基于物联网技术的肉类和蔬菜流通可追溯系统研究

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摘要：为了解决肉类和蔬菜及其他农产品流通追溯的难题，设计与实现了基于Web技术、条码技术、非接触式IC卡、无线手持终端设备、数据采集中间件技术的肉类及蔬菜可追溯系统。研究构建支持冗余性和扩展性的数据库服务器平台和面向服务的体系架构（SOA）的软件信息系统，规划完善的系统城市网络拓扑，制定追溯码和非接触式IC卡的数据标准协议，并将要素信息录入到各流通子系统中，由数据库进行存储和管理。消费者作为流通终端，可以通过产品包装上贴的20位追溯码，输入到肉类和蔬菜追溯系统界面进行溯源，查看肉类和蔬菜从产地到卖场所有流通节点的信息，提高了肉类和蔬菜流通过程控制的可信度，规范了企业的生产管理，提高了消费者的最终知情权。

关键词：肉类和蔬菜；物联网；追溯；面向服务的体系架构（SOA）；网络拓扑；数据标准

中图分类号：F252；X924.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）24-6166-06

近年来，特别是对生猪养殖、屠宰、流通环节实行市场化管理以来，肉类蔬菜产品的经营大环境发生了巨大的变化，原先在市场经济环境下行之有效的监管方法已不能满足现代管理的需要。但是，政府监管及执法尚没有现代信息管理手段，给不法分子带来了可乘之机。个别地方农产品市场安全受到威胁，影响到人民群众的身体健康及生命安全，要下大力气进行根治[1]。一方面，规范我国的生猪养殖、屠宰及流通的监管，让老百姓吃上“放心肉”，重中之重的任务是解决我国特定的市场环境下对白条猪这一特殊商品实现对生猪及其肉类的数据信息可追溯，从农场到餐桌有效延续[2]。另一方面，针对蔬菜流通空间跨度大、环节多、准入门槛低、流通时间短等特点，实现蔬菜流通各环节监管信息相连接，真正做到信息可追溯[3]。建立市级蔬菜流通信息数据库，形成蔬菜流通“农批对接”、“农超对接”全过程、全方位、全覆盖的食品安全监管信息系统，实现对苏州市蔬菜流通全过程跟踪、企业全覆盖汇集，使之信息清晰、追溯快捷，为政府有关部门提供蔬菜安全监管和调控决策信息。

物联网是由传感器技术、网络技术、高性能计算和大规模数据处理等多项信息技术融合而成的信息技术体系。在物联网构想中，分布于世界各地的商品生产商可以实时获取其商品的销售和使用情况，从而及时调整其生产量和供应量。如果这一构想得以实现，那么所有商品的生产、仓储、采购、运输、销售以及消费的全过程将发生根本性的变化，全球供应链的性能将获得极大的提高。因此，将基于RFID的物联网技术应用于食品安全追溯管理具有强大的技术优势，不仅能够快速、自动、准确地采集各种信息，还能够将信息通过数据库和网络技术进行整合，实现统一管理、协调运作，从而保证追溯的可能性和有效性。

1 基于物联网的肉类和蔬菜流通可溯源系统总体框架

总体框架结合各级政府落实国家《食品安全法》和《商务部财政部关于开展“放心肉”服务体系建设试点工作的通知》精神，以政府管理模式创新引导技术创新，以高新技术改造传统行业，以高效低成本运转牵引供应链业务流程优化、符合中国国情的典型物联网技术应用方案，实现肉类和蔬菜流通全流程溯源和管理。

基于物联网技术的肉类和蔬菜质量流通可追溯系统是通过Web技术、条码技术、非接触式IC卡、无线手持终端设备、数据采集中间件技术的肉类及蔬菜可追溯系统技术解决方案。系统将建立完全覆盖生猪屠宰厂、肉类蔬菜批发企业、农贸市场、大卖场、连锁超市、重点团体消费单位、“产销对接”核心企业的农产品可追溯系统[4]，包括了肉类和蔬菜流通过程电子交易结算、进销存批次跟踪溯源、质量检测监管、数据实时采集等功能[5]。

系统建立基于Web技术的肉类和蔬菜全程质量跟踪与可追溯的公共网络（互联网）平台，提供给政府监管部门和广大消费者使用，并且能够与中央追溯管理平台实现无缝对接。同时，建立基于Web技术的综合监管工作考核系统，通过系统实时考核监管工作的数量和质量。

按照图1所示的流通追溯过程，实行市场准入机制，所有到市区屠宰的生猪、外地进入苏州市的冷鲜肉必须先到“市区肉类准入备案中心”登记备案后方可进入屠宰企业和肉类批发市场。所有到市区的蔬菜都必须先到“市区蔬菜准入备案中心”登记备案后方可进入蔬菜批发市场。

