餐飲行業(yè)食品安全智慧管控研究

艾亮東 陸建 周武云

摘 要：餐飲行業(yè)食品安全智慧管控是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化生產(chǎn)設(shè)備、信息化管理系統(tǒng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控的精細化管控、集約化生產(chǎn)、自助化售賣、數(shù)據(jù)運營分析的餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控運營體系。本文探討了基于物聯(lián)網(wǎng)、自動化、信息化和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控，餐飲行業(yè)食品安全智慧管控體系的構(gòu)建，以及餐飲行業(yè)食品安全智慧管控平臺的軟件設(shè)計及其硬件構(gòu)成，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：餐飲行業(yè);食品安全;智慧管控

經(jīng)歷“三聚氰胺”“瘦肉精”“上海染色饅頭”“塑化劑”等事件，食品安全已成為人們關(guān)注的焦點，食品安全問題的整治及管控勢在必行。2021年物聯(lián)網(wǎng)和移動計算設(shè)備的飛速增長為餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控提供了新的發(fā)展機遇。傳統(tǒng)的餐飲服務(wù)采用人工進行采購、加工和服務(wù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，服務(wù)質(zhì)量難以保證，服務(wù)效率低下，食材難以溯源，存在安全隱患。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)和移動計算的智慧管控研究成為了亟待解決的問題，其從理論上豐富了餐飲行業(yè)食品安全智慧管控管理的相關(guān)研究，在實際中，不僅符合現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)政策和可持續(xù)發(fā)展的要求，還有助于政府對公共食品安全的監(jiān)控，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，取得良好的社會經(jīng)濟效益。

1 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控的概述

餐飲行業(yè)食品安全智慧管控是通過大數(shù)據(jù)，搭載人工智能設(shè)備，運用社會學、管理學、心理學知識結(jié)合信息化手段，對傳統(tǒng)餐飲行業(yè)食品安全的采購、生產(chǎn)、售賣、安全監(jiān)管、經(jīng)營分析等全過程升級，進而重塑餐飲行業(yè)食品安全的智慧管控經(jīng)營體系、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)圈，實現(xiàn)對食品安全追溯、用餐人員、數(shù)量、訂餐、消費結(jié)算、后廚作業(yè)、原材料進出存、遠程監(jiān)控、消洗及售賣作業(yè)、就餐環(huán)境等管理，既避免了傳統(tǒng)餐券流通中所造成的人力、物力、財力的浪費，也避免了餐券的偽造、丟失、智慧管控福利外流及病菌交叉感染等弊端，又實現(xiàn)了財務(wù)日清月結(jié)，同時提高了工作及管理效率[1]。

2 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控體系構(gòu)建

食品安全智慧管控體系需要涵蓋從源頭到餐桌的所有食品流通環(huán)節(jié)，以有效控制食品質(zhì)量。體系主要包含3個平臺，即安全溯源平臺、食品安全監(jiān)控平臺、智慧餐飲服務(wù)平臺[2]。

2.1 食品安全溯源平臺

食品安全溯源平臺主要包括應用層、管理層和網(wǎng)絡(luò)層。

2.1.1 應用層

消費者可以通過手機應用程序直觀地了解食品來源、食品加工設(shè)施的加工狀態(tài)、主要食品供應機構(gòu)及其銷售渠道。每個環(huán)節(jié)都有一個寫入相同賬本的區(qū)塊。另外，這個賬本只允許添加，不能修改。每個區(qū)塊都由遵循共識機制的節(jié)點管理器發(fā)送。整個網(wǎng)絡(luò)不需要人為干預。此外，每個區(qū)塊的信息都包含一個唯一的時間戳，以保證信息安全，只有交易各方的公鑰才能解密區(qū)塊信息。

2.1.2 管理層

第三方監(jiān)管者只需要授權(quán)監(jiān)管者加入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，獲取相應的公鑰并執(zhí)行查詢請求，但監(jiān)管者也無權(quán)篡改信息內(nèi)容，從而有效防治監(jiān)管部門在食品溯源責任落實方面出現(xiàn)徇私舞弊行為。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層也叫合約層，該層結(jié)合了腳本代碼、智能合約、共識算法等機制共同創(chuàng)建控制層的規(guī)則，并使用腳本代碼連接每個區(qū)塊并使其可追溯。共識算法是提高系統(tǒng)可靠性的非中和機制，智能合約通過代碼控制輸出日志記錄，在食品可追溯性和監(jiān)控中發(fā)揮著重要作用[3]。

