物聯網技術在食品安全中應用剖析

曲愛玲，劉紅梅，馬長路

（北京農業職業學院，北京 102442）

0 引言

2017 年，習近平總書記在黨的十九大報告指出，提高保障和改善民生水平之一是實施健康中國戰略，人民健康是民族昌盛和國家富強的重要標志。實施食品安全戰略，讓人民吃得放心，是實施健康中國戰略重要環節[1]。2019 年，《中共中央、國務院關于深化改革加強食品安全的工作意見》提出，建立食品安全現代化治理體系，提高從農田到餐桌全過程監管能力，提升食品全鏈條質量安全保障水平[2]。在“十三五”期間，國家和地方政府均通過優化制度、健全機制、創新舉措、標準引領等方式致力于食品安全治理。2021 年，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》 （以下簡稱“十四五”規劃） 提出，深入實施食品安全戰略，加強食品全鏈條質量安全監管，推進食品安全放心工程建設攻堅行動，加大重點領域食品安全問題聯合整治力度[3]。上述政策或文件表明，食品安全是我國戰略發展的重要環節。

民以食為天，食以安為先。食品安全關系人民群眾身體健康和生命安全，關系中華民族未來。物聯網技術應用使命之一是為食品安全保駕護航，物聯網技術勢必成為解決食品安全問題的金鑰匙。

1 物聯網技術

1999 年，“物聯網”術語被提出；2004 年，“物聯網”術語開始廣泛傳播；2010 年，中國政府將物聯網列為關鍵技術，并宣布物聯網是其長期發展計劃的一部分。時至今日，物聯網技術逐步發展并成熟，物聯網技術已成功應用在社會各個行業，并滲透在人們的日常生活中。

1.1 物聯網定義

物聯網可解釋為物、物相連的網絡，即將各種參數采集的傳感器、具有RFID 標識的物品、視頻監控系統、預警系統、執行機構，通過有線或無線的通訊網絡連接到移動終端進行信息交互，實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術[4]。

1.2 物聯網體系構架

物聯網體系包括傳感層、網絡層、應用層三層構架。

物聯網體系構架關鍵技術與功能見圖1。

圖1 物聯網體系構架關鍵技術與功能

2 食品安全存在問題

食品安全問題關乎民生與安全，影響“十四五”規劃健康中國戰略、全面實現綠色生產與生活的奮斗目標，食品安全問題的預防和治理刻不容緩。食品安全存在的問題主要體現在食品原料種植或飼養、食品加工生產、食品運輸流通、食品銷售監管等環節。

2.1 食品原料

食品原料種植或飼養環節存在的普遍問題是原料種植或飼養過程中農藥或抗生素過度或超標使用，種植或飼養環境不具備智能控制和管理，無法實現種植或飼養環節的全程可追溯監管與跟蹤，導致食品原材料出現安全隱患。

2.2 食品加工生產

食品加工生產環節存在的普遍問題是加工生產過程缺少監管部門實時監督，加工生產環境不具備智能化，產品不具備唯一身份標識，無法實現加工生產環節的全程追溯。

2.3 食品運輸流通

食品運輸流通環節存在的普遍問題是食品存儲及運輸條件不達標、運輸車輛實時定位或跟蹤不準確、產品出入庫等信息缺失，無法實現運輸流通環節的全程監管與追溯。

2.4 食品銷售監管

食品銷售監管環節存在的普遍問題是食品無法實現唯一身份認證，對食品原料、加工、流通等環節所有信息及銷售食品存放環境條件和臨近保質期等參數均無從知曉，無法實現食品安全追溯。

3 物聯網技術在食品安全中應用剖析

由食品安全存在主要問題得出除了必要的監督管理部門執法，食品原料種植或飼養、食品生產加工、食品運輸流通和食品銷售監管等環節的環境條件智能控制與所有環節信息存儲與追溯，均可由物聯網技術實現。物聯網技術在食品安全中的應用主要體現在食品原料生產智能控制、流通運輸、身份標識、追溯管理等4 個方面。

3.1 食品原料生產智能控制

食品原料生產智能控制主要體現在設施農業生產環境監控、設施農業裝備、畜禽水產養殖環境監控3 個方面。

（1） 設施農業生產環境監控。設施農業生產環境監控主要是利用傳感器技術采集設施農業作物生長環境的溫度、濕度、光照度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、土壤酸堿度、土壤中特定微量元素含量等參數信息，利用視頻監控技術監控設施農業現場，通過有線或無線通訊技術將上述信息遠程傳輸到數據庫服務器，用戶可在線遠程監控各個參數并進行設置，實現遠程操作與控制執行機構，實現設施農業（限溫室大棚） 智能控溫、智能滴灌、自動遮陽、自動補光等現代化、智能化管理。

（2） 設施農業裝備。設施農業已由傳統模式向現代化模式轉型，從土壤翻耕、農作物播種、施肥、打藥、收獲均由設施農業裝備完成，只需操作設施農業裝備即可，大大提升了生產效率，保證了農作物生長和收獲各個環節的同步，提高了食品原材料的質量，使食品安全源頭得到了有力保障。物聯網技術的日益普及，使設施農業裝備發展飛速，從根本上節省了大量勞動力，實現了設施農業的優質高產高效生產。

