基于RFID及二維碼的肉制品質量安全溯源系統焦

玉聰+張立+新黃慶林+劉哲

摘要：根據肉制品的生產加工與流通特點，利用二維碼及RFID技術結合計算機通信技術與數據庫技術，構建了軍墾牌肉制品質量安全追溯系統。闡述了二維碼與RFID技術在肉制品質量安全溯源系統中的應用。通過系統研究可提高軍墾牌肉制品信息的透明度，增強消費者對產品的信心，提高產品的可靠性與安全性，促進新疆地區農牧民增收，便于企業和政府對食品安全的監管。

關鍵詞：RFID；二維碼；質量安全；溯源系統

中圖分類號： S126文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）05-0215-04

近年來，中國肉制品產量大幅提升，產品質量明顯改善。但質量安全問題仍然是困擾我國肉制品產業發展的主要瓶頸。隨著“一帶一路”絲綢經濟帶的崛起，新疆地區生鮮農產品逐漸走向全球更多的消費者，增強新疆地區特色農畜產品質量安全工作和新疆地區特色肉制品全過程的監管變得尤為重要。新疆地區農業資源非常豐富，特色農產品種類豐富，農產品質量安全溯源平臺的建立對于提升新疆地區農產品的品牌價值、促進新疆地區農業的長遠發展具有重要作用。然而，由于生產、銷售等環節的信息不對稱以及服務體系不完善等原因，新疆地區農產品質量安全監管和溯源有待進一步發展。我國內地省市的農產品溯源系統發展迅速，我國學者于2002年開始進行食品質量安全溯源體系的研究[1]。2011年，東阿阿膠溯源項目在內蒙古自治區巴林左旗原料基地開展[2]。

2013年3月，新疆地區牛肉質量安全溯源項目啟動，項目完成后，可利用產品質量安全溯源系統直接了解牛肉在生產各環節的質量信息，確保牛肉產品全過程安全控制，為消費者提供“新鮮、安全、優質”的放心產品。農產品質量安全溯源系統在新疆地區剛剛啟動，建立基于二維碼和RFID的軍墾牌肉制品質量安全溯源系統，從各個環節對肉制品的生產進行數據采集，利用芯片埋植和二維碼等手段杜絕市場上冒充軍墾牌肉制品的情況，對新疆地區內軍墾牌肉制品進行保護，同時促進養殖戶增收致富。

1.1RFID技術

RFID技術是利用無線射頻技術進行的非接觸式全雙工數據通訊，實現對目標加以辨認并得到相關數據[3]。RFID標簽的存儲容量可達296以上，使每種物品都可擁有獨一無二的電子標簽[4]。RFID系統的基本組成包括3個部分，即讀寫器、標簽、應用軟件系統[5]。

1.2二維碼技術

二維碼是相互垂直的二維空間內對信息進行處理的條碼。二維碼的信息存儲密度高、存儲量大，具有錯誤查驗和錯誤更正功能，可按照實際情況設置不同的安全級別。其垂直方向攜帶資料，對印刷缺陷或局部損壞可以糾正，恢復數據信息。二維碼可不依賴于數據庫和通信網絡的存在而單獨應用，主要用于對物品的描述[6]。

二維碼成本低、使用靈活，但信息量與讀取效率無法與RFID相比[7]。RFID標簽可重復使用，讀取速度快，但成本較高。

2質量安全溯源系統分析

2.1需求分析

通過對北京市、上海市等國內主要大城市各肉制品加工企業和大型超市的調研，結合新疆地區的現實情況，了解到企業希望在牲畜養殖、加工等環節實現信息全程跟蹤，并將信息應用于企業的各大超市中。在消費者購買了企業的相關產品后，可通過企業安放在超市中的溯源設備現場查驗產品從養殖到銷售的全程溯源信息，或使用手機掃描產品上的二維碼實現產品溯源。調研結果表明，產品信息的溯源增加了消費者對產品質量安全的信心，提升了相關產品的口碑，大大增加了產品的銷售量和利潤。企業迫切需要對旗下的相關肉制品進行全程溯源監管。

石河子市與國家商務部于2014年末簽定協議，成為我國食品流通可溯源體系試點建設城市，并得到了中央專項資金2 500萬元支持。2015年7月，新疆生產建設兵團第8師在石河子市建設的食品流通可溯源項目正式啟動。軍墾牌肉制品溯源系統的研究可實現肉食品源頭溯源可追溯、去處可查證、責任可追究的質量安全溯源鏈條，進一步保障肉類食品質量安全。本項目可作為流通節點的追溯子系統，與即將展開的試點工程共同完善新疆地區內食品溯源機制。

