黃成偉+馬本學(xué)+蔣偉+董冬冬+葉晉濤+曾巧

摘要：為解決目前國內(nèi)種子質(zhì)量安全問題，實現(xiàn)種子流通過程中各節(jié)點企業(yè)的信息共享，在分析無線射頻技術(shù)（radio frequency identification，簡稱RFID）、物聯(lián)網(wǎng)及電子編碼技術(shù)（electronic product code，簡稱EPC）的基礎(chǔ)上，提出基于無線射頻技術(shù)的棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)架構(gòu)，分析追溯系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程，并對可追溯系統(tǒng)的功能模塊進行設(shè)計；最后應(yīng)用Visual Studio 2012為開發(fā)平臺，SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行部署，應(yīng)用C#語言及ASP.NET技術(shù)實現(xiàn)上述系統(tǒng)。該研究能夠提高棉種追溯信息的實時性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)采集過程更加自動化，采集速度更快。

關(guān)鍵詞：棉種供應(yīng)鏈；RFID；電子編碼技術(shù)；可追溯系統(tǒng)；ASP.NET技術(shù)

中圖分類號： S126；TP274文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）23-0239-04

近年來，隨著農(nóng)產(chǎn)品追溯理論日臻成熟，很多學(xué)者對農(nóng)產(chǎn)品追溯進行了研究，提出了很多有效的追溯方法和模型。楊信延等以蔬菜為研究對象，從信息技術(shù)角度構(gòu)建了蔬菜安全生產(chǎn)管理及質(zhì)量追溯系統(tǒng)，設(shè)計了相關(guān)功能實現(xiàn)流程，并對關(guān)鍵技術(shù)進行了探討[2]。顏波等以羅非魚為具體研究對象，以供應(yīng)鏈為視角，設(shè)計并開發(fā)了基于射頻識別和產(chǎn)品電子代碼物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯平臺[3-4]。郭艷麗以農(nóng)產(chǎn)品追溯為切入點，規(guī)劃設(shè)計出一套較為科學(xué)、合理、可行的農(nóng)產(chǎn)品追溯編碼體系，提出了農(nóng)產(chǎn)品加工與包裝設(shè)計的追溯編碼和3種農(nóng)產(chǎn)品追溯方案：模糊追溯、批追溯以及鏈?zhǔn)阶匪輀5]。李光明等研究了無線射頻技術(shù)（radio frequency identification，簡稱RFID）在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用[6-7]。趙麗等設(shè)計了基于手機二維碼識別的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以快速識別產(chǎn)品的二維條碼標(biāo)簽[8]。此外，還有一些針對其他產(chǎn)品可追溯方面的研究[9-13]。國外對農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)也做了很多研究，如歐盟建立的牛肉可追溯系統(tǒng)、澳大利亞建立的畜牧標(biāo)志和追溯系統(tǒng)、美國的農(nóng)產(chǎn)品全程追溯系統(tǒng)、日本的農(nóng)產(chǎn)品和食品追蹤系統(tǒng)、印尼運用RFID技術(shù)建立的食品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)等[14-16]。在種子追溯方面，國內(nèi)一些學(xué)者針對種子質(zhì)量溯源進行了研究[17-20]。目前，國內(nèi)學(xué)者在種子追溯方面，雖然取得了一些研究成果，但由于受地理位置和技術(shù)水平等因素的制約，還沒有實現(xiàn)種子在整條供應(yīng)鏈的全程追溯。針對此問題，設(shè)計開發(fā)了基于RFID技術(shù)的棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)。

1RFID技術(shù)和EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1RFID技術(shù)

RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過無線電信號識別和讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，識別過程無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，也可同時識別多個電子標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標(biāo)簽、天線3個部分組成。

