基于物聯(lián)網(wǎng)的中藥材追溯系統(tǒng)研究

楊凡 鄭小南 李富忠

摘 要：中藥材的品質(zhì)安全問(wèn)題一直是廣大人民群眾關(guān)注的重要民生問(wèn)題之一。為協(xié)助相關(guān)部門對(duì)中藥材質(zhì)量的管控，促進(jìn)中醫(yī)藥行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中藥材溯源系統(tǒng)的建立迫在眉睫。文中通過(guò)介紹中藥材追溯系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與涉及到的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)分析了系統(tǒng)中包含的子系統(tǒng)和各個(gè)功能模塊，進(jìn)而使讀者對(duì)中藥材從種植生產(chǎn)到加工銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的溯源有深入了解。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);中藥材;品質(zhì)安全;追溯系統(tǒng);全過(guò)程;手機(jī)APP

中圖分類號(hào)：TP11;TN80文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）11-0-03

0 引 言

為保證中藥材產(chǎn)品的可靠性，促進(jìn)中醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，急需建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的中藥材全生命周期追溯系統(tǒng)，對(duì)藥品品質(zhì)安全工作需高度重視，保障消費(fèi)安全。中藥材流通過(guò)程中管理規(guī)范、信息公開(kāi)透明能夠強(qiáng)化各個(gè)環(huán)節(jié)人員的責(zé)任感，為中藥產(chǎn)品品質(zhì)提供保障。

基于物聯(lián)網(wǎng)的中藥材追溯系統(tǒng)，在監(jiān)控管理中藥材的種植、生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售過(guò)程中，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、專家決策指導(dǎo)生產(chǎn)，輔以預(yù)警報(bào)警，進(jìn)行規(guī)范化管理。該系統(tǒng)協(xié)助消費(fèi)者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)APP等方式查詢追溯碼，獲取中藥材生產(chǎn)、加工、流通等各環(huán)節(jié)的信息，增強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系[1]。

1 系統(tǒng)概述

從2011年起，我國(guó)成都最早開(kāi)始了中藥材溯源的探索工作[2]。張辰露等依據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的分析，結(jié)合中藥材的自身特性，討論了中藥材追溯系統(tǒng)的發(fā)展方向與存在的問(wèn)題[3];施明毅等結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)對(duì)中藥材追溯系統(tǒng)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)與當(dāng)前領(lǐng)域存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析;李桂桂通過(guò)總結(jié)中藥材溯源工作的相關(guān)政策文件，概述了中藥材追溯信息化、數(shù)字化的工作[4];奚燕等通過(guò)二維碼技術(shù)構(gòu)建了中藥飲片質(zhì)量追溯系統(tǒng)，使用者可以使用掃標(biāo)簽上的二維碼查詢整個(gè)過(guò)程[5]。

本系統(tǒng)通過(guò)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、中藥材電子化管理技術(shù)用于系統(tǒng)的建立，使中藥材從生產(chǎn)種植到流通銷售的全部信息加以關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)中藥材的安全追溯和信息管理[6]。

中藥材產(chǎn)品質(zhì)量保證及流通銷售追溯系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是一種由較大數(shù)量傳感器組成的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)。它在一定范圍內(nèi)由傳感器對(duì)觀察信息進(jìn)行感知并采集處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理員[7]。

2.2 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是一種無(wú)接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，電子標(biāo)簽和閱讀器通過(guò)天線以無(wú)線射頻的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向通信以及讀寫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換[8]。

3 技術(shù)路線

本系統(tǒng)的主要組成部分有中藥材種植物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)、中藥材產(chǎn)地追溯子系統(tǒng)、中藥材經(jīng)營(yíng)企業(yè)子系統(tǒng)、中藥材專業(yè)市場(chǎng)子系統(tǒng)、中藥材飲片生產(chǎn)追溯子系統(tǒng)、中藥材飲片經(jīng)營(yíng)追溯子系統(tǒng)、中藥材飲片使用環(huán)節(jié)追溯子系統(tǒng)[9]。

3.1 中藥材產(chǎn)地追溯子系統(tǒng)

中藥材產(chǎn)地追溯子系統(tǒng)分為種植管理、灌溉、監(jiān)控、信息采集等部分。種植管理即對(duì)中藥材在生產(chǎn)種植期間人員及藥材的信息管理，具體包括通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)田間藥材種植條件的獲取，如溫度、濕度、光照等信息實(shí)時(shí)獲取，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)回傳到綜合系統(tǒng)處理。灌溉時(shí)同樣使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)流量和溫度等進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)專家系統(tǒng)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)水量的控制。監(jiān)控可將田間信息實(shí)時(shí)傳送，為后續(xù)溯源提供保障。

