物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品全程質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用及推廣

王為 施建軍 朱元華 李偉 潘宗瑾 王海洋 潘群斌

摘要 剖析物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，尤其在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，并綜述江蘇地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r，提出其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，需大力發(fā)展和推廣。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全；溯源系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào) S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）27-09633-02

Application and Promotion of the Internet of Things Technology in the Quality Safety Traceability System of Agricultural Products

WANG Wei¹， SHI Jianjun²， ZHU Yuanhua³et al

（1.Agricultural Science Institute of Coastal Region of Jiangsu， Yancheng， Jiangsu 224002； 2.Siyuan Network Technology Co. Ltd. of Yancheng， Yancheng， Jiangsu 224002； 3.Bajie Ecological Fruit and Vegetable Professional Cooperatives in Tinghu of Yancheng， Yancheng， Jiangsu 224002）

Abstract This paper analyzed the system structure， the crucial technology， the practical application of the Internet of things in the modern agriculture， especially in the application of quality safety monitoring of agricultural products and summarized the development of Internet of things in Jiangsu Region. Finally the paper proposed a broad application prospect in agriculture field and would be developed and promoted vigorously.

Key words Internet of things technology； Quality safety of agricultural products； Traceability system

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息科技產(chǎn)業(yè)的第3次影響世界技術(shù)革新的信息浪潮，已然成為世界信息網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)^[1]。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是集農(nóng)業(yè)科技和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備技術(shù)。它將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種傳感器采集信息，幫助人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使農(nóng)業(yè)逐漸地從以人力為中心、依賴(lài)于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式，轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化和遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。它能營(yíng)造相對(duì)獨(dú)立的種植物或養(yǎng)殖物的生長(zhǎng)環(huán)境，擺脫傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)自然環(huán)境的高度依賴(lài)性，同時(shí)強(qiáng)化園區(qū)管理，提高農(nóng)業(yè)效率^[2]。我國(guó)已將“物聯(lián)網(wǎng)”明確列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（ 2006-2020 年）》和2050 年國(guó)家產(chǎn)業(yè)路線圖。農(nóng)業(yè)部也高度重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，近年來(lái)，先后組織實(shí)施國(guó)家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)工程，積極引導(dǎo)和推動(dòng)科研教學(xué)單位和相關(guān)企業(yè)投身農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范，在大田作物、設(shè)施園藝、畜禽水產(chǎn)、資源環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管等行業(yè)和領(lǐng)域呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)，試驗(yàn)示范出一批先進(jìn)適用的傳感器設(shè)備、一批配套的應(yīng)用軟件、一批成熟的技術(shù)應(yīng)用模式、一批可行的市場(chǎng)化解決方案，為糧食增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收以及解放和發(fā)展農(nóng)村生產(chǎn)力、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了先導(dǎo)示范作用。

1 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)主要分為3個(gè)層次^[2]：第1層次為傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括RFID（Radio Frequency Identification）、條形碼、傳感器等設(shè)備在內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其作用是實(shí)現(xiàn)信息的感知、識(shí)別、篩選和采集；第2層次為信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，即信息通道，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)（近）距離信息的傳輸與共享；第3層次為信息應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其主要作用是通過(guò)數(shù)據(jù)的處理和反饋來(lái)提供人們所需的各種信息服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的3個(gè)層次使得其可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息感知、方便且快捷的信息傳遞以及有效的系統(tǒng)智能反饋處理。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、身份識(shí)別技術(shù)、通信技術(shù)、智能處理技術(shù)。

身份識(shí)別技術(shù)即無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification Technology，RFID）^[3]，是在20 世紀(jì)90 年代逐步新興起來(lái)的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID 系統(tǒng)主要包括RFID 標(biāo)簽和閱讀器。RFID 標(biāo)簽主要組成部分是芯片與天線，每個(gè)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)唯一的電子編碼。閱讀器控制射頻模塊發(fā)射讀取信號(hào)，處理標(biāo)簽的識(shí)別信息。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村信息化領(lǐng)域有廣泛的實(shí)際應(yīng)用，如智能化信息管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程生產(chǎn)監(jiān)控和遙感系統(tǒng)、食品安全追溯系統(tǒng)等。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分析總結(jié)出植物生長(zhǎng)對(duì)空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光照度、土壤溫濕度、肥沃度、鹽分等需求規(guī)律和數(shù)值范圍，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的滴灌、施肥、通風(fēng)、治蟲(chóng)、光照等精準(zhǔn)科學(xué)控制；通過(guò)智能分析和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地把握植物生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境因素各項(xiàng)指標(biāo)的要求，并作出相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的增加和質(zhì)量的提高等。

4 在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

食品安全已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問(wèn)題，如何利用信息技術(shù)為食品安全生產(chǎn)服務(wù)是現(xiàn)在面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，RFID 技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用、方便操控，在食品安全生產(chǎn)和管理中應(yīng)用得較為廣泛。郭曼等分析了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量全程追溯系統(tǒng)流程與可追溯單元架構(gòu)，提出了以數(shù)據(jù)網(wǎng)格與RFID 相結(jié)合的方式構(gòu)建基于數(shù)據(jù)網(wǎng)格的RFID 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤與追溯系統(tǒng)^[4]。盧功明等提出了基于RFID 的牛肉加工數(shù)據(jù)采集與傳輸模型，能夠有效提高牛肉加工環(huán)節(jié)質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，進(jìn)而提高整體質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)求解的精度^[5]。趙金石等采用工業(yè)級(jí)觸控裝備技術(shù)、無(wú)線及有線網(wǎng)絡(luò)信息傳遞技術(shù)、RFID 非接觸式標(biāo)簽讀寫(xiě)技術(shù)、一維及二維條碼信息存儲(chǔ)技術(shù)等，建成了肉牛屠宰場(chǎng)質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)^[6]。

