劉 堯，高 峰，徐幸蓮，徐煥良，周光宏

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，江蘇南京210095）

基于RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)開發(fā)

劉 堯，高 峰，徐幸蓮，徐煥良，周光宏*

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，江蘇南京210095）

首先介紹了無線射頻識別技術(shù)（RFID）、物聯(lián)網(wǎng)和電子產(chǎn)品代碼系統(tǒng)（EPC）。在確定豬肉供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)溯源信息的基礎(chǔ)上，以RFID電子標(biāo)簽為數(shù)據(jù)載體，結(jié)合EPC編碼體系對豬肉進(jìn)行唯一標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集，同時也增強(qiáng)了個體標(biāo)示的精度和準(zhǔn)確性。設(shè)計了RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了豬肉生產(chǎn)全程網(wǎng)絡(luò)化管理。

豬肉，跟蹤追溯系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)，無線射頻識別技術(shù)，電子產(chǎn)品代碼

Abstract：The Radio Frequency Identification，Internet of Things and Electronic Product Code were reviewed.The paper taking the RFID tag as the date carrier，combining the EPC code system to identify the pork uniquely based on determined the traceability information of the pork supply chain.It could realize to auto-collecting data and improve the accuracy of marking the unit.Therefore，the pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC was designed in order to achieve the network management of pork.

Key words：pork；tracking and tracing system；Internet of Things；Radio Frequency Identification；Electronic Product Code

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)外食品安全事故頻頻發(fā)生。面對嚴(yán)峻的食品安全形勢，如何對食品質(zhì)量安全進(jìn)行有效管理和控制，世界各國正積極探索切實(shí)可行的解決措施。跟蹤追溯系統(tǒng)作為食品質(zhì)量安全管理的有效手段，越來越受到有關(guān)部門和消費(fèi)者的普遍關(guān)注[1-2]。食品質(zhì)量安全跟蹤追溯系統(tǒng)利用信息技術(shù)對食品供應(yīng)鏈全程的產(chǎn)品屬性、加工屬性、環(huán)境狀況等信息進(jìn)行有效的標(biāo)識，并在數(shù)據(jù)庫中記錄保存食品物流經(jīng)過各節(jié)點(diǎn)時的標(biāo)識信息，實(shí)現(xiàn)對食品供應(yīng)鏈中原料、加工、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)自上而下的跟蹤。出現(xiàn)食品安全問題時，可以進(jìn)行自下而上的追溯，快速確定出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)并采取有效應(yīng)對措施。為了實(shí)現(xiàn)跟蹤追溯系統(tǒng)中信息采集和錄入，各種先進(jìn)的信息技術(shù)被研究和應(yīng)用，如虹膜[3]、二維條形碼[4]、地理信息系統(tǒng)[5]、Web服務(wù)[6]等。近年來，無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）的快速發(fā)展為解決動物的編碼和跟蹤追溯問題提供了一種全新的技術(shù)手段[7]，它具有存儲數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、讀取距離遠(yuǎn)、多目標(biāo)識別、可重復(fù)使用和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢[8]，迎合了動物識別與跟蹤追溯的需要，必將在動物安全管理中發(fā)揮越來越重要的作用。國際上將RFID技術(shù)應(yīng)用到食品安全監(jiān)管領(lǐng)域并取得了很好的效果。如歐盟的食品可追溯系統(tǒng)[9]，主要應(yīng)用在牛肉的生產(chǎn)和流通領(lǐng)域，保持生產(chǎn)和監(jiān)管的透明度及產(chǎn)品完整詳盡的個體信息。澳大利亞已經(jīng)建立了一個畜牧標(biāo)識和追溯系統(tǒng)（National livestock identification scheme，NLIS）[10]，主要用于牛的標(biāo)識和追溯，加入NLIS系統(tǒng)的牛必須使用統(tǒng)一的電子耳標(biāo)。國內(nèi)目前生豬和豬肉產(chǎn)品的標(biāo)識大多采用的是養(yǎng)殖階段的塑料耳標(biāo)和生產(chǎn)加工階段的二維條碼相結(jié)合的方式[11-12]，在數(shù)據(jù)的可讀性和各環(huán)節(jié)之間信息的銜接性方面都有所欠缺。國內(nèi)跟蹤追溯系統(tǒng)的研究較晚，編碼方案也不統(tǒng)一，造成各系統(tǒng)間的信息無法共享。因此展開基于RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉跟蹤追溯體系研究，可以提高信息采集的自動化程度，向消費(fèi)者提供食品信息，打破國際食品安全貿(mào)易壁壘，有效提高我國的食品安全保障能力。本文將RFID技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和電子產(chǎn)品代碼系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)引入到豬肉質(zhì)量安全跟蹤追溯系統(tǒng)中。在確定豬肉供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的溯源信息的基礎(chǔ)上，提出采用EPC編碼的豬肉跟蹤追溯方案，以RFID電子標(biāo)簽為載體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集，同時也增強(qiáng)了個體標(biāo)示的精度和準(zhǔn)確性。設(shè)計了RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下豬肉質(zhì)量安跟蹤追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)豬肉的全程跟蹤追溯。

