一種基于RFID技術(shù)的肉制產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)應(yīng)用研究①

成志平

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西咸陽712000)

隨著居民生活的水平提升，目前肉制品是需求量居高的食品。但在此背景下，肉產(chǎn)品安全事故卻頻頻發(fā)生，如2011年震驚全國的瘦肉精事件、2014年的注水豬肉事件［1-2］。部分不良商家妄想借助肉產(chǎn)品市場需求量的優(yōu)勢，依靠使用激素藥劑飼料、添加劑等違法行為來降低肉產(chǎn)品生產(chǎn)成本并以此獲利，將消費(fèi)者安全置身事外。由此看出，當(dāng)前肉產(chǎn)品市場急需為消費(fèi)者提供一套先進(jìn)的安全追溯系統(tǒng)，對肉制品生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督［3］。

國外關(guān)于肉制品溯源的研究要略早于國內(nèi)。1996年英國在瘋牛病事件之后，投入較大力度建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)的家畜跟蹤系統(tǒng)；加拿大自2002年起，開始實(shí)施針對牛類及其肉制品的強(qiáng)制性標(biāo)識制度；隨后，日本、澳大利亞、歐盟等國家或地區(qū)相繼開始建立針對肉制品的身份及質(zhì)量追蹤系統(tǒng)。國內(nèi)相關(guān)研究開始較晚，北京永泰普諾開發(fā)的“RFID屠宰加工實(shí)時生產(chǎn)管理和安全信息追溯系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了肉制品從活體到屠宰交易全過程的管理，且在2006年上海發(fā)生的“瘦肉精”中毒事件中，有效防止了中毒危害的擴(kuò)大，發(fā)揮了正面作用。

以上多種類型的肉制品追溯理念，基本主要依靠互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)牲畜從入廠到銷售的過程，對于牲畜的生長過程及生長環(huán)境沒有實(shí)現(xiàn)有效記錄以及長期監(jiān)控。利用RFID技術(shù)能夠有效監(jiān)控牲畜的生長情況，為系統(tǒng)提供牲畜生長過程中的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從源頭上保障肉制品安全。本文將消費(fèi)者安全放在利益之上，進(jìn)行基于RFID肉產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)的設(shè)計工作，以公開、透明的形式將肉制品生產(chǎn)至銷售過程完全展示于消費(fèi)者眼前。

1 RFID技術(shù)簡介

RFID（Radio Frequency Identification） 是一種射頻識別通信技術(shù)，主要利用無線電訊號進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的識別及讀寫工作［4］，具體結(jié)構(gòu)見圖1。圖1中RFID的工作原理是利用射頻信號完成對物體的自動識別，以便達(dá)到自動辨識信息及追蹤信息的目的。

圖1 RFID結(jié)構(gòu)組成

2 肉制品產(chǎn)品安全追溯概述

2.1 需求分析

研究針對北上廣深等國內(nèi)一線城市肉制品加工企業(yè)和大型超市進(jìn)行了調(diào)研，并結(jié)合西安本地的實(shí)際情況，對企業(yè)以及消費(fèi)者關(guān)于肉制品安全追溯方面的一些問題進(jìn)行了統(tǒng)計。調(diào)研結(jié)果表明，肉制產(chǎn)品信息的追溯能夠有效增強(qiáng)消費(fèi)者對產(chǎn)品質(zhì)量安全的信息，對于肉制品生產(chǎn)加工企業(yè)的口碑有明顯提升作用，同時還能夠大幅提升產(chǎn)品的銷售量和利潤。企業(yè)與消費(fèi)者對肉制產(chǎn)品安全追溯的需求與日俱增。

陜西省于2015年12月22日，發(fā)布《陜西省肉制品生產(chǎn)經(jīng)營監(jiān)督管理規(guī)范》，要求肉制品生產(chǎn)經(jīng)營單位應(yīng)當(dāng)依照法律、法規(guī)和食品安全標(biāo)準(zhǔn)從事生產(chǎn)經(jīng)營活動，保證食品安全，誠信自律，建立健全全程追溯制度，落實(shí)主體責(zé)任。本項(xiàng)目可作為流通節(jié)點(diǎn)的追溯子系統(tǒng)，配合政府職能部門完善陜西地區(qū)內(nèi)肉制產(chǎn)品溯源機(jī)制。

2.2 主要溯源環(huán)節(jié)

肉制品跟蹤與溯源主要環(huán)節(jié)見圖2。

圖2 肉制品跟蹤與溯源主要環(huán)節(jié)

2.2.1 養(yǎng)殖

養(yǎng)殖環(huán)節(jié)安裝RFID標(biāo)簽，可以幫助飼養(yǎng)員隨時采集牲畜生長信息，對生長發(fā)育情況、飼料、生長環(huán)境、所用藥品、檢疫情況等進(jìn)行監(jiān)控，提供完整數(shù)據(jù)供溯源系統(tǒng)提取。

