基于物联网的农产品质量安全可追溯平台的设计与实现
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于物联网的农产品质量安全可追溯平台的设计与实现范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：为了提高农产品质量安全可追溯平台的实时性、准确性和可靠性，提出了基于物联网的三层体系架构的农产品质量安全可追溯平台。该平台基于三层架构：分数据层、业务层和客户层，其中业务层提供系统的核心功能，分业务流程模块和物联网感知模块。系统实现采用Visual Studio 2008作为开发工具，Web服务器部署采用Tomcat，应用服务器软件采用JBoss，后台数据库采用SQL Server 2008。
关键词：物联网；RFID；质量安全可追溯平台；农产品
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1674-9944（2013）01-0266-03
1 引言
近几年来，食品安全问题日益突出，食源性疾病危害巨大，因此食品安全问题逐渐成为人们关注的焦点。国际上有疯牛病、口蹄疫、猪链球菌感染以及禽流感等疾病的爆发和传播，国内有苏丹红、三聚氰胺毒奶粉、瘦肉精猪肉、抗生素超标鸡肉等食品质量安全事件的发生。目前，欧盟、美国等地区与国家相继立法来强制实行食品质量安全追溯制度，质量安全追溯制度通过对产品生产和流通过程中各个关键环节的信息加强管理来实现预警和追溯，一旦出现质量问题可迅速追溯到问题源头，进行相应的处理[1～3]。文献[4]综合应用动物个体标识、二维条码、RFID射频电子标识和一维条码标签技术，将网络技术、数据库技术与传统的养猪业和屠宰加工业结合，构建了一种适合中国国情的肉用猪和猪肉安全质量监控可追溯系统。文献[5]基于产品批次记录与逐级编码方式，将肉鸡生产、加工、物流销售等与鸡肉产品安全有关的信息串连起来，建立电子文档记录，构建肉鸡安全生产质量监控可追溯系统，通过该系统消费者可逆向追溯肉鸡饲养管理信息、疾病防治与免疫情况等多项可追溯内容，达到监控肉禽食品安全目的。文献[6]为适应中国牛肉出口需要，采用耳标与分割肉号码及对应的EAN/UCC条码技术等动物标识方法，构建了牛肉安全生产加工全过程质量跟踪与追溯系统。文献[7]为实现蔬菜质量安全可追溯系统中蔬菜产品的标识，应用EAN/UCC系统，制定了蔬菜产品追溯码编码方案，设计实现了蔬菜产品质量追溯标签。
文献[8]提出一种基于混合模式的农产品质量安全可追溯系统的集成方法，采用C/S和B/S混合模式来构架系统，利用射频识别和条码技术对产品进行标志、信息采集和传输，使用组件技术开发系统的关键模块。文献[9]提出了一套统合性的食品生产追溯操作理论。文献[10]通过对某蔬菜企业的实际调研，分析了蔬菜生产管理流程，设计了系统基本框架，建立了基于Web的蔬菜质量安全可追溯系统。可以为消费者提供详细的蔬菜产品信息，还为企业的生产管理和蔬菜质量安全监控提供了良好的操作平台。文献[11]分析了RFID技术框架，设计了一种包含产品信息和公钥的RFID标签。设计了一种基于网格技术的质量追踪分布式模型，该模型通过网格服务解决不同供应商之间的质量信息追踪问题，并通过一个实例来描述产品从加工到流通环节信息追溯的实现方法。文献[12]对食品生产链的检测和追溯模型展开了研究，文献[13]通过运用射频识别技术与二维码技术，构建了一种农产品可追溯系统。文献[14]在对农产品从田间到货架流程进行了分析的基础上，设计了基于RFID的追溯系统架构。文献[15]从农产品安全管理技术的现状出发，介绍基于RFID的物联网技术在农产品安全领域中的应用实例，表明在农产品安全领域中运用物联网技术，构筑农产品供应链的新型管理模式，从而实现农产品质量的可视化和可追溯，使农产品的质量更加安全、有保障，将对农产品产销价值链产生巨大的影响。
在上述的各类农产品质量安全追溯系统中，不少方法在处理对象上是针对肉鸡、牛肉、蔬菜等某类特定类型的农产品，没有形成一个完全的面向农产品的通用质量安全追溯平台。另一方面，不少方法在技术层面上只采用单一的RFID和条码技术，没有形成一个具有RFID、GIS、GPS、智能传感器等各传感器联合的物联网。
2 基于物联网的农产品质量安全可追溯平台架构设计
物联网顾名思义就是物物相连的互联网，是新一代信息技术的重要组成部分。物联网有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过RFID、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
