基于物聯網技術的畜牧業自動識別追溯系統設計

摘 ?要： 目前國內對畜產品的需求量比較大，但是存在不少分子為了牟取暴利將將不健康的肉食品來代替健康的肉食品進行售賣，這導致了國內的畜產品的安全問題比較嚴重，這就給為畜牧業發展帶來較大壓力。針對這種現象，在基于物聯網技術的前提下，開發出了針對畜牧的追溯系統，為畜產品的安全和銷售提供有力的保障。在分析設計需求和設計原則的基礎上利用物聯網技術對追溯系統的畜產品飼養、牲畜宰殺和加工、產品的物流運輸、產品銷售以及消費者維護等部分進行了設計，并實現了相應的功能。

關鍵詞： 畜牧業;物聯網技術;追溯系統;食品安全

中圖分類號： TP391.44 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.06.031

本文著錄格式：李治城. 基于物聯網技術的畜牧業自動識別追溯系統設計[J]. 軟件，2020，41（06）：147150+168

【Abstract】： At present， there is a large demand for livestock products in China， but many molecules will replace healthy meat products with unhealthy meat products to make huge profits， which leads to serious safety problems of domestic livestock products， which brings great pressure to the development of animal husbandry. In view of this phenomenon， under the premise of Internet of things technology， a traceability system for livestock was developed to provide a strong guarantee for the safety and sales of livestock products. Based on the analysis of design requirements and design principles， the application of Internet of things technology is used to design the parts of the traceability system， such as livestock product raising， livestock slaughter and processing， product logistics and transportation， product sales， and consumer maintenance， and the corresponding functions are realized.

【Key words】： Animal husbandry; Internet of things technology; Tracing system; Food safety

0 ?引言

肉制食品是日常生活的必需品，最近幾年國內對肉類食品的需求數量不斷增加，而在這其中也伴隨著諸多食品安全問題，一些不法份子將不健康的肉食品來代替健康的肉食品進行售賣，對許多人造成了巨大的經濟損失以及健康損害。在這種背景下，需要結合信息技術完善相關的綜合服務體系，基于畜產品的飼養源頭出發，明確產品加工、產品存儲、產品運輸以及產品銷售等階段應實施的策略，建立健全科學的監管模式，滿足消費者對高質量肉類產品的需求[1]。目前物聯網技術已經比較成熟，利用物聯網技術設計畜牧追溯系統建立基于物聯網技術的畜牧追溯系統來實現對畜產品的安全監管是可行的。

1 ?物聯網及物聯網技術的核心技術在在畜產品可追溯系統中的應用

1.1 ?物流網

從本質上來說，物聯網技術的原理在于實現物體的智能化，借助互聯網，實現和物體之間的信息交流，對物體實施科學有效的管理，引導物體實施相應的操作，完成人與物體的遠程溝通。

1.2 ?RFID技術

（1）RFID技術的概念

RFID是無線射頻識別技術的英文縮寫，這種技術通常被稱為電子標簽。這種技術利用微波射頻信號來實現短距離的識別以及通信的。由于這種即使十分容易操作，并且能夠準確的對多個運動中的物體信息進行有效的捕捉，故而這種技術在畜牧業、農業、物流業的應用前景十分的廣闊[2]。

（2）RFID技術的基本原理

RFID技術的主要組成部分包括讀寫器、電子標簽以及計算機。實踐過程中，由讀寫器發射信號，然后由電子標簽在指定的范圍內對信號進行接受，并且對所接收到的信號做出反應，然后將手機接收到的信息向讀寫器傳輸，由讀寫器負責解碼，并把解碼后的信息傳輸給電腦，由電腦實施處理和計算。

（3）RFID關鍵技術

在本次設計中，RFID技術主要應用在對畜禽的身份標識實施監督和管理，做好畜禽飼養的工作，并記錄疾病預防的信息，實時關注影響畜禽產品加工和生產以及銷售的多個環節，確保畜產品的質量安全問題不受影響，給予全方位的保護。