2.2.2 加工

牲畜進(jìn)入宰殺流程前，通過對RFID標(biāo)簽中數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，確認(rèn)牲畜健康情況符合要求，對牲畜的宰殺前后重量進(jìn)行保留，同時錄入牲畜宰殺日期。將信息一同保存到二維碼中，與宰后酮體一起進(jìn)入檢疫環(huán)節(jié)。

2.2.3 檢驗(yàn)檢疫

經(jīng)檢疫部門檢疫后，將所有檢疫信息錄入二維碼并上傳至中心服務(wù)器，生成二維碼封存后進(jìn)入下一流通環(huán)節(jié)。

2.2.4 運(yùn)輸

讀取車輛RFID卡，確認(rèn)運(yùn)載肉制品車輛的車牌號、所屬單位、檢疫消毒單位、運(yùn)載日期等信息；裝載結(jié)束后，溯源設(shè)備自動錄入裝載時間、出發(fā)地、目的地、車載RFID卡信息等，并按照相應(yīng)信息生成加密信息。

2.2.5 銷售

商家對肉品進(jìn)行切分、包裝、銷售。商家使用專用設(shè)備獲取肉品的信息，并與經(jīng)營戶信息一并生成唯一的二溯源二維碼。此二維碼會同小包裝一并流入消費(fèi)者手中。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 整體架構(gòu)設(shè)計

筆者主要將RFID電子標(biāo)簽應(yīng)用到肉產(chǎn)品的安全追溯系統(tǒng)中，對肉產(chǎn)品生產(chǎn)至加工再到銷售的整個過程進(jìn)行實(shí)時記錄，并利用ZigBee無線通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各環(huán)節(jié)相關(guān)信息進(jìn)行采集，以此構(gòu)成4類信息采集系統(tǒng)，再將4類信息匯集到跟蹤追溯系統(tǒng)信息平臺中。通過此架構(gòu)設(shè)計，將實(shí)現(xiàn)用戶根據(jù)相應(yīng)的肉產(chǎn)品追溯號即可查詢到其整個生產(chǎn)過程的相關(guān)信息。具體架構(gòu)見圖3。

圖3 肉產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)圖3，整個肉制品安全追溯系統(tǒng)按照肉制品生產(chǎn)和銷售的流程，在養(yǎng)殖、屠宰、批發(fā)和銷售4個環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其中養(yǎng)殖場環(huán)節(jié)采集主要匯聚了肉制品一系列的養(yǎng)殖信息，如飼料信息、用藥信息等；屠宰場環(huán)節(jié)采集主要包括肉制品加工過程，如檢驗(yàn)情況、屠宰日期等；批發(fā)環(huán)節(jié)采集主要包括肉制品完成屠宰之后的相關(guān)信息，如轉(zhuǎn)入信息、增加配送等；銷售環(huán)節(jié)主要記錄著肉產(chǎn)品完成批發(fā)之后的相關(guān)銷售信息，如銷售商信息、銷售時間等。通過上述的采集，將數(shù)據(jù)匯入到信息平臺，最終存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于購買肉制品的消費(fèi)者進(jìn)行安全信息查詢。

3.2 RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

RFID標(biāo)簽是整個系統(tǒng)的核心所在，關(guān)系著肉產(chǎn)品的安全追溯是否得以實(shí)現(xiàn)［5］。筆者主要將RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)劃分為5個部分，分別為RFID讀寫器、ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及控制服務(wù)器。具體RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體架構(gòu)見圖4。

圖4 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

在RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體架構(gòu)中，標(biāo)簽實(shí)則就是一個肉制品信息記錄器，RFID讀寫器可通過對標(biāo)簽進(jìn)行讀取來獲得相關(guān)的肉制品信息，并將該信息發(fā)送至ZigBee終端節(jié)點(diǎn)中。與此同時，RFID也擔(dān)負(fù)起接收上層相關(guān)指令的任務(wù)，按指令要求對標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息進(jìn)行寫入、刪除等相關(guān)操作。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)在接收到肉制品信息之后，將會通過ZigBee路由器選擇出一條最佳傳送路徑，向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送肉制品信息。而當(dāng)Zig-Bee終端節(jié)點(diǎn)在接收到上層發(fā)送的指令時，也將完整地將其傳達(dá)至RFID讀寫器中，為讀寫器的相關(guān)操作提供依據(jù)。ZigBee協(xié)調(diào)器在接收到下層傳送的肉制品信息后，最終將此信息上傳至控制服務(wù)器，以此完成肉制品信息的整個傳送過程。

