于物聯網技術的化肥質量安全追溯系統

物聯網的基本特征為：全面感知、可靠傳遞和智能處理,分別對應于三個層次：①感知層，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現“物”的識別；②網絡層，即通過現有的互聯網、廣電網絡、通信網絡等實現數據的傳輸與計算；③應用層，即輸入輸出控制終端，可基于現有的手機、個人電腦等終端進行。

質量安全追溯系統主要是將產品從生產到消費的全過程中的關鍵節點通過物聯網技術來進行標記，并且采集標記信息形成數據庫，這個信息最終會包括產品供應鏈全程的屬性信息、原料信息、生產方信息、銷售方信息等，通過這些信息，消費者或者監管部門就可以知道產品的來源和去向，從而達到追溯的目的。

基于物聯網技術的化肥質量安全追溯系統，通過RFID標簽作為線索，對化肥的生產、存儲、運輸和銷售全過程的數據進行采集上傳，方便政府監管部門對整個供應鏈環節進行監管，也使農民能夠通過化肥質量安全追溯系統對所購買的化肥進行查詢。

3 化肥質量安全追溯系統分析

3.1 化肥質量安全追溯系統信息流模式分析

在化肥質量安全追溯系統中，涉及到的應用主體不僅僅是生產廠家、企業、零售商、消費者、監管部門，在實際情況中，還會涉及到更多的應用主體，從而形成一個復雜的銷售網絡。在現代化肥銷售體系中，信息的及時性就顯得尤為重要。在市場經濟模式下，化肥供應鏈各環節信息是否能互通有無，是否能共享對企業銷售策略的調整是非常重要的。目前的信息流模式分為信息流線性模式與信息流網狀模式。線性模式中，供應鏈各環節的企業要查詢產品溯源信息只能嚴格按照追溯或者追蹤的流程進行單向查詢，而且只能查詢到直接關聯企業的產品信息，非直接相關的企業產品信息則無法查詢到。網狀模式則是供應鏈中各環節的信息節點兩兩相連，構成一個信息節點的網狀結構，一個環節的企業可以查詢到非直接關聯企業的產品信息?；寿|量安全追溯系統采用信息流網狀模式，這是市場經濟環境下企業自身的需求，也是保證整個追溯系統健壯性的關鍵。化肥質量安全追溯系統的信息流模式如圖4所示。

3.2 化肥質量安全追溯系統的功能需求分析

化肥質量安全追溯系統的需求分析是經過對化肥的生產企業、化肥運輸部門、化肥倉儲部門、化肥銷售企業、化肥消費者、政府主管部門等的調研及相關法律法規的研究得到的數據匯總而成。

在化肥質量安全追溯系統的開發中需要滿足以下需求：

信息采集的需求。在追溯系統中使用RFID技術的目的就是要實現對產品信息的自動化采集。在化肥的流通過程中，采購、銷售、存儲、消費等環節所涉及到的信息很多，能夠快速自動的識別每個產品就顯得非常重要。產品信息的采集需使用RFID固定式閱讀器與手持式閱讀器配合使用來達到要求。

數據存儲的需求。一個產品在追溯系統中要實現在各個環節中信息的可追溯，關鍵信息的數據庫建立就非常必要，只有建立各環節的產品信息數據庫，才能滿足數據存儲的需求。

數據查詢的需求。追溯系統的建立應該能實現對產品相關信息的查詢，不僅僅是整體環節的查詢，各環節的查詢功能也需要實現，最終實現產品信息的完整追溯。

追溯的需求。在整個追溯系統中，問題產品是否能夠查詢到是追溯的關鍵，通過追溯找到產品信息，是消費者對產品質量是否過關的需求，也是監管部門發現問題產品的關鍵途徑。

根據應用主體化肥生產企業、化肥運輸企業、化肥倉儲部門、化肥銷售企業、化肥消費者、政府主管部門的需求分析，可以將化肥質量安全追溯系統的功能從總體上劃分為生產管理模塊、倉儲管理模塊、運輸管理模塊、銷售管理模塊、追溯查詢模塊、標簽管理模塊、系統管理模塊。

（1）生產管理模塊。模塊涉及到化肥生產環節，是整個化肥供應鏈的源頭，生產環節的追溯對整個追溯體系的建立起到了至關重要的作用。在生產環節中，工廠必須嚴格把控整個生產流程，如果發生化肥質量安全事件，可以通過追溯找到問題化肥生產廠家，從而查找出原因，追究相關責任人。對生產環節的追溯主要是對生產廠家的追溯和化肥生產過程中影響產品質量安全的關鍵指標的追溯。

