一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全預(yù)警系統(tǒng)

引 言

食品安全溯源通常是對包括食品生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售在內(nèi)的多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行食品信息的收集、轉(zhuǎn)換和分析，從而實(shí)現(xiàn)對食品安全追溯信息的有效管理。通常有兩種溯源情形， 其一是從生產(chǎn)源頭至最終消費(fèi)者之間的溯源，亦稱為“正向溯源”；其二是從最終消費(fèi)者到生產(chǎn)源頭的溯源，亦稱為“逆向溯源”[1]。以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的食品質(zhì)量安全追溯體系可以有效掌握食品的營養(yǎng)信息、生產(chǎn)過程信息、產(chǎn)地信息， 對于發(fā)展安全的食品產(chǎn)業(yè)鏈條和建立覆蓋全面產(chǎn)業(yè)鏈的安全溯源系統(tǒng)具有重要支撐作用[2]。無論采用哪種溯源方式都離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，當(dāng)前日新月異的RFID 技術(shù)、二維碼技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及迅猛發(fā)展的通信網(wǎng)絡(luò)給食品溯源系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了良好的條件。溫希軍等結(jié)合新疆畜牧綜合信息服務(wù)平臺(tái)深入研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在動(dòng)物屠宰加工管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[3]。陳希文等研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的農(nóng)畜產(chǎn)品可追溯的信息代碼轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫和軟件系統(tǒng)[4]。孫書謹(jǐn)?shù)雀鶕?jù)蔬菜培植與加工環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于RFID 技術(shù)的蔬菜食品安全溯源系統(tǒng)[5]。盧磊等深入研究了追溯系統(tǒng)中RFID 中間件的設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蔬菜追溯系統(tǒng)[6]。王成瑞等針對食品溯源的需求，提出了一種瀏覽器與服務(wù)器之間通信的流程，并在嵌入式網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)Web 服務(wù)器的功能[7]。本文在這些進(jìn)展的基礎(chǔ)上分析了食品溯源系統(tǒng)架構(gòu)和無源 RFID 識別系統(tǒng)的基本原理，并詳細(xì)闡述了一種數(shù)據(jù)融合技術(shù)在食品安全預(yù)警中應(yīng)用的方案。

1 食品溯源系統(tǒng)架構(gòu)

近年來，食品溯源系統(tǒng)在農(nóng)畜產(chǎn)品、蔬菜供應(yīng)等方面已經(jīng)得到了規(guī)?；瘧?yīng)用。現(xiàn)階段由于成本等因素的制約，在大部分系統(tǒng)中采用二維碼與RFID 標(biāo)簽相結(jié)合的溯源方式。消費(fèi)者通過掃描二維碼訪問食品信息溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心獲取食品相關(guān)參數(shù)。而在生產(chǎn)加工和流通環(huán)節(jié)，廠家通過打印二維碼在產(chǎn)品包裝上，或裝箱時(shí)用RFID 標(biāo)簽同步記錄食品數(shù)據(jù)，并在打印編碼、錄入信息、掃描條碼的同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，其架構(gòu)如圖 1 所示。

2 無源 RFID識別系統(tǒng)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)在物資標(biāo)識和定位方面已有規(guī)?；瘧?yīng)用。當(dāng)前在食品安全溯源系統(tǒng)中主要應(yīng)用在食品運(yùn)輸過程及存儲(chǔ)的清點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)分析方面通過自動(dòng)識別建立緊密的邏輯聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對食品信息的智能化管理。無源 RFID 識別系統(tǒng)可分為三個(gè)部分，即閱讀器、天線和電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽具有獨(dú)一無二的編碼，附著在物品上以自動(dòng)辨識與追蹤該物品。天線用于在標(biāo)簽和讀取器間傳遞信號并進(jìn)行傳輸。閱讀器讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的特定編碼信息，并將編碼信息傳送至后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。無源 RFID 識別系統(tǒng)的組成如圖 2 所示。

3 基于添加劑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的預(yù)警功能

現(xiàn)有的食品安全研究大部分集中在食品監(jiān)控技術(shù)上，大多直接使用 RFID 技術(shù)設(shè)計(jì)追溯功能，卻缺乏食品自身屬性與種類屬性間關(guān)系的描述模型[8]。食品安全預(yù)警的假設(shè) ：當(dāng)某類食品中不合格產(chǎn)品數(shù)量較多時(shí)，顯然該類食品問題嚴(yán)重程度較高。添加劑作為導(dǎo)致食品不合格的主要因素之一，在食品關(guān)聯(lián)分析中起著非常重要的作用?，F(xiàn)以“二氧化硫超標(biāo)”食品安全問題預(yù)警舉例說明基于添加劑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)預(yù)警的有效性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某食品問題的主要原因是“二氧化硫超標(biāo)”時(shí)，就要分析同生產(chǎn)廠家的哪些其它食品可能也會(huì)有二氧化硫超標(biāo)的問題。添加劑二氧化硫的使用范圍有：經(jīng)表面處理的水果干類、蜜餞涼果、干制蔬菜或蔬菜罐頭、干制的食用菌、腐竹類、堅(jiān)果與籽類、糖果等眾多種類。

解決問題的關(guān)鍵就在于通過技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)哪些添加劑會(huì) 產(chǎn)生二氧化硫成分，而哪些食品用到了這類添加劑。進(jìn)行數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)分析時(shí)不同食品根據(jù)所屬類別歸類構(gòu)成樹型模型，一種食 品類別只屬于一種父類別。食品抽檢結(jié)果加入 DAG（Directed Acyclic Graph）圖，即可形成 DAG 圖的葉子節(jié)點(diǎn)。根據(jù)引發(fā) 食品問題的不同，葉子節(jié)點(diǎn)按照不同的規(guī)則分類，葉子節(jié)點(diǎn)隨 著引發(fā)的食品問題動(dòng)態(tài)生成無向關(guān)聯(lián)邊，并形成各節(jié)點(diǎn)間的相 對關(guān)聯(lián)度。

若檢測到食品問題是食品節(jié)點(diǎn) 2 中二氧化硫超標(biāo)，則基于 食品節(jié)點(diǎn)添加劑相似度聚類，抽檢食品類別可限定為含有二氧 化硫物質(zhì)的聚類 {2、3、5、6、7}，如圖 3 所示?；谑称奉?型生成樹型模型，并基于添加劑的屬性生成關(guān)聯(lián)邊，在檢測 到某類食品不合格原因時(shí)能關(guān)聯(lián)查找同加工廠的哪些同屬食品 也有可能出現(xiàn)添加劑超標(biāo)，并進(jìn)一步調(diào)研確認(rèn)，從而實(shí)現(xiàn)對 食品安全問題的及時(shí)預(yù)警。

4 結(jié) 語

當(dāng)前食品安全問題對一個(gè)國家或者地區(qū)的食品安全防控 能力構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。本文在分析食品溯源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 提出了基于添加劑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)食品安全預(yù)警功能，對提高現(xiàn)有食 品溯源系統(tǒng)的實(shí)用性具有較大的借鑒意義。