（4）RFID系統數據傳輸的過程

RFID系統在工作的過程中是存在數據的傳輸的，在傳輸的過程中需要遵循主從原則進行傳輸。讀寫器率先發射相應的射頻信號，此時擁有電子耳標簽的牲畜一旦進入接收范圍，就會激活對應的電子標簽，產生相應的信息，通過編碼處理之后向讀寫器傳輸，在讀寫器接收到信息后實施解碼處理，把解碼的內容傳輸到計算機中去，最后相關管理人員根據計算機中所顯示得信息進行針對處理[3]。整個過程如圖1所示。

1.3 ?二維碼技術

（1）二維碼技術的概念

二維碼技術在當前的諸多移動設備中得到了廣泛的應用，它在一維碼的基礎商發展起來容量卻遠遠的大于一維碼，并且擁有十分強大的糾錯能力以及抗損能力，采用二維碼技術只需要花費較低的成本就能實現高效的追蹤和詳細的對物品進行描述。

（2）二維碼技術的應用

畜產品的銷售的過程中經常會進行小包裝，雖然在小包裝畜產品上采用RFID技術能夠實現追溯功能，但是會造成比較大的經濟負擔。而在包裝畜產品上采用二維碼技術，消費者只需要用手機對二維碼進行掃描和識別，就可以有效的對畜產品的相關知識進行了解，這就能夠在對食品安全進行保障的同時降低成本[4]。

2 ?追溯系統的需求分析

2.1 ?項目需求

為了改善畜產品的養殖現狀，建設現代智能化生態養殖基地，加強養殖牲畜的生長和生存環境、飼喂飼料數量和質量、牲畜本身的健康狀況、繁殖狀況等的管理，從而提高牲畜產品的產量，為市場創造高品質、高產出、高收益、高安全性的產品產出。主要有以下幾個方面的需求。一是養殖環境智能化監測與控制的需求;二是建設信息化牲畜譜系、生長、繁育等智能檔案的需求;三是養殖牲畜個體生理體征智能監測、識別、隔離的需求;四是統一養殖標準，加強養殖管理，建設智能生產管理系統的需求;五是保障牲畜產品質量，建設牲畜產品全程履歷系統的需求[5]。六是提升園區管理與科普展示效果，建設監控中心系統的需求。

2.2 ?設計原則

本次系統的設計主要滿足以下幾個原則。一是滿足牲畜各個生長階段所需牲畜舍功能條件的要求，增強調控牲畜舍大環境、小環境的人工干預能力，最大限度地為牲畜生長發育、高產穩產、健康強壯創造舒適的環境條件;二是適應于規模化、標準化、智能化生產的需要，有利于集約化現代化牲畜養殖生產與管理;三是符合建筑質量和防火安全要求，有利于施工，節約成本、降低造價;四是有利于廢物的排出及飼料、物質、牲畜產品的運輸和銷售安全;五是養殖場的布局要實現功能區的合理分區，場區道路實現消毒與衛生保障，臟道和凈道合理布局不交叉[6]。

3 ?系統總體設計與實現

3.1 ?系統體系結構設計

在系統體系結構的過程中，應注意幾個容易出錯的問題，詳情如下：

（1）體系結構合理性

追溯系統的體系結構設計，應基于多個角度進行考慮，系統的穩定性、擴展性、是否滿足功能需求、是否滿足非功能需求都是在設計過程中需要考慮的，只有從多個角度進行綜合考慮，才能包裝系統的基本運行。

紀要考慮設計出的系統的穩定性，也要對系統將來的擴展性。

（2）體系結構穩定性

設計追溯系統的結構，應關注其穩定性問題，因為數據庫的設計、界面的設計等都是在體系結構的基礎上進行的，只有體系結構是穩定的，整個系統才有可能能夠正常穩定的運行[7]。

（3）體系結構可擴展

在對追溯系統進行開發的時候需要考慮系統將來的更新升級工作，確保系統在開發之后是能夠進行二次開發的。如果一個系統具有比價良好的擴展性，那么它在將來的升級以及維度都會比較簡單。

（4）體系結構可復用

研發追溯系統的代碼時，需要關注其結構的復用性和可擴展性，這兩點十分重要。系統復用性的好壞，可以從代碼的簡單程度進行分析，有助于后期的升級工作。

（5）系統的操作界面設計

系統的第一印象，應是界面的設計，用戶對于系統的評價在很大程度上取決于對于操做截面的評價。正常情況下，用戶比較傾向于操作界面簡單便捷以及美觀的系統，這樣一來用戶就能比較輕松的上手和擁有良好的視覺觀。

