基于物联网的有机茶安全产销体系研究

引言

《食品工业“十二五”发展规划》提出，中国将在“十二五”时期推进食品安全可追溯体系建设，推进物联网技术的示范应用，完善食品生产企业的信息化服务体系，构建质量安全、绿色生态、供给充足的中国特色现代食品工业，实现持续健康发展。《中华人民共和国食品安全法》明确了食品安全追溯的要点，规定企业在食品生产环节、加工环节、流通环节都要有能够实现追溯所要记录的内容，强化了“从农田到餐桌”的全程监管。针对食品安全可追溯系统的迫切需求，全国各地纷纷建立起各自的可追溯体系，很多学者也纷纷对食品、农产品质量安全的追溯、溯源进行了系统研究，主要涉及系统设计、数据采集及数据存储技术、预警决策等方面。

随着无公害食品行动计划的实施，中国茶叶质量安全水平已大大提高，但茶叶质量问题依然不少，近期国家质检局对50种茶叶产品的抽检合格率仅为70%。纵观国内各类食品安全事件，最主要的原因不是制度的缺失，不是系统平台的匮乏以及功能的不完善，而是很多环节数据后期的人为干预、篡改、伪造。即使是最先进的技术应用、最完善的平台功能、最严格的预警监测标准、最公正的第三方监督，如果依赖的数据是不真实的，是后期根据“需要”加工、伪造的，那即使做到了“可查询、可追溯、可监督、可控制、可管理”，仍无法从根本上保证食品安全。在茶叶全产业链应用物联网技术构建追溯系统，是消除日本、欧盟等国家因农产品追溯制而设置的贸易壁垒，提高中国茶产品的国际市场竞争力和发展智慧农业的巨大契机，对提高茶叶质量安全水平、源头的茶叶加工质量、流通过程中的茶叶质量管理、优化茶叶产业结构等问题都有着重大意义。

1基本概念

1.1物联网

物联网是指通过RFID（无线射频识别，RadioFrequencyIdentification）,红外感应器、GPS（全球定位系统，GlobalPositioningSystem）、激光扫描器等信息传感设备和智能处理等技术，对物品的信息进行感知、采集和处理，并按约定的协议，通过有线或无线网络对信息进行传输和交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，是在互联网基础上延伸和扩展的网络。物联网概念中的最核心技术包括两方面:一是RFID无线射频识别技术，利用射频信号识别目标，采集信息；二是EPC产品电子代码技术，为每一个对象分配一个编码，该编码存入硅芯片制成的电子标签内，实现了全球物品信息的共享。

1.2云计算

云计算（CloudComputing）是一种分布式计算方式，它将大量计算、存储、网络等资源池化，是基于互联网的超级计算模式，使各类系统能够通过互联网获取计算资源环境、各种资源和实现服务。

1.3有机茶

所谓有机茶，就是在无任何污染的产地，按有机农业生产体系和方法生产出鲜叶原料，在加工、包装、储运过程中不受任何化学物品污染，并经有机认证机构审查颁证的茶叶产品和再加工制品。

2有机茶安全产销体系研究

2.1基于物联网的有机茶安全产销体系结构

基于物联网的有机茶安全生产体系结构如图1所示，该系统由感知层、网络层和应用层3部分组成。感知层利用各类传感器、RFID标签与读写器、智能测控设备及其他各种感知设备实时采集各种对象、事件信息；网络层利用专业IP网络、虚拟专用网（VPN）、互联网、移动通信网、专用无线通信网以及异构网络互联，构成新一代网络，把感知的信息实时、准确地传递出去；应用层对物体进行智能化的控制和管理，实现有机茶产销的农事、采青、验收、做青、炒青、仓储、包装、运输、销售等生产环节的数据采集，以及客户关系管理、产品营销管理、财务核算管理、茶园及专卖店视频监控、第三方政府部门监控和监管，利用管理服务层的中间件等技术手段，完成基于云服务的数据存储与处理、数据挖掘与智能决策、智能控制、行为模型分析以及产销追溯。

2.2产销数据的采集

有机茶的生产环节包括农事、采青、做青、炒青、仓储、包装，不同的有机茶品种，在采青、做青、炒青的环节有所区别,如有机红茶的做青包括晒青和萎凋，而有机铁观音的做青包括晒青、冷却、摇青、发酵环节。为了尽可能地减少和避免产销环节数据的后期人为干预、篡改、伪造，基于物联网的有机茶产销平台应最小化传统的人工录入数据模式，各环节的数据采集应最大化地利用物联网采集及服务器端的数据智能关联处理来完成。下面介绍几个关键环节工作方法。

