農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)體系分析

吳建偉+盛耀輝+吳建輝++魯雨++楊寶祝

摘要 為緩解農(nóng)產(chǎn)品安全問題，綜合分析了農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管與信息服務現(xiàn)狀和國內(nèi)外研究進展，并結合調(diào)查分析，制定農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)管理體系，涉及農(nóng)產(chǎn)品全過程的數(shù)據(jù)采集、匯總、統(tǒng)計分析和監(jiān)管查詢等溯源管理，有助于實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯到源頭，使市民吃到放心菜，提升現(xiàn)代農(nóng)民收入水平和改善居民安全農(nóng)產(chǎn)品的消費現(xiàn)狀。

關鍵詞 農(nóng)產(chǎn)品；安全；溯源；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）05-0282-03

Abstract In order to alleviate the problem of the safety of agricultural products，current situation and domestic and abroad study progress of agricultural products safety supervision and information service were comprehensively analyzed，combined with the investigation and analysis，to make the IOT system of agricultural product safety traceability，including data collection，summary，statistical analysis and monitoring query traceability，the application of research results can contribute to the realization of agricultural product quality traceability to the source，so that people can eat safe food，farmers′ income and the safe agricultural products consumption status of residents can be improved.

Key words agricultural product；safety；traceability；Internet of Things（IOT）

根據(jù)2014年中央農(nóng)村工作會議精神和中央1號文件的有關要求，農(nóng)業(yè)部制定了《國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全縣創(chuàng)建活動方案》和《國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全縣考核辦法》，強調(diào)扎實開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測，健全農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管體系[1]。中國工程院院士汪懋華[2]指出，物聯(lián)網(wǎng)要為居民餐桌上的食物提供原產(chǎn)地環(huán)境、產(chǎn)后儲存加工、物流運輸、營銷供應鏈管理與品質(zhì)安全的可追溯系統(tǒng)。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題已成為全社會關注的焦點，造成農(nóng)產(chǎn)品安全問題的一個重要原因就是消費者和監(jiān)管部門對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通過程缺乏有效的監(jiān)控途徑。隨著各部門對于農(nóng)產(chǎn)品安全問題的重視，農(nóng)業(yè)信息技術將成為緩解農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理及溯源的核心支撐，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系將不斷發(fā)展完善，并進一步促進信息技術與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的融合，對于保障農(nóng)產(chǎn)品安全、改善生態(tài)環(huán)境等均具有重要意義。

1 國內(nèi)外研究進展

1.1 國外研究進展

國外對農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)進行了深入研究。發(fā)達國家在動物個體標號識別、農(nóng)產(chǎn)品包裝標識及農(nóng)產(chǎn)品物流配送等方面對RFID技術的應用非常廣泛，如1998—2001年法國、德國、意大利、荷蘭、葡萄牙和西班牙聯(lián)合實施了家畜電子標識（IDEA）項目[3]。歐盟的農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)有效化解了 “瘋牛病”事件所引發(fā)的危機[4]。美國農(nóng)業(yè)部于2003年啟動家畜追溯體系，通過完善相關信息記錄，讓家畜信息更加透明化[5-6]。日本于2004 年構建了農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗系統(tǒng)，通過利用RFID 標簽加強對農(nóng)產(chǎn)品流通的管理[7]。2005年Spiessl Mayr等[8]運用 RFID 技術優(yōu)化了豬肉的可追溯系統(tǒng)。發(fā)達國家不斷提高運輸技術、儲藏技術、裝卸技術、檢驗技術、加工技術等，并建立先進的物流技術系統(tǒng)，將計算機技術應用到配送中心，實現(xiàn)全程自動化操作。

