物聯網技術在農產品質量監測與溯源中的應用研究

謝茂南

(無錫旅游商貿高等職業技術學校,江蘇 無錫 214000)

0 引言

隨著人們對食品安全和質量的日益關注,農產品質量監測與溯源成為確保食品安全的關鍵環節。農產品質量監測是指通過對農產品的生長環境、生產過程和質量指標進行實時監測和評估,而農產品溯源是指通過追蹤和記錄農產品的生產、加工、運輸等環節實現產品全鏈條可追溯,為消費者提供準確的信息和信任保障[1-2]。

物聯網技術在農產品質量監測與溯源中具有重要應用價值,通過物聯網技術,可以對農產品的生產、加工、運輸等環節進行全程監控和記錄,實現農產品的全鏈條可追溯[3-4]。消費者可以通過掃描產品上的二維碼或使用手機應用程序,獲取農產品的詳細信息,如產地、生產日期、生產過程等,提高消費者對農產品的信任度和選擇權[5]。

本文將探討物聯網技術在農產品質量監測與溯源中的應用研究,基于物聯網技術的基本原理和特點,探討了傳感器網絡、數據采集與傳輸、云計算和大數據分析等關鍵技術在農產品質量監測與溯源中的應用,通過實時監測和數據分析,物聯網技術可以提供準確、可靠的農產品質量信息,幫助農民或監管部門及時發現和解決問題。

1 農產品質量溯源相關理論及關鍵技術

1.1 EPC物聯網

EPC物聯網是指基于EPC(Electronic Product Code,電子產品代碼)技術的物聯網系統,是一種用于唯一標識物品的編碼系統,將物品與其相關信息進行關聯。在農產品質量溯源中,EPC物聯網技術可以應用于產品的標識、追蹤和管理,實現全程數據的實時采集和共享[6-7]。

EPC物聯網主要包括應用層、網絡層和感知層,不同層次相互協作,實現了物聯網系統中的數據采集、傳輸、處理和應用(圖1)。

圖1 EPC物聯網結構組成

1) 感知層。感知層是EPC物聯網系統中的最底層,是EPC物聯網系統的基礎,為上層提供實時、準確的數據源,包括各種傳感器、RFID讀寫器、攝像頭等設備,用于感知和采集環境中的物理信息。例如,溫度傳感器、濕度傳感器和位置傳感器可以采集環境參數,RFID讀寫器可以讀取物品上的EPC編碼。

2)網絡層。網絡層負責物聯網系統中各個設備之間的通信和數據傳輸,為整個系統提供了網絡連接、路由和數據傳輸的功能。網絡層包括無線傳感網絡、局域網、互聯網等網絡結構。在EPC物聯網系統中,感知層的設備通過網絡連接到上層的應用層,實現數據的傳輸和共享,對于確保數據的可靠傳輸和實時性至關重要。

3)應用層。應用層是EPC物聯網系統中的最上層,負責數據的處理、分析和應用,基于感知層和網絡層提供的數據,進行數據的存儲、處理和展示。應用層可以包括數據管理系統、數據分析算法、可視化界面等。在農產品質量溯源中,應用層可以將采集到的農產品數據進行分析,提供產品的溯源信息、質量評估和風險預警等功能。

1.2 農業物聯網

農業物聯網主要是將傳感器和傳感器的基礎信息系統進行集成[8]。傳感器是農業物聯網系統中的核心組件,用于感知農業環境中的物理量、化學量和生物量等信息[9]。傳感器可以測量土壤濕度、溫度、光照強度、氣象數據等農業環境參數,也可以監測農作物生長情況、動物行為等,基本結構如圖2所示。

圖2 農業物聯網基本結構及運行原理

1.3 傳感器技術

傳感器主要用于感知和測量環境中物理量、化學量和生物量等信息,在使用物聯網系統時,感知層中的節點必須及時準確地捕捉到各種類型的信息,通過感知環境中的物理量、化學量和生物量等信息,將數據采集并傳輸到上層的網絡和應用層進行處理和分析。傳感器一般由敏感元件、轉換原件等組成(圖3)[10]。

