基于RFID及二維碼的肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)焦

玉聰+張立+新黃慶林+劉哲

摘要：根據(jù)肉制品的生產(chǎn)加工與流通特點(diǎn)，利用二維碼及RFID技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，構(gòu)建了軍墾牌肉制品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。闡述了二維碼與RFID技術(shù)在肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過(guò)系統(tǒng)研究可提高軍墾牌肉制品信息的透明度，增強(qiáng)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的信心，提高產(chǎn)品的可靠性與安全性，促進(jìn)新疆地區(qū)農(nóng)牧民增收，便于企業(yè)和政府對(duì)食品安全的監(jiān)管。

關(guān)鍵詞：RFID；二維碼；質(zhì)量安全；溯源系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）05-0215-04

近年來(lái)，中國(guó)肉制品產(chǎn)量大幅提升，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善。但質(zhì)量安全問(wèn)題仍然是困擾我國(guó)肉制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。隨著“一帶一路”絲綢經(jīng)濟(jì)帶的崛起，新疆地區(qū)生鮮農(nóng)產(chǎn)品逐漸走向全球更多的消費(fèi)者，增強(qiáng)新疆地區(qū)特色農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全工作和新疆地區(qū)特色肉制品全過(guò)程的監(jiān)管變得尤為重要。新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)資源非常豐富，特色農(nóng)產(chǎn)品種類豐富，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源平臺(tái)的建立對(duì)于提升新疆地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的品牌價(jià)值、促進(jìn)新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要作用。然而，由于生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)的信息不對(duì)稱以及服務(wù)體系不完善等原因，新疆地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管和溯源有待進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)內(nèi)地省市的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)發(fā)展迅速，我國(guó)學(xué)者于2002年開始進(jìn)行食品質(zhì)量安全溯源體系的研究[1]。2011年，東阿阿膠溯源項(xiàng)目在內(nèi)蒙古自治區(qū)巴林左旗原料基地開展[2]。

2013年3月，新疆地區(qū)牛肉質(zhì)量安全溯源項(xiàng)目啟動(dòng)，項(xiàng)目完成后，可利用產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)直接了解牛肉在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息，確保牛肉產(chǎn)品全過(guò)程安全控制，為消費(fèi)者提供“新鮮、安全、優(yōu)質(zhì)”的放心產(chǎn)品。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)在新疆地區(qū)剛剛啟動(dòng)，建立基于二維碼和RFID的軍墾牌肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，從各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)肉制品的生產(chǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用芯片埋植和二維碼等手段杜絕市場(chǎng)上冒充軍墾牌肉制品的情況，對(duì)新疆地區(qū)內(nèi)軍墾牌肉制品進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)促進(jìn)養(yǎng)殖戶增收致富。

1.1RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是利用無(wú)線射頻技術(shù)進(jìn)行的非接觸式全雙工數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)加以辨認(rèn)并得到相關(guān)數(shù)據(jù)[3]。RFID標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量可達(dá)296以上，使每種物品都可擁有獨(dú)一無(wú)二的電子標(biāo)簽[4]。RFID系統(tǒng)的基本組成包括3個(gè)部分，即讀寫器、標(biāo)簽、應(yīng)用軟件系統(tǒng)[5]。

1.2二維碼技術(shù)

二維碼是相互垂直的二維空間內(nèi)對(duì)信息進(jìn)行處理的條碼。二維碼的信息存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)量大，具有錯(cuò)誤查驗(yàn)和錯(cuò)誤更正功能，可按照實(shí)際情況設(shè)置不同的安全級(jí)別。其垂直方向攜帶資料，對(duì)印刷缺陷或局部損壞可以糾正，恢復(fù)數(shù)據(jù)信息。二維碼可不依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)和通信網(wǎng)絡(luò)的存在而單獨(dú)應(yīng)用，主要用于對(duì)物品的描述[6]。