1.2 國內(nèi)研究進展

與發(fā)達國家相比，我國追溯管理引進和研究起步較晚，但發(fā)展較快，目前相關技術支撐著追溯管理工作的開展[9-11]。建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)可分為硬件建設與軟件開發(fā)應用2個步驟，其中涉及產(chǎn)品識別、產(chǎn)品編碼、信息采集與傳輸、數(shù)據(jù)分析等關鍵技術，這些關鍵技術近年來都取得了一定突破。2003年設立了“飼料和畜禽產(chǎn)品數(shù)字化安全監(jiān)控體系研究”專題，并應用到蔬菜、水產(chǎn)等產(chǎn)品的追溯中；提出了基于豬肉安全生產(chǎn)的物質(zhì)流與信息流的跟蹤與溯源流程，開發(fā)了集約化養(yǎng)豬場及散養(yǎng)模式下養(yǎng)殖、屠宰與銷售環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。在北京、上海、天津等地采用條碼技術、RFID 技術、IC 卡技術等建立了質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。中國移動與農(nóng)業(yè)部從 2006年11月起合作開發(fā)了動物標識溯源系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)各環(huán)節(jié)一體化全程監(jiān)控，達到動物養(yǎng)殖、防疫、檢疫和監(jiān)督的有機結合，從而對動物疫情與動物產(chǎn)品安全事件進行有效溯源和快速處理。北京派得偉業(yè)科技發(fā)展有限公司為北京市農(nóng)業(yè)局、大興農(nóng)業(yè)技術推廣站、中國水產(chǎn)科學研究院等研發(fā)過農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與管理溯源系統(tǒng)，促進了農(nóng)產(chǎn)品安全管理領域創(chuàng)新發(fā)展，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全領域信息化應用的推廣，有效提升本市農(nóng)產(chǎn)品品牌效應和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)附加值。國內(nèi)相關研究分別從不同角度出發(fā)，以RFID 電子標簽為主要載體，依托網(wǎng)絡技術、移動通信技術和數(shù)據(jù)庫技術等構建了農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節(jié)溯源信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并面向消費者、企業(yè)和政府監(jiān)管部門實現(xiàn)養(yǎng)殖、加工、銷售、配送的全程跟蹤與追溯[12-14]。2007年郭曼等[15]分析了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量全程追溯系統(tǒng)流程與可追溯單元架構，提出了以數(shù)據(jù)網(wǎng)格與RFID相結合的方式構建基于數(shù)據(jù)網(wǎng)格的RFID農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤與追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)廣域范圍的農(nóng)產(chǎn)品跟蹤與信息共享。2013年黃慶等[16]構建了由農(nóng)資溯源防偽、農(nóng)資調(diào)度和農(nóng)資知識服務3個子系統(tǒng)組成的農(nóng)資溯源服務系統(tǒng)。

2 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)調(diào)查分析

近年來，我國層出不窮的食品安全問題（毒韭菜、毒豆角、三聚氰胺牛奶、硫磺姜、死豬肉等重大農(nóng)產(chǎn)品安全事件頻發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理粗放、農(nóng)業(yè)投入品使用不當、政府監(jiān)管手段落后）在社會上引起了廣泛的關注。為了比較全面地了解農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀和需求特點，本研究在2015年3—9月間，對中國部分省市進行了相關調(diào)查研究。抽樣分布充分考慮了數(shù)據(jù)的覆蓋性以及不同研究層次之間數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，選擇北京市、河北省、山東省、遼寧省、吉林省和黑龍江省6個地區(qū)作為宏觀研究對象，從這6個地區(qū)中選擇了100個（發(fā)放調(diào)查問卷113份，回收有效反饋100份）農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)園區(qū)和農(nóng)業(yè)技術推廣服務機構作為研究對象。

從圖1可以看出，市場對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源是有一定需求的，但限于成本等因素具備使用條件的企業(yè)或單位數(shù)量較少。如圖2～4所示，被訪者對質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)最應該實現(xiàn)功能的選擇各有側(cè)重，但普遍認為需要進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售全過程的溯源，并且大部分被訪者傾向于使用可以個性化定制的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。