基于物联网的农产品质量安全可追溯平台的实现需要构建一个统一的农产品相关资源管理平台，对农产品生产、流通、库存和检疫等各环节的信息进行记录、管理和共享，为各种信息系统提供可共享、可集成的数据。基于物联网的农产品质量安全可追溯平台架构如图1所示，由数据层、业务层和客户层构成。数据层包含业务数据库、GIS空间数据库和GPS实时数据库。业务数据库实现对农产品生产、流通、库存和检疫等各环节所发生的业务数据的存储；GIS空间数据库存储与业务发生地相关的地形、道路等基础图形数据，以及与这些图形数据相关的地名、高程、坐标、经纬度、行政区代码等属性数据；GPS实时数据库存储物流过程中，运输车辆通过GPS获得的实时位置与状态等信息。业务层提供系统的核心功能，根据功能分为业务流程模块和物联网感知模块。业务流程模块由农产品生产子系统、农产品库存子系统、农产品销售子系统以及农产品跟踪与追溯子系统组成；物联网感知模块提供物联网相关的各个子系统数据接口模块，主要包括RFID子系统、GPS子系统、GIS子系统和智能传感器子系统。客户层用于提供给终端用户多样化系统使用界面，主要分为手机客户端、浏览器Web界面和用户定制软件客户端等方式的界面。
3 基于物联网的农产品质量安全可追溯平台的分析
农产品质量安全的追溯依赖于农产品从生产、加工、检疫到流通整个过程的信息记录。实现优秀的追溯平台需要建立一个跟踪体系，采集和记录农产品各个环节的信息。追溯体系是跟踪体系的逆过程，从农产品零售商开始追溯到上级经销商直至生产厂商的第一个产品生产和流通环节获取农产品生产流通数据，并将数据与各环节的地理信息结合起来在GIS地图上直观的提供给用户。所以以上两部分构成了一个完整的农产品质量安全跟踪追溯体系。
3.1 基于物联网的农产品跟踪分析
在农产品生产过程中，生产厂商需要记录该批次农产品相关的温度、湿度和检疫等信息。对于牲畜家禽等大型人体的农产品可以在一开始就安装RFID标签，以便系统自动采集和记录温度、湿度和检疫等信息。对于未装配RFID的农产品，在生产完成之后在包装上安装RFID标签，同时利用子系统导入该批次生产过程中相关的温度、湿度和检疫等信息。农产品出厂之后，可根据唯一的RFID标签信息实现对该农产品的标识。农产品入库时，可以在安装RFID读写器的库门中记录入库信息。
在运输过程中，农产品可根据出库时读取的RFID信息记录车辆装载信息，运输车辆安装GPS、温度和湿度等相关的传感设备。这些运输过程中所获得的实时信息可进行记录，并根据需要通过3G无线通信技术实时上传给服务器，或者在运输车辆到达目的地后，在入库时一次性导入到后台服务器中。农产品入库后，继续根据RFID信息与仓库的温度和湿度等传感信息以及同批次检疫信息相关联记录在后能服务器的数据库中。
在农产品销售环节中，农产品的RFID标签可以作为该产品的唯一标识与价格关联，同时记录进入市场所进行的抽样和检疫等相关信息。
3.2 基于物联网的农产品质量安全追溯分析
可追溯的定义为：“通过记录的标识，对某个实体历史、用途或者位置予以追踪的能力”，即利用已有的、唯一对实体对应的记录标识，追溯产品的历史、应用情况、所在位置或者类似产品、活动的能力。农产品的追溯系统就是基于物联网技术，根据农产品在生产和流通各个环节采集和记录的数据对农产品进行追踪溯源的操作。
具体操作步骤如下：①用户根据农产品的RFID信息在手机客户端、浏览器客户端或者用户定制软件界面中查询系统数据；②系统根据用户输入的农产品RFID信息以及用户的权限访问该农产品在生产流通过程中各个环节所记录的各种信息，并根据用户的访问权限对信息进行过滤；③系统将过滤后的信息与地理信息系统进行结合，在GIS系统中进行显示，给用户直观和便利的产品追溯体验；④用户可以根据GIS显示的信息，在各个环节的节点中对农产品信息进一步交互查询，以获取更详细的农产品信息。
农产品质量安全追溯平台的用户包括普通消费者用户和监管部门用户，二者的需求存在差别，在追溯平台中对不同的用户设置不同的数据访问权限。对于普通消费者用户，其对农产品质量安全追溯的需求限于对该农产品生产、检疫和流通过程中的一些基本的信息；而对于监管部门用户，其对农产品质量安全追溯的信息要求更详细，需要访问生产、检疫和流通过程中各种详细信息，包括物联网中涉及的智能传感信息、流通过程中的实时GPS信息以及同批次产品的流向信息等。
4 基于物联网的农产品质量安全可追溯平台实现研究
