農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)的混合模式研究

胡振++羅通彪++楊華++曾慶勇++譚鶴毅

摘要：通過農(nóng)產(chǎn)品供應鏈模式的調查、分析，依托計算機網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和二維條碼技術的最新進展，提出了農(nóng)產(chǎn)品溯源信息的混合標識預編碼方案，確定了追溯信息平臺的混合網(wǎng)絡架構，設計了追溯信息的混合查詢模式，對相關研究和開發(fā)工作具有參考價值。

關鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品；供應鏈；追溯；網(wǎng)絡架構；信息查詢；質量安全

中圖分類號：S126；TP319 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）18-4814-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.047

食品安全問題日益引起人們的廣泛關注，歐盟、國際標準化組織和美國、日本、澳大利亞等相繼發(fā)布了有關食品安全可追溯性的法規(guī)和標準，英國、美國、荷蘭等率先建成了牲畜養(yǎng)殖和畜產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)。中國雖然起步較晚，但隨著《中華人民共和國農(nóng)產(chǎn)品質量安全法》、《農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯操作規(guī)程》、《我國農(nóng)產(chǎn)品質量快速溯源過程中電子標簽應用指南》等一系列法規(guī)、標準的逐漸發(fā)布，國內的農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)建設也在經(jīng)歷了試點、示范階段之后逐漸進入應用、發(fā)展階段。

從設備、技術、建設過程和應用管理諸方面來看，農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)具有一定的復雜性。從盡量壓縮系統(tǒng)規(guī)模、降低實現(xiàn)難度和節(jié)約建設成本的角度出發(fā)，實際的系統(tǒng)設計都不追求“大而全”，而以“精簡、夠用”為原則：它們或針對某類農(nóng)產(chǎn)品[1，2]，或采用單一編碼標識方法[3，4]，或設計為單一網(wǎng)絡架構[5，6]，或支持單一查詢方式[7，8]。近年來，由于中國國民經(jīng)濟的發(fā)展、技術水平的提高和用戶需求的更新，建設適用范圍更廣、使用更加靈活方便的農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)已成新的目標。在此環(huán)境條件下，本研究借鑒已有成果，以農(nóng)產(chǎn)品供應鏈模式為基礎，綜合應用當前主流技術和方法，研究了農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)的混合模式——包括混合編碼與標識、混合網(wǎng)絡架構和混合查詢模式。

1 農(nóng)產(chǎn)品供應鏈模式分析

不同地區(qū)、不同種類農(nóng)產(chǎn)品供應鏈模式的差異，決定了追溯系統(tǒng)結構、溯源指標體系及其編碼標識方法的不盡相同。以川東北地區(qū)為代表，調查、分析了多類農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和流通過程，其主要供應鏈模式如下：

Ⅰ.生產(chǎn)主導模式。生產(chǎn)者完成生產(chǎn)、粗加工和包裝，通過物流直送到銷售終端（或出口），主要適用于果蔬和水產(chǎn)品。該模式?jīng)]有中間環(huán)節(jié)，溯源信息僅包括“生產(chǎn)+銷售+物流”三部分內容；

Ⅱ.批發(fā)主導模式。粗加工并包裝后的農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)由批發(fā)中心（包括產(chǎn)地批發(fā)中心、銷地批發(fā)中心等）配送到銷售終端，適用于各類種植和養(yǎng)殖農(nóng)產(chǎn)品。該模式流通環(huán)節(jié)增多，其間通常更換包裝，發(fā)生質量安全問題的風險增大，相應的溯源信息包括“生產(chǎn)+批發(fā)+銷售+物流”等更多內容；

Ⅲ.加工主導模式。加工者從生產(chǎn)者獲取農(nóng)產(chǎn)品原料進行深加工，產(chǎn)品通過批發(fā)中心或直接配送到銷售終端（或出口），主要適用于糧油、茶葉、水產(chǎn)和畜禽類動物產(chǎn)品。該模式下農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)過嚴格的檢測并有完整的包裝，質量安全較有保障，溯源信息則包括“生產(chǎn)+加工+批發(fā)+銷售+物流”等內容[9]。

農(nóng)產(chǎn)品供應鏈模式如圖1所示。其中，①、④為農(nóng)產(chǎn)品供應鏈的基本環(huán)節(jié)，前者為生產(chǎn)基地或農(nóng)業(yè)合作社，后者包括超市、農(nóng)貿(mào)市場和食堂、飯店等。環(huán)節(jié)①、④構成模式Ⅰ，加入環(huán)節(jié)③即成模式Ⅱ，再納入環(huán)節(jié)②則為模式Ⅲ。

