現(xiàn)今人們越來越重視飲食與健康的關(guān)系,然而由于某些食品生產(chǎn)者和經(jīng)營者法律意識(shí)和衛(wèi)生意識(shí)淡薄,農(nóng)藥濫用現(xiàn)象尚未得到有效控制,導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中藥物殘留與重金屬等有害物質(zhì)超標(biāo)事件不時(shí)發(fā)生。農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全不僅關(guān)系到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,更是關(guān)系到人類身心健康,是亟待解決的社會(huì)問題之一。
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things)將相關(guān)物品通過信息傳感設(shè)備,如射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,物聯(lián)網(wǎng)可用來監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、空氣溫濕度、畜禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測,自動(dòng)收集溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量等數(shù)據(jù),為研究人員進(jìn)行科學(xué)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
溯源系統(tǒng)(Traceability system)是在產(chǎn)品供應(yīng)整個(gè)過程中對產(chǎn)品的各種相關(guān)信息進(jìn)行記錄存儲(chǔ)的質(zhì)量保障系統(tǒng),其目的是在產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí),能夠快速有效地查詢到產(chǎn)生問題的原料或加工環(huán)節(jié),必要時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品召回,實(shí)施有針對性的懲罰措施,由此來提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)是追蹤農(nóng)產(chǎn)品(包括食品、飼料等)進(jìn)入市場各個(gè)階段(從生產(chǎn)到流通的全過程)的系統(tǒng),有助于質(zhì)量控制和食品安全。
歐盟的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)應(yīng)用最早。2000 年1月歐盟發(fā)表了《食品安全白皮書》,以控制“從農(nóng)田到餐桌冶全過程,明確所有相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營者的責(zé)任。美國的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)主要是企業(yè)自愿建立,政府起到推動(dòng)作用。日本不僅制定了相應(yīng)的法規(guī),而且在零售階段,大部分超市安裝了產(chǎn)品溯源終端。英國政府建立了基于互聯(lián)網(wǎng)的家畜跟蹤系統(tǒng)(CTS)。加拿大從2002 年7 月1 日起開始實(shí)施強(qiáng)制性活牛及牛肉制品標(biāo)識(shí)制度。澳大利亞通過國家牲畜標(biāo)識(shí)計(jì)劃(NLIS)實(shí)現(xiàn)牲畜溯源。
中國物品編碼中心在2007 年開始啟動(dòng)中國條碼推進(jìn)工程,在上海、武漢等地推出了試點(diǎn),2008 年提出要全面推行農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)。因此,綜合利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)具有非常重要的社會(huì)意義。
1 材料與方法
1. 1 溯源對象
農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng),是應(yīng)用標(biāo)識(shí)技術(shù),對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、流通和檢測等環(huán)節(jié)實(shí)施全程監(jiān)管的系統(tǒng);咀龇ㄊ菍r(nóng)產(chǎn)品的種植區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃,對生產(chǎn)情況進(jìn)行電子記錄,對使用者和檢驗(yàn)結(jié)果記錄在案,對生產(chǎn)場所實(shí)施危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)管理,建立中心數(shù)據(jù)庫,記錄各環(huán)節(jié)的信息,實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的跟蹤和溯源管理。建立農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng),必需3 個(gè)基本要素,即產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)庫和信息傳遞。本研究的溯源對象主要涉及到蔬菜、瓜果、豬肉、雞肉4 大類,30 多個(gè)品種。