质量检测信息是肉类和蔬菜进场登记信息中的重要部分，无论是外地还是本地的肉类和蔬菜进入批发市场，都必须进行全面的农药残留检测，检测不合格的都将进入销毁程序[6]。

零售商（包括团体消费单位）携IC卡进入批发市场，进行理货、过磅，肉类、蔬菜批发经营户利用智能溯源电子秤一体机进行刷卡交易，交易信息储存到中心数据库，并写入IC卡。零售商（包括团体消费单位）携卡进行资金电子结算，打印交易凭证后离场。

蔬菜配送中心，在按配送对象（包括连锁超市）理货装筐时，将蔬菜来源信息与蔬菜周转筐的RFID芯片进行关联，当送达目的地时，由超市工作人员通过RFID读写器，将蔬菜进货信息登记至系统中。

在零售端点的连锁超市和农贸市场，团体消费单位凭卡交易时，零售商的智能溯源电子秤自动采集交易数据上传到中心平台，并且直接有智能溯源电子秤将信息写入团体消费单位的IC卡，普通消费者可以向零售商索要销售小票。

数据中心系统每天汇总信息，进行核对，产生统计分析报表，通过网站系统向政府提供查询服务。

市民可在农贸市场、超市大卖场安装的触摸查询终端上实时查询市场各摊位肉类、蔬菜的进货来源、屠宰、检疫检验、残检等方面的信息，也可通过短信、固定电话12312、互联网查询肉类、蔬菜的进货来源。

2 基于物联网的肉类和蔬菜流通可溯源系统功能与设计

2.1 硬件平台规划

在整个平台应用范围内，根据数据库数据存储的类型不同，有2个数据库，分别用于不同的用途，面向不同的应用途径（图2）。从图2可以看出，一是用于各流通节点子系统进行数据读写的实时事务处理型数据库，二是用于政府监管及消费者溯源查询的数据仓库型数据库。

在应用服务层，服务器通过集群技术提供了冗余性和扩展性，一旦集群中的一台服务器发生故障，其他服务器就会简单地接管并继续访问数据库服务器；在数据存储层，整合平台通过双机故障切换集群支持功能，以保证应用程序在发生灾难性故障时也能继续正常运行。

支持流通节点各子系统正常运行的数据实时事务处理服务器集群（生产环境）主要由2台应用服务器和2台数据服务器组成，支持政府监管部门数据分析统计、消费者溯源查询以及与中央追溯管理平台对接的数据仓库服务器集群（热备环境）也同样由2台应用服务器和2台数据服务器组成，整个硬件平台同样具有较强的可用性、可靠性和可扩展性。

2.2 软件体系架构

肉类和蔬菜流通追溯体系平台需要实现的基本功能是基于流程的肉菜追踪与溯源业务。整个业务功能的设计和实现采用面向服务的体系架构（SOA），充分保证系统功能和流程实现的灵活性和扩展性。系统总体架构是系统设计的基础，它包括系统设计、开发、运行等各个环节所涉及的主要内容。在认真分析苏州市肉菜流通环节各项业务需求的基础上，基于面向SOA的设计原则，对信息系统的整体架构进行了全面的设计，如图3所示。

系统的硬件基础设施主要指系统运行的计算机设备、网络设备以及配套的安全设备等。其中，计算机网络有专网、公网，包括已投入运行的放心肉项目三级网络，正在建立的安全、稳定、通畅的覆盖苏州市各县（区）肉菜流通节点的信息网络系统。安全设备有防火墙等。数据库是整个系统的核心，包括流通节点及流通主体的基础数据库、屠宰业务数据库、批发交易业务数据库、零售业务数据库、管理数据库。系统软件系统是支撑系统运行的系统级软件系统，主要有操作系统、数据库管理系统、应用中间件系统等。基础构件平台提供基于业务规则的管理平台。对于一些通用的使用频度较高的业务操作，平台提供定义规则和使用规则。应用系统在基础构件平台的基础上，设计应用系统，主要包括4个流通环节（批发环节、零售环节、消费环节、屠宰环节），6个流通节点追溯子系统（批发市场追溯子系统、农贸市场追溯子系统、超市或大卖场追溯子系统、连锁门店追溯子系统、团体消费单位追溯子系统、屠宰企业追溯子系统）。

2.3 网络规划

如图4所示，服务器机房DMZ区域，所有与外界的网络连接均需通过防火墙进行隔离。应用层根据实际用户量配置2～4台中间件服务器（WEB LOGIC）采用集群方式安装部署，将系统压力分配到多台服务器上，既保证了服务器无单点故障，也保障了服务器的效率；数据服务层使用2台数据库服务器集群的方式部署，将系统压力分配到2台服务器上，既保证了服务器无单点故障，也保障了服务器的效率。另外1台数据备份服务器，根据备份策略将存储阵列柜的数据备份至磁盘；生产数据存储在磁盘阵列中，以保障数据的高效和安全。

