蘇中濱，郭媛媛

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣與信息學(xué)院，哈爾濱 150030）

基于物聯(lián)網(wǎng)的乳制品溯源系統(tǒng)編碼技術(shù)研究

蘇中濱，郭媛媛

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣與信息學(xué)院，哈爾濱 150030）

基于物聯(lián)網(wǎng)，以乳制品質(zhì)量安全溯源為研究對(duì)象，以全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（GS1）為基礎(chǔ)，應(yīng)用無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）、產(chǎn)品電子代碼（EPC）、一維條碼、二維條碼QR等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)應(yīng)用于乳制品各生產(chǎn)階段外部溯源的編碼標(biāo)識(shí)，將奶牛個(gè)體標(biāo)識(shí)和乳制品采集、運(yùn)輸、生產(chǎn)、加工、銷售過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一編碼。編制溯源碼信息包含奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)、奶缸、原料奶保溫槽車物流信息、乳產(chǎn)品加工廠名稱、乳產(chǎn)品生產(chǎn)加工檢測(cè)、乳產(chǎn)品加工日期、乳產(chǎn)品加工批次等關(guān)鍵信息。該文構(gòu)建的溯源系統(tǒng)編碼技術(shù)，是制定實(shí)施我國(guó)追溯編碼標(biāo)準(zhǔn)的有益探索。

編碼標(biāo)準(zhǔn)；溯源系統(tǒng)；乳制品；GS1；EPC；QR

食品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)是指在食物鏈的各個(gè)階段或環(huán)節(jié)中由鑒別產(chǎn)品身份、資料準(zhǔn)備、資料收集與保存以及資料驗(yàn)證等一系列溯源機(jī)制組成的整體。乳品可追溯系統(tǒng)已成為保障乳品安全的重要措施之一[1-2]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)乳制品生產(chǎn)、流通與銷售過(guò)程已開展基于物聯(lián)網(wǎng)的可追溯系統(tǒng)研究[3-7]，瑞士對(duì)干酪實(shí)行地理位置信息追溯與預(yù)警[6]；意大利結(jié)合危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)（Hazard Analysis and Critical Control Point，HACCP）體系建立針對(duì)超高溫瞬時(shí)處理（Ultra High Temperature treated，UHT）乳的全程可追溯系統(tǒng)[7-8]。

食品安全有效追溯必須建立電子信息化的追溯系統(tǒng)，物品編碼技術(shù)是食品安全追溯的關(guān)鍵技術(shù)[9-11]。目前，乳品可溯源系統(tǒng)多數(shù)是基于流通、銷售過(guò)程進(jìn)行分析，整個(gè)乳品供應(yīng)鏈被分割成多個(gè)系統(tǒng)，各系統(tǒng)間編碼標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，接口不開放，沒(méi)有統(tǒng)一追溯編碼標(biāo)準(zhǔn)，不便于信息互換與共享。由于國(guó)內(nèi)終端乳產(chǎn)品包裝物條碼僅是商品銷售代碼無(wú)法代表乳產(chǎn)品追溯身份，各乳品溯源系統(tǒng)為終端乳產(chǎn)品提供一維溯源條碼，該溯源條碼必須在特定檢索設(shè)備和系統(tǒng)中獲取各類溯源信息，使用不方便。一維溯源碼僅是提供給消費(fèi)者終端乳產(chǎn)品生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)日期。因此制定實(shí)施我國(guó)乳產(chǎn)品追溯編碼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程，是我國(guó)乳品質(zhì)量安全追溯工作科學(xué)化、規(guī)范化發(fā)展的基礎(chǔ)。科學(xué)、適用的乳制品溯源編碼系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)乳制品整個(gè)供應(yīng)鏈自動(dòng)化、電子化管理及從“牧場(chǎng)到餐桌”全程信息追溯的關(guān)鍵支撐技術(shù)。

