農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)體系分析

吳建偉+盛耀輝+吳建輝++魯雨++楊寶祝

摘要 為緩解農(nóng)產(chǎn)品安全問題，綜合分析了農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管與信息服務(wù)現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，并結(jié)合調(diào)查分析，制定農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)管理體系，涉及農(nóng)產(chǎn)品全過程的數(shù)據(jù)采集、匯總、統(tǒng)計(jì)分析和監(jiān)管查詢等溯源管理，有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯到源頭，使市民吃到放心菜，提升現(xiàn)代農(nóng)民收入水平和改善居民安全農(nóng)產(chǎn)品的消費(fèi)現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 農(nóng)產(chǎn)品；安全；溯源；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào) S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）05-0282-03

Abstract In order to alleviate the problem of the safety of agricultural products，current situation and domestic and abroad study progress of agricultural products safety supervision and information service were comprehensively analyzed，combined with the investigation and analysis，to make the IOT system of agricultural product safety traceability，including data collection，summary，statistical analysis and monitoring query traceability，the application of research results can contribute to the realization of agricultural product quality traceability to the source，so that people can eat safe food，farmers′ income and the safe agricultural products consumption status of residents can be improved.

Key words agricultural product；safety；traceability；Internet of Things（IOT）

根據(jù)2014年中央農(nóng)村工作會(huì)議精神和中央1號(hào)文件的有關(guān)要求，農(nóng)業(yè)部制定了《國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全縣創(chuàng)建活動(dòng)方案》和《國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全縣考核辦法》，強(qiáng)調(diào)扎實(shí)開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)，健全農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管體系[1]。中國(guó)工程院院士汪懋華[2]指出，物聯(lián)網(wǎng)要為居民餐桌上的食物提供原產(chǎn)地環(huán)境、產(chǎn)后儲(chǔ)存加工、物流運(yùn)輸、營(yíng)銷供應(yīng)鏈管理與品質(zhì)安全的可追溯系統(tǒng)。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題已成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，造成農(nóng)產(chǎn)品安全問題的一個(gè)重要原因就是消費(fèi)者和監(jiān)管部門對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通過程缺乏有效的監(jiān)控途徑。隨著各部門對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品安全問題的重視，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)將成為緩解農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理及溯源的核心支撐，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系將不斷發(fā)展完善，并進(jìn)一步促進(jìn)信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的融合，對(duì)于保障農(nóng)產(chǎn)品安全、改善生態(tài)環(huán)境等均具有重要意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

1.1 國(guó)外研究進(jìn)展

國(guó)外對(duì)農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。發(fā)達(dá)國(guó)家在動(dòng)物個(gè)體標(biāo)號(hào)識(shí)別、農(nóng)產(chǎn)品包裝標(biāo)識(shí)及農(nóng)產(chǎn)品物流配送等方面對(duì)RFID技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，如1998—2001年法國(guó)、德國(guó)、意大利、荷蘭、葡萄牙和西班牙聯(lián)合實(shí)施了家畜電子標(biāo)識(shí)（IDEA）項(xiàng)目[3]。歐盟的農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)有效化解了 “瘋牛病”事件所引發(fā)的危機(jī)[4]。美國(guó)農(nóng)業(yè)部于2003年啟動(dòng)家畜追溯體系，通過完善相關(guān)信息記錄，讓家畜信息更加透明化[5-6]。日本于2004 年構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗(yàn)系統(tǒng)，通過利用RFID 標(biāo)簽加強(qiáng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品流通的管理[7]。2005年Spiessl Mayr等[8]運(yùn)用 RFID 技術(shù)優(yōu)化了豬肉的可追溯系統(tǒng)。發(fā)達(dá)國(guó)家不斷提高運(yùn)輸技術(shù)、儲(chǔ)藏技術(shù)、裝卸技術(shù)、檢驗(yàn)技術(shù)、加工技術(shù)等，并建立先進(jìn)的物流技術(shù)系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到配送中心，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化操作。