1. 2 標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)
根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況,農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的設(shè)計(jì)要考慮的首要問題是低成本、易用性以及與現(xiàn)有的生產(chǎn)管理相融合。在無線射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)識(shí)尚未達(dá)到大規(guī)模推廣應(yīng)用之前,條形碼標(biāo)識(shí)仍然是使用最廣泛的農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。人工輸入追溯碼,速度慢且易發(fā)生錯(cuò)誤,為實(shí)現(xiàn)追溯碼的自動(dòng)獲取,我們采用二維條碼技術(shù)。如圖1 所示,在產(chǎn)品標(biāo)簽1上,顯示有電子質(zhì)量安全(eQS)標(biāo)志,詳細(xì)記錄了該產(chǎn)品的產(chǎn)地安全、投入品安全和產(chǎn)品安全等檢驗(yàn)結(jié)果。在產(chǎn)品標(biāo)簽2 上,簡潔顯示該產(chǎn)品的安全信息(如追溯碼、品種產(chǎn)地、責(zé)任人等),提示了如何使用該追溯標(biāo)簽,最下面的一維條碼方便現(xiàn)場查詢,二維條碼(QR碼)可供手機(jī)識(shí)讀。此外,對于高附加值的農(nóng)產(chǎn)品(如茶葉),我們還在標(biāo)簽背面增加了RFID 芯片,進(jìn)行非接觸式識(shí)讀。農(nóng)產(chǎn)品的編碼規(guī)則參照《NYT1431 2007 農(nóng)產(chǎn)品追溯編碼導(dǎo)則》。有2 種方式:一種是采用20 位長碼,其含義為1 類別+6 行政區(qū)劃+2 公司+2 產(chǎn)品+6 日期+3 批次號(hào);另一種是采用10位的短碼,其含義是1 類別+5 日期+2 品種+2 序列,方便消費(fèi)者通過短信或電話的方式查詢。
圖1 農(nóng)產(chǎn)品的標(biāo)簽設(shè)計(jì)
1. 3 功能模塊
為了增強(qiáng)該系統(tǒng)應(yīng)用的生命力,系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流程,并采用相應(yīng)的策略控制數(shù)據(jù)的流向。數(shù)據(jù)流圖的統(tǒng)一和規(guī)范,不僅適應(yīng)本系統(tǒng)查詢功能的要求,而且使系統(tǒng)能更好地與相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流和共享,特別是能更好地完成系統(tǒng)在運(yùn)行后長期而繁重的系統(tǒng)維護(hù)任務(wù),減少維護(hù)開發(fā)的工作量,增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。在此基礎(chǔ)上,按照系統(tǒng)的功能進(jìn)行組件式開發(fā),圖2 顯示系統(tǒng)的核心組件和基本功能。
圖2 溯源系統(tǒng)功能圖
1. 4 開發(fā)語言
農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)主要包含6 部分:網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、短信管理平臺(tái)、智能手機(jī)管理平臺(tái)、條碼打印系統(tǒng)、查詢機(jī)軟件和查詢網(wǎng)站。系統(tǒng)使用的開發(fā)語言有:VB. net、C#、Asp 和Html。數(shù)據(jù)庫選用SQL Sever 2005 企業(yè)版。系統(tǒng)針對生產(chǎn)者、經(jīng)營者和消費(fèi)者,分別提供不同級(jí)別的密鑰。
1. 5 硬件設(shè)備
查詢機(jī)是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的重要展示窗口,因此查詢機(jī)的外觀和功能非常重要。根據(jù)企業(yè)的需求,設(shè)計(jì)開發(fā)智能終端———RFID 多功能查詢機(jī)。該查詢機(jī)支持自動(dòng)上網(wǎng)、自動(dòng)播放廣告、自動(dòng)顯示查詢結(jié)果。結(jié)構(gòu)和外觀如圖3 所示:正面布置了弧線型有機(jī)玻璃罩;在支柱上部安裝了LCD 顯示器和觸摸屏;在支柱上部安裝了激光條碼掃描裝置;在支柱中部安裝了RFID 讀寫器;在支柱下部安裝了微型電腦和音箱;預(yù)留了電源接頭、網(wǎng)線接頭和視頻輸出HDMI 接頭;符合人體工程學(xué)原理,便于操作,整體性好,便于移動(dòng),維護(hù)方便。查詢機(jī)尺寸為500 mm*800 mm*1700 mm。硬件包括:19 寸LCD 顯示器、INTEL 酷睿E2210、華碩主板、金士頓4G 內(nèi)存、日立500G 硬盤、長城電源、支持雙顯示器的顯卡、觸摸屏、展盟S-7030 掃描平臺(tái)和RFID讀寫器FS-3601。軟件包括:Windows XP 操作系統(tǒng)、NET 2.0 框架、Supermarket 查詢軟件。
圖3 JAAS 1 型RFID 多功能查詢機(jī)
1. 6 信息鏈