本文以乳制品整個(gè)生產(chǎn)流程（奶牛養(yǎng)殖、原料奶收集及運(yùn)輸、乳產(chǎn)品生產(chǎn)加工、乳產(chǎn)品配送及銷售）為研究對(duì)象，以全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)（Globe standard 1，GS1）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[12-14]為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用RFID（Radio Frequency IDentification）電子標(biāo)簽[15-17]及印刷包裝，應(yīng)用EPC（Electronic Product Code）編碼技術(shù)[18]、一維條碼及二維QR（Quick Response）條碼技術(shù)[19-20]，提出乳制品各生產(chǎn)階段外部溯源編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與方法。該編碼體系將為乳制品消費(fèi)者便捷查詢?nèi)楫a(chǎn)品溯源信息提供技術(shù)支撐。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的乳制品溯源系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的乳制品溯源系統(tǒng)從信息采集、信息處理、信息服務(wù)三個(gè)層面對(duì)整體架構(gòu)進(jìn)行分解。信息采集層次主要包括影響乳品質(zhì)量安全關(guān)鍵因素指標(biāo)篩選，原材料生產(chǎn)、產(chǎn)品加工、質(zhì)檢、物流的信息獲取，為實(shí)現(xiàn)乳品的最終溯源提供數(shù)據(jù)支持；信息處理層面主要通過(guò)信息編碼技術(shù)、信息采集、信息交換、數(shù)字化技術(shù)以及硬件研發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)乳品質(zhì)量安全可追溯信息門戶研發(fā)；信息服務(wù)層則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、移動(dòng)溯源終端等多種方式為消費(fèi)者、監(jiān)管者提供質(zhì)量安全信息查詢服務(wù)。基于物聯(lián)網(wǎng)的乳制品溯源系統(tǒng)整體架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的乳制品溯源系統(tǒng)整體架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.1 Overall network topology architecture based on IOT for dairy traceability system

2 標(biāo)簽選擇及編碼設(shè)計(jì)

2.1 標(biāo)簽選擇

為實(shí)現(xiàn)乳制品溯源系統(tǒng)編碼技術(shù)的規(guī)范性和乳制品安全質(zhì)量的可追溯性，本系統(tǒng)采用RFID結(jié)合一維條碼和二維條碼混合標(biāo)簽?zāi)Ｊ阶鳛槿橹破匪菰葱畔⑤d體。RFID標(biāo)簽是射頻識(shí)別技術(shù)中基于GS1系統(tǒng)EPC編碼規(guī)則電子標(biāo)簽，遵循EPCglobal制定無(wú)接觸空中通信規(guī)則。本系統(tǒng)將RFID電子標(biāo)簽用于標(biāo)識(shí)奶牛個(gè)體，奶牛個(gè)體唯一標(biāo)識(shí)信息由RFID標(biāo)簽中EPC編號(hào)設(shè)定，該奶牛個(gè)體唯一標(biāo)識(shí)信息與奶牛養(yǎng)殖數(shù)據(jù)庫(kù)中奶牛養(yǎng)殖信息和擠奶信息相關(guān)聯(lián)，該記錄信息為乳制品生產(chǎn)者及最終消費(fèi)者提供溯源信息依據(jù)。一維條碼由于價(jià)格低廉使用方便，在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用于零售商品、非零售商品、物流單元、位置、資產(chǎn)及服務(wù)領(lǐng)域中。儲(chǔ)存原料奶的奶缸及運(yùn)輸車，通過(guò)一維條碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)，利用一維條碼中批號(hào)信息對(duì)奶缸及運(yùn)輸車中存儲(chǔ)的原料奶進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)；乳制品最終的零售包裝也由一維條碼標(biāo)識(shí)，包含產(chǎn)品的批號(hào)信息。二維條碼技術(shù)具有信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像等多種信息、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已將二維條碼技術(shù)廣泛應(yīng)用于火車票中。目前常用二維條碼技術(shù)有QR碼，Data Matrix碼和PDF417碼等。相比較其他編碼方式而言，QR碼具有超高速和全方位（360°）識(shí)讀特點(diǎn)及高效的中國(guó)漢字表示能力，本系統(tǒng)采用二維QR條碼作為終端乳制品的產(chǎn)品溯源碼[21-22]。

2.2 乳制品生產(chǎn)流程編碼設(shè)計(jì)