（3） 畜禽水產養殖環境監控。畜禽水產養殖對環境有特殊的要求，可以使用環境溫濕度傳感器、NH3傳感器、H2S 傳感器、噪聲傳感器、光照傳感器、PM2.5 傳感器、液位傳感器、O2傳感器、水溫傳感器等有選擇性地構建實現畜禽水產養殖的環境參數采集，通過無線網將數據上傳到云端服務器，遠程監管或控制執行結構動作，實現畜禽水產養殖精細化管理，為食品原料安全提供保障[5]。

3.2 流通運輸

特殊的食品原料或食品成品在流通運輸中對運輸環境和時長要求相當嚴格，為防止運輸過程中環境或其他因素造成食品原料或食品成品污染、變質、損壞、丟失等情況，利用物聯網傳感器技術、GPS定位技術（結合GIS 技術）、視頻技術、網絡技術等實現運輸車輛智能化環境監控與管理，并實時定位、追蹤運輸車輛，使食品原料或食品成品保質、保量、快速送達給采購商。

3.3 身份標識

利用RFID 電子標簽對食品進行身份標識，采用EPC 編碼和EPC 系統，將食品原料生產、食品加工生產、食品流通、食品生命周期等各環節信息進行記載，使供應鏈每個環節信息均可查詢、監控，保證食品安全的可追溯性。

3.4 追溯管理

面向食品生產企業，利用物聯網應用層云計算、大數據、中間件等技術可開發食品安全追溯平臺，實現食品安全實時在線監管和追溯[6]。食品安全追溯平臺一般可實現管理部門食品安全監管服務、企業用戶食品安全監管服務和食品安全全程管理信息互通服務，由政府、企業、消費者、第三方機構使用，實現食品追溯、防偽及監管；通過對食品企業質量安全數據的分析與處理，實現信息公示、公眾查詢、診斷預警、質量投訴等功能；追溯終端可采用電腦、手機及其他手持終端訪問。

食品安全追溯平臺追溯環節[6]見圖2。

圖2 食品安全追溯平臺追溯環節

4 食品安全推動物聯網技術發展

“十四五”規劃對食品安全提出了新的戰略部署，食品全鏈條質量安全監管及食品安全放心工程建設，勢必對物聯網技術提出新的技術要求。在食品安全戰略和“十四五”規劃物聯網技術發展方向雙重驅動下，物聯網技術會突破技術瓶頸，得到質的飛躍。

4.1 推動物聯網核心技術發展

“十四五”規劃指出，推動傳感器、網絡切片、高精度定位等技術創新，協同發展云服務與邊緣計算服務[3]。食品安全檢測也將推動高精度、特殊功能新型生物傳感器、電化學傳感器的研發和技術創新，食品安全流通對運輸車輛的準確定位與追蹤也將推動高精度定位技術創新，食品安全追溯平臺也將推動網絡切片、云服務與邊緣計算服務的發展。

4.2 聚焦物聯網技術創新應用

“十四五”規劃指出，加強關鍵數字技術創新應用，聚焦高端芯片、操作系統、人工智能關鍵算法、傳感器等關鍵領域，加快推進基礎理論、基礎算法、裝備材料等研發突破與迭代應用，加強通用處理器、云計算系統和軟件核心技術一體化研發[3]。食品全鏈條質量安全監管也將促進上述技術、RFID 技術及網絡安全技術的發展。

4.3 打造物聯網接入能力

“十四五”規劃指出，推動物聯網全面發展，打造支持固移融合、寬窄結合的物聯接入能力。固定物聯網針對局域物聯網的接入，通過固定寬度網絡和網關設備實現相對固定的物聯網設備的接入[3]；NB-IoT 已成為窄帶、低速率和低成本物聯網接入的核心方式，4G、5G 則組成了高速率、高帶寬物聯網接入的主要方式。食品原料畜禽類原生態養殖會進一步推動NB-IoT 技術發展，食品安全實時智能環境控制和追溯，將大力推動5G、6G 技術的發展。

4.4 物聯網重要應用前景

“十四五”規劃指出，培育車聯網、醫療物聯網、家居物聯網產業，推動物聯網技術在智能交通、智慧能源、智慧農業及水利、智慧教育、智慧文旅、智慧社區、智慧政務等數字化場景中的應用[3]。此外，食品安全管理與追溯也是物聯網技術重要的應用之一。

5 結語

物聯網技術為食品安全各環節提供保障，食品安全戰略的深入發展體現在物聯網技術在食品安全領域的深入應用和食品質量安全管理體系的健全和完善。食品安全追溯平臺的應用為食品安全監管提供了便捷、實時的新途徑，推動了食品市場監管的嚴格與規范，進一步保障了食品安全。食品質量的全鏈條追溯和食品安全現代化治理體系的逐步建立，確保了人民群眾“舌尖上的安全”，為實現健康中國戰略奠定了堅實基礎[2]。