基于射頻識別技術的豬肉質量安全溯源系統設計

練宇婷，伍雯靜，陳樂如，廖威龍，肖欣紅，趙晨煊

（廣州工商學院，廣東佛山 528000）

1 研究背景

近年來，我國豬肉的消費比例越來越高。動物疫病、獸藥殘留與飼料中有毒有害物質超標等問題，對消費者健康和安全造成了極大的影響[1-2]。由于生豬從養殖、屠宰、流通到銷售等階段所耗費的時間較長，有些豬肉沒有溯源信息，導致消費者不易判斷豬肉是否安全，而擔憂豬肉的安全問題。

1.1 國內豬肉產品質量安全現狀

隨著國內經濟的發展，人們的生活水平和消費能力也不斷提高，豬肉早已成為人們餐桌上常見的食物，但豬肉在生產過程中容易受到微生物的污染，豬肉的安全性不高，嚴重影響了豬肉的質量安全。

1.1.1 生豬養殖場標準化建設程度低

在生豬養殖場中，盡管其標準化建設已有些基礎，但總的來說還不夠規范，缺乏科學性和全面性。由于糞便污水的處理不當、無防疫消毒措施等，生豬養殖場的衛生條件較為惡劣，使豬患疫病的概率大大增加，無法保障生豬肉的質量安全。

1.1.2 屠宰加工流通環節易污染

在生豬的流通環節容易受到污染。生豬肉在運輸、儲存和銷售等環節中，冷鏈保鮮措施不到位，溫度、濕度、時間和環境等因素也易加速生豬肉的自溶變質，而且在流通過程中的衛生條件較差，豬肉容易受到微生物污染。

1.1.3 濫用添加劑

有些不良豬肉生產商為了使收益增加，違規使用飼料添加劑甚至使用禁用的飼料添加劑，或者將一些死豬肉進行加工并銷售，使這些質量不過關的豬肉流入消費市場，讓消費者的健康受到巨大的威脅。

1.1.4 獸藥殘留

生豬養殖場在養豬的過程中，有些養殖者養殖知識缺乏、養殖經驗不足，為得到更好的收益，長期超量使用獸藥或濫用獸藥，不僅會使生豬耐藥性增加，還會導致獸藥在生豬體內蓄積，出現獸藥殘留的情況。若經常食用含有獸藥殘留的豬肉，人體會出現慢性中毒現象，身體健康會受到較大影響[3]。不僅如此，獸藥會以原形或代謝物等形式隨生豬的排泄物排泄出來，既會產生污染問題，又會對生態環境造成影響[4]。

1.1.5 監管不到位

我國的豬肉監管體系存在較大的不足。因為監管職能分散在各個部門，導致職能部門在立法時條款不夠嚴謹，容易造成法律監管盲區。在食品安全問題上，農業農村、質量監督、工商管理等部門都有監督管理職責，但在實際執法中，多個部門職能交叉，容易發生“踢皮球”等責任推諉現象，導致食品安全事故發生頻率增加[5-6]。

1.2 國內豬肉安全溯源系統現狀及發展趨勢

政府一直大力地推進食品安全可追溯系統，使企業越來越重視食品可追溯系統，發布各種政府文件強調可追溯系統的建設，加強監督管理以保食品安全。但我國現存的豬肉溯源系統中，存在信息流不匹配、系統軟件不兼容導致源信息無法進行資源共享和交換的問題。具體表現為現有系統可追溯性信息內容不一致，有簡單和復雜之分；食品質量追溯終端的缺乏和服務模式的可行性阻礙了系統的推廣和傳播[7]。

要解決我國豬肉溯源系統的問題，應該從以下幾個方面解決。①對豬肉的質量追溯管理標識規則進行規范，利用管理標識（如二維碼、安全碼），提高產品在生產和銷售鏈中的可追溯性，以識別產品的身份、歷史和產地。②建立和改進多層次互聯的可追溯網絡，對于有問題的食品，可以利用二維碼等管理標識快速追蹤，保證食品安全。

2 豬肉安全溯源系統的信息采集系統設計

2.1 RFID信息采集系統工作原理

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術是一種非接觸式的自動識別技術，它能通過射頻信號的傳輸特性自動識別目標對象，獲取相關的信息數據[8]。RFID技術不需要人工的干預即可進行識別工作，其不僅可以識別高速運動物體，還可同時識別數個標簽，操作快捷方便[9-10]。

RFID養殖追溯管理通過超高頻RFID技術開發了動物識別和溯源系統，主要用于跟蹤和監控動物的飼養、運輸和屠宰，以及在發生疫情時對動物進行跟蹤。該系統允許相關部門追蹤可能被感染的動物，以確定它們的所有權和歷史蹤跡，并且可以對動物從出生到屠宰的過程提供實時可靠的數據[11-12]。

