基于RFID技術的肉牛養殖追溯系統建立

劉鵬，劉文，李強，王彥蓉，段敏，戴岳（中國標準化研究院，北京100191）

基于RFID技術的肉牛養殖追溯系統建立

劉鵬，劉文，李強，王彥蓉，段敏，戴岳
（中國標準化研究院，北京100191）

摘要：針對在食品安全肉牛養殖環節質量安全追溯存在的問題，結合肉牛養殖特點，基于RFID（無線射頻，radio frequency identifi cation）技術改進設計構建肉牛質量安全追溯信息系統。該系統解決肉牛養殖質量安全追溯過程中關鍵信息的編碼問題，具有成本低，擴展性強的特點。通過實地運行，表明該追溯體系運行情況良好，為肉牛養殖質量安全追溯體系的構建提供了平臺支撐。

關鍵詞：RFID；肉牛養殖；追溯

牛肉作為市場上的肉類食品之一，是食品安全的熱點監控對象。我國肉牛養殖經歷從個體養殖到集約化規模化的養殖，再到利用了現代的高科技信息技術滲透到養殖、食品安全行業的管理和追溯的階段。肉牛養殖追溯系統可實現對飼養階段的信息準確地采集與記錄，并在飼養過程中將數據上報至追溯系統，從而在產品的終端對肉牛飼養的關鍵控制點信息進行追溯，幫助企業完成追溯體系的高效運行。同時便于牛入棚的管理，預防疾病發生，節約飼養成本，降低生產損耗，提高勞動生產效率，增加養殖效益。

國內外在基于RFID技術的種植養殖追溯信息系統建設方面進行了不少研究：劉瀟瀟提出食品供應鏈安全追溯流程模型的基礎上，采用EPC-256III型編碼結構對代碼段進行合理分配并設計食品供應鏈安全追溯標簽編碼方案，并證明編碼具有通用性[1]。劉鵬等運用EPC（Electronic Product Code）編碼結構模型，結合糧食安全追溯過程中的關鍵信息，設計構建了糧食質量安全追溯的關鍵信息編碼體系。該體系較系統的解決了糧食質量安全追溯過程中關鍵信息的編碼問題[2]。顏波等研究了基于RFID和EPC物聯網的水產品供應鏈可追溯平臺開發的問題[3]。劉成生做了在基于EPC標準的農產品溯源平臺設計與實現的相關研究，平臺融合了多家企業商品數據，滿足了廣大消費者對農產品流通信息的知情權，企業和政府對農產品質量追蹤的監督權，同時也為促進我國解決農產品安全問題提供了一種新的渠道[4]。鄭火國研究了食品安全可追溯系統，并分析可靠性，探討了其功能以及構建方法[5]。呂偉國通過對基于EPC物聯網和RFID的奶牛精細養殖管理系統的開發，利用RFID標簽來實現奶牛的跟蹤追溯，不僅能有效地減少勞動力、降低了農場養殖的成本和提高了產奶的質量，還可以減少對環境的影響，使奶牛養殖成為管理科學、資源節約，環境友好、效益顯著的產業，這對于實現我國畜牧養殖業由粗放型向精細、效應型轉變，由數量型向質量型轉移不失為一條重要的技術措施[6]。李敏波等針對供應鏈過程的物品跟蹤和追溯需求，提出了基于射頻識別語義事件的物品跟蹤模型和追溯方法，定義了5種射頻識別業務事件，設計了物品跟蹤與追溯系統的功能架構、網絡結構和安全體系[7]。國外的一些學者也有對產品可追溯系統的研究，如澳大利亞的牲畜標識和追溯系統、日本的食品追溯系統、歐盟的牛肉可追溯系統、美國的農產品全程溯源系統、瑞典的農產品可追溯管理系統等[8-13]。

1　RFID技術簡介

RFID全稱為Radio Frequency Identification，即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，它利用無線電波對記錄媒體進行讀寫。其識別距離可達幾十厘米到幾米，且根據讀寫的方式，可以輸入數千字節的信息，同時，還具有極高的保密性。另外，由于信號接收裝置無需看到標簽即可接收數據，RFID的包裝方式具有封閉性，因此，無線射頻系統對環境的適應性很強，能適應諸如灰塵、油污、振動以及蓬布遮擋物等環境，并且可以有效防止標簽撕裂、丟失等情況的發生。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。一個典型的射頻識別技術系統一般由RFID標簽、閱讀器、天線以及計算機系統等部分組成。