在種植過(guò)程中該系統(tǒng)使用條形碼將這一過(guò)程的信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，具體的內(nèi)容包括該中藥材的名稱、分類、在種植時(shí)所處的位置、灌溉及施肥、病蟲(chóng)害、農(nóng)藥使用情況、相關(guān)負(fù)責(zé)人等信息。在采摘收購(gòu)過(guò)程中同樣將收購(gòu)時(shí)的信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，具體包括收購(gòu)時(shí)間、收購(gòu)地點(diǎn)、收購(gòu)數(shù)量、收購(gòu)品質(zhì)、收購(gòu)人員、收購(gòu)容器、天氣、相關(guān)批注等。GLN是一種由13位數(shù)字組合而成，用于唯一確定任何法律、功能、物理實(shí)體的標(biāo)準(zhǔn)。在這一過(guò)程中，可以將GLN與收購(gòu)方信息關(guān)聯(lián)并一同進(jìn)行標(biāo)識(shí)。中藥材每一次流通產(chǎn)生的位置信息可通過(guò)GLN確定[10]。

3.2 中藥材經(jīng)營(yíng)企業(yè)子系統(tǒng)

中藥材經(jīng)營(yíng)企業(yè)子系統(tǒng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮著重要作用。通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取倉(cāng)庫(kù)車間等的溫度、濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將信息傳輸?shù)骄C合系統(tǒng)，相關(guān)人員可隨時(shí)查看并監(jiān)督。獲取儲(chǔ)存中藥材的RFID標(biāo)簽并存入數(shù)據(jù)庫(kù)后，管理員可以對(duì)中藥材的儲(chǔ)存條件與銷售信息溯源。

本系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理。中藥材經(jīng)營(yíng)企業(yè)子系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

采集時(shí)借助倉(cāng)庫(kù)中各個(gè)位置的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)獲取中藥材在貯藏時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。出庫(kù)入庫(kù)時(shí)獲取的中藥材RFID信息會(huì)一同傳送到管理中心以便于查詢處理。使用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線多跳方式從短距離WSN節(jié)點(diǎn)匯集到長(zhǎng)距離WSN節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)GPRS方式傳輸?shù)焦芾碇行摹Ｌ幚頃r(shí)將采集到的信息以簡(jiǎn)單易讀的方式呈現(xiàn)在顯示界面上，對(duì)中藥材的儲(chǔ)存條件給出清晰的解釋，工作人員可通過(guò)該信息判斷是否存在異常并及時(shí)采取措施。以上系統(tǒng)功能均為中藥材的管理提供了便利，節(jié)約了成本，降低了風(fēng)險(xiǎn)，減少了失誤。

3.3 中藥材專業(yè)市場(chǎng)子系統(tǒng)

中藥材專業(yè)市場(chǎng)子系統(tǒng)主要針對(duì)中藥材進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)信息登記、質(zhì)量檢測(cè)、銷售交易等重要過(guò)程的信息溯源。在這一環(huán)節(jié)中需提供種植產(chǎn)地證明、質(zhì)量檢測(cè)合格證明、零售憑證等，為中藥材的流通作保障。

該子系統(tǒng)具有中藥材批次管理、檢測(cè)信息登記、數(shù)據(jù)下傳、數(shù)據(jù)回傳、存儲(chǔ)管理、追溯碼打印、交易管理等功能。

3.4 中藥材飲片生產(chǎn)企業(yè)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)具有中藥材來(lái)源管理、中藥飲片生產(chǎn)批次管理、檢測(cè)信息登記、交易管理等功能。

3.5 中藥材飲片經(jīng)營(yíng)企業(yè)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)具有中藥飲片入庫(kù)管理、交易管理等功能。

3.6 中藥材飲片使用環(huán)節(jié)追溯子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)具有中藥飲片入庫(kù)管理、銷售管理等功能。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的中藥材追溯綜合服務(wù)系統(tǒng)為中藥材的生產(chǎn)種植提供智能感知、智能傳輸、智能管控、智能預(yù)警與專家系統(tǒng)等服務(wù)，基本實(shí)現(xiàn)了中藥材全過(guò)程的跟蹤溯源，提升了中藥材質(zhì)量與品質(zhì)的監(jiān)督管理，為關(guān)乎民生的重大問(wèn)題提供保障[11]。

