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基于物联网的果蔬产品溯源系统编码技术研究与实现
资料介绍
针对生鲜果蔬种植分散、标准难以统一、溯源渠道不畅的问题，探索了1种企业与农户合作的模式，设计并开发了生鲜果蔬产品质量安全溯源系统。系统依据生鲜果蔬产品供应链特点，采用RFID标签与一维码、二维码相结合的混合编码模式，应用物联网、数据库等技术，开发了具有网络管理、条码打印、产品查询、智能手机管理等多功能的产品质量安全溯源系统。通过物联网技术，可自动采集环境信息，以及摄像头或手机拍摄的图像，上传至服务器，作为产品的原始信息。最终采用二维码溯源，实现果蔬产品在种植、收购、检测、加工等环节的信息追溯。这为果蔬生产建立了统一标准，为市场增强了产品透明度，形成一个具有3方满意及消费者参与监督、评价的溯源服务平台。
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江苏农业科学ꢀ 2016 年第 44 卷第 8 期
濮永仙. 基于物联网的果蔬产品溯源系统编码技术研究与实现[J]. 江苏农业科学,2016,44(8):414 - 418.
doi:10. 15889 / j. issn. 1002 - 1302. 2016. 08. 120
基于物联网的果蔬产品溯源系统编码技术研究与实现
濮永仙
(德宏师范高等专科学校计算机科学系,云南德宏 678400)
ꢀ ꢀ 摘要:针对生鲜果蔬种植分散、标准难以统一、溯源渠道不畅的问题,探索了 1 种企业与农户合作的模式,设计并
开发了生鲜果蔬产品质量安全溯源系统。 系统依据生鲜果蔬产品供应链特点,采用 RFID 标签与一维码、二维码相结
合的混合编码模式,应用物联网、数据库等技术,开发了具有网络管理、条码打印、产品查询、智能手机管理等多功能的
产品质量安全溯源系统。 通过物联网技术,可自动采集环境信息,以及摄像头或手机拍摄的图像,上传至服务器,作为
产品的原始信息。 最终采用二维码溯源,实现果蔬产品在种植、收购、检测、加工等环节的信息追溯。 这为果蔬生产建
立了统一标准,为市场增强了产品透明度,形成一个具有 3 方满意及消费者参与监督、评价的溯源服务平台。
ꢀ ꢀ 关键词:果蔬;物联网;溯源系统;编码技术
ꢀ ꢀ 中图分类号: S126ꢀ ꢀ 文献标志码: Aꢀ ꢀ 文章编号:1002 - 1302(2016)08 - 0414 - 05
ꢀ
ꢀ
生鲜果蔬能为人体提供多种维生素,是人们每天的生活
品可溯源。 溯源系统是指对商品从生产到销售各环节信息进
行记录及存储,当产品出现质量问题时能够追溯到出现问题
的环节,实施有针对性惩罚,必要时对产品召回,以此提高产
必需品。 近年来,果蔬类产品安全事故频繁发生,某些生产
者、运营商法律意识与卫生意识淡薄,滥用农药、化肥等,致使
产品中药物残留、重金属等有害物质超标事件时有发生。 李
克强总理在 2015 年的两会政府工作报告中提出,要“最严格
的立法和监管” 保障食品安全。 全国人大代表郑杰认为,中
国急需研究高效统一的编码标志,应用信息技术,完善食品溯
源体系[1] ,使其在生产、运输等环节有统一标志,使有问题食
品质量的追溯信息系统[2]
。
欧盟在 1997 年就开始研究农产品溯源系统[3] 。 在 2002
年欧盟颁布了 178 / 2002 号法令,要求自 2004 年起在欧洲范
围内销售的食品,要求能够被追溯。 2004 年美国颁布了《食品
安全跟踪条例》,要求任何需加工、运输等相关环节的企业都要
建立食品流通全过程的记录[2] 。 日本除了制定相应的法规外,
在零售阶段,还要求大部分超市安装产品溯源终端[4] 。 英国政
府建立了基于互联网的家畜跟踪系统(CTS)[5] 。 国外在溯源
系统研发方面有,在西红柿、草莓、马铃薯等[6 - 8] 的种植中,分
别采用传感器、机器人采集环境信息,进行农事操作(浇水、施
收稿日期:2016 - 02 - 01
基金项目:云南省教育厅项目(编号:2013Y571)。
作者简介:濮永仙(1975—),女,副教授,主要研究方向为物联网农产
品溯源、智能农业系统。 E - mail:puyongxian115@ 163. com。
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江苏农业科学ꢀ 2016 年第 44 卷第 8 期
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肥等),并开发了相应的溯源信息管理系统。
旦有问题的果蔬进入市场,其源头将无法定位。 因此,只有准
确记录果蔬产品在每个环节的信息,当有问题时才能准确找
到问题根源。 针对生鲜果蔬这类产品特性,其关键环节是基
本质量控制、收购标准、运输管理及消费者权益等几个方面。
创建的生鲜果蔬产品质量安全溯源系统,应包含产品标志、数