2.2.1分合堆

在茶叶制作的过程中，需要根据当前茶叶的等级进行划分，称为分堆；把相同等级的进行合并处理，称为合堆。图2所示就是分合堆的示意图。该过程贯穿于茶叶的各生产环节中，各环节没有固定的分合堆数，完全根据现场生产情况进行分合堆处理，是实现茶叶生产数据采集的最复杂环节。

分堆时，工作人员利用手持RFID读写器读取预分堆茶青容器A的编号，把各等级的茶青在溯源电子秤上称重，连同A的编号写入茶青容器B、C的RFID中。每个容器的RFID在没有执行擦除指令前，数据的写入是追加写入方式,即某一RFID中可能记录多个茶青来源RFID编号。在向上位机进行数据传输时，会同时把当前时间、当前制茶工艺编号、分合堆工作人员编号、父堆编号、子堆编号同时传输。上位机根据接收的数据及当前分合堆的环节数据信息，规范化父堆、子堆对应关系以及分合堆作业数据信息并存储。

2.2.2包装

现有追溯系统的追溯码沿用一维码或二维码格式及内容，通常18位或23位。在通过终端进行追溯时，存在极大的易输错可能性，同时这类追溯码具有一定的规律性，固定的位段表示产品生产的商家、省市、日期等信息，存在易仿冒的可能性。产品的追溯码是对产品进行追溯的关键，应该易于输入且即使同批次产品也应无关联性和规律性。

有机茶产销平台的产品追溯标签选择RFID柔性不干胶标签，以三种方式记录产品的追溯码：打印在标签表面的一维追溯码，打印在标签表面的二维码，写入标签背面RFID中的追溯码，分别针对Web、手机终端的手动输入查询，扫描枪的一维、二维码的扫描输入查询，RFID读写器的非接触输入查询。

包装主要信息:工作人员信息、车间信息、包装日期、视频记录等数据采集，平台根据当前批次产品的详细信息，实时生成二维码及产品信息内容，同时完成产品与RFID标签、二维码的关联。在销售时，可以通过二维码读写器，以及网上和手机追溯，还可以在专营店或直营店，通过RFID读写器扫描产品RFID标签中的内容进行产品全产业链信息的追溯。

2.2.3运输

因为茶叶产品的特殊性，在保存、运输过程中有较高的温度、湿度要求，所以应提供有效的冷链运输。在专卖店或直营店需要的茶叶成品数量比较少时，可以采取使用冷藏箱通过飞机空运的方式完成。当带有RFID标签的冷藏箱到达专卖店或直营店时，阅读器读取标签的ID号，并将它们发送到上位机。同时专卖店或直营店的茶叶存储冷藏柜上方安装的RFID阅读器，读取范围可以辐射到整个茶叶存放区域，用以读取冷藏柜的温度信息并实时发送到上位机管理中心。

2.3基于云计算的管理服务

图3所示就是基于云计算的管理服务体系示意图。有机茶的产销安全需要物联网技术的全方位数据采集、传输支撑,同时也需要云计算支撑大量实时数据处理及运算，二者相互融合、交叉，互为基础和补充。只有数据采集而没有各类分析服务，则无法发现存在的问题及隐患；而没有大量数据采集的前提，其各类服务也将成为一句空话。

图3  基于云计算的管理服务

2.3.1基于网状数据组织与存储架构的生产加工全过程智能溯源服务

茶叶的各加工环节一般都存在如图4所示的分合堆情况。研究设计农事、采青、做青、炒青、仓储、包装全过程的无层级数限制的网状结构数据存储模式，以及各层级环节之间的分合关系表示方法，在对茶叶产品的生产环节溯源时，就能从下至上按照层级环节之间的实际关系进行智能分析及快速查询，从而给出同该产品相关的全部生产环节数据。当产品出现质量问题时，为发现问题的根源及追责提供直观、准确的生产相关数据，缩短应急处理反应时间，使企业管理者能快速做出反应和调整，最大程度地减少残次、不合乎食品安全标准的茶叶产品的生产数量，降低企业的成本损失。

图4  加工环节网状关系示意图

2.3.2基于树状数据组织与存储架构的流通销售全过程智讎踪服务

图5所示是基于茶叶流通销售全过程的多层级、多环节数据模型，该模型研究设计了从产品出厂物流、各级经销商、消费者的全过程的无层级数限制的树状结构数据存储模式,以及各环节之间父子、兄弟关系表示方法，可支持环节层级根据需要动态增加和减少。当发现某产品批次有问题时，可快速追踪在各级经销商的库存以及各环节销售数据，并可以对库存产品进行冻结封存，利于问题产品的快速召回和补救，从而将危害及损失降到最低。

