基于物联网的畜产品溯源系统关键技术研究

摘要：阐述了物联网的技术特点，结合畜产品养殖、生产、加工的特殊环境和条件，研究开发了以物联网为特征的养殖、疫病防控、牲畜交易、屠宰加工，奶业收购、运输和产品销售等环节所采用的标识技术和识读产品，以及畜产品可追溯的信息代码转换数据库和软件系统；研究制订了相关标识产品和识读产品的技术标准和技术规范，为政府的“放心肉”、“安全奶”工程提供了一整套食品安全溯源监管解决方案和相应的信息化平台产品套件。
关键词：标识技术；物联网；畜产品；溯源；追溯

0 引言
    物联网作为一种全新的信息技术，已经受到广泛关注。人们可以让尽可能多的物品与网络实现时间、空间和地点的相连，从而对物体进行识别、定位、追踪、监控、感知，进而形成智能化的解决方案，这就是物联网技术。物联网体系结构一般由感知层、网络层、应用层等三层组成。
    感知层由智能传感节点和接入网关组成，由智能节点感知信息(温度、湿度、图像等)，并自行组网传递到上层网关接入点，再由网关将收集到的感应信息通过网络层提交并处理。
    网络层一般建立在现有的通讯网和互联网基础上，物联网通过各种接入设备与移动通讯网和互联网相连，包括信息存储、查询、管理等。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。
    应用层可利用经过分析和处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。如：监控，智能查询，智能控制，智能管理等。
    物联网的三维概念模型如图1所示。

1 溯源的关键技术研究
    在畜产品溯源中，物联网技术起着关键的作用。在养殖环节，首先要对家畜进行标识。标识类型包括静态和动态两种属性：静态属性可以直接存储在标签中。动态属性需要先由传感器实时探测，用识别设备完成对家畜属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式：家畜的信息通过网络传输到信息处理中心(处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中移动的IDC)，再由处理中心完成畜产品通信的相关计算。
1．1 家畜个体标识和产品标识
    在养殖环节，考虑到种畜禽具有生命周期长、解决价值高以及精细饲养管理水平的特点，笔者认为不宜采用农业部现行的商品畜禽的标识技术，本项目将结合高频(13．56 MHz)、双频RFID 芯片(125 kHz和6．8 MHz)或低频RFID(125 kHz～135 Hz)的技术规格，筛选提出适合主要种畜禽个体或小群体的标识技术，然后逐步推广应用RFID电子标签。
    而在屠宰环节，则根据屠宰特点，选用900 MHz超高频RFID溯源标签。
1．2 研制开发标识和识别产品套件
    识别产品套件的研制开发除芯片以外，还包括全线动物识别RFID标签产品，同时开发适用于种畜禽RFID标识的标签、二维码、条形码、阅读器及局域网天线系统等。
    另外，还要定制开发不同家畜佩戴的RFID或二维码标签，制订相关产品的技术标准和技术规范；研究制订信息采集标准、数据接口标准、数据交换协议等；研究开发适合养殖场、道口、兽医检疫、免疫、挤奶站和屠宰场的手持机系统。
1．3 编码、赋码、位数与代码转换
    本项目在养殖环节按衣业部现行标准15位进行编码。而在屠宰环节，当动物进场时，首先登记动物信息(耳标、检疫证等，注意这时候可能有一证多头的情况)，形成场内动物信息标识自编号(10位，其中6位年月日+4位流水，如1012050095，可写入到RFID的内部循环标签中)。
    宰前检疫：主要是记录单品的检疫结果信息(耳标、RFID场内编号)。
    准宰通知：开具准宰通知(产生准宰通知编号，记录耳标、RFID场内编号)。
    宰后检疫：主要是记录单品的检疫结果信息(耳标、RFID场内编号)，如果肉品异常，该环节除了记录检验结果外，还需记录结果处理信息。
    耳标条码转换：主要是扫描耳标号，记录分割数量，生成肉品条码(13位．其中6位年月日+4位流水+2位产品号+1位效验位，如101205009 5017，一头动物产生的肉品条码可以相同)，系统同时记录加工时间、操作人、生产厂商信息。
其编号规则遵从中国物品编码中心商品编码规范EAN-13编码标准。
    分割环节：根据屠宰分割体的不同，生成对应不同分割部位的分割标签。在分割之前扫描动物标签，根据标签生成对应的分割标签，然后顺序将标签贴在分割体上。
    产品流向登记：登记产品流向，同时记录产品销售的接收货主。
    打印产品检疫证：按照同一接收货主、同一单品来源打印产品检疫证，本项目可提供批量打印功能。
    产品溯源：使用肉品条码或产品检疫证号，可以反向溯源产品流向、屠宰加工、运输、养殖免疫等信息。
1．4 制订溯源体系技术标准、技术规范
    以主要家畜(牛、羊)入手，研究制订溯源各环节的技术标准和规范，就是制订从出生、饲养、检疫、交易、屠宰、加工、产品销售等各环节的信息采集数据表、数据格式标准、信息采集标准等；
    同时制订产品的标识标准、读取标准、数据传送协议、数据转换标准等：
    制订相关产品(RFID产品、二维码产品、识读器、传感器等)的产品标准、技术标准、操作规范。
    溯源系统管理规范，就是确定系统用户的登录权限、系统用户权限划分、应用和操作技术标准等。