3 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)技術體系

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)包含整個智慧農(nóng)業(yè)的全流程跟蹤管理，是主干道，涉及農(nóng)戶、合作社、生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)資供銷商、產(chǎn)品銷售商、政府和消費者，貫穿了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地管理、種植養(yǎng)殖過程管理、采摘收割、加工、儲存、運輸、上市銷售、政府監(jiān)管等各個環(huán)節(jié)。追溯平臺涉及到的應用模塊為智慧農(nóng)業(yè)的某一環(huán)節(jié)服務，并將采集到的信息即時傳送到追溯平臺，最終在追溯平臺上進行全流程的展現(xiàn)，實現(xiàn)“質(zhì)量可監(jiān)控，過程可追溯，政府可監(jiān)管”（圖5）。

3.1 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)感知層

傳感感知作為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心應用，主要實現(xiàn)信息探測、識別、定位、跟蹤等功能的感知終端，承載了將農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場信息轉(zhuǎn)換為可處理的應用信號。感知層涉及傳感器技術、RFID技術、二維碼技術等關鍵技術[17]，并形成了各類傳感器、RFID設備、條碼設備、攝像設備、定位設備等核心設備，能夠?qū)r(nóng)產(chǎn)品安全從生產(chǎn)、加工、儲存、運輸?shù)戒N售各個環(huán)節(jié)進行全面的信息感知。

3.2 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層

傳輸通訊作為農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層的核心應用，傳輸通訊方式主要包括ZigBee、藍牙、WiFi無線組網(wǎng)、寬帶傳輸、3G/4G移動無線網(wǎng)絡傳輸方式等。在農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)中常采用企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)技術，并與互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡接口，并在不方便布線的生產(chǎn)現(xiàn)場采用無線局域網(wǎng)通訊；在農(nóng)產(chǎn)品安全物流運輸、車輛配貨與調(diào)度管理環(huán)節(jié)通常采用互聯(lián)網(wǎng)通訊與GPS技術相結合；在農(nóng)產(chǎn)品安全倉儲環(huán)節(jié)，常采用現(xiàn)場總線技術、無線局域網(wǎng)技術、局域網(wǎng)技術等網(wǎng)絡技術進行通訊。

3.3 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)應用層

分析處理作為農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)應用層的核心應用，面向終端應用用戶，主要作用是對數(shù)據(jù)進行融合，對感知數(shù)據(jù)進行分析處理并制定科學管理決策，從而實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全的全過程信息服務應用。①農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)管理：對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)進行全過程監(jiān)管，包括生長各階段環(huán)境信息、視頻信息、施肥施藥信息、茬口信息等。②農(nóng)產(chǎn)品加工管理：對農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)進行全過程監(jiān)管，包括工商信息、加工過程信息、農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測報告信息等。③農(nóng)產(chǎn)品物流管理：可以實現(xiàn)運輸過程的可視化。④農(nóng)產(chǎn)品倉儲：可通過感知設備在農(nóng)產(chǎn)品入庫時進行感知，并實現(xiàn)各處倉庫及生產(chǎn)點、銷售點的無縫連接，準確掌握倉儲的基本狀態(tài)，并能夠做出相應控制，實現(xiàn)倉儲溫濕度、CO2濃度等環(huán)境條件的智能調(diào)節(jié)，從而提高作業(yè)管理效率。⑤農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督：以區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督與指導為核心，實現(xiàn)日常管理、統(tǒng)計報表、檔案存儲、企業(yè)評估、科學指導、標識管理、追溯管理等功能。當農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時，有利于政府部門發(fā)揮監(jiān)管職能。⑥農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯：實現(xiàn)“生產(chǎn)基地—流通加工商—銷售商”從上到下的信息追溯，消費者購買問題農(nóng)產(chǎn)品后，可以層層查找溯源，追究產(chǎn)品流通點及責任人，維護消費者自身權益。

4 結語

農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)管理從概念及實用上都是對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的一種全新突破，實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工、包裝倉儲、安全檢測、物流配送、銷售等全過程開展監(jiān)控管理[18]。未來的農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域流通將趨于頻繁，農(nóng)產(chǎn)品市場規(guī)模不斷擴大和繁榮，促進農(nóng)產(chǎn)品安全管理領域創(chuàng)新發(fā)展，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全領域信息化應用的推廣，有效提升農(nóng)產(chǎn)品的品牌效應和附加值，提高農(nóng)業(yè)企業(yè)的管理及技術水平，并有助于保障市民食用農(nóng)產(chǎn)品的安全，可為食品安全監(jiān)管部門行使職能提供信息化支撐，以更廣泛、更深入、更有效地服務于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，從而輻射帶動區(qū)域農(nóng)業(yè)的整體發(fā)展[19-21]。