2.2 食品安全監(jiān)控平臺

基于大數(shù)據(jù)的食品安全監(jiān)控平臺主要分為兩個部分，即大數(shù)據(jù)應用層和數(shù)據(jù)提取層。

2.2.1 大數(shù)據(jù)應用層

監(jiān)管者或相關(guān)者通過手機App或H5網(wǎng)頁可直觀了解當前食品安全市場的各種動態(tài)。從食品安全流程中的各個環(huán)節(jié)，到根據(jù)網(wǎng)絡(luò)食品安全大數(shù)據(jù)監(jiān)測到的食品安全熱點事件，都能一一反饋在相關(guān)板塊。透過分層分權(quán)限的管理策略，可以有效地保證數(shù)據(jù)的安全性，每個人員只能看到自己權(quán)限下的對應數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)提取層

數(shù)據(jù)提取層通過公開標準接口接收上報數(shù)據(jù)外，還通過爬蟲軟件進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取。在管轄范圍內(nèi)的智慧實施平臺上報的基礎(chǔ)上，全網(wǎng)跟蹤熱點食品安全事件，為應用層相應決策提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 智慧餐飲實施平臺

通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能硬件產(chǎn)品幫助終端餐飲企業(yè)落地食品安全管控的最終環(huán)節(jié)。主要包括現(xiàn)場管控軟件和智慧硬件[4]。

2.3.1 現(xiàn)場管控軟件

食堂使用者通過智慧管控軟件可以完成日常的食堂工作管控，包括食材進銷存、消費管理、菜品管理等;改變傳統(tǒng)的食堂經(jīng)營模式解決餐廳中存在的管理工作粗放、預見性不足、無法精準吸引特定客群等問題，將餐廳運營的各環(huán)節(jié)做細、做透，打造讓顧客與餐廳管理者雙方滿意的優(yōu)質(zhì)智慧餐廳。傳統(tǒng)食堂的經(jīng)營方式從一成不變的檔口打飯、刷卡結(jié)算、下班對賬，轉(zhuǎn)換為智慧自選、自助結(jié)算、賬目一鍵匯總，從而提升消費者用餐體驗，實現(xiàn)財務(wù)對賬一體化、數(shù)據(jù)化精細管理。

2.3.2 智慧硬件

智慧硬件產(chǎn)品用于助力食堂企業(yè)落地智慧管控的全流程。通過智能結(jié)算終端完成快速結(jié)算。通過智能留樣柜完成食品留樣管理，杜絕留樣遺漏等問題。智能無感稱重產(chǎn)品，減少浪費，提高菜品多樣性。智能取餐產(chǎn)品助力無接觸配送，解決訂餐時間無法確定等問題。

3 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控平臺軟件設(shè)計

3.1 智能結(jié)算終端軟件設(shè)計

結(jié)算終端用于實現(xiàn)用戶結(jié)賬支付和外圍設(shè)備控制。最重要的功能包括操作員登錄、智能餐盤識別以及支付結(jié)算。這些功能的實現(xiàn)一方面依賴于與服務(wù)器的通信和交互，另一方面也需要外設(shè)的支持。結(jié)算終端的外圍設(shè)備包括多標簽讀/寫終端、M1卡、POS設(shè)備。結(jié)算終端軟件設(shè)計主要包括終端架構(gòu)設(shè)計、接口設(shè)計、硬件抽象層設(shè)計、串行通信協(xié)議、多線程通信設(shè)計。結(jié)算終端使用RS232協(xié)議串口與外設(shè)通訊，串口通訊涉及到底層硬件I/O的開發(fā)。本次研究的終端設(shè)計基于微軟.NET平臺，采用C#語言。終端框架如圖1所示。

MVVM（Model-View-ViewModel）架構(gòu)本質(zhì)上分為：Client.exe客戶端視圖層;UI.ViewModel層（為響應視圖級別和業(yè)務(wù)邏輯等命令而開發(fā)的）;數(shù)據(jù)獲取層DAL;后臺服務(wù)器通信層ServerConn;模型層。MVVM架構(gòu)的主要目的是引入ViewModel，實現(xiàn)視圖和模型的分離，降低層與層之間的耦合度。

