一種基于RFID技術的肉制產品安全追溯系統應用研究①

成志平

(陜西工業職業技術學院 陜西咸陽712000)

隨著居民生活的水平提升，目前肉制品是需求量居高的食品。但在此背景下，肉產品安全事故卻頻頻發生，如2011年震驚全國的瘦肉精事件、2014年的注水豬肉事件［1-2］。部分不良商家妄想借助肉產品市場需求量的優勢，依靠使用激素藥劑飼料、添加劑等違法行為來降低肉產品生產成本并以此獲利，將消費者安全置身事外。由此看出，當前肉產品市場急需為消費者提供一套先進的安全追溯系統，對肉制品生產過程進行嚴格監督［3］。

國外關于肉制品溯源的研究要略早于國內。1996年英國在瘋牛病事件之后，投入較大力度建設基于互聯網的家畜跟蹤系統；加拿大自2002年起，開始實施針對牛類及其肉制品的強制性標識制度；隨后，日本、澳大利亞、歐盟等國家或地區相繼開始建立針對肉制品的身份及質量追蹤系統。國內相關研究開始較晚，北京永泰普諾開發的“RFID屠宰加工實時生產管理和安全信息追溯系統”實現了肉制品從活體到屠宰交易全過程的管理，且在2006年上海發生的“瘦肉精”中毒事件中，有效防止了中毒危害的擴大，發揮了正面作用。

以上多種類型的肉制品追溯理念，基本主要依靠互聯網實現牲畜從入廠到銷售的過程，對于牲畜的生長過程及生長環境沒有實現有效記錄以及長期監控。利用RFID技術能夠有效監控牲畜的生長情況，為系統提供牲畜生長過程中的所有基礎數據，從源頭上保障肉制品安全。本文將消費者安全放在利益之上，進行基于RFID肉產品安全追溯系統的設計工作，以公開、透明的形式將肉制品生產至銷售過程完全展示于消費者眼前。

1 RFID技術簡介

RFID（Radio Frequency Identification） 是一種射頻識別通信技術，主要利用無線電訊號進行相關數據的識別及讀寫工作［4］，具體結構見圖1。圖1中RFID的工作原理是利用射頻信號完成對物體的自動識別，以便達到自動辨識信息及追蹤信息的目的。

圖1 RFID結構組成

2 肉制品產品安全追溯概述

2.1 需求分析

研究針對北上廣深等國內一線城市肉制品加工企業和大型超市進行了調研，并結合西安本地的實際情況，對企業以及消費者關于肉制品安全追溯方面的一些問題進行了統計。調研結果表明，肉制產品信息的追溯能夠有效增強消費者對產品質量安全的信息，對于肉制品生產加工企業的口碑有明顯提升作用，同時還能夠大幅提升產品的銷售量和利潤。企業與消費者對肉制產品安全追溯的需求與日俱增。

陜西省于2015年12月22日，發布《陜西省肉制品生產經營監督管理規范》，要求肉制品生產經營單位應當依照法律、法規和食品安全標準從事生產經營活動，保證食品安全，誠信自律，建立健全全程追溯制度，落實主體責任。本項目可作為流通節點的追溯子系統，配合政府職能部門完善陜西地區內肉制產品溯源機制。

2.2 主要溯源環節

肉制品跟蹤與溯源主要環節見圖2。

圖2 肉制品跟蹤與溯源主要環節

2.2.1 養殖

養殖環節安裝RFID標簽，可以幫助飼養員隨時采集牲畜生長信息，對生長發育情況、飼料、生長環境、所用藥品、檢疫情況等進行監控，提供完整數據供溯源系統提取。

2.2.2 加工

牲畜進入宰殺流程前，通過對RFID標簽中數據進行讀取，確認牲畜健康情況符合要求，對牲畜的宰殺前后重量進行保留，同時錄入牲畜宰殺日期。將信息一同保存到二維碼中，與宰后酮體一起進入檢疫環節。

2.2.3 檢驗檢疫

經檢疫部門檢疫后，將所有檢疫信息錄入二維碼并上傳至中心服務器，生成二維碼封存后進入下一流通環節。

2.2.4 運輸

讀取車輛RFID卡，確認運載肉制品車輛的車牌號、所屬單位、檢疫消毒單位、運載日期等信息；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。

2.2.5 銷售

商家對肉品進行切分、包裝、銷售。商家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。

3 系統設計

3.1 整體架構設計

筆者主要將RFID電子標簽應用到肉產品的安全追溯系統中，對肉產品生產至加工再到銷售的整個過程進行實時記錄，并利用ZigBee無線通信技術以及網絡技術將各環節相關信息進行采集，以此構成4類信息采集系統，再將4類信息匯集到跟蹤追溯系統信息平臺中。通過此架構設計，將實現用戶根據相應的肉產品追溯號即可查詢到其整個生產過程的相關信息。具體架構見圖3。

圖3 肉產品安全追溯系統整體架構設計

根據圖3，整個肉制品安全追溯系統按照肉制品生產和銷售的流程，在養殖、屠宰、批發和銷售4個環節進行數據采集。其中養殖場環節采集主要匯聚了肉制品一系列的養殖信息，如飼料信息、用藥信息等；屠宰場環節采集主要包括肉制品加工過程，如檢驗情況、屠宰日期等；批發環節采集主要包括肉制品完成屠宰之后的相關信息，如轉入信息、增加配送等；銷售環節主要記錄著肉產品完成批發之后的相關銷售信息，如銷售商信息、銷售時間等。通過上述的采集，將數據匯入到信息平臺，最終存儲在數據庫中，便于購買肉制品的消費者進行安全信息查詢。