1.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)追溯管理引進(jìn)和研究起步較晚，但發(fā)展較快，目前相關(guān)技術(shù)支撐著追溯管理工作的開展[9-11]。建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)可分為硬件建設(shè)與軟件開發(fā)應(yīng)用2個(gè)步驟，其中涉及產(chǎn)品識(shí)別、產(chǎn)品編碼、信息采集與傳輸、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)近年來都取得了一定突破。2003年設(shè)立了“飼料和畜禽產(chǎn)品數(shù)字化安全監(jiān)控體系研究”專題，并應(yīng)用到蔬菜、水產(chǎn)等產(chǎn)品的追溯中；提出了基于豬肉安全生產(chǎn)的物質(zhì)流與信息流的跟蹤與溯源流程，開發(fā)了集約化養(yǎng)豬場(chǎng)及散養(yǎng)模式下養(yǎng)殖、屠宰與銷售環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。在北京、上海、天津等地采用條碼技術(shù)、RFID 技術(shù)、IC 卡技術(shù)等建立了質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。中國(guó)移動(dòng)與農(nóng)業(yè)部從 2006年11月起合作開發(fā)了動(dòng)物標(biāo)識(shí)溯源系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)一體化全程監(jiān)控，達(dá)到動(dòng)物養(yǎng)殖、防疫、檢疫和監(jiān)督的有機(jī)結(jié)合，從而對(duì)動(dòng)物疫情與動(dòng)物產(chǎn)品安全事件進(jìn)行有效溯源和快速處理。北京派得偉業(yè)科技發(fā)展有限公司為北京市農(nóng)業(yè)局、大興農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站、中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院等研發(fā)過農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與管理溯源系統(tǒng)，促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品安全管理領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全領(lǐng)域信息化應(yīng)用的推廣，有效提升本市農(nóng)產(chǎn)品品牌效應(yīng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)附加值。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究分別從不同角度出發(fā)，以RFID 電子標(biāo)簽為主要載體，依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)溯源信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并面向消費(fèi)者、企業(yè)和政府監(jiān)管部門實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖、加工、銷售、配送的全程跟蹤與追溯[12-14]。2007年郭曼等[15]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)，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的農(nóng)產(chǎn)品跟蹤與信息共享。2013年黃慶等[16]構(gòu)建了由農(nóng)資溯源防偽、農(nóng)資調(diào)度和農(nóng)資知識(shí)服務(wù)3個(gè)子系統(tǒng)組成的農(nóng)資溯源服務(wù)系統(tǒng)。

2 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)調(diào)查分析

近年來，我國(guó)層出不窮的食品安全問題（毒韭菜、毒豆角、三聚氰胺牛奶、硫磺姜、死豬肉等重大農(nóng)產(chǎn)品安全事件頻發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理粗放、農(nóng)業(yè)投入品使用不當(dāng)、政府監(jiān)管手段落后）在社會(huì)上引起了廣泛的關(guān)注。為了比較全面地了解農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和需求特點(diǎn)，本研究在2015年3—9月間，對(duì)中國(guó)部分省市進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查研究。抽樣分布充分考慮了數(shù)據(jù)的覆蓋性以及不同研究層次之間數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，選擇北京市、河北省、山東省、遼寧省、吉林省和黑龍江省6個(gè)地區(qū)作為宏觀研究對(duì)象，從這6個(gè)地區(qū)中選擇了100個(gè)（發(fā)放調(diào)查問卷113份，回收有效反饋100份）農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)園區(qū)和農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象。

從圖1可以看出，市場(chǎng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源是有一定需求的，但限于成本等因素具備使用條件的企業(yè)或單位數(shù)量較少。如圖2～4所示，被訪者對(duì)質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)最應(yīng)該實(shí)現(xiàn)功能的選擇各有側(cè)重，但普遍認(rèn)為需要進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售全過程的溯源，并且大部分被訪者傾向于使用可以個(gè)性化定制的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。