2 農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源信息的混合標識與編碼

2.1 溯源指標的確定

農(nóng)產(chǎn)品供應鏈由多個環(huán)節(jié)構成，每個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量信息，不可能將其全部錄入追溯系統(tǒng)。因此，必須依據(jù)HACCP（Hazard analysis and critical control point，危害分析與關鍵控制點）、ChinaGAP（Good agricultural practices，良好農(nóng)業(yè)規(guī)范）、GMP（Good manufacturing practice，良好加工操作規(guī)范）體系和其他相關標準、法規(guī)，對農(nóng)產(chǎn)品供應鏈中各環(huán)節(jié)的關鍵信息進行篩選，形成一個合理有效的農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源指標體系。

溯源指標體系應包括兩部分內容：①用于追溯農(nóng)產(chǎn)品的來源、目前位置和去向的過程溯源指標；②反映農(nóng)產(chǎn)品安全相關信息的安全溯源指標。

以供應鏈模式Ⅰ的果蔬產(chǎn)品為例，篩選出各環(huán)節(jié)的溯源指標如下：

1）生產(chǎn)環(huán)節(jié)。對于主流的“公司+基地+農(nóng)戶”生產(chǎn)模式，其過程溯源指標包括公司、基地、農(nóng)戶、農(nóng)田編號及責任人、種子來源、播種日期、采收日期、產(chǎn)品去向等，安全溯源指標則包括化肥和農(nóng)藥的名稱、殘留量等。

2）批發(fā)環(huán)節(jié)。對于各級農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)中心，過程溯源指標應為批發(fā)中心、供貨單位、進貨日期及數(shù)量、批銷單位、批銷日期及數(shù)量、批銷去向等，安全溯源指標則有檢驗檢疫結果、暫存溫度、濕度等。

3）銷售環(huán)節(jié)。對于各類銷售終端，其過程溯源指標應有供貨單位、進貨日期及數(shù)量、銷售單位、上架日期、銷售日期及數(shù)量等，安全溯源指標則包括庫存地點、溫度和濕度等。

4）物流環(huán)節(jié)。對于貫穿于整個農(nóng)產(chǎn)品供應鏈的各物流環(huán)節(jié)，其過程溯源指標包括物流企業(yè)、運輸工具、貨品數(shù)量及裝箱規(guī)格、發(fā)貨方與收貨方、運輸時間、路線、責任人等，安全溯源指標則有運輸溫度、濕度等。

2.2 溯源信息的混合標識方案

目前主流的信息標識技術為RFID（Radio frequency identification，射頻識別）和二維條碼。射頻識別利用無線電波對記錄媒體進行自動讀寫，其優(yōu)點為存儲容量大、封裝樣式多、讀取距離遠、能同時識別多個標簽、可用于灰塵、油污、雨水等惡劣環(huán)境；二維條碼利用特定幾何圖形按照一定規(guī)則在平面上分布條、空相間的圖形來記錄信息，具有信息容量大、抗干擾能力強、糾錯效果好、對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的依賴性低等優(yōu)點。其中，QR Code（Quick Response Code，快速響應矩陣碼）能夠超高速、全方位識讀并有效表示漢字，因而在國內得到廣泛應用。

基于對農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節(jié)的環(huán)境條件和系統(tǒng)建設成本的綜合考慮，溯源信息可采用RFID與QR Code混合標識方案，具體包括3種：

Ⅰ.畜禽、水產(chǎn)等農(nóng)產(chǎn)品，因價值相對較高，且其供應鏈各環(huán)節(jié)所處環(huán)境“惡劣”，故宜采用RFID標識技術。相比之下，糧食、果蔬類農(nóng)產(chǎn)品則價值較低、各環(huán)節(jié)所處環(huán)境較好，可選擇成本更低的QR Code標識方法。

Ⅱ.在同類農(nóng)產(chǎn)品供應鏈的不同環(huán)節(jié)，其所處環(huán)境和操作條件也有差異，因此應選用不同的標識方法。如畜禽產(chǎn)品在屠宰、批發(fā)和物流環(huán)節(jié)通常需要更換包裝，且環(huán)境相對“惡劣”，宜于采用RFID標簽；而養(yǎng)殖和銷售環(huán)節(jié)則環(huán)境相對穩(wěn)定，操作也較方便，可以換用QR Code標簽。

