生鮮蔬菜產品質量安全溯源系統設計與實現

濮永仙

摘要：針對生鮮蔬菜種植分散，標準難以統一，溯源渠道不暢的問題，探索了一種企業與農戶合作的模式，設計并開發了生鮮蔬菜產品質量安全溯源系統。系統依據生鮮蔬菜產品供應鏈特點，采用RFID標簽與一維碼、二維碼相結合的混合編碼模式，應用物聯網、數據庫等技術，開發了具有網絡管理、條碼打印、產品查詢、智能手機管理等多功能的產品質量安全溯源系統。通過物聯網技術，可自動采集環境信息，以及攝像頭或手機拍攝的圖像，上傳至服務器，作為產品的原始信息。最終采用二維碼溯源，實現蔬菜產品在種植、收購、檢測、加工等環節信息追溯。這為蔬菜生產建立了統一標準，為市場增強了產品透明度，形成一個具有三方滿意及消費者參與監督、評價的溯源服務平臺。

關鍵詞：生鮮蔬菜；產品質量安全；溯源系統；設計與實現

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2016.03.005

1引言

生鮮蔬菜能為人體提供多種維生素，是人們每天的生活必需品。近年來，蔬菜類產品安全事故頻繁發生，某些生產者、運營商法律意識與衛生意識淡薄，濫用農藥、化肥等，致使產品中藥物殘留、重金屬等有害物質超標事件時有發生。李克強總理在2015年兩會政府工作報告中提出，要“最嚴格的立法和監管”保障食品安全。人大代表鄭杰認為，中國急需研究高效統一的編碼標識，應用信息技術，完善食品溯源體系，使其在生產、運輸等環節有統一標識，使有問題食品可溯源。溯源系統是指對商品從生產到銷售各環節信息進行記錄及存儲，當產品出現質量問題時能夠追溯到出現問題的環節，實施有針對性懲罰，必要時對產品召回，以此提高產品質量的追溯信息系統。

歐盟在1997年就開始研究農產品溯源系統。在2002年歐盟頒布了178/2002號法令，要求自2004年起在歐洲范圍內銷售的食品，要求能夠被追溯。2004年美國頒布了《食品安全跟蹤條例》，要求任何需加工、運輸等相關環節的企業都要建立食品流通全過程的記錄。日本除了制定相應的法規，在零售階段，還要求大部分超市安裝產品溯源終端。英國政府建立了基于互聯網的家畜跟蹤系統（CTS）。國外在溯源系統研發方面有，在西紅柿、草莓、馬鈴薯等的種植中，采用傳感器、機器人采集環境信息，進行農事操作（澆水、施肥等），并開發了相應的溯源信息管理系統。

中國物品編碼中心在2007年開始啟動中國條碼實施工程，在上海、武漢等地試行，2008年提出要全面推行農產品可追溯系統。國內的溯源系統研發起步也較晚，但目前已有不少成果。因我國機械化程度不高，蔬菜種植乃以農戶分散種植為主，這致使種植標準難以統一，整體質量難以保證，溯源渠道不通暢等問題。雖然國內學者在食品安全方面進行了大量研究，但是大多局限于定性討論，針對生鮮蔬菜溯源的較少，尤其是對生產質量控制體系方面的溯源缺乏全面探討。

物聯網是用射頻識別（RFID）、紅外感應、GPS、無線通訊等技術，按照一定協議把不同的設備與互聯網連接，實現物與物、人與物之間的信息交換，以實現對物體智能化的識別、定位、跟蹤、監控、管理的一種網絡。將物聯網用于農產品安全問題追溯，能起到識別、跟蹤、監控等作用。本文在借鑒國內外溯源基礎上，根據我國生鮮蔬菜種植特點，探討了一種農戶與企業合作的生產模式，采用EPC、RFID、二維碼及一維碼的混合編碼標識，應用物聯網、數據庫等技術，構建了基于物聯網的生鮮蔬菜產品質量安全溯源系統。這既為我國放養式生鮮蔬菜生產提供統一標準，使蔬菜產品在生產、收購、加工等關鍵環節的質量得以控制，追溯問題蔬菜有了源頭，又有利于我國農業生產的標準化。

2材料與方法

2.1溯源對象

生鮮蔬菜類產品，一般是由種農戶種植、采收后批量賣給銷售商，再通過銷售商進入市場，這就很難監控產品質量，一旦有問題的蔬菜進入市場，其源頭將無法定位。因此，只有準確記錄蔬菜產品在每個環節的信息，當有問題時才能準確找到問題根源。針對生鮮蔬菜這類產品特性，其關鍵環節是基本質量控制、收購標準、運輸管理及消費者權益等幾個方面。創建的生鮮蔬菜產品質量安全溯源系統，應包含產品標識、數據庫和信息傳遞三個基本要素。本研究的溯源對象是生鮮的蔬菜約30個品種，系統使用者分為企業管理員、加盟的蔬菜種植戶和消費者共三類。

