基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)設(shè)計

黑龍江職業(yè)學(xué)院 王億

溯源系統(tǒng)能夠保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制和安全保障具有十分關(guān)鍵的作用。因此，設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從系統(tǒng)總體架構(gòu)、軟硬件設(shè)計、功能實現(xiàn)等角度，設(shè)計并實現(xiàn)了基于傳感器的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和關(guān)鍵環(huán)境數(shù)據(jù)信息。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)的實施，使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全、食品安全等方面得到了較好的解決。

在全球經(jīng)濟一體化進程中，科技日新月異，人們的飲食習(xí)慣日益多樣化。同時，人們對食物的關(guān)注也越來越多[1]。近幾年，世界范圍內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量問題頻頻發(fā)生，糧食質(zhì)量問題日益突出。農(nóng)業(yè)為人民的食品和營養(yǎng)供應(yīng)、帶動了有關(guān)工業(yè)和工業(yè)的經(jīng)濟、文化的發(fā)展，為其他工業(yè)的繁榮打下了堅實的基石。近年來，造成農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量問題的最主要的因素是缺乏全面、不透明和不對稱性。目前，國內(nèi)和國際上的學(xué)者都同意，要從源頭上進行有效的跟蹤，并構(gòu)建起一個合理、可信的、可追溯的體系。在供應(yīng)鏈中，無論哪一步出錯，都可能導(dǎo)致糧食安全的問題，因此，要從源頭上尋找問題根源，確定問題所在。當(dāng)然，在追溯源頭的同時，也要確保各個方面的資料都是一致的[2]。只有保證農(nóng)產(chǎn)品的各個生產(chǎn)過程信息真實、完整、透明、不易被人操縱，才能保證農(nóng)產(chǎn)品的安全。針對目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)狀，提出了以“互聯(lián)網(wǎng)”為核心的可視化生產(chǎn)體系的設(shè)計與實施方案。希望通過可視化的方式，使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和安全性的數(shù)據(jù)更加直觀，從而更好地解決農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、經(jīng)營、追蹤等問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

“物聯(lián)網(wǎng)”是在1999年被提出來的，它是利用各種裝置把對象和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，利用各種媒體進行信息交流和交流，從而達(dá)到對目標(biāo)的智能辨識和控制。數(shù)據(jù)開放和共享是打通信息孤島以及激活資產(chǎn)的重要手段，但是各種信息泄露以及違規(guī)交易等問題也日益嚴(yán)重，對大數(shù)據(jù)隱私安全以及數(shù)字版權(quán)維護帶來了全新的挑戰(zhàn)包括下列主要技術(shù)：作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，它能夠?qū)χ苓叺奈矬w進行檢測，并利用傳感器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)并發(fā)送給電腦進行加工[3]。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

對農(nóng)產(chǎn)品基本信息進行采集，結(jié)合App/B/S（移動端/端/端）體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)品質(zhì)的溯源管理。利用二維碼的追蹤碼和產(chǎn)品的識別技術(shù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)、加工、流通的溯源數(shù)據(jù)的精確辨識；利用移動網(wǎng)絡(luò)的溯源技術(shù)，利用“掃一掃”的方式，在手機上實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的溯源信息的快捷瀏覽[4]。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

溯源的核心目的是對溯源信息進行采集和存儲。整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計框架和設(shè)計方案，采用了以STM32單片機為核心的控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System hardware structure diagram

由圖1可知，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、定位模塊、射頻識別模塊、無線通信模塊和LCD液晶屏模塊組成，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了相應(yīng)的軟件，完成了各模塊之間的通信接口，實現(xiàn)各模塊之間信息采集與通訊。EPC編碼具體構(gòu)成內(nèi)容如表1所示。

表1 EPC編碼具體構(gòu)成內(nèi)容Tab.1 The specific content of EPC coding

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

編碼單元的任務(wù)是進行GS1代碼編譯，方便機器的閱讀，具有穩(wěn)定性和唯一性，其中企業(yè)信息表具體如表2所示。

表2 企業(yè)信息表Tab.2 Enterprise information table

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Functional structure diagram of traceability system of modern agricultural products

消費者服務(wù)端的主要作用是對產(chǎn)品進行溯源，主要方式是通過手機掃描農(nóng)產(chǎn)品追溯的二維碼，掃描成功后即可顯示該產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)、生產(chǎn)過程、肥料使用情況、生長環(huán)境監(jiān)測、生長過程視頻、檢驗結(jié)果等進行了詳細(xì)的分析。