1.2EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)即通過RFID、傳感器、全球定位系統(tǒng)（global positioning system，簡稱GPS）、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把物品和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，實現(xiàn)對物品實時識別、智能化識別、定位跟蹤、監(jiān)控、管理的一種網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)采用的技術(shù)和編碼標(biāo)準(zhǔn)的不同，物聯(lián)網(wǎng)可分為多種類型，其中采用電子編碼技術(shù)（electronic product code，簡稱EPC）編碼的物聯(lián)網(wǎng)也被稱為EPC物聯(lián)網(wǎng)。EPC是產(chǎn)品電子代碼的縮寫，它存儲于RFID標(biāo)簽內(nèi)，用于產(chǎn)品標(biāo)志，并借助互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)信息的傳遞。EPC物聯(lián)網(wǎng)主要由EPC編碼、RFID標(biāo)簽、讀寫器、EPC中間件、對象域名解析服務(wù)、實體標(biāo)記語言組成（表1）。表1EPC系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成名稱說明EPC編碼體系EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)識別標(biāo)簽的特定代碼RFID子系統(tǒng)EPC標(biāo)簽貼在物品表面或內(nèi)置于物品中讀寫器讀取EPC標(biāo)簽信息EPC信息服務(wù)系統(tǒng)（EPCIS系統(tǒng)）EPC中間件Savant讀寫器數(shù)據(jù)校對、傳送、存儲和任務(wù)管理對象域名解析服務(wù)（ONS）類似于互聯(lián)網(wǎng)的域名系統(tǒng)（domain name system，簡稱DNS）功能，定位信息存儲位置實體標(biāo)記語言（PML）描述EPC活動對象相關(guān)信息、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析注：Savant是一種分布式網(wǎng)絡(luò)軟件，它是處在解讀器和互聯(lián)網(wǎng)之間的中間件。

2棉種供應(yīng)鏈可追溯系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在棉鐘供應(yīng)鏈上下游的企業(yè)按照統(tǒng)一的EPC編碼方案，對棉種進行唯一標(biāo)志，每個企業(yè)都有自己的EPCIS信息服務(wù)器用以數(shù)據(jù)存儲，存儲EPCIS事件數(shù)據(jù)。本地的對象名解析服務(wù)器（object name service，簡稱ONS）存儲EPC編碼和EPCIS服務(wù)器的映射信息，系統(tǒng)根ONS服務(wù)器存儲各節(jié)點企業(yè)EPC編碼和本地ONS服務(wù)器的映射信息。相關(guān)用戶通過訪問系統(tǒng)查詢服務(wù)器，訪問根ONS服務(wù)器，獲得棉種對應(yīng)的EPC編碼和本地的ONS服務(wù)器地址，而后通過EPC編碼獲得本地EPCIS服務(wù)器的地址，通過訪問該服務(wù)器獲得棉種的具體信息。棉種從生產(chǎn)加工質(zhì)檢合格開始采用RFID標(biāo)簽標(biāo)志，一直到零售商銷售，整個過程采用RFID技術(shù)進行跟蹤、監(jiān)控，相關(guān)追溯信息各節(jié)點企業(yè)都會寫入RFID標(biāo)簽并存儲到各自的EPCIS服務(wù)器中，供不同權(quán)限的用戶進行查詢、分析，以達(dá)到追溯目的。

2.2系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計

棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)以棉種在流通環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息采集、處理、存儲、分析、傳輸和應(yīng)用為核心展開工作。系統(tǒng)包括提供數(shù)據(jù)采集服務(wù)的硬件層、進行數(shù)據(jù)處理的服務(wù)層、進行數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)層以及提供各種業(yè)務(wù)的應(yīng)用層（圖2）。硬件層包括RFID電子標(biāo)簽、讀寫器、天線、傳感器、打印機、RFID手持終端，主要負(fù)責(zé)棉種信息的采集，也能將供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵信息寫入標(biāo)簽。服務(wù)層主要由Savant中間件、EPCIS服務(wù)器和ONS服務(wù)器組成。Savant中間件主要負(fù)責(zé)將RFID系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)信息進行處理后傳送給ONS服務(wù)器。ONS服務(wù)器根據(jù)系統(tǒng)自身注冊的EPC編碼對產(chǎn)品編碼進行查找，而后返回對應(yīng)PML地址。系統(tǒng)進行查詢時，會返回詳細(xì)棉種溯源信息。系統(tǒng)進行寫入時，EPC編碼將在ONS服務(wù)器中完成編碼的注冊，并通過與EPCIS地址之間形成的映射關(guān)系，將產(chǎn)品詳細(xì)信息存儲到EPCIS服務(wù)器中。數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)將服務(wù)層傳來的數(shù)據(jù)進行存儲，根據(jù)業(yè)務(wù)的不同存入不同服務(wù)器中。應(yīng)用層包括生產(chǎn)加工、倉儲、運輸、銷售及監(jiān)管查詢5個子系統(tǒng)。每個系統(tǒng)對不同用戶提供查詢和分析服務(wù)，同時為實現(xiàn)棉種供應(yīng)鏈上各企業(yè)之間的信息共享，棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)還提供相關(guān)數(shù)據(jù)接口，以實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的信息交互。endprint