3.2 ?追溯系統的總體架構

分析追溯系統的流程結構，應從五個角度出發，具體包括以下內容：

（1）用戶層

用戶層是面向系統用戶的層次，這個層次主要是讓消費者、管理人員、工作人員進行使用的。

（2）監控層

監控層的功能在于監督和管理系統的業務，確保網絡系統發揮重要的作用。監控層可以對業務實施多方位的監控，監督業務處理流程的各個環節，有助于良好監督管理機制的建設和升級;而監控層進行網絡監控則是監控層為了保證系統安全穩定的運行來對用戶從和應用層之間的網絡進行監管[8]。

（3）應用層

應用層實際上是系統運行的核心部分，該部分包括移動端業務管理、后臺業務管理、追溯系統三大部分。應用層在工作的時候對用戶層發送過來的請求進行處理并向用戶層發送處理結果。

（4）數據層

數據層是對系統的數據進行存儲的部分。一般而言，數據層存儲數據的方式是集中存儲，并且利用復制和快照等功能建設統一標準的數據存儲池，配合系統平臺完成數據和信息的共享和傳輸。

（5）基礎層

基礎層包括基礎數據和信息的采集，完善系統接口的功能，對每個流程的基礎構件實施配套處理，確保系統業務不受影響。

3.3 ?追溯系統的功能設計

本次設計的系統主要是由六大部分組成的，這六個部分分別是飼養、畜產品的宰殺和加工、產品的物流運輸、產品的營銷、消費者的維護以及產品質量的監督管理。

（1）養殖部分

養殖部分負責采集相關的信息和數據，并對數據和信息實施統一管理。牲畜的養殖，應把帶有RFID芯片的電子標簽安置于牲畜的耳朵中，然后通過讀寫器就可以全程的對個體牲畜生長的全過程進行有效的掌握，阻止攜病牲畜進入市場中危害人的身體健康[9]。

（2）宰殺加工部分

宰殺加工部分負責對比活體信息與牲畜屠宰后信息，確保肉產品的安全問題。在屠宰過程中加入規范化生產流程，屠宰前使用RFID讀寫器讀取RFID耳標信息，記錄和調取將要屠宰牲畜的所有信息，并將信息使用二維碼表示，牲畜的每個屠宰過程都應記錄到數據庫中，并加入操作員的相關信息，致使最后得到的每塊肉的二維碼都應該包含有相應的批次編號、所屬部位、肉品等級和操作員編號等信息，規范化操作能給企業降低風險，并且給外界帶來很好的口碑，使更多人容易接受[10]。

（3）儲存運輸部分

畜產品的存儲和運輸，應最大化降低其他因素的干擾，通常借助讀寫器對RFID內的信息進行讀寫，從而確認畜產品存儲運輸過程中的信息是否存在不合法的地方，如果存在這信息不合法的線性，RFID技術就會自動的發出報警信號，這樣一來就能夠比較有效的杜絕不合格的畜產品流入市場[11]。

（4）貿易部分

貿易部分主要是指利用互聯網以及手機移動終端進行網上交易來解決農產品存在的銷售難得問題。農產品生產者與消費者通過平臺實現線上交易，在減少了中間交易環節的同時減少了中間交易環節所產生的費用，生產者可以降低銷售成本，而消費者可以降低購買成本。在交易平臺中生產者可以發布農產品的詳細信息以及與消費者完成在線交易，而消費者可以在在線交易的過程中實現在線支付、對商務進行評價與投訴。

（5）消費者部分

消費者可以利用手機等移動設備掃描包裝上的二維碼，快速獲取畜產品銷售的相關信息，還可以利用移動設備對購買的牲畜產品進行評價。

（6）監督管理部分

監督管理，負責畜產品供應過程中的數據信息采集，確保畜產品質量和安全問題進行有效的監督和管理;二是分析與處理消費者購買后填寫的評價信息，針對消費者的評價做出適當的調整，從而促進畜產品行業的改進[12]。