（1）企業(yè)產(chǎn)品管理。企業(yè)產(chǎn)品管理系統(tǒng)的主要作用是：對數(shù)據(jù)進行采集，生產(chǎn)者所擁有的數(shù)據(jù)即為原始數(shù)據(jù)。將收到的產(chǎn)品信息按照子鏈編號進行分類、排序，有效避免產(chǎn)品信息出現(xiàn)混亂。當(dāng)數(shù)據(jù)融合時，如果產(chǎn)生的效果十分滿意，需要及時對有貢獻的人或者素材進行追溯；假設(shè)結(jié)果不滿意，則需要及時判定出現(xiàn)問題的主要原因以及具體位置[5]。各個溯源節(jié)點在得到上一個溯源節(jié)點提供的溯源信息之后，需要將全新的溯源信息以及節(jié)點的簽名存儲到對應(yīng)的溯源系統(tǒng)內(nèi)。（2）產(chǎn)品產(chǎn)地管理。產(chǎn)品產(chǎn)地管理模塊，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地為重點，將生產(chǎn)基地土地進行分區(qū)，在此基礎(chǔ)上，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的種子、農(nóng)藥、肥料等進行管理，同時對投入品名稱信息進行編輯、查閱，并設(shè)置農(nóng)藥黑名單，禁止施用農(nóng)藥[6]。該系統(tǒng)的功能是將農(nóng)業(yè)作業(yè)從播種至收獲的整個農(nóng)業(yè)作業(yè)資料進行錄入。（3）環(huán)境監(jiān)測管理。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中根據(jù)小型氣象站的氣象監(jiān)測信息，進行溫濕度控制，根據(jù)土壤傳感器對土壤情況進行設(shè)定，同時，通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的分析，可以對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的生態(tài)環(huán)境進行實時的查詢與統(tǒng)計，并能對產(chǎn)生農(nóng)產(chǎn)品生長過程、農(nóng)事操作畫面、影像等可視化跟蹤[7]。（4）產(chǎn)品代碼管理。產(chǎn)品代碼管理模塊是對農(nóng)產(chǎn)品進行批量檢測和溯源的基礎(chǔ)。產(chǎn)品出廠后，設(shè)定產(chǎn)品生產(chǎn)批號，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)相結(jié)合，并將檢測報告、銷售情況等進行登記，并利用此功能，制作追溯二維碼，打印、張貼在產(chǎn)品外包裝上，方便顧客查閱。（5）企業(yè)庫存管理。企業(yè)庫存管理包括投入品、農(nóng)機具等的存貨，記錄投入品、肥料、農(nóng)藥等投入品和農(nóng)機具購置、出庫使用情況，記錄農(nóng)產(chǎn)品采收入庫和銷售出庫的數(shù)據(jù)，查詢和盤點投入品、農(nóng)機具及農(nóng)產(chǎn)品庫存情況。（6）溯源分析。溯源分析模塊，對掃描次數(shù)、掃描發(fā)生的地區(qū)進行了調(diào)查，對最終的銷售方向和銷量進行了統(tǒng)計和分析。將原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，最終形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品呈現(xiàn)給消費者。溯源過程對于數(shù)據(jù)的使用過程而言，需要優(yōu)先標(biāo)記不同數(shù)據(jù)的類型，同時獲取溯源類型。該體系是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)的自動化、實時、客觀、可信性，與常規(guī)的跟蹤技術(shù)相比，具有一定的優(yōu)越性和可信性。

4 實驗分析

為了驗證設(shè)計系統(tǒng)的有效性，進行實驗測試。對設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新時間和查詢時間依次進行測試，分析關(guān)鍵詞數(shù)量和更新、查詢之間的關(guān)系，詳細(xì)的實驗測試結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 關(guān)鍵詞更新時間測試結(jié)果Fig.3 Keyword update time test results

圖4 關(guān)鍵詞查詢時間測試結(jié)果Fig.4 Keyword query time test results

分析圖3和圖4中的實驗數(shù)據(jù)可知，關(guān)鍵詞數(shù)量增加，三個系統(tǒng)的關(guān)鍵詞更新時間和查詢時間也會相應(yīng)增加。但是與另外兩個系統(tǒng)相比，設(shè)計系統(tǒng)的更新時間和查詢時間明顯更少，主要是因為設(shè)計系統(tǒng)在構(gòu)建二級鏈結(jié)構(gòu)時，對數(shù)據(jù)進行了融合處理，這樣可以有效減少關(guān)鍵詞查詢時間和更新時間，全面驗證了設(shè)計系統(tǒng)的優(yōu)越性。以下對不同系統(tǒng)的安全性進行分析，詳細(xì)的實驗測試結(jié)果如表3所示。

表3 不同系統(tǒng)的安全性能結(jié)果對比Tab.3 Comparison of safety performance results of different systems

分析表3中的實驗數(shù)據(jù)可知，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，設(shè)計系統(tǒng)具有較高的安全性，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙重隱私存儲，同時還能夠減輕單鏈存儲壓力，達(dá)到快速進行數(shù)據(jù)處理和查詢的目的，全面提升整體工作效率。設(shè)計系統(tǒng)的溯源操作執(zhí)行時間和加解密時間均低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，說明設(shè)計系統(tǒng)可以以更快的速度完成數(shù)據(jù)加密和解密操作，同時還可以加快溯源操作效率，具有更加明顯的優(yōu)勢。

5 結(jié)語

綜上所述，本文設(shè)計的系統(tǒng)，針對農(nóng)產(chǎn)品的實際需要，對農(nóng)產(chǎn)品的操作、投入品、環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)進行了溯源分析，將農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)、環(huán)境等數(shù)據(jù)進行顯示，有效地解決了農(nóng)業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理和農(nóng)產(chǎn)品追溯中存在的問題。