1 RFID與物聯(lián)網(wǎng)簡介

RFID技術(shù)利用無線射頻方式在讀寫器和標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的[13]。RFID技術(shù)作為一種新的標(biāo)識途徑，與條碼相比具有多方面的優(yōu)勢，如識別距離遠(yuǎn)，識別時不需要標(biāo)簽視覺可見，能夠在惡劣環(huán)境中使用，內(nèi)容可以更新，能夠批量讀取多個標(biāo)簽，信息量大，不容易仿制等[14]。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）就是指利用各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，其目的就是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)物品智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[15]。EPC（Electronic Product Code，EPC）系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)整合的系統(tǒng)作為一種典型物聯(lián)網(wǎng)[16-17]，其最終目標(biāo)是為每一個單一商品建立全球的、開放的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)。它由全球產(chǎn)品電子代碼體系，射頻識別系統(tǒng)，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成[18]，主要包括6個方面，如表1所示。EPC系統(tǒng)通過對擁有全球惟一編碼的物品的自動識別和信息共享，實(shí)現(xiàn)開放環(huán)境下對物品的跟蹤、溯源、防偽、定位、監(jiān)控以及自動化管理等功能。

全球產(chǎn)品電子代碼EPC編碼體系是新一代的與GTIN兼容的編碼標(biāo)準(zhǔn)，它是全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)的拓展和延伸，是全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)的重要組成部分，是EPC系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。EPC代碼是由版本號、域名管理者、對象分類號、序列號等數(shù)據(jù)字段組成的一段數(shù)字[19]。最初由成本的原因，EPC采用64位編碼結(jié)構(gòu)，目前最常用的EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)采用的是96位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 EPC編碼結(jié)構(gòu)圖Fig.1 EPC code structure

2 豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)溯源信息的確定

豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)是指對生豬從其養(yǎng)殖到終端消費(fèi)者整個供應(yīng)鏈上進(jìn)行標(biāo)識和鑒別，并記錄其物流過程中溯源信息[20]。溯源信息包括從原產(chǎn)地、加工處理到最終消費(fèi)者整個信息的跟蹤，逆向來講，即從最終消費(fèi)者可以追溯到原產(chǎn)地所用的獸藥、飼料等信息[21]。

整個豬肉生產(chǎn)加工流程涉及眾多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又包含大量信息，將所有信息全部記錄缺乏可行性。對溯源信息進(jìn)行篩選，可以滿足生產(chǎn)者、監(jiān)管者、消費(fèi)者等不同的查詢要求，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。將豬肉生產(chǎn)加工流程分成養(yǎng)殖、屠宰、分割包裝、倉儲運(yùn)輸和銷售多個環(huán)節(jié)，對其各個環(huán)節(jié)的溯源信息進(jìn)行分類篩選。