3.2 后臺服務(wù)器設(shè)計

后臺系統(tǒng)采用微服務(wù)框架Spring Boot實現(xiàn)系統(tǒng)快速開發(fā)和增量服務(wù)的目標，將服務(wù)分解為分布式系統(tǒng)，每種服務(wù)的復雜程度各不相同，取決于代碼量。與傳統(tǒng)的瀑布式開發(fā)模式相比，微服務(wù)、迭代開發(fā)和持續(xù)集成開發(fā)模式的使用縮短了項目開發(fā)周期，減少了項目部署、運維的工作量。其后端服務(wù)器必須同時服務(wù)于前端瀏覽器網(wǎng)站認證請求、頁面請求、數(shù)據(jù)請求、終端認證請求及數(shù)據(jù)請求和服務(wù)請求。考慮到桌面端的數(shù)據(jù)請求與瀏覽器端的請求有重疊，為了提高代碼復用率，綜合設(shè)計了一個通用的請求接口，分離成各種請求。本文實現(xiàn)了將認證、瀏覽器、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)需求分離，同時允許通過前端異步框架加載數(shù)據(jù)，無需更新接口。接口設(shè)計可以與接口代碼邏輯和數(shù)據(jù)需求分離，降低耦合度，也適用于系統(tǒng)測試。

前端應用終端、Web程序等通過http協(xié)議向后端服務(wù)器發(fā)送請求。這是頁面的加載請求。數(shù)據(jù)（JSON）通過配置Spring Security，Spring Security會攔截切片中的請求，然后將其傳遞給Dispatcher Servlet進行處理。由于沒有配置，Security還提供了簡單的登錄界面來恢復會話。Spring Security切片編程完成系統(tǒng)認證請求，有效保護了后臺服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，防止惡意數(shù)據(jù)竊取。

3.3 網(wǎng)頁設(shè)計

為了滿足系統(tǒng)需要，瀏覽器頁面必須向不同類型的消費者、操作員和管理員用戶呈現(xiàn)不同的頁面和功能，用戶可以輕松地在不同頁面之間切換。因此，系統(tǒng)采用SPA（單頁應用）。前端頁面管理采用Angular JS頁面路由設(shè)計，使得為不同的用戶和角色提供不同的頁面切換選項變得容易，且允許動態(tài)擴展，從而無縫集成前端設(shè)計。前端頁面路由功能由Angular JS依賴注入ng-Route實現(xiàn)。使用ng-Route和thymeleaf對獲取不同的權(quán)限來查看不同的界面非常有用。thymeleaf是一個xml、xhtml、html、html5模板引擎，可用于多種場景的開發(fā)。通過結(jié)合thymeleaf、Spring Security，可以實現(xiàn)基于用戶權(quán)限的自定義屬性，從而實現(xiàn)基于用戶權(quán)限的頁面渲染，通過thymeleaf的sec標簽實現(xiàn)的，允許你為不同的頁面指定所需的用戶權(quán)限。例如，管理員可以查看餐廳管理界面，而消費者和運營商則不能?？梢允褂胹ec：allow=“hasRole（'ADMIN'）”來限制只有擁有“ADMIN”權(quán)限的用戶才能查看此頁面。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)使用MySQL Workbench工具創(chuàng)建的ER圖，最后根據(jù)項目部署環(huán)境和系統(tǒng)性能要求選擇合適的數(shù)據(jù)管理服務(wù)器DBMS。最終的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是使用MySQL 設(shè)計和實現(xiàn)的。根據(jù)用戶、運營商、消費者、餐廳、餐點、營業(yè)時間、訂單、子命令等業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)模型共抽取8個實體，消費者和運營商有很多相似的屬性，從用戶實體中獲取共性，減少數(shù)據(jù)冗余，提高系統(tǒng)可擴展性。

4 餐飲行業(yè)食品安全智慧管控平臺硬件構(gòu)成

4.1 RFID智能結(jié)算終端

消費者進店消費會得到含具體的餐食信息的智慧餐盤，并可通過餐盤中的智能結(jié)算終端進行結(jié)賬。自動結(jié)算終端主要由顯示器、支架和鋼化玻璃面板、多標簽讀卡器、M1發(fā)卡器、電腦主機等硬件設(shè)備組成。結(jié)算終端的多標簽讀取器/寫入器對餐盤上的RFID標簽進行智能識別。多標簽讀卡器可采用PBYTJ312一體機。由于結(jié)算終端安裝在餐館和食堂等餐飲服務(wù)場所，往往存在很多外部電磁干擾，一體機增加了金屬外殼作為屏蔽層。但若金屬外殼臨近天線，變化的磁場會在金屬中產(chǎn)生渦流，使天線失調(diào)。因此，PBYTJ312一體機具有抗金屬設(shè)計，通過在底部增加金屬屏蔽層，確保其不受底部或周圍金屬的影響，具有優(yōu)良的電磁兼容特性，滿足系統(tǒng)要求[5]。