圖3 傳感器基本結構及工作流程

2 農產品溯源物聯網系統設計

2.1 硬件系統

農產品質量監測與溯源硬件系統主要包括環境監測站、傳感器、服務器、RFID設備等組成(圖4)。

圖4 農產品質量監測與溯源硬件系統結構

1)環境監測站。環境監測站是放置在農田、溫室或農業生產環境中的設備,包括多個傳感器,如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器等,用于實時監測環境參數的變化。環境監測站收集的數據可以幫助農民了解生長環境的狀況,及時采取措施來調整和管理農作物的生長過程。

2)傳感器。傳感器是用于監測農產品質量的重要設備,可以檢測農產品的物理和化學特性,如溫度、濕度、pH值、氧氣濃度等。通過傳感器采集到的數據,可以及時監測農產品的狀態和變化,為質量控制提供依據。

3)服務器。服務器用于存儲、處理和管理從環境監測站和傳感器收集到的數據,可以是本地的物理服務器或云服務器,在生產中負責接收、存儲和分析數據,并提供相應的接口和功能供用戶查詢和管理農產品質量溯源數據。

4)RFID設備。RFID(Radio Frequency Identification)設備是一種用于無線識別和跟蹤物體的技術。在農產品質量監測與溯源中,RFID設備主要包括RFID標簽和讀寫器。RFID標簽可以附加在農產品上,并攜帶唯一的識別信息。讀寫器可以讀取RFID標簽上的數據,并將其傳輸到服務器或信息化平臺,實現農產品質量的追溯和溯源。

2.2 軟件系統

農產品質量溯源軟件系統目前主要基于Spring MVC框架進行設計和開發,主要包含前端、服務器端和數據端三個部分。

2.2.1 前端

前端部分是用戶與系統交互的界面,通過Web頁面或移動應用程序提供用戶友好的界面,用于查詢和展示農產品的質量溯源信息。前端可以包括用戶注冊和登錄模塊、產品查詢界面、數據可視化展示等功能,使用戶能夠方便地獲取農產品的質量溯源信息。

2.2.2 服務器端

服務器端是農產品質量溯源系統的核心,負責接收前端發送的請求,并進行處理和響應。服務器端包括業務邏輯處理模塊、數據存儲和管理模塊等。在Spring MVC框架中,可以使用控制器(Controller)接收和處理請求,服務層(Service)實現業務邏輯,持久層(DAO)進行數據的讀寫和管理。服務器端還可以與數據庫進行交互,將農產品的質量溯源數據存儲和管理起來。

2.2.3 數據端

數據端是農產品質量溯源系統的數據支持部分,可以使用關系型數據庫、NoSQL數據庫或其他數據存儲技術,根據系統需求進行選擇和設計。服務器端通過與數據端的交互,實現對農產品質量溯源數據的讀取、寫入和管理。

3 結語

本文通過研究農產品質量監測與溯源的應用,探明物聯網技術在農產品質量監測與溯源過程中的應用及運行機理,主要得到以下結論:

1)農產品質量監測與溯源關鍵技術主要包括EPC物聯網、農業物聯網、RFID技術和傳感器技術,這些技術的應用可以實現數據的實時采集、傳輸和存儲,確保農產品質量的追溯和監測;

2)信息化平臺的建設對于消費者查詢產品的溯源信息起到關鍵作用,通過二維碼、條形碼等方式向消費者提供產品的詳細信息和溯源數據,增強了消費者對產品的信任度;

3)標識和追蹤技術如RFID的應用能夠確保每個產品都有唯一的標識,并記錄產品的信息和流向,為農產品的質量追溯提供技術支持;

4)農產品質量監測及溯源系統平臺主要包括硬件系統及軟件部分,硬件系統通過傳感器等設備采集農產品質量數據,并將其傳輸到軟件系統進行存儲和分析,而軟件部分則提供數據管理、分析和展示等功能,使用戶能夠方便地查詢和了解農產品的質量溯源信息。