2.2.1 奶牛個(gè)體標(biāo)識(shí)編碼

圖2 奶牛個(gè)體標(biāo)識(shí)的GID-96編碼結(jié)構(gòu)Fig.2 GID-96 coding structure identified individual cows

本系統(tǒng)利用RFID標(biāo)簽技術(shù)對(duì)奶牛進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，并能將每頭奶牛與奶牛養(yǎng)殖系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中所存儲(chǔ)的奶牛來(lái)源、飼養(yǎng)、健康狀況等信息對(duì)應(yīng)。RFID標(biāo)簽利用二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)個(gè)體標(biāo)識(shí)信息，包括三部分：96位的EPC碼、24位的Kill碼（出于安全的考慮用于破壞RFID卡內(nèi)信息）和16位的CRC（循環(huán)冗余）校驗(yàn)碼。EPC碼用來(lái)標(biāo)識(shí)奶牛個(gè)體信息，本系統(tǒng)采用的是符合國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISO/ 18000-6C的EPC標(biāo)簽，利用EPC編碼信息規(guī)范中的通用識(shí)別碼（General Identifier，GID-96）編碼格式，具體編碼結(jié)構(gòu)如圖2所示。

GID-96編碼格式由四部分構(gòu)成，分別是標(biāo)頭（Header），通用管理者代碼（General Manager Number），對(duì)象分類代碼（Object Class）和序列號(hào)（Serial Number）。標(biāo)頭包含8位二進(jìn)制編碼，用于標(biāo)識(shí)EPC的長(zhǎng)度、類型、結(jié)構(gòu)、版本，根據(jù)GID-96編碼格式標(biāo)頭的要求，本系統(tǒng)使用的標(biāo)頭為00110101。通用管理者代碼（General Manager Number）包含28位二進(jìn)制編碼，是用來(lái)標(biāo)識(shí)組織實(shí)體，一般而言是公司或管理者，并負(fù)責(zé)維持后繼字段的編碼。EPCglobal給組織實(shí)體分配一個(gè)唯一的通用管理者代碼。本系統(tǒng)將七位十六進(jìn)制的廠商識(shí)別代碼轉(zhuǎn)化為28位的二進(jìn)制編碼，作為通用管理者代碼。廠商識(shí)別代碼是國(guó)際通用的商品標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中表示廠商的唯一代碼，由中國(guó)物品編碼中心統(tǒng)一分配。對(duì)象分類代碼（Object Class）包含24位二進(jìn)制編碼，用來(lái)識(shí)別物品的種類或“類型”。本系統(tǒng)將利用對(duì)象分類代碼存儲(chǔ)奶牛的品種信息，在使用時(shí)將標(biāo)識(shí)品種信息的6位十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制代碼。序列號(hào)（Serial Number）包含36位二進(jìn)制編碼，用于標(biāo)識(shí)具體的單個(gè)實(shí)體信息，要求在每一個(gè)對(duì)象分類之內(nèi)該實(shí)體是唯一標(biāo)識(shí)。本系統(tǒng)將奶牛出生日期及序號(hào)作為牛場(chǎng)每頭某品種奶牛唯一標(biāo)識(shí)，并利用9位十六進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼，將該代碼轉(zhuǎn)化為36位二進(jìn)制編碼，利用序列號(hào)存儲(chǔ)這些編碼信息。

2.2.2 原料奶收集編碼

原料奶信息采集是乳制品追溯系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)之一。本系統(tǒng)整合廠商識(shí)別代碼、項(xiàng)目代碼和批號(hào)LOT（line-of-travel）信息對(duì)每天生產(chǎn)的原料奶進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。該編碼通過(guò)批號(hào)信息確保原料奶與奶牛個(gè)體標(biāo)識(shí)間的關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)信息通過(guò)奶牛自動(dòng)擠奶裝置存儲(chǔ)于奶牛養(yǎng)殖服務(wù)器中，在標(biāo)簽上能夠查詢到奶源的準(zhǔn)確信息。上述信息采用一維條碼標(biāo)識(shí)，將條碼張貼到奶缸固定位置上。本系統(tǒng)原料奶收集編碼采用非零售商品（GTIN-14）編碼結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（AI）對(duì)原料奶進(jìn)行編碼，采用GS1-128條碼標(biāo)準(zhǔn)打印，具體編碼結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 原料奶收集編碼結(jié)構(gòu)Fig.3 Raw milk collection coding structure