2　基于RFID的肉牛養殖追溯系統架構研究

基于RFID的肉牛養殖追溯系統通過對肉牛養殖環節追溯單元及其追溯內容的調研分析，通過使用以RFID為代表的物聯網技術實現對各追溯單元中追溯內容的信息采集與管理，建立用于追溯的養殖檔案。

在肉牛入場的時候，養殖場會對肉牛健康狀況和產地情況進行檢驗，檢驗合格、過秤后，給肉牛編號，為其制作用于識別和存儲基本信息的射頻識別（RFID）耳標，耳標中的信息包括肉牛的編號、品種、來源、出生日期、進場日期等，為肉牛建立養殖檔案。

用戶可用手持移動終端錄入肉牛在育肥過程中飼料投喂、免疫、消毒、轉群和治療等方面的信息。手持終端采集信息后，將信息上傳到追溯系統數據庫，可實現對肉牛在育肥過程中的動態健康信息及飼料、飼料添加劑、獸藥、消毒藥品、免疫藥品使用情況和養殖場人員飼養方法與養殖環節操作信息的采集與管理。

肉牛養殖追溯系統數據庫通過計算機端實現對飼料、飼料添加劑、獸藥、消毒藥品、免疫藥品、養殖場人員和養殖場牛舍等信息的采集和管理。

本追溯系統總體上是一個多層的分布式軟件體系結構。其設計思想主要是：客戶端和應用服務器、應用服務器和數據庫服務器之間的通信以及異構平臺之間的數據交換等通過應用層業務邏輯和數據訪問層的數據訪問類來實現。主要分為三級體系，分別為集團管理中心、肉牛養殖場管理中心、牛舍。該系統由電子耳標、RFID讀寫設備、RFID手持式讀寫器、便攜式終端，WEB服務器、應用程序服務器、數據庫服務器等組成。具體技術框架如圖1所示。

基于RFID的肉牛養殖追溯系統采用了基于B/S的軟件架構體系。系統的服務器端操作系統選用Window s Server2003 Enterprise，負責Web站點的管理與信息發布。客戶端可為Windows 2000以上的任何版本中的一種。網絡數據庫系統為SQL Server 2005。服務器端編程語言選用C#，并使用ASP.NET 2.0作為開發工具。

3　基于RFID的肉牛養殖追溯編碼建立

食品從生產到流通的每個環節，都需要繼承上環節的溯源信息，生成本環節的溯源信息，加上相關的交易信息上傳到后臺支撐系統，同時將本環節溯源信息通過實物標簽傳遞到下一環節。為降低運行成本，實物標簽記錄的溯源信息為最小化的溯源信息，只包含當前環節身份信息的必要項，一般將此最小化溯源信息編碼稱之為溯源碼，與之關聯的交易信息及上環節溯源碼則記錄在后臺數據庫中，后臺數據庫將各環節的信息關聯成雙向鏈表。

3.1肉牛養殖追溯編碼的建立

用不同字母代表不同牧場（如A代表牧場A，B代表牧場B）。

3.1.1圈舍主體代碼

以S表示牛舍，編號為兩位數，如S04代表4號牛舍。則牧場（A）+牛舍編號（S09）+圈號（02）可表示為AS0902，代表A牧場9號舍2排。

3.1.2消毒場所、窖池主體代碼

以X表示消毒場所、J代表窖池，編號為兩位數。則牧場+消毒場所編號：如BX03代表牧場03號消毒點。牧場+窖池編號：如AL05代表牧場05號窖池。

3.1.3牛號主體代碼

以字母代替牛的品種（A代表安格斯、K代表科爾沁黃牛）。以六位數字表示牛只入場時間，以五位數字表示入場排號。品種+入場時間+排號：如A 150309 00006

3.1.4飼料原料、投入品、藥品、凍精主體代碼

以L表示飼料原料、T代表投入品、Y代表藥品、D代表凍精，以八位數字表示采購批號，其中以前六位數字表示采購時間。牧場+物品代號+采購批號：如BL14061102代表牧場批號為L14061102的飼料原料。如BY14061102代表牧場批號為Y14061102的藥品。

3.2肉牛養殖追溯編碼實例

基于RFID的肉牛養殖追溯編碼是由標準代碼、版本號、碼長、主體代碼、和原始編碼（EPC）五部分組成。其中標準代碼實例中用G表示，版本號用V1表示，碼長有實際計算而得，主體代碼有3.1中規定而來，原始編碼為EPC編碼。下面從四個方面給出編碼示例，見表1～表4。