2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

基于RFID物聯(lián)網(wǎng)的棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器、天線、根ONS服務(wù)器、本地ONS服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及信息系統(tǒng)等組成，流通環(huán)節(jié)各個企業(yè)通過使用RFID設(shè)備進行數(shù)據(jù)信息的采集，而后通過企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)進行信息傳遞，企業(yè)之間的服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)對外開放，實現(xiàn)企業(yè)間信息的實時共享，接受追溯平臺的訪問。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖見圖3。

棉種流通各環(huán)節(jié)的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本一致，選取傳統(tǒng)的局域網(wǎng)進行布局。在獲取RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息時，本研究選用VH-70手持式讀寫器和VF-642固定式讀寫器，其中VH-70手持式讀寫器采用802.11x無線網(wǎng)絡(luò)進行通信，出于對網(wǎng)絡(luò)安全的考慮，當(dāng)RFID設(shè)備接入企業(yè)局域網(wǎng)時可以使用網(wǎng)閘做限制鏈接線，使二者在物理上進行隔絕，通過交換機相連接。追溯平臺各環(huán)節(jié)搭建的公共網(wǎng)絡(luò)以互聯(lián)網(wǎng)為依托，通過架設(shè)根ONS服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，為供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)用戶提供信息查詢服務(wù)。

2.4系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

通過對追溯系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)進行分析，該系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能主要有2個方面：棉種流通各環(huán)節(jié)的信息采集與記錄功能，主要包括生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的信息采集和記錄；倉儲環(huán)節(jié)的信息采集和記錄；運輸環(huán)節(jié)的信息采集和記錄；銷售環(huán)節(jié)的信息采集和記錄。棉種追溯信息的查詢和分析，棉種供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)記錄的數(shù)據(jù)都將存儲到追溯平臺的數(shù)據(jù)庫中，在供應(yīng)鏈上各個環(huán)節(jié)的用戶都可以通過追溯平臺查詢到棉種的實時信息。當(dāng)棉種的質(zhì)量出現(xiàn)問題時，監(jiān)管部門通過對數(shù)據(jù)庫中存儲的棉種信息進行分析，方便快捷地定位到出問題的環(huán)節(jié)，確定問題棉種的來源和去向，及時采取措施，以降低問題種子造成的損失。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖4。

2.4.1加工環(huán)節(jié)通過對新疆某棉種加工企業(yè)進行現(xiàn)場調(diào)研以及對棉種整個流通過程的分析，選擇毛籽加工環(huán)節(jié)作為整條供應(yīng)鏈的初始環(huán)節(jié)，棉種種植相關(guān)基礎(chǔ)信息在加工環(huán)節(jié)一并進行棉種編碼和標(biāo)簽的初始化。毛籽經(jīng)過加工質(zhì)檢合格后，棉種加工企業(yè)根據(jù)EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)要求將可追溯信息寫入RFID標(biāo)簽，并將數(shù)據(jù)信息上傳至相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。主要采集的信息包括企業(yè)信息、種植信息、收購信息、原種加工信息和質(zhì)檢信息。