3.2 RFID標簽的數據采集系統設計

3.2.1 系統整體架構

RFID標簽是整個系統的核心所在，關系著肉產品的安全追溯是否得以實現［5］。筆者主要將RFID標簽的數據采集系統劃分為5個部分，分別為RFID讀寫器、ZigBee終端節點、ZigBee路由器、ZigBee網絡協調器以及控制服務器。具體RFID標簽的數據采集系統整體架構見圖4。

圖4 數據采集模塊設計

在RFID標簽的數據采集系統的整體架構中，標簽實則就是一個肉制品信息記錄器，RFID讀寫器可通過對標簽進行讀取來獲得相關的肉制品信息，并將該信息發送至ZigBee終端節點中。與此同時，RFID也擔負起接收上層相關指令的任務，按指令要求對標簽數據信息進行寫入、刪除等相關操作。ZigBee終端節點在接收到肉制品信息之后，將會通過ZigBee路由器選擇出一條最佳傳送路徑，向ZigBee協調器發送肉制品信息。而當Zig-Bee終端節點在接收到上層發送的指令時，也將完整地將其傳達至RFID讀寫器中，為讀寫器的相關操作提供依據。ZigBee協調器在接收到下層傳送的肉制品信息后，最終將此信息上傳至控制服務器，以此完成肉制品信息的整個傳送過程。

3.2.2 ZigBee路由器節點的程序流程

在整個RFID標簽的數據采集系統整體架構中，ZigBee路由器在其中扮演著中繼節點的角色，擔負起信息傳送和指令傳達的工作［6］。具體ZigBee路由器節點的程序流程見圖5。根據圖5，ZigBee路由器在完成軟硬件初始化之后，將向信號監測節點發起網絡申請。若該節點同意此申請，將會分配給路由器相應的網絡地址，該路由器節點轉變為無線監聽狀態。當此狀態的路由器節點監聽到其他節點的網絡申請時，將會對空閑短地址進行分配，若此時并未發現符合該節點申請的網絡地址時，便將該數據信息下達至下一個節點。

3.3 肉制品安全追溯系統設計

3.3.1 服務器端體系結構設計

由于服務器體系架構將對整個肉制品信息管理系統的影響力極大，因此，筆者將對當前較為常用的C/S結構與B/S結構進行對比，以此選出更為合適的結構應用于服務器端體系的結構設計中，以此提高該模塊的實用價值。具體C/S結構與B/S結構進行對比結果見表1。根據表1，B/S結構在維護升級、代碼重用等多方面皆更加符合肉制品安全追溯系統的設計原則，因此，筆者選用B/S結構進行服務器端體系結構設計。

3.3.2 系統功能設計

在系統的功能模塊設計過程中，筆者主要將其功能劃分為3大模塊，分別為肉制品追溯信息查詢子系統、企業生產管理子系統以及質量安全監督子系統。其中在肉制品追溯信息查詢子系統中，用戶可根據產品追溯碼查詢到相關的肉產品信息；企業生產管理子系統主要面向企業管理人員與生產人員，為其提供與某肉制品生產相關的人員信息，便于企業進行肉產品生產信息了解工作；質量安全監督子系統主要負責肉產品問題預警、處理、召回等工作。

圖5 路由器節點的程序流程

4 系統實現與應用

4.1 系統實現

筆者主要利用RFID技術，再結合ZigBee進行肉制品安全追溯系統的設計工作。開發語言方面選用當前最為先進的Java開發語言，數據庫選用SQLServer2000，以此構成了一套具有先進性、合理性以及可擴展性等特征的肉制品安全追溯系統。基于RFID肉制品安全追溯系統的具體實現見圖6。

表1 C/S結構與B/S結構對比結果

圖6 產品追溯查詢界面

4.2 系統應用情況測試

4.2.1 功能測試

系統功能測試主要針對2個主要功能：肉品信息跟蹤、產品信息追溯。企業用戶在權限登錄成功之后，肉品信息跟蹤界面顯示正常，用戶進行肉品養殖、加工、倉儲、物流和運輸信息跟蹤操作時，按鈕事件正常，頁面跳轉快速準確，數據信息從數據庫進行讀寫正確快速，對不符合規范是數據輸入進行攔截并提示。公眾用戶進入系統主界面，界面顯示正常美觀，輸入追溯碼進行產品信息追溯，按鈕事件正確，結果頁面跳轉正常，最終產品數據顯示正常。通過地區查閱企業時，地址導航欄動作反應快速準確，地圖能正確跳轉至地級市地圖，能正確顯示該區域的企業用戶數量和簡要信息。具體功能測試的測試項目、內容及結果見表2。

表2 功能模塊測試結果

5 結語

本研究在分析RFID技術與肉質產品安全追溯需求及其主要追溯環節的基礎上，對肉制產品安全追溯系統的整體架構、RFID標簽的數據采集系統、安全追溯系統等進行了系統開發，并將設計完成后的系統投入實驗進行驗證。該系統能夠有效對肉制產品各項信息進行追蹤，且系統界面顯示正常美觀，結果頁面跳轉流暢，最終產品數據顯示正常，各測試項目均達到預期要求。通過該溯源平臺，相關政府部門可對相關食品進行監督管理；消費者可對相關食品進行信息查詢，實現肉制品的溯源功能。