物聯(lián)網技術在食品溯源中的應用研究

引 言

食品衛(wèi)生與安全問題已成為全球關注的熱點，從世界著名的瘋牛病開始，不斷有食品安全問題出現。全世界很多國家都發(fā)生過食品安全事故，國內發(fā)生過三鹿奶粉、地溝油、瘦肉精等事件?？v觀全球，食品安全問題已普遍存在于人們的日常生活中。

食品安全包括從食品原料開始的種植或者養(yǎng)殖直到銷售食用為止的全過程。食品生產環(huán)節(jié)眾多，要保障食品安全， 必須從源頭抓起，加工、貯存、包裝、運輸、銷售等環(huán)節(jié)一個都不能漏掉。

物聯(lián)網技術快速發(fā)展， 在社會生活的各方面均有應用，利用物聯(lián)網技術開發(fā)食品安全可追溯系統(tǒng)是可行的，如RFID、二維碼，遠程識讀技術、無線傳輸技術、數據庫技術、網絡技術等，都是可以應用到食品溯源系統(tǒng)中的關鍵技術。

1 食品溯源在國內外的現狀

1.1 食品溯源的現狀

傳統(tǒng)食品安全監(jiān)管采用手工索證和進銷臺帳的登記辦法，不僅加大了經營成本，而且索證環(huán)節(jié)存在漏洞，手續(xù)繁雜，且不便于保存、查找。傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)在食品安全問題發(fā)生后雖能溯源，但大多是事后懲罰，實現不了食品安全監(jiān)管的目的。通過物聯(lián)網技術則可對食品生產各環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測，及時進行糾正。

基于物聯(lián)網技術的食品溯源在信息處理方面具有優(yōu)越性，正不斷應用在食品安全領域。該技術由不同的網絡支撐， 根據種植、養(yǎng)殖等食品生產、加工到銷售的流通特點，采用可非接觸式物品自動識別的 RFID 技術進行食品信息的感知，以電子標簽為溯源信息載體，實時記錄食品生產的相關信息， 分別在食品加工各個環(huán)節(jié)進行標識，并記載輸入數據庫，應用 ZigBee 無線網絡傳輸技術進行生產環(huán)境控制指令和數據信息的傳輸，運用計算機網絡和數據庫技術進行數據的處理與查詢，對食品進行全程監(jiān)管。物聯(lián)網技術的快速發(fā)展為實現各企業(yè)間、各環(huán)節(jié)間的信息互通和數據共享提供了有效手段，采用 Web Service，JSP 等技術開發(fā)部署信息發(fā)布平臺， 通過運用網絡技術、網站設計技術、數據庫技術，實現數據共享及查詢，并最終通過網頁的形式給相關用戶提供食品全生命周期的追溯追蹤信息。

1.2 食品溯源的經驗和教訓

盡管食品安全制度嚴格，但是食品安全問題仍然時有發(fā)生。為快速控制危機，總結食品安全危機的原因在于食品安全監(jiān)督措施出現漏洞，未從食品的原材料及食品生產的全過程抓起。因此，要實現食品安全，必須監(jiān)控種植、養(yǎng)殖、加工、運輸到餐桌的整個食物鏈，對最初的原料生產、加工、銷售到食品質量反饋的所有環(huán)節(jié)進行監(jiān)督。

2 物聯(lián)網技術在食品溯源中的應用

2.1 物聯(lián)網基本架構

物聯(lián)網架構可分為三層 ：一是感知層，即前端數據采集網絡，通過傳感器感知信息，以 RFID、二維碼、數據采集傳感器為主，實現傳感器數據采集和物品識別 ；二是網絡層， 傳遞各類數據、信息，利用信道（包括通信網、廣電網等傳輸通道）傳輸信息、控制信號 ；三是應用層，實現各種現實應用中的具體功能。物聯(lián)網架構如圖 1 所示。

物聯(lián)網是計算機發(fā)展的產物，是綜合性的技術，是無線傳感技術依靠計算機網絡實現的遠程自動化綜合應用系統(tǒng)。

2.2 物聯(lián)網技術在食品溯源中的應用

2.2.1 食品溯源中常用的幾種物聯(lián)網技術

（1）自動識別技術

自動識別以計算機、通信、電氣技術為基礎，應用相關的設備，能夠在不接觸的情況下自動讀取物體的電子編碼信息，并與原有數據進行對比，從而識別物體，并具有編碼唯一性。常用的自動識別技術有條形碼，RFID，IC 卡及模式識別等。 

