基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全溯源體系分析

2  食品安全溯源體系分析

食品產(chǎn)業(yè)鏈具有生產(chǎn)環(huán)境惡劣、流通環(huán)節(jié)復雜、產(chǎn)品形式多樣、售賣方式靈活等特點，在安全體系中，其主要是食品的可溯源,這一方面需要采用物聯(lián)網(wǎng)相關技術整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游數(shù)據(jù)流，解決大規(guī)模數(shù)據(jù)高效存儲備份和網(wǎng)絡傳輸、食品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)多途徑溯源等難點問題;另一方面，需要針對產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)的特點，實現(xiàn)復雜環(huán)境下RFID數(shù)據(jù)的采集傳輸、食品標簽編碼設計、食品物流追蹤、多部門網(wǎng)絡食品安全監(jiān)管和政府決策等核心技術。著眼于整個民生產(chǎn)業(yè)鏈安全問題的食品安全溯源體系圖如圖1所示，而利用物聯(lián)網(wǎng)應用體系，則可重點解決業(yè)務數(shù)據(jù)采集、存儲和智能分析等問題。

建立整個食品安全體系時，首先應針對食品復雜、惡劣的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，設計出高可靠的RFID識別和數(shù)據(jù)采集相關設備，形成設計生產(chǎn)鏈;其次要研究大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲分析算法和食品信息安全模型，實現(xiàn)并部署食品安全溯源核心軟件系統(tǒng);第三,研究高性能計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心相關技術，設計數(shù)據(jù)壓縮算法、高性能計算分析模型、數(shù)據(jù)備份恢復模型，建立高性能數(shù)據(jù)處理和分析解決方案并實際部署；最后，要建立食品安全監(jiān)管和市場風險預警決策模型,實現(xiàn)多部門食品安全聯(lián)合監(jiān)管和政府決策，建立針對食品安全的物聯(lián)網(wǎng)應用模式，以最終形成一種基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全溯源體系。

3  基于物聯(lián)網(wǎng)的溯源體系關鍵技術

食品安全溯源體系的建立,必須以信息技術為基礎。在溯源體系中，要求每一個環(huán)節(jié)都要能夠可識別和可追蹤。通過物聯(lián)網(wǎng)技術能把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為標識、感知、處理和信息傳送四個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)的關鍵技術分別為RFID、傳感器、智能芯片和電信運營商的傳輸網(wǎng)絡。如何理清現(xiàn)實生活中產(chǎn)業(yè)鏈上下游業(yè)務數(shù)據(jù)，如何建立一體化的數(shù)據(jù)感知、傳輸、存儲、分析系統(tǒng)模型，以及如何實現(xiàn)多部門之間的聯(lián)合監(jiān)管等，是物聯(lián)網(wǎng)應用所面臨的重點問題。

3.1  復雜環(huán)境下的RFID識別和數(shù)據(jù)采集

對于食品的生產(chǎn)和加工，由于環(huán)境相當復雜，現(xiàn)有的RFID技術規(guī)范標準還不統(tǒng)一，因而無法形成較完整的商業(yè)模式。目前,我國已引入了歐美等國家的畜產(chǎn)品強制認證,但只針對出口產(chǎn)品。由于我國的小農(nóng)經(jīng)濟和食品生產(chǎn)經(jīng)營的主體組織程度較低,生產(chǎn)技術水平差別大，因此，要提高食品生產(chǎn)的組織化程度,引入物聯(lián)網(wǎng)技術,加強食品信息化水平，是食品安全的重要條件。我國可從食品鏈條較短的行業(yè)開始，優(yōu)先在國內大城市引入，由少數(shù)大規(guī)模生產(chǎn)基地和大型超市進行示范，率先建立基于RFID識別和數(shù)據(jù)采集的食品產(chǎn)業(yè)鏈，逐步實現(xiàn)強制認證。讓消費者相當關心的食品田間記錄、添加劑、生產(chǎn)者、檢測等信息有據(jù)可査，是形成食品安全產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵。

3.2  部署信息核心軟件系統(tǒng)

食品信息經(jīng)過采集后，如何進行存儲、部署和遠程査詢，是形成食品安全溯源的保證。歐美等發(fā)達國家在規(guī)范市場方面，已經(jīng)出臺了一系列相關的法律法規(guī)，要求在歐盟國家銷售的牛肉制品和生鮮水果、蔬菜信息都要具有可追溯功能，以保證飲食安全衛(wèi)生。在信息管理上，歐盟國家的牲畜都建立了大型數(shù)據(jù)庫，以便對其一生的信息都進行管理。