2 相关过程管理
2．1 动物的生产管理过程
    养殖档案管理：可与农业部追溯体系中央数据库相互融合，查询统计辖区内的动物养殖档案资料。
    防疫监督管理：也可与农业部追溯体系中央数据库相互融合，查询和统计辖区内动物防疫登记、产地检疫、运输监督、产品检疫等信息。
    公路检查管理：公路运输监督员利用智能识读器对本地和外埠进入本地的动物及产品开展产地检疫和流通检查，本系统可查询和统计公路检查站点通过检查的日期、动物种类、畜主、动物标识等详细信息。
    兽药器材管理：可实现对各辖区的兽药器械的申请、发放、领用记录的登记与统计查询管理。
    兽医机构及人员管理：实现官方兽医、执业兽医、村级防疫员的人事档案、绩效考核等信息化管理。
    行政执法管理：针对行政执法业务的一般程序、简易程序进行规范化、系统化、网络化管理。
    风险控制管理：从系统数据库中提取相关计算因子，自动统计预警分析。
2．2 良种繁育管理
    育种员管理：以育种员证书编号为唯一索引，在系统数据库中建立育种员档案。育种员通过计算机终端填报并上传日常工作信息，系统自动汇总并计算相关绩效参数，为自治区星级评比奖励工作提供基础数据源。
    知识库管理：主要是对配种、育种、繁殖等技术知识、专家经验的录入、审核、发布等实现信息化管理。
    资产管理：对配种器材、育种器材、冷链设备、冻精销售等资产实现信息化管理。
    基因库管理：对遗传基因档案数据的采集、存储、检索等实现信息化管理。
2．3 兽药饲料管理
    生产管理：对兽医饲料生产企业进行生产制度和业务的管理，包括产品质量制度管理、产品质量合格证管理、生产记录管理、产品标签管理、产品留样观察管理等五大模块。
    检验管理：从事饲料、饲料添加剂质量检验机构对检验工作的记录管理，主要包括饲料采样管理、检测记录管理、检验报告管理、检验档案管理等四大模块。
    销售管理：销售管理是指销售单位在销售过程中对产品入库、产品出库以及产品去向进行的登记管理。
    质量管理：饲料管理部门根据饲料、饲料添加剂质量监督抽查工作规划，可以组织对饲料、饲料添加剂进行饲料抽查，并会同同级产品质量监督管理部门公布抽查结果。
2．4 屠宰加工管理
    屠宰检疫管理：包括进场报检、入场审核、入场登记、待宰巡视等信息的采集和上传。
    无害化管理：包括无害化处理记录表的填报和上传。
    证单管理：包括产地证、运输消毒证、耳标的管理和合格证打印，以及产品流向表录入等。
2．5 产品检测管理
    产品检测管理的重点是对畜产品检测过程和检测结果进行管理。
    检测申报：畜产品经销商或购买者将需要检测的畜产品送达检测站(中心)，并填写产品来源、名称、规格等，具体功能包括检测样品编号、填写检测申请单。
    产品检测：检测机构根据检测申请单和送达的样品进行实物检测，并填写检测过程和结论，具体功能是填写检测报告。
    公告结果：检测机构将检测完成的申请单与检测报告进行再次核实，如无意见，即可发布检测报告，以供网络用户查询，具体功能包括审核报告、发布报告。
    综合查询：按检测类别、检测单号、检测日期等查询检测报告，具体功能是检测报告查询。
2．6 奶业收购管理
    奶业收购管理的重点是对奶品收购业务流程进行管理。其中：
    奶源基地信息管理就是对系统维护奶源基地的规模、下辖奶牛养殖场、相关负责人联系方式等信息的管理。
    鲜奶收购管理主要是收购登记(奶站登记收购的鲜奶信息)、电子封识管理(检查电子封识是否完整，且信息是否正确)、远程视频监控、农户身份证管理(通过验证发给农户的RFID身份证，用于对奶源进行检验，确保奶源符合要求)。
    行政监督管理实现对生鲜乳收购许可证管理、生鲜乳准运证管理、生鲜乳购销合同的注册与发放管理。
    数据统计管理包括收购量统计、运输记录查询、生鲜乳收购许可证查询、生鲜乳购销合同查询、生鲜乳收购站情况统计等。
    事实上，通过对奶品奶源乳牛加戴耳标，可实现奶业源头的数字化管理。在奶罐加装RFID标签，可确保奶罐标识的唯一性，实现奶品收购过程中奶品质量的跟踪和可追溯。而在奶罐运输车辆车门加装RFID电子封识，可以保障奶罐运输途中安全无调换。在奶罐运输车辆加装GPS定位和运行轨迹跟踪，可以保障运输车辆的在途安全。奶品包装采用条型码标记，可以实现销售流通环节的产品跟踪以及后续产品的可追溯。

3 结语
    本畜产品溯源系统目前仍处于开发试点阶段，其实现过程中仍然存在诸多问题。随着技术、标准和行业体制的不断健全和完善，仍需要努力攻克核心技术，尽陕制定行业一系列相应的配套法律规范，不断地将其完善，使示范区整体溯源系统规范化运行后向全疆推广。