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物联网技术在食品及农产品中应用的研究进展

更新时间：2019-12-10 20:25:52 大小：500K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

物联网( IOT)技术正被越来越多地应用在食品及农产品领域.首先简介了无线射频识别标签( RFID)和无线传感器网络(WSN)的原理和技术,然后较全面地分析归纳了近年来这些技术在食品、农产品的生产监控、安全监管及供应链的溯源与追踪等领域的应用研究现状,并分析了存在的问题和解决途径,最后展望了这些技术今后的发展趋势和应用前景.

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0 1

2年1月

第43卷第1期

农业机械学报

DOI：10．6041／j．issn．1000—1298．2012．01．026

物联网技术在食品及农产品中应用的研究进展宰

刘东红1

(1．浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310029；2．浙江大学宁波理工学院，宁波315100)

周建伟1’2

莫凌飞1

【摘要l物联网(10T)技术正被越来越多地应用在食品及农产品领域。首先简介了无线射频识别标签

(RFID)和无线传感器网络(WSN)的原理和技术，然后较全面地分析归纳了近年来这些技术在食品、农产品的生产

监控、安全监管及供应链的溯源与追踪等领域的应用研究现状，并分析了存在的问题和解决途径，最后展望了这些

技术今后的发展趋势和应用前景。

关键词：物联网食品农产品无线传感器网络无线射频识别标签

文献标识码：A

中图分类号：TN925+93；X954

文章编号：1000．1298(2012)01-0146-07

of Internet of

Food and

Areas

Agri-food

Applications

Things

Liu

Zhou Jianweil· 2 Mo

Lingfeil

Donghon91

and Food

(1．School ofBiosystems Engineering

Institute

Science，Zhejiang University，Hangzhou 310029，China

2．Ningbo

o，Technology，Zhejiang University，Ningbo 315100。China)

Abstract

With

of the

of internet of

have been

in-depth development

in food and

technologies

areas．The

things(IOT)，they

WSN

identification)and

RFID(radio

increasingly applied

agri—food

frequency

sensor

information

and other related

were

introduced，a

(wireless

networks)in

principles，techniques

food

summarization and

of these

and _applicationsin

and

agricultural

comprehensive

analysis

technologies

as food food

processing，food-safet)r control，the

recent

were

industry during

chain

years

given，such

and

tracking，etc．The problems

and solutions were also discussed．

supply

traceability

for future research and

areas were

forward．

Furthermore，suggestions

application

put

words

Internet of

sensor

Key

networks，Radio

things，Food，Asri-food，Wireless

frequency

identification

切‘卜21。

引言

由于食品和农产品的生产环节、供应链的分布

食品和农产品从生产到消费的整个过程涉及生

空间都是广域的，甚至是流动的，所以传统的有线传

sensor

产、加工、包装、运输、仓储、货架展示和消费等环节，

每个环节都有可能带来不安全因素，主要包括：种养

感器技术(wired

technology)无法满足全程监

测等应用的需要。近年来伴随着微型机电系统

(MEMS)、无线通信、数字电子学等学科的进步和发

展，物联网(intemet ofthings，简称lOT)技术的研究

取得了较大进展，已经开发出很多低成本、低功耗，

具有感知、计算和通信能力的微型传感器节点，以及

较为成熟的RFID芯片、封装、读写设备的设计、制

造和系统集成技术，这就使得物联网技术在食品和

殖过程投入品中有毒有害物质的残留；环境污染物

给食品卫生带来的影响，农药、化肥等环境污染物通

过食品链进入人体而损害健康；加工、运输销售环节

的污染。随着消费者对食品和农产品品质、安全性

要求的不断提高，对食品和农产品的供应链进行全

程监测，对产品进行追踪和溯源的需求越来越迫

收稿日期：2011—03—08惨网日期：201l一05—31

· 。十一五”国家科技支撑计划资助项目(2009BADB9809)和杭州市重大创新项且(20102012A08)

