物聯網技術在食品溯源中的應用研究

陸秋俊

摘 要：為了解決食品安全的問題，以計算機信息管理系統與物聯網技術為手段，利用軟件開發工具，RFID，ZigBee等技術，建立生產數據庫，實時存儲生產過程中相應節點的溯源信息，開發食品溯源系統，構建食品種植、加工、銷售等過程監控與溯源系統，實現對食品從農田到餐桌全生命周期的信息溯源，利用食品溯源系統有效解決食品安全管理中的主要問題。

關鍵詞：物聯網技術;信息溯源;食品安全;生產數據庫;RFID;ZigBee

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

食品衛生與安全問題已成為全球關注的熱點，從世界著名的瘋牛病開始，不斷有食品安全問題出現。全世界很多國家都發生過食品安全事故，國內發生過三鹿奶粉、地溝油、瘦肉精等事件。縱觀全球，食品安全問題已普遍存在于人們的日常生活中。

食品安全包括從食品原料開始的種植或者養殖直到銷售食用為止的全過程。食品生產環節眾多，要保障食品安全，必須從源頭抓起，加工、貯存、包裝、運輸、銷售等環節一個都不能漏掉。

物聯網技術快速發展，在社會生活的各方面均有應用，利用物聯網技術開發食品安全可追溯系統是可行的，如RFID、二維碼，遠程識讀技術、無線傳輸技術、數據庫技術、網絡技術等，都是可以應用到食品溯源系統中的關鍵技術。

1 食品溯源在國內外的現狀

1.1 食品溯源的現狀

傳統食品安全監管采用手工索證和進銷臺帳的登記辦法，不僅加大了經營成本，而且索證環節存在漏洞，手續繁雜，且不便于保存、查找。傳統追溯系統在食品安全問題發生后雖能溯源，但大多是事后懲罰，實現不了食品安全監管的目的。通過物聯網技術則可對食品生產各環節進行實時監測，及時進行糾正。

基于物聯網技術的食品溯源在信息處理方面具有優越性，正不斷應用在食品安全領域。該技術由不同的網絡支撐，根據種植、養殖等食品生產、加工到銷售的流通特點，采用可非接觸式物品自動識別的RFID技術進行食品信息的感知，以電子標簽為溯源信息載體，實時記錄食品生產的相關信息，分別在食品加工各個環節進行標識，并記載輸入數據庫，應用ZigBee無線網絡傳輸技術進行生產環境控制指令和數據信息的傳輸，運用計算機網絡和數據庫技術進行數據的處理與查詢，對食品進行全程監管。物聯網技術的快速發展為實現各企業間、各環節間的信息互通和數據共享提供了有效手段，采用 Web Service，JSP 等技術開發部署信息發布平臺，通過運用網絡技術、網站設計技術、數據庫技術，實現數據共享及查詢，并最終通過網頁的形式給相關用戶提供食品全生命周期的追溯追蹤信息。

1.2 食品溯源的經驗和教訓

盡管食品安全制度嚴格，但是食品安全問題仍然時有發生。為快速控制危機，總結食品安全危機的原因在于食品安全監督措施出現漏洞，未從食品的原材料及食品生產的全過程抓起。因此，要實現食品安全，必須監控種植、養殖、加工、運輸到餐桌的整個食物鏈，對最初的原料生產、加工、銷售到食品質量反饋的所有環節進行監督。

2 物聯網技術在食品溯源中的應用

2.1 物聯網基本架構

物聯網架構可分為三層：一是感知層，即前端數據采集網絡，通過傳感器感知信息，以RFID、二維碼、數據采集傳感器為主，實現傳感器數據采集和物品識別;二是網絡層，傳遞各類數據、信息，利用信道（包括通信網、廣電網等傳輸通道）傳輸信息、控制信號;三是應用層，實現各種現實應用中的具體功能。物聯網架構如圖1所示。