在整個豬肉生產(chǎn)供應(yīng)鏈上，跟蹤追溯系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的溯源信息包括：a.養(yǎng)殖環(huán)節(jié)：養(yǎng)殖場信息，飼料信息、獸藥信息、免疫信息、生豬檢疫信息；b.屠宰環(huán)節(jié)：屠宰場信息，宰前檢疫信息、胴體復(fù)檢信息、冷卻信息；分割包裝環(huán)節(jié)：加工廠信息，包裝材料信息，消毒信息；c.倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)：運(yùn)輸車輛信息，倉庫信息，溫度信息；d.銷售環(huán)節(jié)：銷售單位信息，銷售人員信息，溫度信息。

由于豬肉生產(chǎn)過程較長，溯源信息涉及內(nèi)容較多，限于篇幅，本文僅以屠宰環(huán)節(jié)篩選出的溯源信息，作為整個豬肉生產(chǎn)加工過程溯源信息的示例。屠宰階段的溯源信息要求保證與養(yǎng)殖階段信息的相對應(yīng)并保持供應(yīng)鏈的連續(xù)性，還要包括屠宰階段可能造成豬肉安全的各種信息。在對豬肉屠宰流程實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，參照相關(guān)法律法規(guī)，影響屠宰階段影響豬肉安全的因素主要有宰前檢疫、胴體復(fù)檢和冷卻情況。按照“流程分析—關(guān)鍵點(diǎn)控制”[22]的方法，采用HACCP中CCP判斷樹，將屠宰環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵CCP控制點(diǎn)作為關(guān)鍵溯源點(diǎn)。以關(guān)鍵溯源點(diǎn)為基礎(chǔ)，根據(jù)企業(yè)的需要和消費(fèi)者的關(guān)注程度等要求，歸納并整理出屠宰階段的關(guān)鍵安全信息，包括：耳標(biāo)號、RFID標(biāo)簽號、屠宰時間、屠宰批次、屠宰廠名稱、屠宰負(fù)責(zé)人、屠宰車間溫度、冷卻車間溫度、宰前檢疫結(jié)果、胴體復(fù)檢結(jié)果。

表1 EPC系統(tǒng)構(gòu)成Table 1 EPC system components

3 系統(tǒng)的編碼設(shè)計

為了確保豬肉跟蹤追溯各環(huán)節(jié)信息的有效記錄和傳遞，需要對信息以統(tǒng)一的格式和規(guī)范進(jìn)行編碼。對供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)進(jìn)行分段編碼，通過具有一定編碼結(jié)構(gòu)的代碼實(shí)現(xiàn)對相關(guān)項(xiàng)目及其數(shù)據(jù)的標(biāo)識，保證在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中代碼在世界范圍內(nèi)的唯一性，利用其唯一性來標(biāo)識或區(qū)別每一追溯單元[23]，使每一追溯單元都有自己的“身份證”，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤追溯。EPC代碼是存儲在RFID標(biāo)簽中唯一的信息，EPC代碼與數(shù)據(jù)庫中動態(tài)數(shù)據(jù)相連，這樣使得RFID標(biāo)簽維持低廉的成本并使系統(tǒng)具有高度的靈活性。

3.1 EPC編碼類型的選擇

EPC編碼有EPC-64、EPC-96、EPC-256三種。為了保證每塊豬肉都有一個唯一的EPC代碼并使標(biāo)簽成本盡可能降低[24]，本系統(tǒng)采用EPC-96型編碼，這樣的編碼方式可以為2.68億個公司提供唯一標(biāo)識，每個生產(chǎn)廠商可以有1600萬個對象種類，并且每個對象種類可以有680億個序列號，足以滿足豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)的要求。