本編碼結(jié)構(gòu)主要包括非零售商品（GTIN-14），和批號(hào)（LOT）。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16986-2003《EAN·UCC系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)識(shí)符》要求在非零售商品（GTIN-14）編碼前應(yīng)用標(biāo)識(shí)符為01，在批號(hào)（LOT）編碼前應(yīng)用標(biāo)識(shí)符為10。非零售商品（GTIN-14）編碼包含14位十進(jìn)制代碼，其中第一位數(shù)字是包裝指示符，本系統(tǒng)將此值取為9，表示所編碼物品為非零售商品，且以基本計(jì)量單位計(jì)價(jià)，數(shù)量隨機(jī)包裝形式；第二位到第八位數(shù)字為廠商識(shí)別代碼，本系統(tǒng)采用奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)向中國(guó)物品編碼中心申請(qǐng)到的七位廠商識(shí)別代碼；第九位到第十三位為項(xiàng)目代碼，本系統(tǒng)規(guī)定由廠商根據(jù)項(xiàng)目自行分配，并要求廠商將項(xiàng)目注釋信息存儲(chǔ)到奶牛養(yǎng)殖服務(wù)器中；第十四位為校驗(yàn)碼，是由本系統(tǒng)根據(jù)校驗(yàn)規(guī)則自動(dòng)生成。批號(hào)（LOT）編碼包含12位十六進(jìn)制代碼，根據(jù)當(dāng)天的流水號(hào)由生產(chǎn)管理者自行定義，且需要廠商將流水號(hào)注釋信息存儲(chǔ)到奶牛養(yǎng)殖服務(wù)器中。

2.2.3 原料奶運(yùn)輸編碼

圖4 原料奶運(yùn)輸編碼結(jié)構(gòu)Fig.4 Raw milk transport coding structure

我國(guó)奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模和集中程度差異大，無(wú)法全面實(shí)現(xiàn)從奶牛飼養(yǎng)到乳制品加工都在牧場(chǎng)進(jìn)行，這就要求有足夠的原料奶運(yùn)輸?shù)郊庸S。奶牛飼養(yǎng)與乳制品加工脫節(jié)是乳制品質(zhì)量安全隱患。原料奶儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，從擠出到乳制品加工車間，原料奶運(yùn)輸車輛的保溫隔熱功能以及儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的衛(wèi)生狀況是技術(shù)上的關(guān)鍵控制點(diǎn)。運(yùn)輸過(guò)程中要低溫儲(chǔ)藏，可使用溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)控，并把原料奶保溫槽車的標(biāo)識(shí)和溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺橹破飞a(chǎn)商服務(wù)器中。本系統(tǒng)在原料奶裝車運(yùn)輸時(shí)，提供系列貨運(yùn)包裝箱代碼（Serial Shipping Container Code，SSCC）物流標(biāo)簽，用于對(duì)每一個(gè)物流單元（原料奶保溫槽車）進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。通過(guò)乳制品生產(chǎn)商服務(wù)器，將存儲(chǔ)原料奶的奶缸編碼與原料奶保溫槽車的物流標(biāo)簽對(duì)應(yīng)，并把原料奶運(yùn)輸過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)信息存入該數(shù)據(jù)庫(kù)中。乳制品生產(chǎn)廠商可訪問(wèn)奶牛養(yǎng)殖服務(wù)器，通過(guò)查詢奶缸的編碼獲得所需信息。