在食品安全控制和追溯中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以加大對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品從生產(chǎn)到流通整個(gè)流程的監(jiān)管，降低食品安全隱患。2009 年“金卡豬”正式出現(xiàn)在市場(chǎng)上，市民購(gòu)買(mǎi)貼有“電子身份證”的豬肉時(shí)更放心。所謂的“金卡豬”便是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用RFID 電子標(biāo)簽對(duì)生豬的飼養(yǎng)、防疫滅菌、產(chǎn)品加工、食品流通等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)行全面的信息監(jiān)控，將每頭豬的信息都儲(chǔ)存在芯片中，制成電子耳標(biāo)和體標(biāo)。市民在購(gòu)買(mǎi)豬肉時(shí)，只需要通過(guò)銷(xiāo)售店中的電子讀寫(xiě)器掃描條形碼，便能查出豬肉的生產(chǎn)廠家、屠宰時(shí)間、檢疫時(shí)間、飼養(yǎng)場(chǎng)環(huán)境等詳細(xì)信息，從而建立“從農(nóng)場(chǎng)到餐桌”的食品供應(yīng)鏈跟蹤和可追溯系統(tǒng)，達(dá)到科學(xué)的全程化飼養(yǎng)監(jiān)控、安全生產(chǎn)監(jiān)控、市場(chǎng)化可追溯的高質(zhì)量、高水平、高效益的生產(chǎn)目標(biāo)^[7]。實(shí)踐應(yīng)用方面，國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)中心應(yīng)用安全溯源系統(tǒng)，條碼生成與打印以國(guó)際通用的EAN/UCC 為編碼基礎(chǔ)，用戶(hù)只需填入相關(guān)產(chǎn)地、地塊等信息，即可自動(dòng)生成條碼并打印出來(lái)。2006 年中國(guó)水產(chǎn)業(yè)推出魚(yú)類(lèi)產(chǎn)品智能防偽卡，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品的全程質(zhì)量跟蹤管理。

5 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究進(jìn)展

在美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)出口到當(dāng)?shù)氐牟糠质称繁仨毦哂锌勺匪菪砸螅駝t不予上市銷(xiāo)售。歐盟把農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)納入法律安全框架下。

江蘇農(nóng)業(yè)科技水平在全國(guó)領(lǐng)先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用在全國(guó)最早。自2009年11月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)在無(wú)錫建設(shè)國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)（國(guó)家傳感信息中心）以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)立即受到江蘇農(nóng)業(yè)的歡迎。省農(nóng)委系統(tǒng)安排實(shí)施27個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，分布于宜興、丹陽(yáng)、如東、睢寧、江都等26 個(gè)縣（市、區(qū)），在種植、養(yǎng)殖、加工以及農(nóng)業(yè)廢棄物處理等諸多領(lǐng)域加以示范應(yīng)用，初步顯現(xiàn)出4個(gè)特點(diǎn)。2009 年10 月，江蘇大閘蟹利用RFID 信息追溯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品的質(zhì)量可追蹤性、食品安全性以及食品質(zhì)量的可驗(yàn)證保證系統(tǒng)^[8]。

鹽城地處蘇北，為農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有較為廣闊的應(yīng)用前景，項(xiàng)目參加單位鹽城思源網(wǎng)絡(luò)公司為鹽城市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程研究中心依托單位，具有一定的相關(guān)研究基礎(chǔ)。前期在蠶桑上已經(jīng)應(yīng)用成功，在設(shè)施草莓生產(chǎn)上進(jìn)行相關(guān)探索，發(fā)現(xiàn)具有一定的可行性，提高了設(shè)施草莓的智能化、信息化水平，農(nóng)業(yè)增收、農(nóng)民增效。其與全程質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)具有非常大的潛力，將在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管方面起到非常關(guān)鍵的作用，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。

6 展望

物聯(lián)網(wǎng)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是對(duì)新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用，是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要發(fā)展方向和世界產(chǎn)業(yè)格局重構(gòu)的重要推動(dòng)力量。抓住以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇，加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)良性發(fā)展具有十分重要的意義。物聯(lián)網(wǎng)具有滲透性強(qiáng)、帶動(dòng)作用大、成長(zhǎng)潛力足、綜合效益好的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。加快發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)信息化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)民的生產(chǎn)生活深度融合，必將促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的根本轉(zhuǎn)變，必將為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力，也必將成為改變農(nóng)業(yè)、農(nóng)民和農(nóng)村的新力量。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將提高江蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)智能化、自動(dòng)化水平，尤其是在設(shè)施栽培、全程質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用水平，能加大農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、生態(tài)安全監(jiān)管力度，共建百姓放心“菜籃子”工程，將為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收作出貢獻(xiàn)，屬于高效益+新業(yè)態(tài)，在策應(yīng)蘇北全面小康、集聚蘇北科技資源、提升產(chǎn)學(xué)研合作等戰(zhàn)略部署方面發(fā)揮積極作用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)前景廣闊，需大力推廣應(yīng)用。

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