PBYTJ312一體機工作頻率為13.56 MHz，最大射頻輸出功率1.5 W，有效識別距離10 cm。這種多合一的多標簽閱讀器具有二進制搜索的防碰撞算法。在多標簽環(huán)境下，讀卡速度快且穩(wěn)定，最高識別速度可達50張卡片/秒。上位機通過RS232協(xié)議的串口與多標簽讀寫器進行通信，上位機通過串口發(fā)送操作指令對天線范圍內(nèi)的只對餐盤進行統(tǒng)計。當智慧餐盤上的RFID標簽計數(shù)完成時，將發(fā)送計數(shù)結(jié)束事件[6]。主機收到計數(shù)完成通知后，通過檢索標簽隊列RFID控制多標簽讀寫終端RFID標簽扇區(qū)中存儲的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過3DES加密的餐食標識符。主機通過后臺服務(wù)器獲取密鑰進行數(shù)據(jù)解密，識別智慧餐盤上的食物并顯示在主機屏幕上，通過語音提示引導消費者結(jié)算，然后啟動下一次結(jié)算循環(huán)。消費者可以將M1卡放在POS機識別范圍內(nèi)進行自動支付，支付成功后，結(jié)算終端的主機自動將消費者消費的餐單下載到后臺服務(wù)器，并存儲在數(shù)據(jù)庫中。

4.2 智慧備菜終端

通過在備菜加熱臺中的無線頻率讀/寫設(shè)備和生產(chǎn)控制臺的備菜方案，利用程序的后臺控制保持原有菜品排序的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更加復雜，更加智能的備菜管理。智慧備餐App可以改變傳統(tǒng)餐廳備菜混亂的局面，為餐廳提供所有食物數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。使用智能備菜臺后，餐具的顏色統(tǒng)一，可以有效減少餐具種類。從而減少20%的餐具消耗。同時，清洗和分揀餐具更經(jīng)濟，餐具清潔工作量可減少30%。

①預先賦值菜品。根據(jù)餐具的顏色區(qū)分菜品的價格，只需要賦值一次，但需要在清理后對其進行重新整理。②實時賦值菜品。每次出菜品都需要重新賦值，但可以使用相同的餐具。電子價簽顯示菜品的具體信息和價格信息，將餐具放在RFID天線上時會自動賦值。

4.3 智慧餐盤設(shè)計

智慧餐盤主要是用于制造普通餐具的密胺材料，板底嵌有符合ISO/IEC 15693標準要求的13.75 MHz頻段RFID標簽，可耐受溫度最高260 ℃。一般餐飲設(shè)施消毒溫度為

120 ℃。因此，智慧餐盤的外觀、消毒方法、特點與普通餐盤相同。智慧餐盤關(guān)鍵技術(shù)指標包括如下。①存儲容量。8kbit EEPROM，分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)分為4個塊，每個塊大小為16字節(jié)。②數(shù)據(jù)安全。三重相互認證系統(tǒng)。③數(shù)據(jù)存儲期限不少于10年。④刪除和寫入操作次數(shù)不少于10萬次。⑤支持ISO/IEC15693協(xié)議標準。⑥最大檢測距離10 cm。⑦數(shù)據(jù)傳輸速度106 kbit/s，響應時間小于100 ms。

智慧餐盤讀寫終端設(shè)計以MCU為主控芯片，433 MHz無線通信方式實現(xiàn)無線通信，RS232實現(xiàn)與上位機通信，RC522實現(xiàn)智慧餐盤讀寫，觸控彩色LCM實現(xiàn)餐品的顯示和觸控。其中，主控MCU控制模塊采用基于ARM Cortex-M3內(nèi)核開發(fā)的STM32單片機，該單片機具有更大片上RAM和外圍I/O，外部擴展電路少，簡化了硬件開發(fā)，滿足智能餐盤讀寫終端的設(shè)計要求。MCU通過中斷程序識別LCM中的餐品點擊操作后向RFID發(fā)送操作指令，并將餐品ID寫入智慧餐盤。