基于物联网的农产品质量安全可追溯平台的实现需要各个子系统有机地结合在一起，以共享信息。平台基于三层架构，采用Visual Studio 2008作为开发工具，Web服务器部署采用Tomcat，应用服务器软件采用JBoss，后台数据库采用SQL Server 2008。系统在实验室的模拟环境下运行良好，数据采集自动化程度高、速度快。在平台的可追溯功能中，根据用户的类型分为普通消费者用户和监管部门用户。普通消费者用户购买了农产品之后，可利用追溯终端提供的RFID读写器输入到系统进行产品追溯，系统显示该农产品从生产厂商到零售所在地所经历的路径，并在GIS地图上显示各个关键环节以及相关的信息。普通消费者用户可以进一步在GIS地图上进行操作，点击各个环节以进一步显示更详细的产品数据。监管部门用户可以完成比普通消费者用户更多的功能，以便实现对出现质量安全问题的农产品进行追寻源头、同批次农产品查封召回销毁等操作。监管部门用户登陆之后，根据农产品的RFID信息在GIS地图上显示生产流量的各个环节以及相应的各种详细信息，并可以查看同批次农产品的流向信息以及物流的实时GPS信息，一旦出现质量安全问题，可为监管部门快速、准确的处理提供足够的信息。
5 结语
基于物联网的农产品质量安全可追溯平台是一个包含数据层、业务层和客户层的层次式体系架构，该架构的设计和实现表明采用统一的基于物联网的农产品质量安全可追溯平台层次式体系架构是可行的。在层次式体系架构中，在业务层中独立各个业务功能的子系统一方面可以在系统开发和实施过程中降低难度，减少除错的成本；另一方面独立物联网的各个子系统可以让业务功能开发只关注于业务的本身，降低物联网各种传感器细节的掌握难度，同时也方便对新型传感器的扩充。基于物联网技术，可以让追溯平台数据拥有采集过程自动化程序更高、速度更快、信息显示更直观等特点。
参考文献：
[1] Lhommea J P，Chehbounib ments on dual-source vegetation-atmosphere transfer models[J].Agricultural and Forest Meteorology，1999，94（3）：269～273.
[2] Pouliot S，Sumner D A.Traceability，Liability and Incentives for Food Safety and Quality[J].American Journal of Agricultural Economics，2008，90（1）：15～27.
[3] Regattieri A，Gamberi M，Manzini R.Traceability of food products：General framework and experimental evidence[J].Journal of Food Engineering，2007，81（2）：347～356.
[4] 陆昌华，谢菊芳，王立方.工厂化猪肉安全生产溯源数字系统的实现[J].江苏农业学报，2006，22 （1）：51～54.
[5] 白云峰，陆昌华，李秉柏.肉鸡安全生产质量监控可追溯系统的设计[J].江苏农业学报，2005，21（4）：326～330.
[6] 昝林森，郑同超，申光磊.牛肉安全生产加工全过程质量跟踪与追溯系统研发[J].中国农业科学，2006，39（10）：2083～2088.
[7] 叶春玲，张 兵，古松浩.应用于蔬菜质量安全可追溯系统的蔬菜产品追溯标签的设计与实现[J].食品科学，2007，28（7）：572～574.
[8] 刘 树，田 东，张小栓，等.基于混合模式的农产品质量安全可追溯系统集成方法[J].计算机应用研究，2009，26（10）：3804～3806.
[9] Wang X，Lia D，Brien C O.Optimization of traceability and operations planning：an integrated model for perishable food production[J].International Journal of Production Research，2009，47（11）：2865～2886.
[10] 付 骁，傅泽田，张领先.基于Web的蔬菜质量安全可追溯系统[J].计算机工程与设计，2009，1（15）：85～87.
[11] 曾 益.基于RFID技术的农产品质量追溯体系探讨[J].湖北农业科学，2011，13（7）：2736～2739.
[12] Miraglia M.Detection and traceability of genetically modified organisms in the food production chain[J].Food and Chemical Toxicology，2004（42）：1157～1180.
[13] 边吉荣，宋丽亚.基于RFID与二维码技术的农产品可追溯系统设计[J].网络安全技术与应用，2010，10（8）：39～41.
[14] 杨世江，刘锦高.基于RFID的农产品追溯系统研究[J].信息技术，2011，8（17）：144～146.
[15] 魏笑笑.基于RFID的物联网技术在农产品安全领域中的应用研究[J].安徽农业科学.2011，39（24）：15150～15152.