4 ?追溯系統功能的實現

4.1 ?牲畜產品全程綠色履歷追溯系統

牲畜產品全程綠色履歷追溯系統通過獲取牲畜的品種、生長階段、防疫情況、屠宰運輸等數據信息，形成對牲畜的全程追溯，確保牲畜生產過程的安全性，把握好各個生產環節。所使用的服務軟件有綠色履歷平臺、綠色履歷二維碼數據生成服務、綠色履歷在線客戶端。該系統通過各類自動采集設備獲取的數據，形成牲畜的追溯信息及平臺界面，使消費者通過掃描二維碼標簽獲悉所購買的牲畜產品的追溯信息[13]。

4.2 ?農事管理簽到系統

通過上級主管在平臺上發布最新農事工作計劃和規定，飼養員可以通過手機短信和平臺通知收到指令，在牲畜舍院內設置RFID閱讀器，在每個飼養員手中下發不同操作性質的RFID標簽，飼養員每次進牲畜舍進行飼養管理時，都將通過刷卡進行簽到，表示已經在進行工作，此方法不僅確保飼養員每天都能 按時進行飼養，同時也加強了對飼養員的管理。通過網絡上傳至平臺，生成牲畜的飼養記錄，為牲畜追溯和其他管理提供數據支持，同時記錄飼養員考勤。

4.3 ?牲畜飲水監測系統

在水槽兩側安裝欄桿，控制進入水槽飲水牲畜的數量，保證水 槽處只有一只牲畜，這樣就可以通過RFID閱讀器采集牲畜的編號信息，并產生前來飲水的記錄。通過常規輪詢掃描數據庫飲水記錄，若發現有肉牲畜多天未前來 飲水，將產生報警信息，通過平臺、郵件或短信方式發送到管理員手中，使管理員前去查看該肉牲畜是否患有疾病或者其他特殊原因。

4.4 ?農產品質量安全追溯系統

農產品實現可追溯，是以認證農產品（無公害農產品、綠色食品、有機食品）標準為依據、以規范化電子檔案為前提、以農產品質量安全數據庫為基礎、以現 代化的信息網絡為紐帶、以農產品質量安全監管信息平臺為載體，通過產地認定、 產品認證、生產過程監管、產品質量檢驗、分級包裝掛標上市、產地準出、市場準入等相關制度的實施，引進農產品編碼技術、電子識別技術及電子標簽技術， 把各環節的相關信息匯總成農產品質量安全數據庫，形成完整的從農田到市場的追溯鏈條[14]。本平臺是以物聯網感知與追溯系統相結合的高科技信息管理技術平臺，它貫穿了農產品生產、加工、運輸、銷售、檢驗、監管和消費各個環節，建立了“從農田進超市到餐桌”產品信息跟蹤和追溯機制，一旦發生食品安全問題，可以有效地追蹤到食品的源頭，及時召回不合格產品，將安全風險以及經濟損失降至最低。同時，在此過程中提取了生產、加工、流通和消費等供應鏈環節消費者關心的公共追溯和防偽要素，有效建立食品安全信息數據庫，從源頭上提供了食品安全透明度，保障了消費者的合法權益。

5 ?系統的社會經濟效益

農業物聯網技術實現了食品安全溯源、農業生產管理的精準化、遠程化和自動化及農產品智能儲運等技術應用功能，這些技術功能具有一定的社會經濟效益。在經濟效益方面，主要表現在其有利于提高生產效率、降低循環流轉成本、節約能源資源投入成本、增加農產品附加價值、帶動農業物聯網技術相關設備和軟件產業的發展等;在社會效益方面，主要表現在其有利于保護生態環境、保障食品安全、節約能源資源、引導產業結構均衡發展和實現“人”的進一步“在場”解放[15]。

6 ?結論

本文設計的基于物聯網技術的畜牧追溯系統能夠實現對畜牧產品全過程的追溯和畜牧產品“從養殖到餐桌”的全透明化管理，全面保障了畜牧產品的食品安全，有重要的社會效益和經濟效益。同時還可建立信息發布和展示平臺，定期向社會發布生畜牧產品質量信息，增強市民對畜牧產品質量的信心，也可向政府部門傳輸有效數據，共同推進畜牧業的健康發展。

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