2.2 豬肉安全溯源系統的信息采集

2.2.1 生豬采購信息采集

生豬一般是由屠宰廠向具有檢疫證等相關證明的養殖場、豬販子或生豬養殖散戶進行購買。一般情況下，剛采購的生豬在屠宰前會再養一兩天，方便統一對其進行屠宰前的管理，做好檢疫工作。

（1）養殖戶的信息。養殖戶的信息管理包括大型養殖場、豬販、養殖散戶等，記錄其養殖戶的類別、聯系人姓名、養殖場地、養殖數量、手機號碼及地址等信息。養殖戶的信息屬于基本信息，不會經常有變化[13]。

（2）采購信息。在采購前需查看供貨商是否具有相應的證件。采購信息需要記錄好生豬品種及價格、采購者、采購時間、養殖者、養殖過程和健康情況等。對于不同的采購會有不同的采購信息，所以采購信息的錄入由系統設置相應的采購管理功能進行。

（3）生豬查詢碼信息。生豬查詢碼信息可以通過讀取電子耳標里的溯源碼獲取，溯源碼記錄了生豬一生的所有信息。

2.2.2 生豬屠宰信息采集

屠宰信息需要記錄屠宰時間、內臟處理、割頭和割尾等信息。首先要記錄好生豬的屠宰時間，可以參考生豬套腳時的時間，在生豬屠宰的流水線上，每個環節的工作臺都要安裝RFID讀卡器，有些環節還要安裝RFID讀寫器與二維碼掃描槍等。在生豬屠宰時會先用RFID讀卡器讀取耳標里的生豬追溯碼，再把讀取到的信息發送到電腦系統里，系統會記錄好相應的信息。RFID標簽在生豬上軌道后需替換，軌道的單鉤也要換成雙鉤[14]。利用RFID讀卡器把生豬追溯碼的信息發送到系統中，系統會將溯源信息同步到讀寫器和雙鉤中，由流水線提升到上軌道，繼續屠宰。將生豬的內臟放在含有RFID標簽的盤中，生豬追溯碼的同步過程與上軌道環節相同。檢驗內臟需利用RFID讀卡器，把生豬追溯碼傳輸給系統，操作者則需確認檢驗結果是否合格，將檢驗結果同步至系統和追溯碼中。最后，將生豬割頭割尾后，利用二維碼掃描槍掃描豬頭豬尾的產品追溯碼，與生豬追溯碼一同關聯在系統上，完成后該時間則為產品的生產時間。

2.2.3 分割加工信息采集

在分割加工過程中使用的低頻RFID技術較少受到金屬的干擾屏蔽，抗金屬影響能力較強。除了作為白條肉上市的產品外，還要對豬體進行分割加工，通常將一頭豬分割加工，最終可以變成200多種不同的豬肉產品[13]。生豬被屠宰分割后，作為識別肉質來源的基礎，將會對豬的各個體位部分分別采取不同的標記方式，再將各個部位的身份識別代碼輸入。此時電子標簽按原生豬的耳標及按屠宰分割的批次順序分類管理，登記管理人員可在檢驗合格后進行檢驗。同時，分割人員的編號應與原生豬的識別身份序列號一起傳遞，作為未來確定豬肉有關責任的依據。

2.2.4 肉品流通信息采集

在肉品的流通階段，主要記錄的是產品流通信息，是在對可批量、迅速識別的產品進行定位的基礎上進行的。豬肉產品可按介質分為二維條碼介質和RFID標簽介質兩類，這是根據其攜帶不同的產品溯源碼所劃分[13]。對于二維條碼介質，由于其屬于接觸感應的性質，不適合在快速、流暢的情況下進行識別。所以在肉品流通信息采集環節中，只定位帶有RFID標簽的豬肉產品，主要是白豬肉片。因此，需要安裝RFID讀卡器在較為重要的位置點，如在分割操作臺、廠房出口安裝RFID感應器。系統在通過產品時，會自動檢測并讀取RFID標簽上的產品可追溯碼，記錄經過的時間和地點，生成產品流程信息。

2.3 信息采集系統的設計

豬肉安全溯源系統的信息采集系統采用“無線”和“有線”結合的組網方式。因為在生產過程中要安裝大批讀卡器，如果使用有線的則會增加布線難度，還可能會有安全隱患，所以采用無線通信的方式。無線收發器與服務器相隔略遠，則采用有線的方式。通過分析后發現，通常要用到二維碼掃描端，就要有RFID的相關設備，如RFID讀卡器與讀寫器。為減少成本，簡化操作步驟，可以使用移動手持終端，它有與RFID相關設備一樣的掃描和讀卡功能，使用起來也更加方便靈活。利用無線收發器的無線網絡，手持終端可以采用無線形式。通過無線收發器與采集端的讀卡器、手持終端等，實現數據的互通[15]。