（2）WSN 技術

WSN（無線傳感網）技術的最大特點是無線，利用無線傳輸方式實現傳感器信號的測量與傳遞，一般應用在監(jiān)測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中作為前端的信號來源，目的是自動感知被測控對象的信息，并將傳感器數據傳輸到處理機構或者相應的計算機信息設備。ZigBee 是構成 WSN 網絡的重要技術之一，以其自組織、低功率消耗等優(yōu)勢被市場所接受。 

（3）物流跟蹤定位技術（GIS/GPS）

運用 GIS 和 GPS 可實現全球衛(wèi)星定位，解決物流運輸過程中的準確跟蹤與實時定位問題，保證食品運輸過程在可控范圍內。 

（4）EPC 全球產品電子代碼體系

食品溯源系統(tǒng)利用產品電子代碼（Electronic ProductCode，EPC）技術，把所有流通環(huán)節(jié)，包括生產、運輸、零售等統(tǒng)一起來，組成可查詢的 EPC 物聯(lián)網，實現對食品的追溯。

2.2.2 溯源二維碼應用系統(tǒng)結構

廠商、監(jiān)管部門及消費者可掃描二維碼進入系統(tǒng)完成信息錄入或查詢。其中，二維碼作為信息查詢與錄入入口，手持終端、識讀頭、手機都可作為二維碼的識讀及信息錄入終端， 使用非常方便。溯源二維碼應用系統(tǒng)結構拓撲圖如圖 2所示。

2.3 物聯(lián)網食品溯源架構

食品溯源系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網的三層基本技術架構，在具體的信息處理上可以分為數據采集、融合網絡層、數據庫層、業(yè)務應用層。食品溯源系統(tǒng)總體結構見表 1 所列。

食品溯源平臺主要涉及企業(yè)、政府、檢驗部門及市場各方，包括原料、生產、檢驗、物流、銷售、消費者、監(jiān)管部門、政府等主要溯源環(huán)節(jié)，并可實現雙向信息互動。食品溯源網絡拓撲結構如圖 3 所示。

采用食品溯源物聯(lián)網架構具有以下優(yōu)勢。

（1）將 RFID 等標識手段作為信息輸入的方法，價格低、輸入速度快、自動化程度高。

（2）食品安全監(jiān)控的實時性較好。由于食品溯源系統(tǒng)能夠實時采集食品原料及加工過程信息，因此食品中出現的問題能夠及時地得到反饋與解決。

（3）食品溯源系統(tǒng)不但能夠保證食品的安全可靠，也有利于市場各方，如企業(yè)、政府、市場監(jiān)管等。食品加工與生產者可利用食品溯源信息加強企業(yè)生產管理，提高監(jiān)管效率。

（4）信息傳輸信道可采用多種方式，如 GPRS，WiFi，Ethernet，3G，4G，5G 等，可以使用短信、電話、網絡等， 信息溝通便捷。

（5）溯源終端可采用手機、電腦及其他手持終端等多種手段，使用方便。

（6）由于在食品溯源系統(tǒng)中使用了遠程數據庫系統(tǒng)，數據與地域無關，不但有利于數據遠程查詢，而且有利于食品安全的第三方監(jiān)管與評價。

3 結 語

綜合應用自動識別技術、數據輸入技術、數據存貯技術、數據傳輸與查詢技術，結合食品生產、加工過程，以電子標簽為食品溯源信息的載體，及時記錄食品生產過程中的關鍵信息，分別在食品生產各階段進行標識，利用數據庫進行數據匹配，結合食品生產加工的各個參與者，包括生產企業(yè)、質檢部門、銷售、銀行、消費者等，記錄食品行業(yè)所涉及的種植（養(yǎng)殖）、加工、運輸、流通、分銷等環(huán)節(jié)的關鍵信息，實現對食品全生命周期信息的溯源，解決了傳統(tǒng)食品安全追溯中出現的問題?？梢灶A見，食品溯源產業(yè)將隨著物聯(lián)網技術、自動化技術、云計算技術的創(chuàng)新而不斷發(fā)展。