二維碼成本低、使用靈活，但信息量與讀取效率無(wú)法與RFID相比[7]。RFID標(biāo)簽可重復(fù)使用，讀取速度快，但成本較高。

2質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)分析

2.1需求分析

通過(guò)對(duì)北京市、上海市等國(guó)內(nèi)主要大城市各肉制品加工企業(yè)和大型超市的調(diào)研，結(jié)合新疆地區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況，了解到企業(yè)希望在牲畜養(yǎng)殖、加工等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息全程跟蹤，并將信息應(yīng)用于企業(yè)的各大超市中。在消費(fèi)者購(gòu)買了企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品后，可通過(guò)企業(yè)安放在超市中的溯源設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)產(chǎn)品從養(yǎng)殖到銷售的全程溯源信息，或使用手機(jī)掃描產(chǎn)品上的二維碼實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品溯源。調(diào)研結(jié)果表明，產(chǎn)品信息的溯源增加了消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全的信心，提升了相關(guān)產(chǎn)品的口碑，大大增加了產(chǎn)品的銷售量和利潤(rùn)。企業(yè)迫切需要對(duì)旗下的相關(guān)肉制品進(jìn)行全程溯源監(jiān)管。

石河子市與國(guó)家商務(wù)部于2014年末簽定協(xié)議，成為我國(guó)食品流通可溯源體系試點(diǎn)建設(shè)城市，并得到了中央專項(xiàng)資金2 500萬(wàn)元支持。2015年7月，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第8師在石河子市建設(shè)的食品流通可溯源項(xiàng)目正式啟動(dòng)。軍墾牌肉制品溯源系統(tǒng)的研究可實(shí)現(xiàn)肉食品源頭溯源可追溯、去處可查證、責(zé)任可追究的質(zhì)量安全溯源鏈條，進(jìn)一步保障肉類食品質(zhì)量安全。本項(xiàng)目可作為流通節(jié)點(diǎn)的追溯子系統(tǒng)，與即將展開的試點(diǎn)工程共同完善新疆地區(qū)內(nèi)食品溯源機(jī)制。

2.2溯源模型的建立

2.2.1養(yǎng)殖環(huán)節(jié)

在養(yǎng)殖環(huán)節(jié)，在牲畜身上安裝專用RFID標(biāo)簽。之后在牲畜的生長(zhǎng)過(guò)程中，飼養(yǎng)員使用專用手持設(shè)備對(duì)其生長(zhǎng)過(guò)程信息不斷進(jìn)行采集，從來(lái)源上對(duì)食品安全進(jìn)行有效監(jiān)控。此環(huán)節(jié)主要使用標(biāo)簽錄入牲畜在飼養(yǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)發(fā)育、使用飼料、使用藥品、檢驗(yàn)檢疫等信息，并將該信息提供給整個(gè)溯源系統(tǒng)以供查詢。

2.2.2加工環(huán)節(jié)

在宰殺前，獲取牲畜身上RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息，確定牲畜有過(guò)防疫記錄且健康無(wú)害后，方可宰殺并進(jìn)入流通環(huán)節(jié)。獲得宰殺前牲畜身上RFID標(biāo)簽中的信息，對(duì)牲畜進(jìn)行稱質(zhì)量，采用專用的二維碼打印機(jī)將宰殺前牲畜的RFID溯源信息、宰后質(zhì)量、宰殺日期和單位等打印于二維碼中，并與宰后胴體一同進(jìn)入檢疫環(huán)節(jié)。

2.2.3檢驗(yàn)檢疫環(huán)節(jié)

宰殺后的肉品通過(guò)檢驗(yàn)檢疫部門進(jìn)行檢疫，檢驗(yàn)檢疫部門獲取該肉品二維碼內(nèi)信息，并將檢疫信息上傳至服務(wù)器。通過(guò)檢疫并合格的肉品，溯源系統(tǒng)將檢驗(yàn)結(jié)果、日期、單位等有關(guān)信息輸入到二維碼中，該二維碼將同肉品一同封存以便用于下一個(gè)流通環(huán)節(jié)。