以圈舍編碼為例。

以消毒場所、窖池為例。

以牛號編碼為例。

以飼料原料、投入品、藥品、凍精編碼為例。

4　基于RFID的肉牛養殖追溯系統功能模塊設計

基于RFID的肉牛養殖追溯系統針對肉牛養殖的獨特行業特點，系統主要分為牛只管理模塊、飼喂管理模塊、疫病管理模塊、飼料管理模塊、繁育管理模塊、藥品管理模塊、追溯查詢7大模塊，這些模塊涵蓋了肉牛養殖企業在日常管理中必不可少的通用的功能模塊。4.1牛只管理模塊

該模塊針對母牛、架子牛和育成牛三種不同類型的肉牛分別設計了包括牛號、類型、牛舍位置、月齡、父號、母號、體重、性別等信息。為肉牛追溯打下堅實數據基礎。

4.2飼喂管理模塊

該模塊針對飼喂巡視登記、巡欄管理、牛只移動三個飼喂的主要工作進行記錄，實現了對牛只物理位置和飼料攝入的數據管理。

4.3疫病管理模塊

該模塊包括獸醫日常的驅蟲、健胃、免疫接種、日常防疫消毒、突發疾病用藥等方面工作進行記錄為追溯肉牛的疾病用藥追溯打下基礎。

4.4飼料管理模塊

該模塊包括原料采購、投入品采購、窖池信息等進行記錄，保證肉牛養殖中飼料的可追溯。

4.5繁育管理模塊

該模塊包括凍精采購、發情記錄、凍精領用、配種記錄等方面信息，保證肉牛養殖中種群的溯源。

4.6藥品管理模塊

該模塊對藥品采購和領用進行數據管理，保證藥品的數據可追溯。

4.7追溯查詢

該模塊可實現從牛號、飼料信息、藥品信息等多個方面都進行追溯查詢的功能。

5　小結

采用基于RFID技術建立的肉牛養殖追溯系統。該系統可完美兼容已有的EPC編碼體系，同時也充分考慮了肉牛養殖的行業特點，從而有效地解決了EPC編碼與特定行業結合的問題。研究成果也可為RFID技術在其他行業的推廣提供有益嘗試，本研究成果來源于中央基本科研業務經費項目、國家質量監督檢驗檢疫總局科技計劃項目《農產品質量溯源二維碼圖形矯正技術及移動互聯網追溯系統構建研究》（2014QK214）。

參考文獻：

[1] 劉瀟瀟.基于EPC-256III型食品供應鏈安全追溯標簽編碼方案研究[J].食品工業科技,2014(6):52-54

[2]劉鵬,屠康,候月鵬.基于EPC體系的稻米安全追溯編碼系統研究[J].中國糧油學報,2009,24(8):129-134

[3]顏波,石平,黃廣文.基于RFID和EPC物聯網的水產品供應鏈可追溯平臺開發[J].農業工程學報,2013,29(15):176-182

[4]劉成生.基于EPC標準的農產品溯源平臺設計與實現[D].北京:中國科學院大學,2011

[5]鄭火國.食品安全可追溯系統研究[D].北京:中國農業科學院, 2012

[6]呂偉國.基于EPC物聯網和RFID的奶牛精細養殖信息管理系統[D].長春:吉林大學,2010

[7]李敏波,金祖旭,陳晨.射頻識別在物品跟蹤與追溯系統中的應用[J].計算機集成制造系統,2010,16(1):202－208

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.050

收稿日期：2015-10-20

作者簡介：劉鵬（1982—），男（漢），助理研究員，博士，研究方向：食品追溯。

Cattle Breeding Research Traceability System Based on RFID Technology

LIU Peng，LIU Wen，LI Qiang，WANG Yan-rong，DUAN Min，DAI Yue
（China National Institute of Standardization，Beijing 100191，China）

Abstract：For safety traceability in the food safety aspects of quality beef cattle breeding problems combined with cattle breeding，this paper designed and constructed to improve the quality of beef safety traceability RFID technology-based information systems.The system solves the quality and safety of beef cattle traceability coding problems during the critical information，low cost，scalability and strong features.Running through the field，indicating that the traceability system is running well，for the construction of cattle breeding quality and safety traceability system provides a platform support.

Key words：RFID；cattle breeding；trace