基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全信息追溯系統(tǒng)

朱嘉祥 鄒伊凡 賀敬 趙雪 周成旭

Abstract： In today's era of booming economy， the people's standard of living has risen steadily and more attention is paid to the quality of life. Food is an essential role in the daily life， however， it also appears a variety of security issues. So food regulation is imminent. The paper envisions a model of food safety traceability information system based on Internet of Things engineering. It is expected that effective informations could be collected about the whole process of food production， sales and production environment through RFID tags and sensors， consumers could query the comprehensive records of the food and the factories' situations through the webpage.

引言

當(dāng)代社會(huì)科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)了消費(fèi)者觀念的轉(zhuǎn)變。而食品作為現(xiàn)代社會(huì)的民生必需，已然成為消費(fèi)者追求高質(zhì)量生活的有效支撐。在此背景下，與此伴生的食品安全問(wèn)題也隨即成為吸引多方關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。眾所皆知，科技正在無(wú)時(shí)無(wú)刻地影響和改變著百姓生活。尤其是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更為食品安全追溯提供了強(qiáng)大有力的理論基礎(chǔ)[1-2]。為此，本文擬將展開(kāi)基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全信息追溯系統(tǒng)的研究，論述內(nèi)容可闡釋如下。

1系統(tǒng)需求分析

食品加工環(huán)節(jié)中有的對(duì)環(huán)境要求很高，使用溫濕度傳感器可以及時(shí)得到當(dāng)前的溫濕度，保證該環(huán)節(jié)操作后的正常交付。當(dāng)原料裝箱發(fā)貨時(shí)，標(biāo)簽被讀取并且收集環(huán)境指數(shù)，將信息自動(dòng)添加到數(shù)據(jù)庫(kù)指定字段中，食品的追溯碼就是生成的卡號(hào)。銷(xiāo)售倉(cāng)庫(kù)收入食品后，溫濕度傳感器會(huì)同時(shí)記錄倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境指數(shù)，并做到自動(dòng)存儲(chǔ)。消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)該食品后，可以登錄相關(guān)網(wǎng)頁(yè)并利用追溯碼查詢(xún)到該食品的全部特征信息。綜上分析可知，食品生產(chǎn)銷(xiāo)售的整體流程則如圖1所示。

2食品安全追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在本次食品安全信息追溯系統(tǒng)的研究中，是通過(guò)多層次的模式設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)完整的食品追溯網(wǎng)絡(luò)，使得后期的改進(jìn)升級(jí)將更加方便，對(duì)食品的安全監(jiān)管也具有顯著效果，極大地降低了安全隱患。研究旨在能夠保證食品安全、保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益的同時(shí)，還能夠進(jìn)一步促進(jìn)各個(gè)食品生產(chǎn)廠商的密切合作，共同致力減少食品安全問(wèn)題以及各種意外帶來(lái)的損失[3-6]。這里，研究給出了食品安全信息追溯的模型設(shè)計(jì)如圖2所示。由圖2可知，模型中每個(gè)單元層的功能解析可分述如下。

2.1物理層

作為系統(tǒng)的最底層，物理層管控著該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集。RFID有防損壞、信息儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，因此可用于保障食品安全信息的唯一性。利用RFID讀寫(xiě)器將有關(guān)信息傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)異常信息進(jìn)行提示，甚至報(bào)警，以便及時(shí)防范控制食品安全問(wèn)題的發(fā)生。

2.2匯聚層

匯聚層是利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建優(yōu)勢(shì)，并借助聚類(lèi)分析等數(shù)據(jù)挖掘算法對(duì)物理層傳送的分散數(shù)據(jù)進(jìn)行分析融合，從而挖掘出數(shù)據(jù)背后的有效信息、再提交給后臺(tái)管理人員。此外，考慮到信息安全的問(wèn)題，研究還采用了數(shù)據(jù)加密及訪問(wèn)控制的安全保障措施，如此即可達(dá)到用戶信息的安全存儲(chǔ)目的。

2.3服務(wù)層

服務(wù)層是該系統(tǒng)的核心層，具有架構(gòu)先進(jìn)、高性能、易擴(kuò)展等特性。在服務(wù)層中，分析后的食品數(shù)據(jù)將發(fā)布至共享服務(wù)網(wǎng)。該層次提供信息追溯、食品安全檢測(cè)分析等服務(wù)，并將抽象的食品追溯過(guò)程以可視化的形式展現(xiàn)給用戶，讓用戶簡(jiǎn)單、清晰地掌握相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)全程的追溯監(jiān)控。

3食品安全追溯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)庫(kù)表

該系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，研究建立了3張表，分別是：t_goods表、t_record表和t_user表。關(guān)于各表的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程可做出分析描述如下。