作者简介：刘东红，教授，博士生导师。主要从事食品加工装备及自动化研究，E· mail：dhliu@zju．edu．c“

万方数据

147

第1期

刘东红等g物联网技术在食品及农产品中应用的研究进展

产品品质和产量至关重要的保证。由于温室中的气

候环境和土壤条件都相对稳定，在温室中构建WSN

比室外容易得多，所以WSN在温室中的应用研究已

有较多报道。

农产品的生产、加工、物流、安全监管等方面的应用

成为国内外许多高校、企业、研究机构近期的研究热

点之一。

本文在国内外相关研究的基础上，对物联网技

术在食品及农产品的生产、流通等领域的应用研究

现状进行论述，并详细阐述应用物联网技术的优势

以及不足之处。

柳桂国等于2003年首次研究了基于Bluetooth

技术的WSN监控系统并应用于温室‘“。随后开发

的很多类似监控系统，大部分采用的是Zigbee技

术：Gonda等提出了在温室中分布式监控网络中采

物联网

s]；Yoo等研究了一套名为A2 S的

用Zigbee技术i

WSN在种植甜瓜和卷心菜的温室中的使用效果。。

物联网指的是将各种监测传感器、移动终端、视

频监控系统、附有RFID的各种物件和包装、携带无

线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智

能节点”(mote)，通过各种无线和／或有线的、长距

离和／或短距离通讯网络实现互联互通(M2M)，实

现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、

营”一体化73】。简而言之，就是通过信息传感设备，

将所有物品连接至网络，实现智能化识别和管理。

物联网可以分为感知、传输和处理3个基本部

分。目前，物联网的两大关键感知技术就是无线射

频识别标签技术(RFID)和无线传感器网络技术

(WSN)。

Lea．Cox等研发了一种集成了基质含水率、温度、导

电率、光照度、叶片湿润度多种传感器的温室WSN。

实验证明，运用了该套装置后，水和肥料得到了更高

效地使用，过度浇水引起的病害减低了，作物的生长

得到了明显改善¨ 。Liu等研究了一种应用于温室

的WSN原型，该系统由两部分组成：一部分负责测

量温度、光照和土壤湿度；另一部分是GSM通信模

块和由远程Pc数据库控制的软件管理模块‘11’。

Zhou等提出了一个基于Zigbee技术的温室监控

WSN方案‘”1。Yang等研究了集成RFID技术、光

谱成像及环境监测的多功能温室远程WSN。其中，

多光谱成像系统能够在作物上空对温室内的温度、

湿度、光照进行测量‘131。Wang等开发一种特殊的

无线传感器节点用于温室内温度、湿度和光照度的

监测：141。

2在食品及农产品生产环节的应用

2．1食品工艺参数研究

食品工艺参数获取是食品提升品质、提高加工

效率、增强安全性的重要保障，物联网技术在这方面

的应用研究已取得初步进展。

以上研究表明，物联网技术可以获取精细农业

所需的大量各种信息，从而达到真正的精细化农业

生产，以提高能源、水、化肥等资源和物资的利用效

率，进一步增加农业效益。

Marra等应用了一套布设于罐头内部的WSN

系统，通过温度传感器获得的数据，辅以有限元计

算，获得了罐装食品在热杀菌过程中的热传导模

型L4]。Anastasi等设计并应用了一套WSN系统，用

于监测一家葡萄酒厂的整个生产环节，生产链所有

场所都没有传感器节点，对种植园中的温湿度、光

照、风向风速以及酒窖中的温湿度进行监测和记录，

揭示了高品质葡萄酒整个生产过程中的环境参

数o】。高英明等提出了一种基于物联网技术、面向

食品安全的食品信息采集系统设计方案。通过具有

GPRS通信功能的基站将WSN采集到的温度信息

传给PC或手机中，方便人们随时监控食品加工各

过程的温度信息，以提高食品的安全性一1。

以上研究表明，物联网技术在获取和优化食品

工艺参数方面具有非常独特的优势，它可以使食品

工艺参数由宏观细化到个体乃至微观，这在传统食

品的现代化生产方面有着巨大应用价值。

2．3养殖环境监控

饲养室内的环境对动物健康非常重要，直接关

系到动物产品的质量和产量。一方面，饲养室内必

须保持良好的通风，以免动物因为高浓度氦气而导

致精神压力或减产；另一方面，从节能的角度考虑，

为了保持室内温度在一个合适、稳定的范围，应尽少

通风和调温。所以采用物联网技术对饲养室环境参

数进行自动监控是一个非常高效的技术手段。

Cai等研究了通过无线传感器远程查询监测区

域氨气浓度。”1。Cugnasca等使用移动节点，测试了

饲养室内不同地点的温度、湿度、光照度数据，评估

了将WSN应用于饲养室监控的实用性。161。Dart等

研究了在猪圈构建一个监测温度的WSN，使用

3．6 V／1 200

mA．h的电池作为电源，每隔5 min采样

一次，结果节点电池持续工作了3．5年，表明了基于

Zigbee技术的WSN非常适合应用于对动物饲养环

境的监控一“。

2．2温室环境监控

对于温室来讲，自动、高效的环境参数监控是农

万方数据

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