4.4 自助充值機

用戶可通過自助充值終端完成充值，自助充值機選用立式機，提供24 h無人自助充值服務(wù)，可有效降低人工充值的壓力和成本，省去繁瑣步驟，優(yōu)化服務(wù)。其功能包括：①現(xiàn)金充值服務(wù);②移動支付余額充值服務(wù);③賬戶充值請求;④消費信息查詢;⑤賬戶余額查詢;⑥會員卡掛失;⑦密碼更改;⑧收據(jù)打印。

4.5 食品溯源智能秤

食品安全管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)是食品原料采購和儲存環(huán)節(jié)。食品溯源可利用智能秤自動檢測、稱重、拍照、存儲樣品并控制食品原材料的質(zhì)量。智能電子秤集稱重、計價、支付、打印、跟蹤、數(shù)據(jù)交互于一體，可在食品入庫前執(zhí)行驗收/測量控制功能。同時可以將電子秤與業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接，并在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中實時上傳食品材料采購時的檢驗數(shù)據(jù)，以便進行食品溯源跟蹤。其基本功能包括：①掛單同步;②稱重拍照收貨;③打印收據(jù);④上傳食材數(shù)據(jù)。

4.6 AI視覺識別結(jié)算臺

使用成熟的電子硬件產(chǎn)品，如相機、顯示器用于餐盤識別、圖像識別和支付。餐盤識別根據(jù)餐盤外觀、顏色、尺寸等特征。圖像識別根據(jù)各種菜肴的成分和成分確定食物制備信息和價格。AI視覺識別支付平臺運用AI視覺圖像識別技術(shù)1 s識別餐品、3 s完成支付結(jié)算。同時還支持信用卡支付、二維碼支付、刷臉支付。該設(shè)備還可收集用戶數(shù)據(jù)，分析營養(yǎng)攝入量，將其輸入個人健康檔案，并提供營養(yǎng)建議。

4.7 托盤綁定機

托盤綁定機用于智能稱重、無感計算場景，配合內(nèi)置RFID芯片餐盤使用。用戶在餐廳拿到托盤后只需將托盤放置在托盤綁定機感應區(qū)即可。機器檢測到托盤后，用戶可以選擇將個人賬戶與人臉或卡片關(guān)聯(lián)。配對成功后用戶可以到智能秤臺點菜就餐。托盤綁定機可減少排隊時間，提高餐廳服務(wù)效率，降低運營成本。其主要功能：①托盤認證;②添加手環(huán);③遠程啟停;④停止營業(yè);⑤開始營業(yè);⑥綁定托盤。

4.8 稱重結(jié)算臺

該設(shè)備用于智能稱重無感支付應用場景，配合RFID智能餐盤使用。當用戶完成托盤與個人賬戶綁定，托盤被放置在智能秤臺。當智能秤臺檢測到托盤，用戶就可以自由選擇所需的菜肴，屏幕自動顯示所選菜肴的重量、營養(yǎng)分析和消費金額。若用戶操作不正確，智能秤臺的顯示屏會觸發(fā)報警，提醒用戶操作錯誤。用戶用餐完畢后只需將托盤放在回收區(qū)，系統(tǒng)會自動結(jié)算。

4.9 智能取餐柜

智能取餐柜可實現(xiàn)無接觸餐品配送，減免排隊取餐過程，節(jié)省用戶等待時間。餐飲經(jīng)營者按照訂單制作完餐品投入到取餐柜中即可認為該單任務(wù)結(jié)束，免去成品餐維護成本和后續(xù)配合配送的消耗，食客或派送員可以自主完成后續(xù)傳遞。對于食客來說，取餐柜可以解決派送餐品亂放和取錯現(xiàn)場，消除不必要的潛在危險，實現(xiàn)安全有效的外賣環(huán)境。

5 結(jié)語

隨著國家不斷推動“互聯(lián)網(wǎng)+”，餐飲行業(yè)實現(xiàn)自我變革成為必然趨勢。本文開發(fā)的系統(tǒng)是大型餐飲服務(wù)行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先驅(qū)，開發(fā)了硬件和軟件相結(jié)合的智能餐飲服務(wù)系統(tǒng)。本文開發(fā)餐飲行業(yè)食品安全智慧管控系統(tǒng)由智慧餐盤、餐盤讀寫終端、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、多標簽讀寫終端、M1卡POS機、后臺服務(wù)器、自動結(jié)算終端、數(shù)據(jù)中心、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、自助充值機和食品溯源智能秤等硬件構(gòu)成。實現(xiàn)了餐飲行業(yè)安全智慧管控。

參考文獻

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