3 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)包含整個(gè)智慧農(nóng)業(yè)的全流程跟蹤管理，是主干道，涉及農(nóng)戶、合作社、生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)資供銷商、產(chǎn)品銷售商、政府和消費(fèi)者，貫穿了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地管理、種植養(yǎng)殖過程管理、采摘收割、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、上市銷售、政府監(jiān)管等各個(gè)環(huán)節(jié)。追溯平臺(tái)涉及到的應(yīng)用模塊為智慧農(nóng)業(yè)的某一環(huán)節(jié)服務(wù)，并將采集到的信息即時(shí)傳送到追溯平臺(tái)，最終在追溯平臺(tái)上進(jìn)行全流程的展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量可監(jiān)控，過程可追溯，政府可監(jiān)管”（圖5）。

3.1 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)感知層

傳感感知作為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)信息探測(cè)、識(shí)別、定位、跟蹤等功能的感知終端，承載了將農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為可處理的應(yīng)用信號(hào)。感知層涉及傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)[17]，并形成了各類傳感器、RFID設(shè)備、條碼設(shè)備、攝像設(shè)備、定位設(shè)備等核心設(shè)備，能夠?qū)r(nóng)產(chǎn)品安全從生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)戒N售各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的信息感知。

3.2 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層

傳輸通訊作為農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的核心應(yīng)用，傳輸通訊方式主要包括ZigBee、藍(lán)牙、WiFi無線組網(wǎng)、寬帶傳輸、3G/4G移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式等。在農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)中常采用企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)技術(shù)，并與互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)接口，并在不方便布線的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用無線局域網(wǎng)通訊；在農(nóng)產(chǎn)品安全物流運(yùn)輸、車輛配貨與調(diào)度管理環(huán)節(jié)通常采用互聯(lián)網(wǎng)通訊與GPS技術(shù)相結(jié)合；在農(nóng)產(chǎn)品安全倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)，常采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通訊。

3.3 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層

分析處理作為農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的核心應(yīng)用，面向終端應(yīng)用用戶，主要作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并制定科學(xué)管理決策，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全的全過程信息服務(wù)應(yīng)用。①農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)管理：對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)行全過程監(jiān)管，包括生長(zhǎng)各階段環(huán)境信息、視頻信息、施肥施藥信息、茬口信息等。②農(nóng)產(chǎn)品加工管理：對(duì)農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程監(jiān)管，包括工商信息、加工過程信息、農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)報(bào)告信息等。③農(nóng)產(chǎn)品物流管理：可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程的可視化。④農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)：可通過感知設(shè)備在農(nóng)產(chǎn)品入庫時(shí)進(jìn)行感知，并實(shí)現(xiàn)各處倉庫及生產(chǎn)點(diǎn)、銷售點(diǎn)的無縫連接，準(zhǔn)確掌握倉儲(chǔ)的基本狀態(tài)，并能夠做出相應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)溫濕度、CO2濃度等環(huán)境條件的智能調(diào)節(jié)，從而提高作業(yè)管理效率。⑤農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督：以區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督與指導(dǎo)為核心，實(shí)現(xiàn)日常管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、檔案存儲(chǔ)、企業(yè)評(píng)估、科學(xué)指導(dǎo)、標(biāo)識(shí)管理、追溯管理等功能。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，有利于政府部門發(fā)揮監(jiān)管職能。⑥農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯：實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)基地—流通加工商—銷售商”從上到下的信息追溯，消費(fèi)者購買問題農(nóng)產(chǎn)品后，可以層層查找溯源，追究產(chǎn)品流通點(diǎn)及責(zé)任人，維護(hù)消費(fèi)者自身權(quán)益。

4 結(jié)語

農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)管理從概念及實(shí)用上都是對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的一種全新突破，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工、包裝倉儲(chǔ)、安全檢測(cè)、物流配送、銷售等全過程開展監(jiān)控管理[18]。未來的農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域流通將趨于頻繁，農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和繁榮，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品安全管理領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全領(lǐng)域信息化應(yīng)用的推廣，有效提升農(nóng)產(chǎn)品的品牌效應(yīng)和附加值，提高農(nóng)業(yè)企業(yè)的管理及技術(shù)水平，并有助于保障市民食用農(nóng)產(chǎn)品的安全，可為食品安全監(jiān)管部門行使職能提供信息化支撐，以更廣泛、更深入、更有效地服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，從而輻射帶動(dòng)區(qū)域農(nóng)業(yè)的整體發(fā)展[19-21]。

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