本系統(tǒng)原料奶運(yùn)輸編碼采用系列貨運(yùn)包裝箱代碼（SSCC-18）編碼和應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（AI）結(jié)構(gòu)，并采用GS1-128條碼標(biāo)準(zhǔn)打印。原料奶運(yùn)輸編碼結(jié)構(gòu)如圖4所示。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16986-2003《EAN· UCC系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)識(shí)符》要求在系列貨運(yùn)包裝箱代碼（SSCC-18）編碼前的應(yīng)用標(biāo)識(shí)符為00，系列貨運(yùn)包裝箱代碼（SSCC-18）編碼結(jié)構(gòu)包含18位十進(jìn)制編碼，其中第一位為擴(kuò)展位，表示包裝類型，由建立SSCC的廠商分配，取值范圍為0～9；第二位到第八位數(shù)字為廠商識(shí)別代碼，采用乳制品生產(chǎn)商向中國(guó)物品編碼中心申請(qǐng)到的七位廠商識(shí)別代碼；第九位到第十七位為系列號(hào)，由生產(chǎn)商根據(jù)當(dāng)天的流水號(hào)分配唯一編碼；最后一位為校驗(yàn)位，由系統(tǒng)根據(jù)校驗(yàn)規(guī)則自動(dòng)生成。

原奶運(yùn)送途中，原奶供應(yīng)商可采用全球可回收資產(chǎn)標(biāo)識(shí)符（Global Returnable Asset Identifier，GRAI）編碼對(duì)原奶保溫槽車進(jìn)行標(biāo)識(shí)，對(duì)標(biāo)簽初始化，便將GRAI編碼順利轉(zhuǎn)換為EPC編碼。RFID電子標(biāo)簽中儲(chǔ)存有EPC編碼，結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過(guò)程的實(shí)時(shí)跟蹤定位。

原料奶、牛奶、奶產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工、檢測(cè)及運(yùn)輸過(guò)程中需處于一定低溫狀態(tài)，所以對(duì)奶產(chǎn)品加工過(guò)程中的溫度監(jiān)控，使用有源電子標(biāo)簽，選擇UHF頻段、帶延長(zhǎng)線的RFID標(biāo)簽，可采取固定溫度探頭在采集點(diǎn)或伸入溫度探頭到采集點(diǎn)兩種方式；在運(yùn)輸車輛內(nèi)也裝有內(nèi)部帶有溫度傳感器的有源射頻標(biāo)簽，溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)獲取溫度數(shù)據(jù)，傳送給相連接的EPC電子標(biāo)簽儲(chǔ)存，實(shí)時(shí)記錄車廂內(nèi)溫度。

2.2.4 乳制品生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)編碼管理

在供奶商向生產(chǎn)商發(fā)貨前，利用電子數(shù)據(jù)交換（EDI）將該批原材料的物流單元編碼（SSCC-18）及奶牛與貯奶缸、原料奶保溫槽車的對(duì)應(yīng)關(guān)系及基本信息上傳至乳制品生產(chǎn)商數(shù)據(jù)庫(kù)中。原料奶保溫槽車到達(dá)奶產(chǎn)品加工工廠時(shí)，生產(chǎn)者通過(guò)其SSCC物流標(biāo)簽可查詢到奶罐中原料奶的來(lái)源、批次、產(chǎn)奶時(shí)間等信息，對(duì)原料奶量等信息進(jìn)行驗(yàn)證，并記錄到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。對(duì)原料奶進(jìn)行理化、微生物等質(zhì)量檢驗(yàn)，合格的原奶進(jìn)入生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)；不合格的原料奶應(yīng)及時(shí)處理，并將檢驗(yàn)結(jié)果寫到標(biāo)簽上，傳到后臺(tái)乳制品生產(chǎn)商數(shù)據(jù)庫(kù)信息系統(tǒng)中。

原料奶加工至奶產(chǎn)品生產(chǎn)流程，屬于“整入零出”類型，本研究把源自同一奶罐車加工而成的牛奶或奶產(chǎn)品定為同一批次。具體界定“同一批次產(chǎn)品”的方法為：在生產(chǎn)開始，向儲(chǔ)罐中放置感應(yīng)器記錄奶罐中原料奶的容量，傳到后臺(tái)管理信息系統(tǒng)，以此標(biāo)記生產(chǎn)開始時(shí)間T1，和原料奶耗盡時(shí)間T2。設(shè)定將原料奶加工成奶產(chǎn)品的平均時(shí)間為t，則規(guī)定T1+t至T2+t時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的牛奶或奶產(chǎn)品視為同一批次。