3.2 編碼方案

以下是針對EPC-96型編碼中不同數(shù)據(jù)的碼段設(shè)計方案，分為4個部分，與豬肉生產(chǎn)加工流程相對應(yīng)。

3.2.1 版本號 版本號定義了總長，識別類型（功能）和EPC標(biāo)簽編碼結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)版本號為53（十進(jìn)制）。表示選用的是EPC-96型編碼，該編碼長度為96位（二進(jìn)制），域名管理者為28位，對象分類號為24位，序列號為36位。

3.2.2 域名管理者 域名管理者標(biāo)識了一個組織實(shí)體（本質(zhì)上是一個公司、管理者或者其他管理者），負(fù)責(zé)維持后續(xù)字段的編號——對象分類號和序列號。它用來描述與此相關(guān)的生產(chǎn)廠商的信息。EPC-global分配域名管理者代碼給實(shí)體，確保每一個域名管理者代碼是唯一的。本系統(tǒng)中域名管理者中記錄的豬肉各環(huán)節(jié)生產(chǎn)廠商的代碼（如圖2所示），域名管理者的代碼僅標(biāo)識出關(guān)鍵環(huán)節(jié)的生產(chǎn)廠商名稱（養(yǎng)殖場、屠宰場、分割包裝廠、銷售商店），關(guān)于生產(chǎn)廠商的詳細(xì)信息以及流通環(huán)節(jié)中的倉儲和運(yùn)輸?shù)刃畔?，都存儲在?shù)據(jù)庫中。

圖2 域名管理者碼段代碼分配示意圖Fig.2 Encoding of domain managers

3.2.3 對象分類號 對象分類號被EPC管理實(shí)體使用來識別一個物品的種類或者類型，標(biāo)識出物品的精確信息，它在每個域名管理者之下必須是是唯一的。本系統(tǒng)中用對象分類號碼段就是豬肉的分割肉代碼，用來標(biāo)識豬肉來自左二分體還是右二分體和具體部位，如圖3所示。

圖3 對象分類號碼段代碼分配示意圖Fig.3 Encoding of object classification

3.2.4 序列號 序列號在每個對象分類號之內(nèi)是唯一的，管理實(shí)體為每一個對象分類號分配唯一的、不重復(fù)的序列號。本系統(tǒng)中序列號前半段表示屠宰的年月日，后半部分表示的是宰殺的批次流水號，如圖4所示。

圖4 序列號碼段代碼分配示意圖Fig.4 Encoding of serial number

3.3 編碼示例

將制定的EPC編碼方案與已有的RFID電子標(biāo)簽體系進(jìn)行集成。RFID標(biāo)簽可以將豬肉各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有效的鏈接起來，使每塊肉與生豬一一對應(yīng)，通過EPC編碼，可以為每塊豬肉提供唯一的標(biāo)識。舉例：53，13234346，1004，111002314。其中，53是版本號，代表選用的是EPC-96型編碼；13234346是域名管理者，13代表江蘇蘇食集團(tuán)養(yǎng)殖場（養(yǎng)殖場），23代表南京肉聯(lián)廠（屠宰場），43代表南京肉聯(lián)廠分割間（分割包裝廠），46代表南京肉品責(zé)任有限公司（銷售商店）；1004是對象分類號，代表來自左二分體的后腿肉；111002314是序列號，111002代表2011年10月2號（銷售時間），314是流水號。為閱讀方便，最后將代碼轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制，不足的位數(shù)補(bǔ)零。經(jīng)過轉(zhuǎn)換，最后的跟蹤追溯EPC碼為：350C9F0110003EC0069DC2CA。

4 系統(tǒng)的構(gòu)架及實(shí)現(xiàn)

基于RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)的平臺架構(gòu)如圖5所示，分為三層：客戶層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層?？蛻魧犹峁┝耸謾C(jī)客戶端、瀏覽器和定制軟件多種查詢方式。生產(chǎn)者、監(jiān)管者、消費(fèi)者等系統(tǒng)用戶都可以應(yīng)用組合查詢的方式，查詢相關(guān)信息，掌握每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全信息。業(yè)務(wù)層提供系統(tǒng)的主要功能，主要由養(yǎng)殖子系統(tǒng)、屠宰子系統(tǒng)、分割包裝子系統(tǒng)、倉儲運(yùn)輸子系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)、RFID標(biāo)簽子系統(tǒng)和跟蹤追溯子系統(tǒng)七大子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)層分為平臺數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫兩部分；平臺數(shù)據(jù)庫提供基礎(chǔ)平臺的運(yùn)行數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖5 基于RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)的平臺架構(gòu)圖Fig.5 The platform architecture of pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC

本系統(tǒng)將豬肉生產(chǎn)加工流程各環(huán)節(jié)的溯源信息錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，對每個環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行識別、記錄管理和跟蹤，形成一個完整的信息鏈，如圖6所示。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題豬肉時，可通過豬肉的EPC編碼查詢相關(guān)信息，找到問題豬肉的來源并確定出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，阻斷問題豬肉繼續(xù)流入市場并及時召回已售出的問題豬肉，避免重大食品質(zhì)量安全事故。

圖6 豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)溯源信息鏈框架圖Fig.6 The information chain of pork tracking and tracing system

本系統(tǒng)采用Visio Studio 2005工具軟件進(jìn)行開發(fā)，部署環(huán)節(jié)Web應(yīng)用服務(wù)器采用Tomcat，應(yīng)用服務(wù)器采用JBoss，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用SQL Server 2005。系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了原型構(gòu)建，運(yùn)行良好，信息傳遞暢通。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)在借鑒國內(nèi)外成功的跟蹤追溯經(jīng)驗(yàn)和食品安全控制技術(shù)案例的基礎(chǔ)上，將RFID技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)中，具有信息采集自動化，采集速度快，識別率高等優(yōu)點(diǎn)。豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)是一個能夠連接豬肉生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)，貫穿于整個豬肉供應(yīng)鏈的信息管理系統(tǒng)。它采用EPC編碼技術(shù)對豬肉生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)溯源信息進(jìn)行編碼，構(gòu)建了豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)平臺，有效地串聯(lián)各環(huán)節(jié)的信息，保證了信息的有效記錄和完整傳遞，實(shí)現(xiàn)了豬肉生產(chǎn)全程網(wǎng)絡(luò)化管理，可以對豬肉產(chǎn)品快速地進(jìn)行跟蹤追溯。豬肉生產(chǎn)經(jīng)營者以及監(jiān)管者可以根據(jù)共享的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)豬肉質(zhì)量安全跟蹤追溯，滿足安全生產(chǎn)的需要。消費(fèi)者可以查詢與豬肉相關(guān)的信息，滿足對產(chǎn)品的知情權(quán)。

現(xiàn)代化的食品跟蹤追溯體系主要依靠先進(jìn)的個體識別技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用先進(jìn)的信息系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。目前，國際還缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、開放的跟蹤追溯體系框架；各類先進(jìn)的個體標(biāo)識技術(shù)成本高，對員工的操作要求高，不易推廣；我國食品企業(yè)信息化程度不高，在食品安全領(lǐng)域?qū)Ω欁匪菹到y(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段，這些都是制約我國食品跟蹤追溯系統(tǒng)全面推廣的問題。在探討跟蹤追溯系統(tǒng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，我們要借鑒發(fā)達(dá)國家實(shí)施食品質(zhì)量安全跟蹤追溯系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，思考如何進(jìn)一步建立和完善我國的食品質(zhì)量安全跟蹤追溯系統(tǒng)。

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Establishment of pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC

LIU Yao，GAO Feng，XU Xing-lian，XU Huan-liang，ZHOU Guang-hong*
（National Center of Meat Quality and Safety Control，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

TS251.1

A

1002-0306（2012）16-0049-04

2011－12－20 *通訊聯(lián)系人

劉堯（1987－），男，碩士研究生，研究方向：動物營養(yǎng)與肉品安全。

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（200903012）；江蘇省農(nóng)業(yè)三項(xiàng)工程項(xiàng)目（SX（2010）268）。