2.2.4運(yùn)輸環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)使用固定的RFID讀寫器讀取物流車輛上的RFID卡，獲取其上的記錄車牌號(hào)、所屬單位、檢驗(yàn)檢疫消毒單位、日期等信息，然后進(jìn)行肉品裝車。裝載結(jié)束后，溯源設(shè)備自動(dòng)錄入裝載時(shí)間、出發(fā)地、目的地、車載RFID卡信息等，并按照相應(yīng)信息生成加密信息。運(yùn)輸全過(guò)程進(jìn)行封存處理，下一環(huán)節(jié)接受肉品時(shí)，對(duì)車牌號(hào)、封識(shí)號(hào)進(jìn)行校對(duì)，確認(rèn)密封良好無(wú)損后放行。

2.2.5銷售環(huán)節(jié)

銷售環(huán)節(jié)，商戶對(duì)肉品進(jìn)行切分、包裝、銷售。商戶使用專用設(shè)備獲取肉品的信息，并與經(jīng)營(yíng)戶信息一并生成唯一的二溯源二維碼。此二維碼會(huì)同小包裝一并流入消費(fèi)者手中。對(duì)于不需要加工的成品，商戶將獲取的肉品信息與商戶信息一并生成二維碼后附于商品包裝上，在銷售時(shí)一同交給消費(fèi)者。

3系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)

根據(jù)需求，軍墾牌肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息維護(hù)、系統(tǒng)管理、信息交流、信息查詢的功能（圖2）。

3.1基礎(chǔ)信息維護(hù)

該模塊主要是不同管理員進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和修改，數(shù)據(jù)一旦寫入將不能修改，只有超級(jí)管理員才擁有數(shù)據(jù)和用戶的修改權(quán)限。養(yǎng)殖信息用于添加養(yǎng)殖戶信息、牲畜的檢驗(yàn)檢疫信息、飼料與喂養(yǎng)時(shí)間等信息。屠宰加工信息模塊主要進(jìn)行胴體識(shí)別、初體分割、員工信息。檢驗(yàn)檢疫環(huán)節(jié)主要錄入加工過(guò)程中的檢疫信息與檢疫人員信息。物流倉(cāng)儲(chǔ)信息向上關(guān)聯(lián)屠宰加工信息，向下關(guān)聯(lián)銷售信息；銷售環(huán)節(jié)向上關(guān)聯(lián)物流倉(cāng)儲(chǔ)信息，向下與消費(fèi)者進(jìn)行對(duì)接。

3.2系統(tǒng)管理

該模塊主要對(duì)使用者級(jí)別與權(quán)限進(jìn)行管理。在軍墾牌肉制品溯源系統(tǒng)中，系統(tǒng)為不同用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限，超級(jí)管理員、管理員、普通用戶的權(quán)限依次降低，從而保障肉制品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與安全。

3.3信息交流與服務(wù)

信息交流與服務(wù)功能主要是了解消費(fèi)者所關(guān)注的焦點(diǎn)和意見，及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)與反饋，讓消費(fèi)者滿意。

3.4信息查詢

消費(fèi)者可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)查詢。通過(guò)手機(jī)掃描二維碼進(jìn)[CM（25]行查詢；網(wǎng)站查詢，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)形式，輸入查詢號(hào)進(jìn)行查

詢；使用安放在企業(yè)超市或農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的專用設(shè)備終端，通過(guò)輸入編碼或掃碼進(jìn)行查詢。

4系統(tǒng)的總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖3。

[HTK]4.1軟硬件平臺(tái)[HT]

網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)為應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的網(wǎng)絡(luò)硬件保障，提供相應(yīng)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、PC等。

軟件平臺(tái)為應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和操作系統(tǒng)等。基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)為應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)提供統(tǒng)一技術(shù)開發(fā)框架，采用流行的開發(fā)模式，具有很強(qiáng)的易用性、伸縮性、擴(kuò)展性等多種特點(diǎn)。

4.2基礎(chǔ)支撐平臺(tái)

自定義工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)了不同用戶的不同工作界面，可自定義常用工作界面。自定義查詢、報(bào)表、統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速的查詢界面配置、報(bào)表配置、開發(fā)，用戶可自定義顯示、匯總結(jié)果，并對(duì)查詢結(jié)果選擇不同類型的圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為經(jīng)營(yíng)決策、日常管理提供有效可靠的依據(jù)。系統(tǒng)安全性控制平臺(tái)是保障食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)保密性的前提，因此需要高度重視安全問(wèn)題。在方案設(shè)計(jì)中，為保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完整，設(shè)計(jì)了應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的安全方案，涵蓋用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)加密、客戶授權(quán)認(rèn)證等。