Ⅲ.在批發(fā)和物流環(huán)節(jié)，大包裝（如集裝箱）使用RFID 標簽，小包裝（袋、包、盒等）粘貼QR Code標簽。系統(tǒng)讀取QR Code標簽后自動鏈接到對應RFID所關聯(lián)的產(chǎn)品信息，因此無需在數(shù)據(jù)庫中存儲大量的小包裝產(chǎn)品信息，這樣既能節(jié)約標簽使用成本，又可減少服務器存儲空間的開銷[10]。

2.3 溯源信息的混合編碼技術

將農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節(jié)的關鍵溯源指標信息按規(guī)則編碼，即得農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯碼。編碼規(guī)則既應遵從國際、國內標準，也要適應選定的標識方法，因此根據(jù)EPC編碼規(guī)范、采用混合編碼技術來實現(xiàn)RFID和QR Code標簽中溯源信息的編碼。

2.3.1 EPC 256 Ⅲ編碼結構 EPC（Electronic product code，產(chǎn)品電子編碼）編碼體系是全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)EAN.UCC的延續(xù)和擴展，能實現(xiàn)單個物理對象的全球惟一標識，應用廣泛的主要為64位、96位和256位3類。其中，EPC 256 Ⅲ編碼結構宜于用作農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯碼結構，其由標頭（版本號）和3個信息碼段組成，如表1所示。

2.3.2 溯源信息的編碼設計

1）EPC管理者碼段用32位數(shù)字標識農(nóng)產(chǎn)品供應鏈中各節(jié)點企業(yè)代碼，這是實現(xiàn)追溯的關鍵，如表2所示。

2）對象分類碼段用14位數(shù)字標識農(nóng)產(chǎn)品的種類、名稱和產(chǎn)地代碼，如表3所示。

其中，農(nóng)產(chǎn)品的類別、分組和名稱根據(jù)GB 2763-2014編碼；產(chǎn)地編碼由縣級以上行政區(qū)劃代碼（6位）和鄉(xiāng)鎮(zhèn)代碼（3位）組成，分別采用GB/T 2260-2013、GB/T 10114-2003的代碼體系。

3）序列號碼段用16位數(shù)字標識農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)檔案號、采收批次及其在供應鏈各環(huán)節(jié)的批次流水號，如表4所示。

其中，生產(chǎn)檔案由產(chǎn)品備案號（3位）和生產(chǎn)批次號（3位）組成，前者的第1位為大類標識、后2位為流水號，后者的前2位為年份、后1位為年度批次；采收批次為生產(chǎn)環(huán)節(jié)的批次號；批次流水則依次由加工、批發(fā)和銷售環(huán)節(jié)的批次號組成。

2.4 混合標識與編碼技術的應用

以混合標識方案Ⅱ為例，首先在生產(chǎn)環(huán)節(jié)直接使用QR Code標簽記錄編碼，其中包括EPC管理者碼段的生產(chǎn)者代碼、對象分類碼段的全部編碼和序列號碼段的生產(chǎn)檔案、采收批次代碼；進入加工環(huán)節(jié)后，利用RFID中間件系統(tǒng)將QR Code標簽內容與本環(huán)節(jié)的關鍵信息轉換寫入RFID標簽的信息區(qū)域，添加的內容包括EPC管理者碼段的加工者代碼和序列號碼段的批次流水代碼；在批發(fā)環(huán)節(jié)僅需向RFID標簽的EPC管理者碼段和序列號碼段分別加入批發(fā)中心、供貨商代碼和批次流水代碼；在最后的銷售環(huán)節(jié)，再將RFID標簽內容、該環(huán)節(jié)的關鍵信息和溯源信息數(shù)據(jù)庫中的部分內容轉換輸出為QR Code標簽，以便消費者的追溯查詢操作。

3 農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)的混合網(wǎng)絡架構

3.1 系統(tǒng)的功能結構及主要運行流程

1）溯源信息管理中心。是整個系統(tǒng)的核心，共享數(shù)據(jù)庫中存儲著農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節(jié)的溯源指標信息和政府監(jiān)管部門（農(nóng)業(yè)、質監(jiān)等）、檢驗檢疫部門提供的相關信息，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的信息錄入、分析與輸出，并負責系統(tǒng)用戶及其權限的管理。

2）生產(chǎn)經(jīng)營單位管理子系統(tǒng)。既可作為本單位的管理信息系統(tǒng)獨立運行，又能在登錄系統(tǒng)后獲得相應的溯源信息數(shù)據(jù)庫訪問權限，從而實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節(jié)的溯源指標信息錄入與修改。