根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的追溯要求,設(shè)計(jì)了如圖4 所示的追溯信息鏈,實(shí)現(xiàn)中央數(shù)據(jù)庫和信息傳遞功能。
在生產(chǎn)階段,解決2 個(gè)基本問題:一是農(nóng)產(chǎn)品的田間信息記錄;二是農(nóng)產(chǎn)品的環(huán)境信息記錄。問題1 通過置于田間的防雨記錄卡來實(shí)現(xiàn)。每次進(jìn)行田間操作后,操作員記錄當(dāng)日的具體實(shí)施情況,例如2010-11-14,某人,噴灑除草劑50 ml。問題2 通過基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境信息采集系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)通過太陽能供電,利用Zigbee 的自組網(wǎng)性,實(shí)時(shí)記錄田間的環(huán)境信息(例如溫度、濕度、光照、土壤濕度等),通過GSM 網(wǎng)關(guān)發(fā)送到遠(yuǎn)程的服務(wù)器,為農(nóng)產(chǎn)品溯源提供源頭信息。
在加工階段,解決2 個(gè)基本問題:一是農(nóng)產(chǎn)品的保鮮問題;二是農(nóng)產(chǎn)品的包裝問題。農(nóng)產(chǎn)品在采收后,立即進(jìn)入冷庫進(jìn)行預(yù)冷處理,之后在5 益的溫度下進(jìn)行擇揀和包裝處理。農(nóng)產(chǎn)品的溯源標(biāo)簽在包裝前預(yù)先打印好,方便操作員快速包裝。
在運(yùn)輸階段,對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)者和參與者進(jìn)行記錄,同時(shí)對農(nóng)產(chǎn)品的冷鏈運(yùn)輸過程中的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過GPS 自動(dòng)記錄運(yùn)輸車輛的出發(fā)地和目的地,最大限度保障農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸環(huán)節(jié)的安全性。
在銷售階段,對所有記錄在案的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行eQS 認(rèn)證,貼有專門設(shè)計(jì)的農(nóng)產(chǎn)品溯源標(biāo)簽,不僅實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場查詢,還提供網(wǎng)絡(luò)查詢、短信查詢、電話查詢、手機(jī)識(shí)讀等功能。
圖4 農(nóng)產(chǎn)品溯源信息鏈
1. 7 供應(yīng)鏈
典型的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈如圖5 所示,包括生產(chǎn)基地(農(nóng)戶、農(nóng)場或種植基地)、加工包裝環(huán)節(jié)(加工車間、批發(fā)市場或物流中心)和銷售環(huán)節(jié)(農(nóng)貿(mào)市場、超市網(wǎng)點(diǎn)或?qū)Yu店)。各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)主體不同,分布地域不同,管理方式也不同,信息采集、交換與發(fā)布也不同。追蹤系統(tǒng)能夠明確供應(yīng)鏈的信息流,便于供應(yīng)鏈中的責(zé)任界定,同時(shí)方便問題食品的召回,降低了食品安全問題的外部成本。
2 結(jié)果與分析
2. 1 自動(dòng)采集環(huán)境信息
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在生產(chǎn)基地的蔬菜大棚里,布置功能性智能無線傳感器節(jié)點(diǎn),實(shí)時(shí)采集植物生長的環(huán)境信息(如溫度、濕度、CO2 濃度、土壤濕度等),當(dāng)溫濕度不符合植物生長需求時(shí),可以短信的方式向管理者報(bào)警,可對溫室大棚進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控;當(dāng)植物缺水時(shí),根據(jù)不同植物的需水模型,可自動(dòng)打開電磁閥,對作物進(jìn)行高效節(jié)水管理。系統(tǒng)自動(dòng)記錄植物生長的各項(xiàng)參數(shù),經(jīng)過數(shù)據(jù)整理,存入指定的數(shù)據(jù)庫,為最終的農(nóng)產(chǎn)品溯源提供重要的源頭信息。把設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)與溯源系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來,從一定程度上解決了溯源的源頭信息。
圖5 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈
2. 2 原始檔案電子化
對于生產(chǎn)操作過程人工記錄檔案。首先,記錄生產(chǎn)基地所購買的農(nóng)藥、化肥等基礎(chǔ)資料,注明生產(chǎn)商及其聯(lián)系方式;其次,在田間地頭設(shè)置一個(gè)具有防雨功能的記錄卡,每次進(jìn)行田間操作后,操作員記錄當(dāng)日的具體實(shí)施情況,以此考核工人的績效;最后,在加工車間,記錄工人的消毒和操作時(shí)間,最大限度保障加工過程中責(zé)任到人。在保留原始憑證完整性、真實(shí)性和有效性的基礎(chǔ)上,由專人錄入數(shù)據(jù)并拍照存檔,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)檔案的電子化。