4.3數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)中心平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、屠宰批發(fā)配送環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)、市場(chǎng)零售環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)、超市專賣店等零售數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)外提供接口或共享查詢。數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)Web訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者追溯碼信息查詢，授權(quán)政府內(nèi)部用戶通用追溯監(jiān)管信息查詢，授權(quán)超市、專賣店、市場(chǎng)等用戶數(shù)據(jù)上報(bào)。

采用Web Service服務(wù)接口進(jìn)行專用數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳與交換，主要面向屠宰場(chǎng)、批發(fā)市場(chǎng)以及動(dòng)檢、監(jiān)管等其他基于Windows的應(yīng)用系統(tǒng)，以XML格式作為文件交換序列化數(shù)據(jù)，從而保證可穿透防火墻。使用二維碼數(shù)據(jù)接口，消費(fèi)者可通過(guò)手機(jī)app掃描產(chǎn)品上的二維碼標(biāo)簽，對(duì)產(chǎn)品溯源信息進(jìn)行查詢。

5軍墾牌肉制品溯源系統(tǒng)開發(fā)

5.1標(biāo)簽應(yīng)用與系統(tǒng)通信

本系統(tǒng)以RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)肉制品的全程溯源?？紤]到牲畜養(yǎng)殖、加工、銷售環(huán)節(jié)的不同要求，在牲畜養(yǎng)殖和整體屠宰階段使用RFID標(biāo)簽，在分割加工和零售階段使用二維碼，不僅節(jié)約了成本，而且能夠提高產(chǎn)品流動(dòng)信息的記錄效率[8]。

系統(tǒng)選用了具有團(tuán)隊(duì)工作室與身份識(shí)別的Visualstudio 2013軟件和相對(duì)較成熟的SQL Sever 2008軟件進(jìn)行應(yīng)用程序集成開發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理，構(gòu)建高可用性和高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。運(yùn)用局域網(wǎng)技術(shù)將標(biāo)簽、閱讀器與上位機(jī)進(jìn)行連接，通過(guò)Visual studio 2013軟件的“C#”語(yǔ)言調(diào)用RFID廠商的動(dòng)態(tài)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID標(biāo)簽的識(shí)別與讀寫，并使局域網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行通信，為后續(xù)的防碰撞算法提供基礎(chǔ)。部分程序如下：

namespace Utility

{

public class RFIDScan

{

//[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）

//連接讀寫器

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_ConnectScanner（ref int hSocket，string nTargetAddress，uint nTargetPort，string nHostAddress，uint nHostPort）；

//選擇工作天線

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_SetAntenna（int hSocket，int m_antenna_sel）；//識(shí)別標(biāo)簽的EPC

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_EPC1G2_ReadLabelID（int hSocket，int mem，int ptr，int len，byte[] mask，byte[] IDBuffer，ref int nCounter）；//斷開讀寫器連接

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

……

public RFIDScan（）

{

……

5.2系統(tǒng)運(yùn)行界面

軍墾牌肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)的主界面見圖4。在主界面輸入相應(yīng)權(quán)限的用戶名和密碼進(jìn)入相應(yīng)模塊，如輸入超級(jí)管理員的賬號(hào)和密碼即可進(jìn)入管理員界面，可對(duì)不同級(jí)別的用戶進(jìn)行管理。

6結(jié)論

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軍墾牌肉制品在養(yǎng)殖、加工、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售等環(huán)節(jié)的信息溯源，提高了相關(guān)產(chǎn)品在飼養(yǎng)、加工、物流、銷售等環(huán)節(jié)的信息透明性，提升了軍墾牌肉制品的品牌價(jià)值。通過(guò)溯源平臺(tái)，相關(guān)政府部門可對(duì)相關(guān)食品進(jìn)行監(jiān)督管理；消費(fèi)者可進(jìn)行信息查詢，實(shí)現(xiàn)軍墾牌肉制品的溯源功能。

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