基于物联网的食品安全溯源体系分析

2  食品安全溯源体系分析

食品产业链具有生产环境恶劣、流通环节复杂、产品形式多样、售卖方式灵活等特点，在安全体系中，其主要是食品的可溯源,这一方面需要采用物联网相关技术整合产业链上下游数据流，解决大规模数据高效存储备份和网络传输、食品产业链数据多途径溯源等难点问题;另一方面，需要针对产业链上各环节的特点，实现复杂环境下RFID数据的采集传输、食品标签编码设计、食品物流追踪、多部门网络食品安全监管和政府决策等核心技术。着眼于整个民生产业链安全问题的食品安全溯源体系图如图1所示，而利用物联网应用体系，则可重点解决业务数据采集、存储和智能分析等问题。

建立整个食品安全体系时，首先应针对食品复杂、恶劣的生产加工环节，设计出高可靠的RFID识别和数据采集相关设备，形成设计生产链;其次要研究大规模数据存储分析算法和食品信息安全模型，实现并部署食品安全溯源核心软件系统;第三,研究高性能计算环境下数据中心相关技术，设计数据压缩算法、高性能计算分析模型、数据备份恢复模型，建立高性能数据处理和分析解决方案并实际部署；最后，要建立食品安全监管和市场风险预警决策模型,实现多部门食品安全联合监管和政府决策，建立针对食品安全的物联网应用模式，以最终形成一种基于物联网的食品安全溯源体系。

3  基于物联网的溯源体系关键技术

食品安全溯源体系的建立,必须以信息技术为基础。在溯源体系中，要求每一个环节都要能够可识别和可追踪。通过物联网技术能把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。物联网产业链可以划分为标识、感知、处理和信息传送四个环节,每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的传输网络。如何理清现实生活中产业链上下游业务数据，如何建立一体化的数据感知、传输、存储、分析系统模型，以及如何实现多部门之间的联合监管等，是物联网应用所面临的重点问题。

3.1  复杂环境下的RFID识别和数据采集

对于食品的生产和加工，由于环境相当复杂，现有的RFID技术规范标准还不统一，因而无法形成较完整的商业模式。目前,我国已引入了欧美等国家的畜产品强制认证,但只针对出口产品。由于我国的小农经济和食品生产经营的主体组织程度较低,生产技术水平差别大，因此，要提高食品生产的组织化程度,引入物联网技术,加强食品信息化水平，是食品安全的重要条件。我国可从食品链条较短的行业开始，优先在国内大城市引入，由少数大规模生产基地和大型超市进行示范，率先建立基于RFID识别和数据采集的食品产业链，逐步实现强制认证。让消费者相当关心的食品田间记录、添加剂、生产者、检测等信息有据可査，是形成食品安全产业链的关键。

3.2  部署信息核心软件系统

食品信息经过采集后，如何进行存储、部署和远程査询，是形成食品安全溯源的保证。欧美等发达国家在规范市场方面，已经出台了一系列相关的法律法规，要求在欧盟国家销售的牛肉制品和生鲜水果、蔬菜信息都要具有可追溯功能，以保证饮食安全卫生。在信息管理上，欧盟国家的牲畜都建立了大型数据库，以便对其一生的信息都进行管理。

我国由于技术限制，造成食品信息传递不够及时，并且不能立即反映有效情况。利用物联网平台,可将所有分散的生产、流通、销售各个环节中的信息连在一起,在确保食品信息真实有效的情况下，建立食品信息安全模型，使消费者能在第一时间获取保障自身利益的信息,促使生产企业严格监督管理，重视自身产品的质量。

3.3  建立高性能数据处理中心

随着物联网的逐步部署，食品安全信息剧增，监管数据规模庞大，数据结构纷繁复杂，食品安全信息系统要实时处理分析大量的测量数据,这就要求系统具备较强的数据存储、检索和分析能力。故要研究设计数据中心相关技术，包括数据压缩算法、计算分析模型、数据备份恢复模型等，并运用模式识别、人工智能等方法对市场信息进行分析判断，从而为政府决策部门提供相关信息功能，以便于决策部门尽早采取措施，避免或减轻给食品安全带来的危害。

3.4  建立食品安全监管和政府决策机制，实现食品市场规范高效管理

物联网平台应用于食品安全体系的最终目标是形成一套食品安全溯源服务平台，并形成通用可扩展的信息系统，为消费者、政府部门提供真实、可靠的检索数据和分析结果，形成一种完整的物联网商业应用模式。因此，需要根据国内市场的特点，研究物联网应用体系架构、可扩展性、业务逻辑模型等问题，最终形成面向食品安全行业的示范体系。通过对各项数据监控,大幅度提升政府职能部门对食品在各个流通环节的有效监管，同时要提供市场风险预警，引导政府做出正确决策，实现对食品市场的规范和高效管理，促进我国食品行业的健康发展，保证老百姓食用食品的安全。

4  系统设计

食品安全溯源体系既要追踪产品，也要追踪过程，系统不仅要将本环节的信息进行标记，还要采集前面已有的信息，并全部进行标识，以备下一环节的使用。任何一个环节需要了解产品的信息，输入产品的代号即可从中央数据库得到，追溯速度很快，透明度高，图2所示一个食品安全溯源体系的系统设计结构框图。