3 豬肉安全溯源管理系統設計

3.1 需求分析

3.1.1 消費者的需求

我國豬肉消費群體非常龐大，是豬肉安全溯源管理系統的主要用戶。隨著消費者各方面的意識不斷增強，對豬肉產品相關信息、豬肉信息發布情況、生產經營者信息等的關注度越來越高。

3.1.2 監管者的需求

生豬養殖企業、生豬屠宰企業、豬肉加工企業等產業鏈中的生產者非常缺乏制度建設的條件、動力和壓力。因此，政府部門只能從監督的角度帶頭進行系統規劃、建設和管理[13]。

3.1.3 生產者的需求

①豬肉及其產品生產企業需要利用信息管理和溝通功能，對豬肉采購、檢驗、儲存等信息功能進行登記，生成并提供可追溯性二維碼，查詢相關管理信息和生產流程。②屠宰和產品生產線中，豬肉的流通和加工需要依靠RFID技術讀取和解釋二維碼，并傳輸準確信息。③系統可以為廠家提供方便的訂單管理、報表管理、訂單數量、發貨和收支等功能。

3.1.4 銷售者的需求

在銷售階段，賣家的主要需求是記錄產品的銷售信息。由于產品可追溯性代碼的媒介分為兩類，因此需要分別對這兩類進行分析。①對于有媒介的豬肉產品，產品追溯碼由系統的傳感器讀取和解讀，可以清晰地查詢并記錄當前銷售的豬肉追溯碼[13]。而在銷售過程中，對于在豬肉產品中切割下來的個體產品，系統將保存的產品可追溯代碼與包裝袋上的二維碼和豬肉產品可追溯代碼相關聯。因此，客戶可以通過包裝二維碼查詢豬肉產品的原產地。②對于帶有二維碼的包裝豬肉產品，操作較簡單，只需要掃描即可得出產品的相關信息。

3.2 系統結構

使用該系統的用戶具有區域性，特別是在可追溯性查詢中，該系統面對所有人員，包括消費者、生產商和監管機構。這些群體的分布區域可能不同，因此在設計系統時應考慮群體的特點。最重要的數據庫和服務管理程序應由相關政府部門維護和管理，以保護信息的安全性和可靠性。

3.2.1 軟件體系架構設計

該系統主要著眼于快速的開發速度，所以使用的技術較為簡單。①系統使用網絡架構技術為主，數據開發技術為輔，可以快速構建系統的框架。②采用SQL Server數據庫，操作界面簡單，與網絡平臺連通性強。③利用Web服務接口技術實現應用系統之間的跨平臺信息交互。

3.2.2 系統網絡結構設計

系統網絡設計如圖1所示。

圖1 網絡結構設計

3.2.3 軟件總體設計

根據用戶要求進行設計，如圖2所示。

圖2 軟件總體結構

3.3 數據庫設計

3.3.1 數據采集、篩選與整編

系統數據主要來源于生豬采購、屠宰、分割加工和肉品流通等環節中通過RFID技術采集的信息。生豬采購環節數據，主要有養殖戶信息、豬生長信息、飼養信息、防疫信息及使用獸藥情況等基本信息[15]。屠宰環節數據，主要有屠宰企業信息、豬檢疫信息、檢疫員信息等。分割加工數據，主要有分割加工企業信息、加工過程信息等[16]。肉品流通環節數據，主要有運輸企業信息、倉儲企業信息、復檢信息、銷售信息等。這些數據根據服務主體及他們的不同需求進行篩選與整編，分為溯源查詢數據總庫系統、企業生產數據子系統、質量監管數據子系統，采用SQL Server數據庫進行數據的儲存[13]。

3.3.2 數據庫整體結構設計

溯源查詢數據總庫包括生豬信息表、檢疫信息表、企業信息表，物流信息表等，為企業生產數據子庫和質量監管數據子庫提供數據支持。數據庫整體結構設計如圖3所示。

圖3 數據庫整體結構設計

4 結語

本文對國內豬肉產品安全問題進行分析，提出對生豬的信息采集、屠宰生產過程以及后續流通全程進行監督跟蹤，利用RFID技術確保消費者購買到品質良好的鮮肉。豬肉的安全溯源系統基于RFID技術，此技術一物一碼，保證大數量的物品也不會混淆，為食品安全提供保障和追溯。

在日常生活中，RFID技術廣泛應用于收費站以及超市打包收銀中，在食品的全程追溯中，也取得了一定成果，逐漸在食品生產流通等過程得到應用。但推行成本高，推行程序復雜，大面積的推廣應用還是難度較大。目前國內的溯源跟蹤系統和手段日益成熟，除RFID技術外，還有一、二維碼識別技術、GPS技術、EAN-UCC系統等，由于推廣面積不大，還是要借助國家層面的大力幫助和投資研發，希望國家以及各地方政府加大對食品安全的精準管控以及出臺有效保障食品安全的法律法規，提高消費者對食品安全的信心。