經(jīng)過(guò)加工的奶產(chǎn)品由生產(chǎn)加工企業(yè)分配唯一的零售商品GTIN編碼標(biāo)識(shí)給零售貿(mào)易單元，根據(jù)不同的產(chǎn)品種類分配不同批號(hào)，采用零售商品GTIN-13編碼結(jié)構(gòu)對(duì)每盒/袋奶產(chǎn)品進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)，乳制品生產(chǎn)編碼結(jié)構(gòu)見圖5。在此編碼結(jié)構(gòu)中，第一位到第七位為乳制品生產(chǎn)商的廠商識(shí)別代碼，由中國(guó)物品編碼中心統(tǒng)一向申請(qǐng)廠商分配；第八到第十二位為商品項(xiàng)目代碼，由生產(chǎn)廠商遵循無(wú)含義性的編碼原則，即商品項(xiàng)目代碼中的每一個(gè)數(shù)字既不表示分類，也不表示任何特定信息，以流水號(hào)形式為每個(gè)貿(mào)易項(xiàng)目編碼。最后一位為校驗(yàn)碼，由系統(tǒng)根據(jù)校驗(yàn)規(guī)則自動(dòng)生成。

圖5 乳制品生產(chǎn)GTIN-13編碼結(jié)構(gòu)Fig.5 Dairy production GTIN-13 coding structure

2.2.5 乳制品溯源編碼

終端乳產(chǎn)品的溯源碼是面向消費(fèi)者對(duì)乳制品進(jìn)行溯源信息追蹤的需求開發(fā)的編碼規(guī)則。編制溯源碼信息包含奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)、奶缸、原料奶保溫槽車物流信息、乳產(chǎn)品加工廠名稱、乳產(chǎn)品生產(chǎn)加工檢測(cè)、乳產(chǎn)品加工日期、乳產(chǎn)品加工批次等關(guān)鍵信息。在乳產(chǎn)品銷售包裝上使用該溯源碼。

本系統(tǒng)使用QR Code二維條形碼作為乳產(chǎn)品溯源碼，乳產(chǎn)品生產(chǎn)廠商為每批出廠乳品分配具有惟一性的二維編碼，并利用乳產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)存儲(chǔ)、共享出廠乳品的相關(guān)信息。消費(fèi)者購(gòu)買到乳產(chǎn)品時(shí)，利用安裝二維碼識(shí)讀軟件的智能手機(jī)掃描包裝上的二維碼，可通過(guò)運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)溯源數(shù)據(jù)管理平臺(tái)“二維碼驗(yàn)證服務(wù)器”響應(yīng)，二維碼驗(yàn)證服務(wù)器對(duì)二維碼進(jìn)行解碼、驗(yàn)證后，將在數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的溯源信息數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到的產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，回傳到消費(fèi)者手機(jī)上。

3 生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)

3.1 整體編碼結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于當(dāng)前國(guó)際通用的物品編碼技術(shù)GS1系統(tǒng)，在乳制品生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工銷售整個(gè)流程中實(shí)施系統(tǒng)編碼設(shè)計(jì)（見圖6）。該乳制品溯源系統(tǒng)，在奶牛養(yǎng)殖階段使用RFID電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)奶牛個(gè)體，以EPC-96編碼結(jié)構(gòu)中的通用識(shí)別碼GID-96編碼結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)奶牛信息。奶牛經(jīng)過(guò)自動(dòng)擠奶裝置時(shí)，裝置記錄奶牛標(biāo)識(shí)后，結(jié)合該奶牛所擠牛奶的重量等信息傳回奶牛養(yǎng)殖數(shù)據(jù)庫(kù)。奶牛飼養(yǎng)或其他人員可使用PDA等手持設(shè)備掃描RFID耳標(biāo)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取奶牛養(yǎng)殖數(shù)據(jù)庫(kù)中該奶牛的飼養(yǎng)及擠奶等信息。在原料奶收集階段，貯奶缸編碼采用GTIN-14編碼結(jié)構(gòu)并結(jié)合應(yīng)用標(biāo)識(shí)符AI表示，該編碼中的批號(hào)可唯一標(biāo)識(shí)該奶缸中的原料奶。原料奶運(yùn)輸過(guò)程中，奶罐車采用SSCC-18編碼結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用標(biāo)識(shí)符AI表示，該編碼中的系列號(hào)可唯一標(biāo)識(shí)該奶罐車。本系統(tǒng)使用GS1-128—維條碼技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中的貯奶缸編碼及奶罐車編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)打??；乳制品生產(chǎn)階段使用GTIN-13編碼結(jié)構(gòu)作為產(chǎn)品的銷售編碼；利用二維QR編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)乳制品的溯源碼編制，并最終將產(chǎn)品的銷售碼和溯源碼打印在乳產(chǎn)品零售包裝單元上。對(duì)于直接影響到乳產(chǎn)品質(zhì)量安全的環(huán)境信息、奶牛個(gè)體信息、生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程中的溫度信息，使用RFID標(biāo)簽進(jìn)行記錄。在溯源實(shí)施過(guò)程中，從養(yǎng)殖、存儲(chǔ)、運(yùn)輸及終端銷售四個(gè)環(huán)節(jié)具體研究信息標(biāo)識(shí)方法。對(duì)原料奶與乳產(chǎn)品加工操作設(shè)備設(shè)施的監(jiān)控，采用超高頻無(wú)源電子標(biāo)簽進(jìn)行信息記錄，可貼在加工設(shè)備上或用螺絲固定在設(shè)備上。該系統(tǒng)編碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖7。