2. 3 快速錄入信息
由于是通過組件式開發(fā),溯源系統(tǒng)允許在條碼打印時(shí),自動(dòng)錄入固定信息,例如品種、產(chǎn)地、責(zé)任人、資質(zhì)證明等。質(zhì)檢員也可以在網(wǎng)站遠(yuǎn)程添加該批次產(chǎn)品質(zhì)檢報(bào)告。在3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方,生產(chǎn)責(zé)任人使用智能手機(jī)的拍照功能實(shí)時(shí)傳送該批次產(chǎn)品的照片和生產(chǎn)記錄卡。利用Web2. 0 發(fā)微博的方式,最大程度提高溯源信息錄入的效率和便捷性。
2. 4 用戶查詢
在貼有追溯碼的最終產(chǎn)品包裝上,可通過現(xiàn)場查詢機(jī)查詢到該產(chǎn)品的詳細(xì)安全信息,例如品種、產(chǎn)地、責(zé)任人、產(chǎn)地環(huán)境、投入品檢測、生產(chǎn)記錄、產(chǎn)品檢測報(bào)告等(圖6)。此外,消費(fèi)者購買產(chǎn)品后,發(fā)現(xiàn)問題,可通過短信的方式查詢到該產(chǎn)品的基本安全信息以及相關(guān)責(zé)任人。普通手機(jī)用戶,可通過Wap方式獲得產(chǎn)品的檢測報(bào)告等安全信息。對于智能手機(jī)用戶(例如Android、手機(jī)),我們提供了開放式的QR 碼標(biāo)簽,用戶只需輕輕一拍,即可快速獲得該產(chǎn)品的詳細(xì)信息。
圖6 查詢首頁(A)和查詢結(jié)果頁(B)
2. 5 應(yīng)用效果
基于QR 碼的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)已成功應(yīng)用于江蘇省明天農(nóng)牧科技有限公司、無錫水蜜桃科技園、江蘇江山農(nóng)業(yè)科技有限公司、東臺(tái)市益群植保專業(yè)服務(wù)合作社、泗洪縣華翔蔬菜專業(yè)合作社等多家企業(yè)。系統(tǒng)通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、二維碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了“從農(nóng)田到餐桌冶的產(chǎn)品追溯標(biāo)識(shí)以及生產(chǎn)過程的電子化監(jiān)管, 能夠唯一確定農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后的安全信息, 實(shí)現(xiàn)從種植到生產(chǎn)到流通全方位的安全信息的追溯。根據(jù)用戶的反饋信息,使用追溯系統(tǒng)后,可增加消費(fèi)者對其產(chǎn)品的信任度,提高品牌效應(yīng),增加了產(chǎn)品的附加值。此外,為了更好的滿足不同用戶的需求,我們把溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)成合作社版、企業(yè)版和集團(tuán)用戶版,同時(shí)增加了消費(fèi)者評價(jià)的功能,以加強(qiáng)對產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督。
3 討論
本研究在消化吸收國內(nèi)同類技術(shù)基礎(chǔ)上,分析區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)鏈的特點(diǎn),將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)鏈,構(gòu)建了基于QR 碼的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。在實(shí)際推廣應(yīng)用中,用戶反映良好,一方面保障了消費(fèi)者對產(chǎn)品的知情權(quán),另一方面,增加了農(nóng)產(chǎn)品的信任度和附加值。與其他溯源系統(tǒng)相比,我們開發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)更注重于應(yīng)用企業(yè)的需求,減少溯源過程的重復(fù)勞動(dòng),注重溯源結(jié)果的展示度,提高與消費(fèi)者的交互性(微博式評價(jià))。當(dāng)前,國家支持有一定特色的溯源系統(tǒng),但在推廣應(yīng)用中也遇到了一定的阻力,主要是企業(yè)的投入產(chǎn)出比和消費(fèi)者的信任問題。企業(yè)的投入產(chǎn)出比,可通過提高產(chǎn)品品質(zhì)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的方式來解決。而消費(fèi)者的信任則需要全社會(huì)的努力,尤其是加強(qiáng)法制建設(shè),加大對不誠信企業(yè)的懲罰力度,公開生產(chǎn)過程,讓食品企業(yè)在陽光下經(jīng)營。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題:基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)
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