5 參考文獻

[1] 農(nóng)業(yè)部關于印發(fā)《國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全縣創(chuàng)建活動方案》和《國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全縣考核辦法》的通知[A/OL].（2014-11-28）[2016-12-15].http：//www.moa.gov.cn/sjzz/jianguanju/dongtai/201411/t20141128_4

256375.htm.

[2] 汪懋華.2020年農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將成熟應用[N].華商報，2014-11-07.

[3] RIBO O，KORN C，MELONI U，et al.IDEA：a large-scale project on ele-ctronic identification of livestock[J].Scientific and Technical Review，2001，20（2）：879-884.

[4] CASTRO R D.Mechanization and Traceability of Agricultural products：A Challenge for the future[J].Agricultural and Development Invited Overv-iew Paper，2002（4）：33-38.

[5] DIEKINSON D L，BAILEY D V.Meat Traceability：Are U.S.Consumers willing to Pay for it[J].Journal of Agricultural and Resource Economics，2002（27）：348-364.

[6] ELISE GOLAN，BARRY KRISSOFF，LINDA CALVIN，et al.Traceability in the USA food supply：Economic Theory and Industry Studies[J].Agric-ultural Economic report，2004，180（3）：15-18.

[7] 林學貴.日本的食品可追溯制度及啟示[J].世界農(nóng)業(yè)，2012（2）：38-42.

[8] SPIESSL M E，WENDL G，ZAEHNER M，et al.Electronic identification（RFID technology）for improvement of trace ability of pigs and meat[J].Prec.Livestock Farm，2005（50）：339-345.

[9] 修文彥，任愛勝.國外農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯制度的發(fā)展與啟示[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟問題，2008（增刊1）：23-25.

[10] 許靖波，鄧后勤，周華玲.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯制度建設探討[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報（社會科學版），2008，9（2）：24-28.

[11] 徐成德.發(fā)達國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯的實踐與借鑒[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學刊），2009（9）：19-22.

[12] 劉堯，高峰，徐幸蓮，等.基于RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)開發(fā)[J].食品工業(yè)科技，2012，33（16）：49-52.

[13] 龍伊，陳新文，溫希軍，等.物聯(lián)網(wǎng)技術在畜產(chǎn)品中的應用[J].物聯(lián)網(wǎng)

技術，2013（2）：74-75.

[14] 顏波，石平，黃廣文.基于RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品供應鏈可追溯平臺開發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2013，29 （15）：172-183.

[15] 郭曼，朱海鵬，酈晶.基于數(shù)據(jù)網(wǎng)格的RFID農(nóng)產(chǎn)品跟蹤與追溯系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機化研究，2007（11）：101-104.

[16] 黃慶，崔超遠，烏云.應用于農(nóng)資產(chǎn)品溯源服務系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術分析[J].計算機系統(tǒng)應用，2013，22（1）：44-47.

[17] 黃華梅，楊寶祝，邢斌，等.農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理的圖形組態(tài)軟件多源異構數(shù)據(jù)處理[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2009（增刊2）：308-313.

[18] 趙春江，韓佳偉，楊信廷，等.冷鏈物流研究中的計算流體力學數(shù)值模擬技術[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2015，46（3）：214-222.

[19] 王祖樂，宋波，肖瑜，等.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源系統(tǒng)的研究[J].成都信息工程學院學報，2011，26（1）：77-80.

[20] 張燕，丁保華，張俊，等.基于B/S架構的農(nóng)產(chǎn)品溯源安全管理系統(tǒng)設計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（34）：21501-21503.

[21] 趙春江.對我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的思考與建議[J].食品科技，2014（7）：25.