我國由于技術限制，造成食品信息傳遞不夠及時，并且不能立即反映有效情況。利用物聯(lián)網(wǎng)平臺,可將所有分散的生產(chǎn)、流通、銷售各個環(huán)節(jié)中的信息連在一起,在確保食品信息真實有效的情況下，建立食品信息安全模型，使消費者能在第一時間獲取保障自身利益的信息,促使生產(chǎn)企業(yè)嚴格監(jiān)督管理，重視自身產(chǎn)品的質量。

3.3  建立高性能數(shù)據(jù)處理中心

隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐步部署，食品安全信息劇增，監(jiān)管數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，數(shù)據(jù)結構紛繁復雜，食品安全信息系統(tǒng)要實時處理分析大量的測量數(shù)據(jù),這就要求系統(tǒng)具備較強的數(shù)據(jù)存儲、檢索和分析能力。故要研究設計數(shù)據(jù)中心相關技術，包括數(shù)據(jù)壓縮算法、計算分析模型、數(shù)據(jù)備份恢復模型等，并運用模式識別、人工智能等方法對市場信息進行分析判斷，從而為政府決策部門提供相關信息功能，以便于決策部門盡早采取措施，避免或減輕給食品安全帶來的危害。

3.4  建立食品安全監(jiān)管和政府決策機制，實現(xiàn)食品市場規(guī)范高效管理

物聯(lián)網(wǎng)平臺應用于食品安全體系的最終目標是形成一套食品安全溯源服務平臺，并形成通用可擴展的信息系統(tǒng)，為消費者、政府部門提供真實、可靠的檢索數(shù)據(jù)和分析結果，形成一種完整的物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)應用模式。因此，需要根據(jù)國內市場的特點，研究物聯(lián)網(wǎng)應用體系架構、可擴展性、業(yè)務邏輯模型等問題，最終形成面向食品安全行業(yè)的示范體系。通過對各項數(shù)據(jù)監(jiān)控,大幅度提升政府職能部門對食品在各個流通環(huán)節(jié)的有效監(jiān)管，同時要提供市場風險預警，引導政府做出正確決策，實現(xiàn)對食品市場的規(guī)范和高效管理，促進我國食品行業(yè)的健康發(fā)展，保證老百姓食用食品的安全。

4  系統(tǒng)設計

食品安全溯源體系既要追蹤產(chǎn)品，也要追蹤過程，系統(tǒng)不僅要將本環(huán)節(jié)的信息進行標記，還要采集前面已有的信息，并全部進行標識，以備下一環(huán)節(jié)的使用。任何一個環(huán)節(jié)需要了解產(chǎn)品的信息，輸入產(chǎn)品的代號即可從中央數(shù)據(jù)庫得到，追溯速度很快，透明度高，圖2所示一個食品安全溯源體系的系統(tǒng)設計結構框圖。

4.1  數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集指的是以RFID核心技術為基礎對食品的相關生產(chǎn)現(xiàn)場活動進行實時監(jiān)控。食品安全是一個系統(tǒng)工程，應該能追溯落實到各個環(huán)節(jié)，而不是采用局部環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)跟蹤。局部方式只能保證個別環(huán)節(jié)沒有問題，而無法得到食品流轉的全息數(shù)據(jù)。因此，要將數(shù)據(jù)采集和跟蹤貫穿到食品的生產(chǎn)、加工、物流、銷售的整個流程中，只有這樣,食品安全保障工作才能行之有效,真正做到安全放心。體系中的所有數(shù)據(jù)都來源于食品第一線，現(xiàn)場信息采集模式可釆用RFID閱讀器、無線網(wǎng)、PDA等方式，以通過獲取食品RFID芯片信息來獲取實時食品的相關信息。

4.2  標準體系

標準體系主要包含RFID標準，大致可分為四類:技術標準、數(shù)據(jù)內容標準、一致性標準、應用標準。其中涉及食品安全追溯信息的相關規(guī)范標準內容主要包括數(shù)據(jù)元、交換格式信息、交換日期和時間表示法(GB/T7408),以及商品條(GB12904碼)、信息技術數(shù)據(jù)元的規(guī)范與標準化(GB/T18391-2002)等。而數(shù)據(jù)元的名稱、類型、值域也應當分別符合相關法規(guī)的要求。

現(xiàn)階段國際上主要的RFID標準有ISO組織的ISO/IEC18000.美國的EPCGlobal和日本的UID。我國推出的強制性食品安全追溯標準有：《食品安全食品追溯編碼規(guī)則》(DB11/Z523—2008)、《食品安全數(shù)據(jù)元目錄規(guī)范MDB11/Z524-2008)₀標準層可為食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設和數(shù)據(jù)交換提供統(tǒng)一的、共同遵守的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，以便為構建食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型提供技術基礎。