据库和信息传递 3 个基本要素。 本研究的溯源对象是生鲜的
果蔬约 30 个品种,系统使用者分为企业管理员、加盟的果蔬
种植户和消费者共 3 类。
中国物品编码中心在 2007 年开始启动中国条码实施工
程,在上海、武汉等地试行,2008 年提出要全面推行农产品可
追溯系统[9 - 10] 。 国内的溯源系统研发起步较晚,但目前已有
不少成果[11 - 17] 。 因我国机械化程度不高,果蔬种植乃以农户
分散种植为主,这致使种植标准难以统一,整体质量难以保证,
溯源渠道不通畅等问题。 虽然国内学者在食品安全方面进行
了大量研究,但大多局限于定性讨论,针对生鲜果蔬溯源的较
少,尤其是对生产质量控制体系方面的溯源缺乏全面探讨。
物联网是用射频识别(RFID)、红外感应、GPS、无线通讯
等技术,按照一定协议把不同的设备与互联网连接,实现物与
物、人与物之间的信息交换,以实现对物体智能化的识别、定
位、跟踪、监控、管理的一种网络[18 - 19] 。 将物联网用于农产品
安全问题追溯,能起到识别、跟踪、监控等作用。 本研究在借
鉴国内外溯源基础上,根据我国生鲜果蔬种植特点,探讨了一
种农户与企业合作的生产模式,采用 EPC、RFID、二维码及一
维码的混合编码标志,应用物联网、数据库等技术,构建了基
于物联网的生鲜果蔬产品质量安全溯源系统。 这既为我国放
养式生鲜果蔬生产提供统一标准,使果蔬产品在生产、收购、
加工等关键环节的质量得以控制,追溯问题果蔬有了源头,又
有利于我国农业生产的标准化。
1. 2ꢀ 溯源编码设计
本研究依据《EPC 电子产品编码》、《EAN/ UCC 系统应用
标识符》、《农产品追溯编码导则》及《信息分类和编码的基本
原则与方法》 的相关规定,采用 RFID 识别与一维码、二维码
相结合的混合标签模式,作为生鲜果蔬产品溯源的信息载体,
对种植、收购、加工、运输、仓储及追溯环节进行编码。 EPC 系
统是由国际物品编码协会(GS1) 提出的一种新的编码规则,
它与 EAN/ UCC 编码体系相兼容,具有容量大、安全性好、可
扩展性强等特点[20 - 21] 。 因 RFID 标签不受光线、温湿度及其
他恶劣自然环境的影响,因此生鲜果蔬产品在种植、采摘等环
节可用 RFID 进行标志。 如在果蔬种植时将地块或农户编
号,利用 EPC 编码规则生成 1 个编码,并分配 RFID 标签,将
作物的基本信息、农事操作及无线传感器收集的信息都标志
到其中。 收购时,工作人员只需扫描产品对应的射频卡,读取
其中信息,对收购信息更新。 因一维码成本低,二维码具有编
码容量大、方便手机扫描等优点,在其他环节采用 EAN/ UCC
规则与 QR 技术实现一维码与二维码标签进行标志。 生鲜果
蔬产品在各环节的编码流程见图 1。
1ꢀ 材料与方法
1. 1ꢀ 溯源对象
生鲜果蔬类产品,一般是由种农户种植、采收后批量卖给
销售商,再通过销售商进入市场,这就很难监控产品质量,一
ꢀ
ꢀ
系统依据优化生产流程,在各关键环节增加数字化的同
的考虑用于破坏 RFID 卡内信息)和 16 位的 CRC(循环冗余)
校验码。 利用 EPC 编码信息规范中的 GID - 96 编码格式 24
位十六进制标志,具体编码结构见图 2。 种植编码 = 产地代
码(6 位) + 管理者代码(2 位) + 种植项目代码(6 位) + 生产
批号(8 位)。 其中,地块划分以种植时间、种植品种、生产措
施相对一致的地理区域为同一地块,产地编码由 6 位组成,前
4 位为基地编号,后 2 位为该基地不同的地块编号。 批号用 8
位表示,6 位标志种植日期,2 位标志顺序号。 其中,年的编码
范围为 00 ~ 99,月的范围为 01 ~ 12,日的编码范围为 01 ~ 31。
时,将各种编码融为一体。 在流程中,每个编码必须具有承上
启下的功能,至少承载相邻 2 个环节之间的信息,在数据库
中,相邻环节之间的信息采用关键字连接。 以下介绍各环节
编码格式。
1. 2. 1ꢀ 种植标至编码ꢀ 采用 RFID 标签技术对种植地块进
行标志,并将每块种植地与数据库中的基本信息、农事操作、
环境信息等对应。 RFID 标签利用二进制数据存储个体标志
信息,包括 3 个部分:96 位 EPC 码、24 位的 Kill 码(出于安全
1. 2. 2ꢀ 收购标志编码ꢀ 收购编码采用 GTIN - 14 编码结构,
结合应用标识符(AI) 对生鲜果蔬编码,采用 GS1 - 128 条码
万方数据
该编码通过产地编码或交易号与种植编码标志间建立关联,
在标签上能查到准确的种植信息。 其中,加工批号(AOT) 由
加工 日期( 如160123) 与2位流水号组成,规定同一地块、同
标准打印,将其张贴到包装上的固定位置,具体格式见图 3。
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