2.2溯源模型的建立

2.2.1養殖環節

在養殖環節，在牲畜身上安裝專用RFID標簽。之后在牲畜的生長過程中，飼養員使用專用手持設備對其生長過程信息不斷進行采集，從來源上對食品安全進行有效監控。此環節主要使用標簽錄入牲畜在飼養過程中的生長發育、使用飼料、使用藥品、檢驗檢疫等信息，并將該信息提供給整個溯源系統以供查詢。

2.2.2加工環節

在宰殺前，獲取牲畜身上RFID標簽內存儲的信息，確定牲畜有過防疫記錄且健康無害后，方可宰殺并進入流通環節。獲得宰殺前牲畜身上RFID標簽中的信息，對牲畜進行稱質量，采用專用的二維碼打印機將宰殺前牲畜的RFID溯源信息、宰后質量、宰殺日期和單位等打印于二維碼中，并與宰后胴體一同進入檢疫環節。

2.2.3檢驗檢疫環節

宰殺后的肉品通過檢驗檢疫部門進行檢疫，檢驗檢疫部門獲取該肉品二維碼內信息，并將檢疫信息上傳至服務器。通過檢疫并合格的肉品，溯源系統將檢驗結果、日期、單位等有關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流通環節。

2.2.4運輸環節

該環節使用固定的RFID讀寫器讀取物流車輛上的RFID卡，獲取其上的記錄車牌號、所屬單位、檢驗檢疫消毒單位、日期等信息，然后進行肉品裝車。裝載結束后，溯源設備自動錄入裝載時間、出發地、目的地、車載RFID卡信息等，并按照相應信息生成加密信息。運輸全過程進行封存處理，下一環節接受肉品時，對車牌號、封識號進行校對，確認密封良好無損后放行。

2.2.5銷售環節

銷售環節，商戶對肉品進行切分、包裝、銷售。商戶使用專用設備獲取肉品的信息，并與經營戶信息一并生成唯一的二溯源二維碼。此二維碼會同小包裝一并流入消費者手中。對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，在銷售時一同交給消費者。

3系統的主要功能設計

根據需求，軍墾牌肉制品質量安全溯源系統主要實現基礎信息維護、系統管理、信息交流、信息查詢的功能（圖2）。

3.1基礎信息維護

該模塊主要是不同管理員進行數據的寫入和修改，數據一旦寫入將不能修改，只有超級管理員才擁有數據和用戶的修改權限。養殖信息用于添加養殖戶信息、牲畜的檢驗檢疫信息、飼料與喂養時間等信息。屠宰加工信息模塊主要進行胴體識別、初體分割、員工信息。檢驗檢疫環節主要錄入加工過程中的檢疫信息與檢疫人員信息。物流倉儲信息向上關聯屠宰加工信息，向下關聯銷售信息；銷售環節向上關聯物流倉儲信息，向下與消費者進行對接。

3.2系統管理

該模塊主要對使用者級別與權限進行管理。在軍墾牌肉制品溯源系統中，系統為不同用戶設置了相應的權限，超級管理員、管理員、普通用戶的權限依次降低，從而保障肉制品數據的準確與安全。

3.3信息交流與服務

信息交流與服務功能主要是了解消費者所關注的焦點和意見，及時進行改進與反饋，讓消費者滿意。

3.4信息查詢

消費者可通過多種途徑實現查詢。通過手機掃描二維碼進[CM（25]行查詢；網站查詢，用戶通過網頁形式，輸入查詢號進行查

詢；使用安放在企業超市或農貿市場的專用設備終端，通過輸入編碼或掃碼進行查詢。

4系統的總體架構

系統總體架構見圖3。

[HTK]4.1軟硬件平臺[HT]

網絡硬件平臺為應用系統的穩定運行提供有效的網絡硬件保障，提供相應的服務器、網絡環境、數據存儲系統、PC等。

軟件平臺為應用系統的穩定運行提供有效的數據庫平臺和操作系統等。基礎開發平臺為應用系統的開發提供統一技術開發框架，采用流行的開發模式，具有很強的易用性、伸縮性、擴展性等多種特點。