4.3  網(wǎng)絡接入

網(wǎng)絡是將所有分散的生產(chǎn)、加工、物流、銷售等各個環(huán)節(jié)中的信息連在一起的橋梁。模型采用RFID技術實時記錄品控環(huán)節(jié)的主要操作信息,并結合IN-TERNET,GPRS.Zigbee乃至3G等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡技術將過程數(shù)據(jù)信息上傳到數(shù)據(jù)中心區(qū)，以適應廣大農(nóng)村和加工廠復雜的應用環(huán)境，以便在實現(xiàn)政府分段監(jiān)管職能的同時,對于食品來源的每個環(huán)節(jié)都可進行實時的追溯査證。同時通過網(wǎng)絡及XML技術的應用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、管理，數(shù)據(jù)輸入后可立即査詢，因而擁有低維護成本和客戶端零安裝優(yōu)勢。由于網(wǎng)絡接入的具體環(huán)境、使用設備的不同，在每個具體應用時需要采取最有效的網(wǎng)絡接入方式。

4.4  協(xié)議

協(xié)議主要指系統(tǒng)中釆用的網(wǎng)絡協(xié)議，除了必須的HTTP,TCP/IPJEEE802.11,還涉及到GPRS.SL-RRPo其中GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service),可通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。

RFID網(wǎng)絡協(xié)議SLRRP(Simple Lightweight Reader Protocol)是一種簡單、靈活的閱讀器網(wǎng)絡協(xié)議，可用來在控制器和閱讀器之間傳送配置、控制、狀態(tài)以及標簽信息。SLRRP在協(xié)議體系結構、協(xié)議通信模型、消息格式和類型、協(xié)議參數(shù)、協(xié)議安全機制等方面都作了詳細的規(guī)范。

4.5  數(shù)據(jù)中心及監(jiān)管平臺

可溯源體系涉及多個行為主體，建立一個可靠的食品可追溯系統(tǒng)的前提和關鍵是對數(shù)據(jù)進行整合，建立各行為主體信息共享機制和食品安全信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)從原料到最終產(chǎn)品的追蹤及其過程的反向追蹤同時能實現(xiàn)消費者、企業(yè)、政府之間的信息共享。

服務平臺以質量技術監(jiān)督局、工商、防疫、衛(wèi)生等涉及到食品安全的相關政府部門為主要用戶，其它政府部門為輔，各施其監(jiān)管職能，將質量產(chǎn)品控制策略信息傳輸?shù)绞称钒踩脭?shù)據(jù)中心，逐步建立政府食品安全監(jiān)管公共服務平臺。

4.6  應用系統(tǒng)

應用系統(tǒng)一般由開放的數(shù)據(jù)終端組成。該系統(tǒng)可使經(jīng)營者或普通民眾用戶通過輸入自己購買食品提供的相關數(shù)據(jù)來在應用系統(tǒng)査詢此食品的原料來源、生產(chǎn)地、銷售商等信息。事實上，應用系統(tǒng)融合了多種信息技術，充分體現(xiàn)了科技為民生服務的理念。

4.7  相關政策法規(guī)

相關政策是溯源體系設計、運作的依據(jù)。例如《中華人民共和國食品安全法》、《農(nóng)產(chǎn)品質量安全法》、《動物防疫法》等都提出了實行食品、動物產(chǎn)品安全追溯的原則性規(guī)定，明確規(guī)定食品實行安全溯源制度的規(guī)章和法規(guī)。工商、質檢和衛(wèi)生等部門可以通過數(shù)據(jù)中心查看食品的飼養(yǎng)、加工、流通、消費、質量等信息，并為政府提供相關決策數(shù)據(jù)。

5  結論

食品安全是民生大計，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全體系平臺還需多方協(xié)作。從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的規(guī)劃看，基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)平臺搭建后,再進行食品的信息存儲體和傳感設備的安裝是物聯(lián)網(wǎng)建設的合理順序。

因此,首要任務是先進行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺規(guī)劃，不能盲目從單純性電子標簽等存儲體去發(fā)展,而要依托政府部門建立復雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和存儲等系統(tǒng)平臺，設計數(shù)據(jù)中心和監(jiān)控平臺，整合食品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)，建立溯源體系才是必經(jīng)之路。每一項新技術的發(fā)展，都會誕生新的行業(yè)和經(jīng)濟增長點，目前，物聯(lián)網(wǎng)在食品安全的應用還處于探索研究階段，國外較成熟的商業(yè)模式只涉及部分農(nóng)畜產(chǎn)品。按照中國互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀和各項基礎條件來看，物聯(lián)網(wǎng)在食品安全領域的應用仍有很艱難的一段路要走。相信經(jīng)過各方面的共同努力，物聯(lián)網(wǎng)會對我國的經(jīng)濟起到積極的推動作用。