物聯網是計算機發展的產物，是綜合性的技術，是無線傳感技術依靠計算機網絡實現的遠程自動化綜合應用系統。

2.2 物聯網技術在食品溯源中的應用

2.2.1 食品溯源中常用的幾種物聯網技術

（1）自動識別技術

自動識別以計算機、通信、電氣技術為基礎，應用相關的設備，能夠在不接觸的情況下自動讀取物體的電子編碼信息，并與原有數據進行對比，從而識別物體，并具有編碼唯一性。常用的自動識別技術有條形碼，RFID，IC卡及模式識別等。

（2）WSN技術

WSN（無線傳感網）技術的最大特點是無線，利用無線傳輸方式實現傳感器信號的測量與傳遞，一般應用在監測系統與控制系統中作為前端的信號來源，目的是自動感知被測控對象的信息，并將傳感器數據傳輸到處理機構或者相應的計算機信息設備。ZigBee是構成WSN網絡的重要技術之一，以其自組織、低功率消耗等優勢被市場所接受。

（3）物流跟蹤定位技術（GIS/GPS）

運用GIS和GPS可實現全球衛星定位，解決物流運輸過程中的準確跟蹤與實時定位問題，保證食品運輸過程在可控范圍內。

（4）EPC全球產品電子代碼體系

食品溯源系統利用產品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）技術，把所有流通環節，包括生產、運輸、零售等統一起來，組成可查詢的EPC物聯網，實現對食品的追溯。

2.2.2 溯源二維碼應用系統結構

廠商、監管部門及消費者可掃描二維碼進入系統完成信息錄入或查詢。其中，二維碼作為信息查詢與錄入入口，手持終端、識讀頭、手機都可作為二維碼的識讀及信息錄入終端，使用非常方便。溯源二維碼應用系統結構拓撲圖如圖2所示。

2.3 物聯網食品溯源架構

食品溯源系統采用基于物聯網的三層基本技術架構，在具體的信息處理上可以分為數據采集、融合網絡層、數據庫層、業務應用層。食品溯源系統總體結構見表1所列。

食品溯源平臺主要涉及企業、政府、檢驗部門及市場各方，包括原料、生產、檢驗、物流、銷售、消費者、監管部門、政府等主要溯源環節，并可實現雙向信息互動。食品溯源網絡拓撲結構如圖3所示。

采用食品溯源物聯網架構具有以下優勢。

（1）將RFID等標識手段作為信息輸入的方法，價格低、輸入速度快、自動化程度高。

（2）食品安全監控的實時性較好。由于食品溯源系統能夠實時采集食品原料及加工過程信息，因此食品中出現的問題能夠及時地得到反饋與解決。

（3）食品溯源系統不但能夠保證食品的安全可靠，也有利于市場各方，如企業、政府、市場監管等。食品加工與生產者可利用食品溯源信息加強企業生產管理，提高監管效率。

（4）信息傳輸信道可采用多種方式，如GPRS，WiFi，Ethernet，3G，4G，5G等，可以使用短信、電話、網絡等，信息溝通便捷。

（5）溯源終端可采用手機、電腦及其他手持終端等多種手段，使用方便。

（6）由于在食品溯源系統中使用了遠程數據庫系統，數據與地域無關，不但有利于數據遠程查詢，而且有利于食品安全的第三方監管與評價。

3 結 語

綜合應用自動識別技術、數據輸入技術、數據存貯技術、數據傳輸與查詢技術，結合食品生產、加工過程，以電子標簽為食品溯源信息的載體，及時記錄食品生產過程中的關鍵信息，分別在食品生產各階段進行標識，利用數據庫進行數據匹配，結合食品生產加工的各個參與者，包括生產企業、質檢部門、銷售、銀行、消費者等，記錄食品行業所涉及的種植（養殖）、加工、運輸、流通、分銷等環節的關鍵信息，實現對食品全生命周期信息的溯源，解決了傳統食品安全追溯中出現的問題。可以預見，食品溯源產業將隨著物聯網技術、自動化技術、云計算技術的創新而不斷發展。

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