3.2.2 ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)的程序流程

在整個RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體架構(gòu)中，ZigBee路由器在其中扮演著中繼節(jié)點(diǎn)的角色，擔(dān)負(fù)起信息傳送和指令傳達(dá)的工作［6］。具體ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)的程序流程見圖5。根據(jù)圖5，ZigBee路由器在完成軟硬件初始化之后，將向信號監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)申請。若該節(jié)點(diǎn)同意此申請，將會分配給路由器相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，該路由器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線監(jiān)聽狀態(tài)。當(dāng)此狀態(tài)的路由器節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)申請時，將會對空閑短地址進(jìn)行分配，若此時并未發(fā)現(xiàn)符合該節(jié)點(diǎn)申請的網(wǎng)絡(luò)地址時，便將該數(shù)據(jù)信息下達(dá)至下一個節(jié)點(diǎn)。

3.3 肉制品安全追溯系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 服務(wù)器端體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于服務(wù)器體系架構(gòu)將對整個肉制品信息管理系統(tǒng)的影響力極大，因此，筆者將對當(dāng)前較為常用的C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，以此選出更為合適的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于服務(wù)器端體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，以此提高該模塊的實(shí)用價值。具體C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比結(jié)果見表1。根據(jù)表1，B/S結(jié)構(gòu)在維護(hù)升級、代碼重用等多方面皆更加符合肉制品安全追溯系統(tǒng)的設(shè)計原則，因此，筆者選用B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行服務(wù)器端體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

在系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計過程中，筆者主要將其功能劃分為3大模塊，分別為肉制品追溯信息查詢子系統(tǒng)、企業(yè)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)以及質(zhì)量安全監(jiān)督子系統(tǒng)。其中在肉制品追溯信息查詢子系統(tǒng)中，用戶可根據(jù)產(chǎn)品追溯碼查詢到相關(guān)的肉產(chǎn)品信息；企業(yè)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)主要面向企業(yè)管理人員與生產(chǎn)人員，為其提供與某肉制品生產(chǎn)相關(guān)的人員信息，便于企業(yè)進(jìn)行肉產(chǎn)品生產(chǎn)信息了解工作；質(zhì)量安全監(jiān)督子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)肉產(chǎn)品問題預(yù)警、處理、召回等工作。

圖5 路由器節(jié)點(diǎn)的程序流程

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

筆者主要利用RFID技術(shù)，再結(jié)合ZigBee進(jìn)行肉制品安全追溯系統(tǒng)的設(shè)計工作。開發(fā)語言方面選用當(dāng)前最為先進(jìn)的Java開發(fā)語言，數(shù)據(jù)庫選用SQLServer2000，以此構(gòu)成了一套具有先進(jìn)性、合理性以及可擴(kuò)展性等特征的肉制品安全追溯系統(tǒng)?；赗FID肉制品安全追溯系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)見圖6。

表1 C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)對比結(jié)果

圖6 產(chǎn)品追溯查詢界面

4.2 系統(tǒng)應(yīng)用情況測試

4.2.1 功能測試

系統(tǒng)功能測試主要針對2個主要功能：肉品信息跟蹤、產(chǎn)品信息追溯。企業(yè)用戶在權(quán)限登錄成功之后，肉品信息跟蹤界面顯示正常，用戶進(jìn)行肉品養(yǎng)殖、加工、倉儲、物流和運(yùn)輸信息跟蹤操作時，按鈕事件正常，頁面跳轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)信息從數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫正確快速，對不符合規(guī)范是數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行攔截并提示。公眾用戶進(jìn)入系統(tǒng)主界面，界面顯示正常美觀，輸入追溯碼進(jìn)行產(chǎn)品信息追溯，按鈕事件正確，結(jié)果頁面跳轉(zhuǎn)正常，最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)顯示正常。通過地區(qū)查閱企業(yè)時，地址導(dǎo)航欄動作反應(yīng)快速準(zhǔn)確，地圖能正確跳轉(zhuǎn)至地級市地圖，能正確顯示該區(qū)域的企業(yè)用戶數(shù)量和簡要信息。具體功能測試的測試項(xiàng)目、內(nèi)容及結(jié)果見表2。

表2 功能模塊測試結(jié)果

5 結(jié)語

本研究在分析RFID技術(shù)與肉質(zhì)產(chǎn)品安全追溯需求及其主要追溯環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，對肉制產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)的整體架構(gòu)、RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全追溯系統(tǒng)等進(jìn)行了系統(tǒng)開發(fā)，并將設(shè)計完成后的系統(tǒng)投入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。該系統(tǒng)能夠有效對肉制產(chǎn)品各項(xiàng)信息進(jìn)行追蹤，且系統(tǒng)界面顯示正常美觀，結(jié)果頁面跳轉(zhuǎn)流暢，最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)顯示正常，各測試項(xiàng)目均達(dá)到預(yù)期要求。通過該溯源平臺，相關(guān)政府部門可對相關(guān)食品進(jìn)行監(jiān)督管理；消費(fèi)者可對相關(guān)食品進(jìn)行信息查詢，實(shí)現(xiàn)肉制品的溯源功能。