（2）倉儲管理模塊。模塊涉及到化肥存儲環節，主要是完成化肥的入庫驗收、盤點、分揀、組織出庫等任務，是連接生產和銷售的橋梁。生產好的化肥在貼好RFID標簽之后進行入庫驗收，然后根據用戶的需求對化肥進行歸類、分揀，然后進行出庫運輸。倉庫中的化肥需要定期盤點，以便倉庫管理者隨時掌握化肥在倉庫中的存儲情況。

（3）運輸管理模塊。模塊涉及到化肥運輸環節，主要是完成化肥出庫后運輸到目的地的任務，是連接生產和銷售的橋梁。

（4）銷售管理模塊。模塊涉及到化肥銷售環節，是化肥供應鏈的末端環節，運送至化肥連鎖店的貨物，將存入連鎖店的庫房，根據EPC標簽生成可追溯的編碼后貼在化肥包裝袋上，然后進行出庫上架銷售。

（5）追溯查詢模塊。模塊涉及到化肥追溯環節，涉及到消費者和政府監管部門對產品供應鏈信息的查詢和監督。該模塊主要負責對產品信息的提供，信息查詢服務不僅僅提供給消費者進行追溯查詢，還要保證各應用主體對自己所處環節信息的獲取，例如產品信息、存儲情況、物流情況、銷售情況等信息，更要保證監管部門有最高權限，能夠獲取整個供應鏈各環節的具體信息，方便對產品質量進行監管。

（6）標簽管理模塊。模塊的主要功能是：對化肥的RFID標簽進行統一EPC編碼、發放并管理，避免不同的生產者編碼方式和長度不同，造成管理不統一。標簽具有唯一性，可以唯一標識該化肥。

（7）系統管理模塊。模塊主要功能是系統運行后的產品信息維護,包括信息校驗、信息備份與恢復等任務，系統各模塊的管理和升級，人員的注冊和權限管理。政府監管部門擁有最高權限，可以對追溯系統的所有信息進行讀寫。企業只能對自己所在環節的某些信息進行讀寫，各企業之間由于涉及到商業機密等問題可以有選擇性的開放一部分信息供其它企業查詢。消費者只擁有查詢產品追溯信息的權限。

4 小結

安全追溯系統是通過采集產品供應鏈各環節的信息，得知產品的來源和去向的一種機制。本文結合RFID技術和EPC物聯網，從我國化肥銷售的實際出發，立足于消費者和企業的利益，以追溯為目的，通過對化肥質量安全追溯系統的研究，形成化肥“從生產到使用”的清晰鏈條，實現產品的可追溯、可召回。系統不僅方便政府監管部門對整個供應鏈環節進行監管，也方便企業自身可以得到有效反饋信息進行營銷策略調整，而且也方便了農戶通過追溯系統查詢所購產品的信息，真正用到放心肥，從而保證糧食的產量?；谖锫摼W技術的化肥質量安全追溯系統對整個化肥供應鏈的管理和制度的完善具有重要的意義。

[1]孟安寧.基于物聯網技術的肉類追溯系統設計與實現[D].長春:吉林大學,2011.

[2]曹靜琪.基于物聯網的農產品質量溯源系統解決方案—以興達優質米廠為例[D].大連:東北財經大學,2011.

[3]陳秉恒,鐘漲寶.基于物聯網的農產品供應鏈安全監管問題研究[J].華中農業大學學報,2013,(4):49-55.

[4]丁瑞.基于數據集市的肉菜信息溯源系統的研究與實現[D].青島:中國海洋大學,2012.

[5]韓東明,李書琴.基于（手機）J2ME_J2EE的水果溯源平臺系統設計[J].計算機應用與軟件,2013,30(5):101-107.

[6]黃廣文.基于RFID和EPC物聯網的水產品供應鏈追溯研究[D].廣州:華南理工大學,2011.

[7]劉望宏,倪德斌,等.關于建立種豬質量安全可追溯系統的研究[J].中國畜禽種業,2008,(6).

[8]李華強,陳琰,莊志威,等.基于演化加密RFID技術的農藥安全溯源系統[J].農業網絡信息,2013,(6):31-35.