2.2溯源編碼設計

本文依據《EPC電子產品編碼》、《EAN/UCC系統應用標識符》、《農產品追溯編碼導則》及《信息分類和編碼的基本原則與方法》的相關規定，采用RFID識別與一維碼、二維碼相結合的混合標簽模式，作為生鮮蔬菜產品溯源的信息載體，對種植、收購、加工、運輸、倉儲及追溯環節進行編碼。EPC系統是由國際物品編碼協會（GSI）提出的一種生的編碼規則，它與EAN/UCC編碼體系相兼容，具有容量大、安全性好、可擴展性強等特點。因RFID標簽不受光線、溫濕度及其他惡劣自然環境的影響，因此生鮮蔬菜產品在種植、采摘等環節可用RFID進行標識。如在蔬菜種植時將地塊或農戶編號，利用EPC編碼規則生成一個編碼，并分配RFID標簽，將作物的基本信息、農事操作及無線傳感器收集的信息都標識到其中。收購時，工作人員只需掃描產品對應的射頻卡，讀取其中信息，對收購信息更新。因一維碼成本低，二維碼具有編碼容量大、方便手機掃描等優點，在其他環節采用EAN/UCC規則與QR技術實現一維碼與二維碼標簽進行標識。生鮮蔬菜產品在各環節的編碼流程見圖1。

系統依據優化生產流程，在各關鍵環節增加數字化的同時，將各種編碼融為體。在流程中，每個編碼必須具有承上啟下的功能，至少承載相鄰兩個環節之間的信息，在數據庫中，相鄰環節之間的信息采用關鍵字連接。以下介紹各環節編碼格式。

（1）種植標識編碼

采用RFID標簽技術對種植地塊進行標識，并將每塊種植地與數據庫中的基本信息、農事操作、環境信息等對應。RFID標簽利用二進制數據存儲個體標識信息，包括三部分：96位EPC碼、24位的Kill碼（出于安全的考慮用于破壞RFID卡內信息）和16位的CRC（循環冗余）校驗碼。利用EPC編碼信息規范中的GID-96編碼格式24位十六進制標識，具體編碼結構見圖2。種植編碼一產地代碼（6位）+管理者代碼（2位）+種植項目代碼（6位）+生產批號（8位）。其中，地塊劃分以種植時間、種植品種、生產措施相對一致的地理區域為同一地塊，產地編碼由6位組成，前4位為基地編號，后2位為該基地不同的地塊編號。批號用8位表示，6位標識種植日期，2位標識順序號。其中，年的編碼范圍為00-99，月的范圍為01-12，日的編碼范圍為01-31。

（2）收購標識編碼

收購編碼采用GTIN-14編碼結構，結合應用標識符（AI）對生鮮蔬菜編碼，采用GSI-128條碼標準打印，將其張貼到包裝上的固定位置，具體格式見圖3。該編碼通過產地編碼或交易號與種植編碼標識間建立關聯，在標簽上能查到準確的種植信息。其中，加工批號（AOT）由加工日期（如160123）與兩位流水號組成，規定同一地塊、同一類產品、同一采收日期為同一批次。

（3）物流標識編碼

蔬菜物流編碼利用SSCC-18編碼標識，并用GSI-128條碼標準打印。SSCC-18編碼結構由18位十進制編碼組成，具體編碼格式見圖4。其中，N₁是擴展位，表示包裝類型，由建立SSCC的廠商統一分配，取值范圍為0～9。第8位至第17位為系列號，由生產商根據當天的流水號分配唯一編碼；最后一位為校驗位，由系統根據校驗規則自動生成。

（4）倉儲編碼

倉儲編碼標識反映的是產品倉儲的位置，其信息來源是倉儲操作。具體編碼格式采用GIN-13，倉儲編碼由廠商識別碼和位置識別碼組成，具體見圖5。

（5）溯源碼

溯源碼是消費者對產品各環節信息進行追溯的標識碼。溯源碼信息包含蔬菜的種植、收購、加工企業、加工檢測、加工日期、加工批次等關鍵信息。本系統采用QR二維條碼作為生鮮蔬菜產品溯源碼，廠商為每批出廠的蔬菜分配具有惟一性的二維編碼。消費者購買到產品后，利用智能手機掃描包裝上的二維碼，通過溯源數據管理平臺響應，對二維碼解碼、驗證后，將在溯源信息數據庫中檢索到產品相關數據回傳至消費者的手機上。