屠宰企业、批发市场、农贸市场及相关横向部门通过VPN网络访问可追溯数据中心；团体消费单位通过互联网访问可追溯数据中心；超市（大卖场）、连锁门店通过互联网访问可追溯数据中心；消费者及领导移动办公，通过互联网访问可追溯数据中心；农贸市场、批发市场内部的溯源型终端设备采用WIFI方式与市场内服务器或普通台式机进行联网，并与数据中心进行数据交互。

2.4 数据标准设计

为了确保肉类和蔬菜信息的完整性，对每件商品上的标签进行了惟一编码，作为产品的追溯码，消费者可以在智能终端机上或者溯源网站上输入20位的追溯码，获得流通全过程的全部信息。20位追溯码由6位行政区域代码、3位备案顺序号A、4位备案顺序编号B、7位流水号组成。在销售前，为每件肉类或蔬菜贴上一个含有20位追溯码的RFID标签[7，8]，RFID标签的编码组成如表1所示。

更多更详尽的信息将在肉类和蔬菜全流通的各个环节被录入溯源系统中，“产销对接”核心企业、生猪屠宰厂、肉类和蔬菜批发企业、农贸市场、大卖场、连锁超市、重点团体消费单位，这些流通主体将持非接触式IC卡入场，将各自环节的信息录入到数据库中，便于消费终端进行溯源，包括流通过程电子交易结算信息、进销存批次跟踪溯源信息、质量检测监管信息、数据实时采集信息等[9，10]。IC卡数据标准设计如表2所示。

3 追溯系统测试与应用

本研究从解决肉类和蔬菜等农产品流通追溯着手，提出了基于物联网技术的肉类和蔬菜质量流通可追溯系统是基于Web技术、条码技术、非接触式IC卡、无线手持终端设备、数据采集中间件技术的肉类和蔬菜可追溯系统技术解决方案。系统将建立完全覆盖生猪屠宰厂、肉类蔬菜批发企业、农贸市场、大卖场、连锁超市、重点团体消费单位、“产销对接”核心企业的农产品可追溯系统，包括肉类和蔬菜流通过程电子交易结算、进销存批次跟踪溯源、质量检测监管、数据实时采集等功能。肉类和蔬菜流通中各环节的负责人持IC卡入场，将本环节要素信息录入到各流通节点子系统中，由数据库进行存储和管理。消费者作为流通终端，可以通过产品包装上贴的一维追溯码（图5）；在肉类和蔬菜追溯系统界面（图6）进行溯源，查看肉类和蔬菜从产地到卖场所有流通节点的信息，如图7所示。

系统在多家农产品批发市场试用，通过建立肉类和蔬菜流通可追溯体系，有效规范了商品流通和市场秩序，提高了产品质量的安全性，具体表现为以下几点。

1）提出了基于Web技术、条码技术、非接触式IC卡、标准化蔬菜周转筐（RFID）、无线手持终端设备、数据采集中间件技术的肉类及蔬菜可追溯系统技术解决方案。

2）建立了完全覆盖生猪屠宰厂、肉类和蔬菜批发企业、农贸市场、大卖场、连锁超市、重点团体消费单位、“产销对接”核心企业的农产品可追溯系统，包括肉类和蔬菜流通过程电子交易结算、进销存批次跟踪溯源、质量检测监管、数据实时采集等功能。

3）建立了基于.Net技术的肉类和蔬菜全程质量跟踪与可追溯的公共网络（互联网）平台，提供给政府监管部门和广大消费者使用，并且能够与中央追溯管理平台实现无缝对接[11]。

4 结论

食品安全是目前很多人都非常关注的问题，追溯体系是确保食品安全的有效工具。本研究建立了基于物联网技术的肉类和蔬菜流通可追溯系统，集成了集身份认证、标签打印、数据上传等功能的流通控制存储通信设备，自主研发了市场准入、产品检测和产品追溯功能的肉类和蔬菜流通可追溯软件系统，提高了肉类和蔬菜流通过程控制的可信度，规范了企业的生产管理，提高了消费者的最终知情权，加强了政府监管力度，对于其他地区实施肉类和蔬菜流通追溯提供了借鉴模式和技术支持[12]。

系统的运行效果不仅取决于系统建设的质量，更重要的是系统建成的运营维护。对此，必须从制度、管理流程和技术支持3个方面建立确保平台稳定、有效运行的长效保障机制。从系统运营保障制度角度制定相关的行业规范及相应的实施办法，确保系统能够在制度化的保障机制下长期发挥行业监管作用。另外项目建设单位应在项目的开发、实施及后期运营维护提供组织、人员和沟通机制等各个方面的保障，确保系统在行业内的可持续应用，并为系统的后续发展提供技术支持保障。

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