2.4.2倉儲環(huán)節(jié)倉儲環(huán)節(jié)是整個棉種供應(yīng)鏈原種加工質(zhì)檢合格后進入倉庫，倉庫從供應(yīng)鏈上游接收到帶有RFID標(biāo)簽的棉種，通過RFID讀寫器讀取RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息寫入RFID編碼，同時將信息上傳至相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。主要采集的信息包括入庫信息、出庫信息、庫存信息、倉庫信息、溫濕度信息。

2.4.3運輸環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)從供應(yīng)鏈上游獲取貼有RFID標(biāo)簽的棉種，主要錄入的信息包括運輸企業(yè)信息、產(chǎn)品信息、轉(zhuǎn)入信息、轉(zhuǎn)出信息。

2.4.4銷售環(huán)節(jié)銷售企業(yè)是棉種整條供應(yīng)鏈最后一個環(huán)節(jié)，首先將棉種各地銷售商和銷售的信息寫入RFID標(biāo)簽，然后將寫有供應(yīng)鏈全程可追溯信息的棉種上架銷售并將數(shù)據(jù)信息存儲到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。主要寫入的信息有銷售企業(yè)信息、銷售信息、轉(zhuǎn)入信息。

2.4.5查詢管理查詢管理模塊是以監(jiān)管部門、棉農(nóng)、企業(yè)為應(yīng)用主體，主要對企業(yè)的基礎(chǔ)信息進行管理、通過RFID標(biāo)簽查詢棉種信息、查看和處理棉農(nóng)的投訴信息。

2.5追溯系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

通過對追溯系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程分析，本系統(tǒng)采用基于萬維網(wǎng)的B/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用平臺和分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的開發(fā)模式。采用B/S結(jié)構(gòu)是為了充分發(fā)揮追溯系統(tǒng)硬件環(huán)境，不用考慮相關(guān)軟件和操作系統(tǒng)的兼容問題，用戶界面通過瀏覽器來實現(xiàn)，這簡化了客戶端的操作過程，也減少了系統(tǒng)開發(fā)的成本。

本系統(tǒng)選用Windows XP/Win7操作系統(tǒng)平臺，采用Microsoft SQL Server2008作為追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，選用Microsoft Visual Studio 2012作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，應(yīng)用C#編程語言結(jié)合ASP.NET技術(shù)開發(fā)棉種供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，也方便各企業(yè)間的數(shù)據(jù)共享。追溯系統(tǒng)部分界面如圖5所示。

3結(jié)論與討論

本研究分析了RFID技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)上的優(yōu)劣勢，相對于目前新疆農(nóng)產(chǎn)品溯源手段落后而言，本系統(tǒng)更加方便用戶實現(xiàn)對產(chǎn)品的全程追溯，并針對棉種設(shè)計了基于B/S架構(gòu)的可追溯系統(tǒng)，對系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能模塊進行了詳細(xì)的設(shè)計。隨著RFID技術(shù)和EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品溯源方面日益普遍的應(yīng)用，為本系統(tǒng)的研究提供了技術(shù)和理論支持。本系統(tǒng)能夠解決長期以來棉種質(zhì)量難以控制、溯源手段落后的難題，這種由政府、企業(yè)、農(nóng)戶三方參與的方式體現(xiàn)了可追溯系統(tǒng)可控、全面的特點，并且可以與RFID中間件技術(shù)相結(jié)合，進一步確保追溯過程中數(shù)據(jù)信息的安全性和高效性，為新疆棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)了棉種供應(yīng)鏈各節(jié)點企業(yè)間的信息共享，提高了新疆種子企業(yè)的市場競爭力。本系統(tǒng)采用負(fù)責(zé)EPC網(wǎng)絡(luò)的全球化標(biāo)準(zhǔn)非盈利組織（EPCglobal）的編碼標(biāo)準(zhǔn)和可讀寫的RFID標(biāo)簽，通過對RFID標(biāo)簽內(nèi)的EPC編碼進行改寫，實現(xiàn)了電子標(biāo)簽的循環(huán)使用，降低了企業(yè)的生產(chǎn)和管理成本。

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