4.2基礎支撐平臺

自定義工作臺實現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、報表、統計系統實現了快速的查詢界面配置、報表配置、開發，用戶可自定義顯示、匯總結果，并對查詢結果選擇不同類型的圖表進行數據分析，為經營決策、日常管理提供有效可靠的依據。系統安全性控制平臺是保障食品安全追溯系統數據與業務保密性的前提，因此需要高度重視安全問題。在方案設計中，為保證業務系統的穩定運行和業務數據完整，設計了應用廣泛、技術成熟的安全方案，涵蓋用戶管理、角色管理、權限管理、訪問控制、數據加密、客戶授權認證等。

4.3數據中心與數據交換

數據中心平臺實現了整個系統基礎數據、屠宰批發配送環節數據、市場零售環節數據、超市專賣店等零售數據、預警數據的采集存儲和統計分析，并對外提供接口或共享查詢。數據交換系統通過網頁Web訪問，實現消費者追溯碼信息查詢，授權政府內部用戶通用追溯監管信息查詢，授權超市、專賣店、市場等用戶數據上報。

采用Web Service服務接口進行專用數據的實時上傳與交換，主要面向屠宰場、批發市場以及動檢、監管等其他基于Windows的應用系統，以XML格式作為文件交換序列化數據，從而保證可穿透防火墻。使用二維碼數據接口，消費者可通過手機app掃描產品上的二維碼標簽，對產品溯源信息進行查詢。

5軍墾牌肉制品溯源系統開發

5.1標簽應用與系統通信

本系統以RFID技術、二維碼技術、計算機技術、網絡技術、通信技術為基礎，實現對肉制品的全程溯源。考慮到牲畜養殖、加工、銷售環節的不同要求，在牲畜養殖和整體屠宰階段使用RFID標簽，在分割加工和零售階段使用二維碼，不僅節約了成本，而且能夠提高產品流動信息的記錄效率[8]。

系統選用了具有團隊工作室與身份識別的Visualstudio 2013軟件和相對較成熟的SQL Sever 2008軟件進行應用程序集成開發和數據庫管理，構建高可用性和高性能的數據應用程序。運用局域網技術將標簽、閱讀器與上位機進行連接，通過Visual studio 2013軟件的“C#”語言調用RFID廠商的動態庫，實現對RFID標簽的識別與讀寫，并使局域網與上位機進行通信，為后續的防碰撞算法提供基礎。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）；//識別標簽的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系統運行界面

軍墾牌肉制品質量安全溯源系統的主界面見圖4。在主界面輸入相應權限的用戶名和密碼進入相應模塊，如輸入超級管理員的賬號和密碼即可進入管理員界面，可對不同級別的用戶進行管理。

6結論

本系統實現了軍墾牌肉制品在養殖、加工、倉儲、銷售等環節的信息溯源，提高了相關產品在飼養、加工、物流、銷售等環節的信息透明性，提升了軍墾牌肉制品的品牌價值。通過溯源平臺，相關政府部門可對相關食品進行監督管理；消費者可進行信息查詢，實現軍墾牌肉制品的溯源功能。

參考文獻：

[1]王風云，趙一民，張曉艷，等. 我國食品質量安全追溯體系建設概況[J]. 農業網絡信息，2008（10）：134-137.

[2]本報記者. 東阿阿膠啟動驢皮溯源工程[N]. 中國經濟時報，2011-08-19（3）.

[3]李曉東. 射頻識別技術中的隱私安全問題及策略[J]. 微電子學與計算機，2005（9）：137-140.

[4]李曉武. 移動RFID系統標簽識別技術的研究[D]. 成都：西南交通大學，2015.

[5]孫旭，楊印生，郭鴻鵬. 近場通信物聯網技術在農產品供應鏈信息系統中應用[J]. 農業工程學報，2014，30（19）：325-331.

[6]李久林，高亮，劉君，等. 基于二維碼的蔬菜溯源信息管理平臺的設計[J]. 江蘇農業科學，2015，43（2）：403-405.

[7]劉寧鐘，蘇軍，孫涵. 工業控制環境中QRCode的檢測和識別算法[J]. 電子學報，2011，39（10）：2459-2463.

[8]楊信廷，錢建平，孫傳恒，等. 農產品及食品質量安全追溯系統關鍵技術研究進展[J]. 農業機械學報，2014，45（11）：212-222.