圖6 乳制品生產(chǎn)整體流程編碼Fig.6 Dairy production overall encoding process

圖7 系統(tǒng)編碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.7 Coding system network structure

3.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本系統(tǒng)采用國(guó)際動(dòng)物食品安全追溯標(biāo)準(zhǔn)IS011784/5的134.2 KHz電子耳標(biāo)，作為乳牛養(yǎng)殖的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)；采用國(guó)際物流行業(yè)一致認(rèn)同的EPC標(biāo)準(zhǔn)，作為項(xiàng)目物流電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)；以有源RFID溫度標(biāo)簽、車載溫度傳感器作為冷鏈物流溫度數(shù)據(jù)采集和儲(chǔ)存設(shè)備，以3G技術(shù)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，用戶可自定義溫度采集頻率；系統(tǒng)整體平臺(tái)符合國(guó)家電子政務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，同時(shí)參照政府相關(guān)政策法規(guī)，技術(shù)方面遵循業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)包括XML標(biāo)準(zhǔn)、Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

奶牛RFID耳標(biāo)EPC-96（GID-96）編碼見表1。通過(guò)PDA等手持設(shè)備掃描奶牛RFID耳標(biāo)信息，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將奶牛標(biāo)識(shí)EPC編碼等信息傳入奶牛養(yǎng)殖信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，把對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)信息的奶牛各種養(yǎng)殖及擠奶數(shù)據(jù)傳回PDA等手持設(shè)備上，以供養(yǎng)殖人員及其他人員對(duì)奶牛養(yǎng)殖信息查詢。

表1 奶牛耳標(biāo)EPC-96的二進(jìn)制編碼構(gòu)成Table 1 Constituting of binary coding standard EPC-96 for cow ear tag

該廠商識(shí)別代碼6903434為奶牛養(yǎng)殖廠申請(qǐng)的唯一標(biāo)識(shí)，奶牛品種十六進(jìn)制600800表示荷斯坦奶牛；序列號(hào)由奶牛出生日期及序號(hào)組成，十六進(jìn)制表示為10090832D，100908為奶牛出生日期，表示2010年09月08日出生。32D為序號(hào)，由奶牛養(yǎng)殖廠根據(jù)當(dāng)日流水號(hào)編碼。十六進(jìn)制EPC：35690343460080010090832D。

在奶牛進(jìn)入自動(dòng)擠奶裝置時(shí)，自動(dòng)擠奶裝置掃描奶牛RFID耳標(biāo)，把奶牛的耳標(biāo)信息及奶牛所生產(chǎn)牛奶的重量及質(zhì)量等信息傳入奶牛養(yǎng)殖管理數(shù)據(jù)庫(kù)中保存記錄。把奶牛標(biāo)識(shí)編號(hào)與原料奶奶缸編碼中的批號(hào)（牛奶的批號(hào)）相關(guān)聯(lián)。