2.3.3基于云服务的全产业链茶叶安全管理与运营的第三方监管及预警服务

图6所示是茶叶全产业链质量监管第三方部门关系图。在第三方政府监管部门对某批次产品进行检测，并把检测结果录入平台系统后，系统将自动把检测结果同国际标准、国内标准等参数指标进行对比分析，一旦达到预警阈值，则首先对同批次产品进行自动冻结封存，冻结封存的产品将无法在平台系统中进行流通和销售，其次将实时把预警信息通过邮件、短信等方式通知系统预设用户群。

2.3.4全产业链的水平数据及垂直数据动态权限管理服务

因为生产商、销售商、消费者、政府监管部门对产品全产业链各环节的数据需求目的不同、关心的方向不同，所以系统平台呈现给各类用户的数据内容及数量应有所不同，系统通过提供全产业链各环节数据的水平及垂直的动态权限管理实现上述要求。如生产商应具有生产环节和销售环节的水平、垂直全部权限，销售商只具有产品信息、上一级销售商、下一级销售代理商以及消费者信息的部分垂直权限，消费者具有直接购买的销售商以及产品信息的部分垂直权限，政府监管部门在发生食品安全问题时具有对某一批次产品全产业链数据的水平权限。

2.3.5VIP客户购买行为分析服务

某VIP客户购买茶叶产品时，平台能实时根据该用户的历史购买行为、当前时期进行分析。一旦本次购买的数量超过分析数量的阈值，将启动联动预警功能，把该用户信息、购买的途径(直营店、专卖店、电子商务)、产品、数量推送至总部的监控部门，由该部门进行跟进，以防止个别用户通过大量购买有机茶产品用于其他非法用途。如欧盟有机茶认证时期，个别有机茶种植生产厂因为自己的产品无法达到认证标准，而采取购买优质有机茶代替自己产品送审的情况就时有发生。通过实时客户购买行为分析服务，能及时发现非常规现象,有利于自身品牌维护及行业规范的健康发展。

2.3.6财务核算服务

基于云服务的在线财务统一核算服务，对所有专卖店、直营店、总公司的全部业务运营的财务数据进行统一核算管理。有机茶产品采取统一标价模式，因此每家专卖店、直营店每销售一件产品，平台都会实时地核算进销存的财务数据，一旦发现不符，将立刻启动联动报警功能，该专卖店、直营店的实施监控录像、销售数据、销售员、购买用户等信息将立刻以推送方式推送到总部监管部门，可以从一定程度上遏制串货行为。

3实际应用案例

有机茶安全产销体系已经在漳州光照人茶业有限公司分阶段实施。该公司的有机农场和有机茶园位于福建省漳州市，占地2300多亩，有机茶加工厂占地6000m2,是国际有机农业示范基地、国际有机农业运动联盟(IFOAM)会员单位，已经通过国家QS质量安全认证，国际食品安全管理体系ISO22000(HACCP)认证，欧盟、美国USDA和日本JAS有机认证以及中国农科院有机茶认证和发展中心的有机认证。基于物联网的某场有机茶安全产销体系结构如图7所示。

通过RFID传感器网络进行信息采集与融合，基于云计算提供产销安全管理服务，在该公司实施本文研究成果，将更具有代表性，并可以在实施过程中，针对反馈的问题进一步修正和完善本体系。该体系建设分3期进行，首期已经完成了生产数据采集、电子商务、追溯查询、财务核算、茶园视频监控、直营店/专卖店视频监控、客户关系管理等软硬件建设。

4结语

根据我国有机茶全产销链质量安全需求，依据国家QS质量安全认证，国际食品安全管理体系IS022000(HACCP)认证，欧盟、美国USDA和日本JAS有机认证以及中国农科院有机茶认证和发展中心的有机认证等要求，对基于物联网的有机茶安全产销体系进行研究，从农事、采青、加工、运输、销售、用户、第三方监管等方面对有机茶产销进行多维度质量安全管理。该产销体系已经在某茶场分阶段实施，在实施过程中对该体系进行验证，同时利用反馈的问题进一步修正和完善该体系。通过有机茶安全产销体系的研究及应用，对提高中国有机茶产品的国际市场竞争力，以及其他各类农产品的安全产销体系的建设具有一定的借鉴和参考价值。

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