借助物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在中藥材的種植田間建立智能感知系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度濕度、土壤信息、太陽(yáng)輻射;收集到的信息通過(guò)該系統(tǒng)處理后，相關(guān)人員在手機(jī)APP或電腦等設(shè)備上查看。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)中藥材的生長(zhǎng)狀況和環(huán)境信息進(jìn)行綜合處理，通過(guò)專家系統(tǒng)輔助灌溉施肥，為高品質(zhì)、高產(chǎn)量的中藥材生長(zhǎng)提供條件?；谖锫?lián)網(wǎng)中藥材追溯綜合服務(wù)系統(tǒng)如圖3所示。

該系統(tǒng)主要包括無(wú)線傳感器設(shè)備、采集控制一體化終端、視頻監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)綜合支撐服務(wù)平臺(tái)[12]。

4.1 傳感器設(shè)備與采集終端

（1）空氣溫濕度傳感器

該傳感器主要用于對(duì)空氣溫度、濕度的檢測(cè)。

（2）土壤水分傳感器

該傳感器也被稱為農(nóng)田墑情檢測(cè)儀，通過(guò)長(zhǎng)期埋在土壤內(nèi)測(cè)定淺層和深層的土壤墑情。設(shè)計(jì)公共接口適配各類顯示儀器，從而獲取相應(yīng)的土壤水分指標(biāo)與參數(shù)。

（3）土壤溫度傳感器

該傳感器能夠?qū)崟r(shí)高效地反映土壤溫度，精度為0.5 ℃，測(cè)溫范圍-55～125 ℃。

（4）光照傳感器

該傳感器在不同的測(cè)量場(chǎng)所能夠設(shè)置不同的量程，適用范圍廣，精確程度高，具有良好的防水性能，安裝便捷。

（5）風(fēng)速風(fēng)向傳感器

該傳感器的風(fēng)杯使用ABS材料，通過(guò)用戶的需求輸出不同信號(hào)。它可以安裝到機(jī)器人、汽車等不同設(shè)備上進(jìn)行觀測(cè)，使用時(shí)穩(wěn)定便捷。

（6）種植監(jiān)控終端

該終端將以上各類傳感器和灌溉設(shè)備集為一體，借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將空氣、土壤、光照、風(fēng)速等參數(shù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)端，經(jīng)過(guò)處理后自動(dòng)控制相應(yīng)設(shè)備操作。

4.2 灌溉控制設(shè)備與控制設(shè)備

（1）灌溉控制設(shè)備

該設(shè)備具有自清洗濾網(wǎng)和電磁閥線圈濾網(wǎng)，可手動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉。手動(dòng)螺釘調(diào)節(jié)外放水排出系統(tǒng)中的雜質(zhì)，采用全封閉小功率電磁線圈，與鐵芯一體。

（2）控制設(shè)備

該設(shè)備由測(cè)控模塊、電磁閥及安裝附件構(gòu)成，借助數(shù)據(jù)傳輸與管理監(jiān)控中心連接。通過(guò)對(duì)中藥材環(huán)境參數(shù)的測(cè)定，全自動(dòng)化地實(shí)時(shí)控制灌溉設(shè)備。

4.3 中藥材基地監(jiān)控與診斷

視頻監(jiān)控中藥材生長(zhǎng)過(guò)程并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻信號(hào)傳輸技術(shù)。系統(tǒng)中包括網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器、高分辨率攝像頭，其中前者負(fù)責(zé)視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化和傳輸，能夠?yàn)檫h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻提供支持。在可以上網(wǎng)的條件下，當(dāng)用戶擁有相應(yīng)的權(quán)限后即可查看圖像視頻，輕松實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5 結(jié) 語(yǔ)

本研究提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中藥材追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，從關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)路線及實(shí)現(xiàn)角度進(jìn)行了闡釋。該系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)全過(guò)程追溯，實(shí)體中藥材的來(lái)歷與用途都具備了可追溯性;各個(gè)環(huán)節(jié)做到責(zé)任可追、流向可跟、身份可查、安全可視，為后續(xù)完善的溯源體系提供依據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)傳統(tǒng)中醫(yī)藥文化轉(zhuǎn)型發(fā)展，讓人民群眾真正吃上放心藥，有助于中醫(yī)中藥文化的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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