（1）t_goods表。負(fù)責(zé)記錄食品相關(guān)信息。如：id（貨物編號(hào)）、materialname（原料名稱(chēng)）、offername（原料供方）、materialdate（原料供貨日期）、materialstatus（原料狀態(tài)）、materialtestid（原料測(cè)試人員id）、materialtester（原料測(cè)試人員）、materialtemp（原料環(huán)節(jié)的溫度）、materialhumidity（原料環(huán)節(jié)的濕度）等屬性，除此之外設(shè)置4個(gè)冗余字段作為備用，為后期完善預(yù)留位置。本次研究中，設(shè)計(jì)得到的在原料采購(gòu)和食品銷(xiāo)售環(huán)節(jié)錄入信息的細(xì)節(jié)詳情則如圖3、圖4所示。

（2）t_record表。負(fù)責(zé)記錄操作人以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。如：id（記錄編號(hào)）、type（操作類(lèi)別）、cardid（商品卡號(hào)）、createtime（操作時(shí)間）等，除此之外設(shè)有2個(gè)冗余字段作為備用，為后期完善預(yù)留位置。其中，type屬性中的1表示采購(gòu)，2表示生產(chǎn)，3表示銷(xiāo)售。由于該表的存在，使接下來(lái)的調(diào)整修改變得方便。由此，研發(fā)得到的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄表的加工處理信息詳情即如圖5所示。

（3）t_user表。負(fù)責(zé)記錄可能后臺(tái)登錄追溯系統(tǒng)的用戶。其中，主要有2類(lèi)：管理者用戶和操作者用戶。不同環(huán)節(jié)有不同的要求，因此操作者用戶又分為3類(lèi)。表中主要屬性有：id（用戶編號(hào)）、account（用戶名）、password（登錄密碼）等基本用戶信息和realname（真實(shí)姓名）等真實(shí)信息以備后期監(jiān)測(cè)追責(zé)。額外設(shè)有3個(gè)冗余字段作為備用，為后期完善預(yù)留位置。登錄的角色用數(shù)字代替，1代表供應(yīng)，2代表分銷(xiāo)商，3代表銷(xiāo)售商。該表完整地記錄了登錄的用戶。為防止信息泄露，與此同時(shí)也對(duì)信息進(jìn)行了加密?；诖?，構(gòu)建得到的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶表的綜合信息詳情可如圖6所示。

3.2食品信息查詢(xún)

物理層的RFID閱讀器重點(diǎn)采集食品生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)在匯聚層得到實(shí)效定制的分析與整合。當(dāng)用戶掃描食品上的標(biāo)簽或者輸入卡號(hào)時(shí)，就可以直觀、清晰地看到食品的信息以及原產(chǎn)地水質(zhì)等環(huán)境數(shù)據(jù)。例如查詢(xún)某豬肉信息，查詢(xún)效果界面將如圖7所示。

4結(jié)束語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全信息追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)始終遵循以下3條原則：各環(huán)節(jié)有記錄，可隨時(shí)查詢(xún)；食品可追蹤流向，安全出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)追責(zé)相關(guān)方面工作人員；保證質(zhì)量的同時(shí)降低成本，不能因?yàn)樵撓到y(tǒng)導(dǎo)致食品的生產(chǎn)成本有所增加。本次研究中，通過(guò)物理層、匯聚層和服務(wù)層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的全程追溯，一旦出現(xiàn)安全質(zhì)量問(wèn)題，可以第一時(shí)間鎖定問(wèn)題源頭，并對(duì)相關(guān)人員問(wèn)責(zé)，而消費(fèi)者也可根據(jù)這一信息對(duì)問(wèn)題食品做出防范，為用戶提供貼心、可靠的食品安全保障。本款設(shè)計(jì)對(duì)提高全社會(huì)的食品安全意識(shí)與監(jiān)控能力具有積極可觀的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 王力堅(jiān)， 孫成明， 陳瑛瑛，等. 我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué)， 2015， 36（11）：267-271.

[2] 孫羚宇， 鄂旭， 劉春曉，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全監(jiān)管與對(duì)策研究[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展， 2014，24（12）：230-233，237.

[3] 劉麗梅， 高永超， 王永春. 不完備數(shù)據(jù)鏈的智能化食品追溯方法[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)， 2014， 20（1）：62-68.

[4] HA O K，SONG Y S，CHUNG K Y，et al. Relation model describing the effects of introducing RFID in the supply chain： Evidence from the food and beverage industry in South Korea[J].Personal ahd Ubiquitous Computing，2014，18（3）：553-561.

[5] 周世杰， 張文清， 羅嘉慶. 射頻識(shí)別（RFID）隱私保護(hù)技術(shù)綜述[J]. 軟件學(xué)報(bào)， 2015，26（4）： 960-976.

[6] 陳廣晶. 中國(guó)食品追溯系統(tǒng)任重道遠(yuǎn)——中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院副研究員羅祎博士談中外食品安全追溯系統(tǒng)建設(shè)[J]. 首都食品與醫(yī)藥， 2016（1）：31-33.