原料奶奶缸的編碼如圖8a所示，采用GTIN-14編碼標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合應(yīng)用標(biāo)識(shí)符AI，采用GS1-128條碼標(biāo)準(zhǔn)打印。應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（01）表示其后的代碼為GTIN，包括：廠商識(shí)別代碼為6903434，項(xiàng)目代碼為99125，驗(yàn)證碼為8。應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（10）表示其后的代碼為批號(hào)，值為1036CA6DF156。原料奶奶罐車的編碼如圖8b所示，采用SSCC-18編碼標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合應(yīng)用標(biāo)識(shí)符AI，采用GS1-128條碼標(biāo)準(zhǔn)打印。應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（00）表示其后的代碼為SSCC，包括：擴(kuò)展位為0，乳制品加工廠廠商識(shí)別代碼為6950518，系列號(hào)為000009786，驗(yàn)證碼為0。

圖8 乳制品溯源編碼應(yīng)用實(shí)例Fig.8 Example of traceability coding application for dairy products

乳制品銷售包裝的編碼包括GTIN-13及溯源編碼QR，如圖8c所示。GTIN-13編碼用于產(chǎn)品的銷售，包括乳制品加工廠廠商識(shí)別代碼6950518及商品項(xiàng)目代碼70111和一位校驗(yàn)碼8。溯源編碼QR包含產(chǎn)品加工日期：2012年8月6日；乳制品加工廠：A地（廠商識(shí)別代碼為：6950518）；奶牛養(yǎng)殖廠：B地（廠商識(shí)別代碼為：6903434）；奶缸；原料奶運(yùn)輸車；奶產(chǎn)品生產(chǎn)加工檢測(cè)信息。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)基于當(dāng)前國(guó)際通用的物品編碼技術(shù)GS1系統(tǒng)，采用物聯(lián)網(wǎng)、信息編碼等技術(shù)，在乳制品生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工銷售整個(gè)流程中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的編碼設(shè)計(jì)；利用二維編碼技術(shù)編制適合于我國(guó)乳品產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與需求的乳制品溯源碼。當(dāng)出現(xiàn)重大生產(chǎn)事件或發(fā)現(xiàn)奶產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，生產(chǎn)商可對(duì)有害產(chǎn)品、次成品、由于生產(chǎn)失誤、儲(chǔ)存物流等原因造成損傷的奶產(chǎn)品進(jìn)行回收。根據(jù)奶產(chǎn)品的溯源編碼標(biāo)識(shí)可快速定位問(wèn)題奶產(chǎn)品，提高奶產(chǎn)品回收與處理效率。

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Application of coding based on IOT for dairy traceability system

SU Zhongbin,GUO Yuanyuan(School of Electric and Information,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China)

In this paper,based on IOT(Internet of Things)and GS1(Globe standard 1)to dairy quality and safety traceability as the research object,the application of RFID(Radio Frequency Identification),EPC(Electronic Product Code),one-dimensional codes,two-dimensional code QR and other key technologies used in the design of the various stages of production of dairy external traceable identification code,which will identify individual cows and dairy collection,transportation,production, processing and marketing process of a unified coding.Information prepared traceability code contains critical information dairy farms,milk tanks,raw milk holding tank logistics information,the name of dairy products processing plant,dairy production and processing to detect,milk products processing date, batch processing and other dairy products.This paper build traceability system for encoding technology developed and implemented in terms of traceability coding standard is a useful exploration.

coding standard;traceability system;dairy;GS1;EPC;QR

S932.4

A

1005-9369（2014）08-0110-08

蘇中濱,郭媛媛.基于物聯(lián)網(wǎng)的乳制品溯源系統(tǒng)編碼技術(shù)研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(8):110-117.

Su Zhongbin,Guo Yuanyuan.Application of coding based on IOT for dairy traceability systemJ].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(8):110-117.(in Chinese with English abstract)

2013-11-18

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK17B04）

蘇中濱（1965-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)信息化、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。E-mail:suzb001@163.com

時(shí)間2014-7-18 15:02:53[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140718.1502.010.html