3）追溯信息查詢子系統(tǒng)。允許消費者通過溯源網(wǎng)站、自助終端、手機短信和客服電話等多種途徑進行農(nóng)產(chǎn)品信息的追溯查詢，并開展對外宣傳、在線召回問題產(chǎn)品、受理消費者對問題產(chǎn)品的舉報和投訴等服務[11]。

系統(tǒng)的功能結構及其運行流程如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)的混合網(wǎng)絡架構

3.2.1 常用的兩種網(wǎng)絡模式 目前的管理信息系統(tǒng)以B/S（瀏覽器/服務器）網(wǎng)絡模式為主流，它是由數(shù)據(jù)層、服務層和應用層組成的三層結構，其客戶端通過瀏覽器訪問Web服務器及其與之相連的數(shù)據(jù)庫服務器。B/S模式系統(tǒng)的客戶端只需安裝瀏覽器，應用軟件和后臺程序都在服務器端運行，采用HTTP協(xié)議實現(xiàn)雙方的信息傳輸，擴展及升級非常方便，但較多用戶同時訪問系統(tǒng)會導致響應速度變慢。

另一種常用的C/S（客戶機/服務器）網(wǎng)絡模式則為兩層結構，其用戶界面和業(yè)務處理在客戶端進行，數(shù)據(jù)管理維護在服務器端完成。C/S模式系統(tǒng)的運算響應速度快，但應用軟件和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分裝在客戶端和服務器端，故而系統(tǒng)的升級、維護較為困難。

3.2.2 農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)的混合架構 由于兩種網(wǎng)絡模式各有優(yōu)劣，農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)宜于采用C/S模式與B/S模式的混合架構。具體方案為：①供應鏈中各節(jié)點企業(yè)的管理子系統(tǒng)采用C/S結構，以便高效地進行企業(yè)內部業(yè)務管理和溯源信息的輸入；②溯源信息查詢、公眾信息發(fā)布等子系統(tǒng)的業(yè)務處理較簡單，不會明顯增加服務器的運行壓力，采用B/S結構可以簡化客戶端的操作，并降低系統(tǒng)的維護成本；③系統(tǒng)以B/S結構為整體框架，通過VPN（Virtual private network，虛擬專用網(wǎng)絡）或XML數(shù)據(jù)交換技術將C/S結構的局域網(wǎng)接入，實現(xiàn)Internet環(huán)境下的信息交互。這種混合架構將兩種網(wǎng)絡模式的優(yōu)點集于一體，在響應速度、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)維護等方面取得了較好的平衡，如圖3所示。

4 農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯信息的混合查詢模式

4.1 追溯信息查詢的流程

根據(jù)條碼標簽查詢農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源信息的流程如圖4所示。

4.2 追溯信息的混合查詢模式

隨著Internet的發(fā)展、移動網(wǎng)絡的提速和智能手機的普及，農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)提供的溯源信息查詢方式也應與之相適應，主要包括：①PC網(wǎng)站查詢。在連接到Internet的任何計算機上訪問農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)網(wǎng)站，消費者即可査知所購農(nóng)產(chǎn)品的溯源信息；②自助終端查詢。在批發(fā)中心、超市、農(nóng)貿(mào)市場等場所，消費者可通過操作專用終端方便地查詢農(nóng)產(chǎn)品的溯源信息；③掃描QR Code標簽查詢。消費者使用智能手機掃描QR Code標簽，可自動打開農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)網(wǎng)站，或直接解碼獲得所購農(nóng)產(chǎn)品的溯源信息；④客服電話或手機短信查詢。消費者可使用任何手機，在任意時間、地點進行溯源信息查詢。

在農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)中將這些查詢方式結合起來構成混合查詢模式，既充分運用了現(xiàn)代科技發(fā)展的主流成果，也為消費者方便、靈活地進行溯源信息查詢提供了更多的手段支持，如圖5所示。

5 結語

農(nóng)產(chǎn)品作為食品的主要原料，其質量安全問題早已引起世界各國的高度重視，具體體現(xiàn)為相關法規(guī)、標準的大量出臺和各種農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)的立項建設。在這種有利環(huán)境下，本研究基于國內主流的農(nóng)產(chǎn)品供應鏈及相應質量安全追溯系統(tǒng)的全面分析，依托計算機網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和二維條碼技術的最新進展，從溯源信息的編碼及其標識、系統(tǒng)網(wǎng)絡架構和追溯信息查詢等方面研究了農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯系統(tǒng)的混合模式，為相關的研究和開發(fā)工作提供一種參考思路。

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