4.1  数据采集

数据采集指的是以RFID核心技术为基础对食品的相关生产现场活动进行实时监控。食品安全是一个系统工程，应该能追溯落实到各个环节，而不是采用局部环节的数据采集和数据跟踪。局部方式只能保证个别环节没有问题，而无法得到食品流转的全息数据。因此，要将数据采集和跟踪贯穿到食品的生产、加工、物流、销售的整个流程中，只有这样,食品安全保障工作才能行之有效,真正做到安全放心。体系中的所有数据都来源于食品第一线，现场信息采集模式可釆用RFID阅读器、无线网、PDA等方式，以通过获取食品RFID芯片信息来获取实时食品的相关信息。

4.2  标准体系

标准体系主要包含RFID标准，大致可分为四类:技术标准、数据内容标准、一致性标准、应用标准。其中涉及食品安全追溯信息的相关规范标准内容主要包括数据元、交换格式信息、交换日期和时间表示法(GB/T7408),以及商品条(GB12904码)、信息技术数据元的规范与标准化(GB/T18391-2002)等。而数据元的名称、类型、值域也应当分别符合相关法规的要求。

现阶段国际上主要的RFID标准有ISO组织的ISO/IEC18000.美国的EPCGlobal和日本的UID。我国推出的强制性食品安全追溯标准有：《食品安全食品追溯编码规则》(DB11/Z523—2008)、《食品安全数据元目录规范MDB11/Z524-2008)₀标准层可为食品安全追溯系统数据库建设和数据交换提供统一的、共同遵守的数据交换规范，以便为构建食品安全追溯系统数据模型提供技术基础。

4.3  网络接入

网络是将所有分散的生产、加工、物流、销售等各个环节中的信息连在一起的桥梁。模型采用RFID技术实时记录品控环节的主要操作信息,并结合IN-TERNET,GPRS.Zigbee乃至3G等现代通信网络技术将过程数据信息上传到数据中心区，以适应广大农村和加工厂复杂的应用环境，以便在实现政府分段监管职能的同时,对于食品来源的每个环节都可进行实时的追溯査证。同时通过网络及XML技术的应用来实现数据的集中存储、管理，数据输入后可立即査询，因而拥有低维护成本和客户端零安装优势。由于网络接入的具体环境、使用设备的不同，在每个具体应用时需要采取最有效的网络接入方式。

4.4  协议

协议主要指系统中釆用的网络协议，除了必须的HTTP,TCP/IPJEEE802.11,还涉及到GPRS.SL-RRPo其中GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service),可通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。

RFID网络协议SLRRP(Simple Lightweight Reader Protocol)是一种简单、灵活的阅读器网络协议，可用来在控制器和阅读器之间传送配置、控制、状态以及标签信息。SLRRP在协议体系结构、协议通信模型、消息格式和类型、协议参数、协议安全机制等方面都作了详细的规范。

4.5  数据中心及监管平台

可溯源体系涉及多个行为主体，建立一个可靠的食品可追溯系统的前提和关键是对数据进行整合，建立各行为主体信息共享机制和食品安全信息数据库，实现从原料到最终产品的追踪及其过程的反向追踪同时能实现消费者、企业、政府之间的信息共享。

服务平台以质量技术监督局、工商、防疫、卫生等涉及到食品安全的相关政府部门为主要用户，其它政府部门为辅，各施其监管职能，将质量产品控制策略信息传输到食品安全公用数据中心，逐步建立政府食品安全监管公共服务平台。

4.6  应用系统

应用系统一般由开放的数据终端组成。该系统可使经营者或普通民众用户通过输入自己购买食品提供的相关数据来在应用系统査询此食品的原料来源、生产地、销售商等信息。事实上，应用系统融合了多种信息技术，充分体现了科技为民生服务的理念。

4.7  相关政策法规

相关政策是溯源体系设计、运作的依据。例如《中华人民共和国食品安全法》、《农产品质量安全法》、《动物防疫法》等都提出了实行食品、动物产品安全追溯的原则性规定，明确规定食品实行安全溯源制度的规章和法规。工商、质检和卫生等部门可以通过数据中心查看食品的饲养、加工、流通、消费、质量等信息，并为政府提供相关决策数据。

5  结论

食品安全是民生大计，建立基于物联网的食品安全体系平台还需多方协作。从物联网发展的规划看，基于物联网的系统平台搭建后,再进行食品的信息存储体和传感设备的安装是物联网建设的合理顺序。

因此,首要任务是先进行物联网系统平台规划，不能盲目从单纯性电子标签等存储体去发展,而要依托政府部门建立复杂环境下的数据采集和存储等系统平台，设计数据中心和监控平台，整合食品产业链数据，建立溯源体系才是必经之路。每一项新技术的发展，都会诞生新的行业和经济增长点，目前，物联网在食品安全的应用还处于探索研究阶段，国外较成熟的商业模式只涉及部分农畜产品。按照中国互联网现状和各项基础条件来看，物联网在食品安全领域的应用仍有很艰难的一段路要走。相信经过各方面的共同努力，物联网会对我国的经济起到积极的推动作用。