圖6為以茄子為例的整體編碼實例，其中，圖a為種植編碼，圖b為運輸編碼，圖c為存儲編碼，圖d為收購加工編碼及QR二維溯源碼。

2.3溯源功能模塊

為滿足溯源需求，便于數據共享及后期維護，以及增強其可擴展性，在系統設計時采用統一的數據流程，并采用相應的措施控制數據的流向，使其統一和規范。在此基礎上，以組件的方式開發了生鮮蔬菜產品質量安全溯源系統。系統由網絡管理平臺、短信管理平臺、智能手機管理平臺、條碼打印系統、查詢機軟件和查詢網站共6個功能模塊組成，見圖7。針對不同用戶，提供不同級別的密鑰，用戶登陸后，先判定用戶的類型，然后給予分配相應的功能模塊。

2.4開發環境及工具

系統采用B/S體系構架，該體系構架的兼容性較強，可滿足不同地域的用戶同時使用。系統開發語言有：Java JDK6、Eclipse SDK3.3.2、My Eclipse6.0.1、ASP和Html。數據庫選用Microsoft SQL Sever2005。服務器運行環境：Windows Sever2003、Apache-Tomcat 6.0。

2.5信息供應鏈

生鮮蔬菜產品供應鏈主要包括：種植、收購加工、運輸、銷售等環節，將這些環節建立信息鏈，為蔬菜產品質量安全溯源提供數據支撐。各環節之間通過編碼標識進行鏈接，在保證各階段溯源信息真實的同時，確保整個信息鏈的完整。生鮮蔬菜產品溯源信息鏈的邏輯關系見圖8。

（1）種植階段

對于簽約農戶而言，除了需對基地土壤、水質等進行檢測外，還需解決兩個基本問題：一是蔬菜產品的田間信息記錄；二是蔬菜產品的環境信息記錄。問題一，通過在田間安裝RFID標簽記錄卡實現，每次進行田間操作后，操作員記錄當日的具體農事操作情況，如20160104，某人，噴灑殺蟲劑20ml；問題二，通過基于物聯網的環境信息采集系統實現，該系統通過太陽能供電，利用ZigBee自組網特性，實時記錄田間環境信息（如溫度、濕度、光照、土壤濕度等），通過GSM網關發送到遠程服務器，為蔬菜產品溯源提供源頭信息。

（2）收購加工階段

收購蔬菜產品時可能會存在兩種情況：一是簽約農戶采用標準化種植的產品，此類產品具有標準的種植信息，在采購時只需審核錄入即可；另一類是分散種植的非標準化產品，這類產品的種植信息可能不完整，需對產品進行檢測，合格后建立交易號，并記錄收購時間、地點、交易人、經手人等信息。在產品加工處理階段需解決兩個基本問題：一是蔬菜產品的保鮮；二是蔬菜產品的包裝。產品在采購后，經檢驗合格，應立即預冷處理，在5～C溫度下進行清洗、分級、裝箱等處理。蔬菜產品在收購加工階段的溯源標簽在包裝前預先打印好，方便操作員快速包裝，并記錄加工時間、經手人、加工地點、農藥殘檢驗等關鍵信息。

（3）運輸階段

該階段需將運輸編號與產品批次號相關聯，并對產品的生產者、參與者進行記錄。利用GPS自動記錄運輸車輛的出發地和目的地，并最大限度保障蔬菜產品運輸環節的安全性。在運輸途中，需配備環境信息采集設備，對蔬菜在運輸環境中的信息（如溫濕度、CO₂濃度等）進行實時感知，并通過GPRS上傳至數據庫中，以備溯源。

（4）銷售階段

對所有記錄在案的蔬菜產品進行認證，并貼上專門設計的生鮮蔬菜產品溯源標簽，為消費者現場查詢。

3結果與分析

3.1自動采集環境信息

把設施監控系統與溯源系統有機結合起來，從一定程度上解決了產品質量追溯的源頭信息。利用物聯網技術，通過在蔬菜種植大棚內安裝各種傳感器、攝像頭、可控設施等，用以監測與調控棚內溫濕度、土壤溫濕度、CO₂濃度、以及各種養分等參數。如當溫濕度或水分不符合作物生長需求時，向管理者報警，并自動開啟棚內設施，調節溫濕度、澆水等，使其生長在最佳的環境中。各種傳感器、攝像頭獲取到的環境參數、視頻、圖片等信息，通過ZigBee網關，再通過3G、GPRS等網絡傳至遠程服務器中，這些數據經整理后，存人指定的溯源數據庫，為最終的蔬菜產品溯源提供重要的源頭信息。通過物聯網實時感知技術，除了可對種植基地環境信息采集外，還可對加工、運輸及倉儲的環境信息實時感知，采集到的信息被處理后進行無線傳輸，通過服務器的上位機程序接收，并寫入溯源數據庫。