林宇洪，林敏敏，林承操，張志彬

(福建農林大學交通與土木工程學院，福建福州 350002)

近年來，國內外肉產品質量安全事故頻發(fā)，引起了社會對肉產品安全問題的關注，部分消費者甚至形成了焦慮情緒。因此，如何保證肉產品的安全性，實施有效的肉產品加工信息追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)對違法者的追責機制，成為了國內外食品行業(yè)的研究熱點。在發(fā)達國家因為無線通訊環(huán)境好，因此大多采用移動通訊的方式，無線聯(lián)網，將生產日志寫入數據庫［1］。部分發(fā)達國家還采用DNA技術實現(xiàn)對肉產品追蹤及來源檢測，能有效地打擊各種造假行為［2］。而中國受國情限制，養(yǎng)殖牲畜的牧場、飼養(yǎng)場大多無條件聯(lián)接數據庫，因此無法照搬發(fā)達國家的技術路線。在中國流通市場，也無力承擔引入DNA溯源的成本開支。通過調研和實驗，應用物聯(lián)網的RFID與條碼技術，設計了一種符合低成本的肉產品加工信息追蹤系統(tǒng)［3］。

1 系統(tǒng)概述

肉類追溯安全體系要求發(fā)現(xiàn)安全問題后，首先能夠逆向追溯，找到問題環(huán)節(jié)，再從問題環(huán)節(jié)正向追蹤同批次肉產品的流向，從技術上實現(xiàn)快速追查機制，減少食品安全問題造成的社會危害［4］。基于該目的，本系統(tǒng)對肉類供應鏈實現(xiàn)分兩段管理模式，在牲畜飼養(yǎng)至牲畜銷售過程時采用RFID耳標管理;屠宰分割時完成RFID識別向條碼識別的轉變;從批發(fā)市場至零售市場使用條碼管理。先實現(xiàn)正向追蹤，記錄每一個加工環(huán)節(jié)的生產日志，為日后追溯提供信息源。

2 系統(tǒng)開發(fā)

2.1 RFID耳標選型

如果RFID耳標容量過小，僅能存儲耳標號，生產上的每道環(huán)節(jié)都必須依靠實時聯(lián)接互聯(lián)網存儲信息［5］，我國牲畜飼養(yǎng)環(huán)境普遍惡劣，有些山區(qū)飼養(yǎng)場，ADSL寬帶聯(lián)網都難以實現(xiàn)。而更加邊遠的牧場只能采用GPRS移動技術聯(lián)網，運營成本高，通訊效果不穩(wěn)定［6］。因此本課題應當選用具有一定存儲容量的RFID芯片作為耳標，除了按《牲畜耳標技術規(guī)范》規(guī)定存儲15位的耳標號外，還額外存儲生產日志［7］。工作人員在完成飼養(yǎng)過程中每道工序后，即時采用RFID手持機向耳標寫入預置的簡單編碼。在牲畜屠宰、分割過程中，耳標數據由屠宰流水線上的計算機一次性完整讀取，上傳于監(jiān)管中心的數據庫。

通過測試和對比，最終RFID耳標選擇“Mifare ONE IC S50”邏輯加密芯片，這是一種特性介于RFID卡和智能IC卡之間的成熟芯片，該芯片簡稱為M1，其各項指標完全吻合本系統(tǒng)設計要求，零售價格低于1.0元/個。M1芯片自然損壞概率極低，具有防水、防震能力，適合于惡劣的飼養(yǎng)環(huán)境中使用。工作頻率13.56 MHz，無線讀寫距離2.5～10 cm。芯片容量為1024 Byte，劃分為16個扇區(qū)(0～15)，每個扇區(qū)劃分為4塊(0～3)，每塊16 Byte。扇區(qū)0存放廠商信息及全球唯一的序列號，該序列號無法復制及改寫。扇區(qū)1～15的塊0～2稱為數據塊，供用戶存儲數據，可分配給不同的供應鏈環(huán)節(jié)記錄日志。各扇區(qū)塊3為控制塊，可控制本扇區(qū)塊0～2的讀寫權限。本系統(tǒng)目前僅使用了10個扇區(qū)，對扇區(qū)功能分配情況見表1。

表1 扇區(qū)分配表

2.2 M1芯片讀寫權限的設計與計算

M1芯片各扇區(qū)物理結構見圖1，每個扇區(qū)內的塊3為特殊塊區(qū)，包含KEYA(密碼A)、控制碼(由控制標志組成)與KEYB(密碼B)。每個塊的讀寫權限由三個控制標志和密碼A、密碼B共同決定，每個塊對應的控制標志如下:塊0(C1M0，C2M0，C3M0);塊 1(C1M1，C2M1，C3M1);塊 2(C1M2，C2M2，C2M3);塊 3:(C1M3，C2M3，C3M3)。控制標志可用CiMN表示，其中:i為控制標志的類型，取值范圍(1～3);M指當前扇區(qū);N為塊號，取值范圍(0～3)?？刂茦酥緦K0、塊1、塊2的控制能力見表2，控制標志對塊3的控制能力見表3，塊3控制碼區(qū)域內的每一個位對應著的控制標志見表4。

圖1 M1芯片扇區(qū)物理結構

表2 控制標志對塊0、1、2的讀寫權限

表3 控制標志對塊3的讀寫權限

表4 塊3對應的控制標志

例如，擬設置第5扇區(qū)的塊2為憑密碼A可讀，憑密碼B可讀寫，不提供其它權限。查表2可知，該扇區(qū)塊2的三個控制標志“C1M2、C2M2、C3M2”應為“1、0、0”。從安全考慮，還應禁止持密碼A者窺視、篡改密碼B，或者改寫控制碼從而提升密碼A權限，查表3可知，該扇區(qū)塊3的三個控制標志“C1M3、C2M3、C3M3”應為“1、1、0”。如果還需要設置塊0、塊1的同樣權限，計算方法相同，把最后計算獲得的控制標志填入表5，再通過進制變換計算，獲得控制碼16進制值“70FF0869”。實踐檢測表明，該控制碼滿足了本系統(tǒng)期望的權限要求。

表5控制碼計算過程

耳標發(fā)放機構在發(fā)放前，設置各扇區(qū)塊3控制碼為“70FF0869”，設置密碼A為“888888”向全社會公開，任何機構都可以使用密碼A讀出耳標全部數據。密碼B隨機定義，一個供應鏈環(huán)節(jié)一密碼，內置于各環(huán)節(jié)的寫耳標程序中，各單位僅能用官方授權終端向特定扇區(qū)寫入特定信息。該項設計即保證了耳標數據透明，又實現(xiàn)了各部門相互監(jiān)督，杜絕篡改、偽造日志的現(xiàn)象。

2.3 條碼的編碼和使用

北京市標準化指導性技術文件《DB11/Z 523-2008奧運會食品安全 食品追溯編碼規(guī)則》設計了較為成熟的編碼追溯機制，如圖2所示。本系統(tǒng)選用該指導文件作為條碼編制規(guī)范。

圖2 肉類食品追溯編碼

本系統(tǒng)無需對現(xiàn)有的屠宰流水線做大的改造，在上流水線前掃描耳標全部扇區(qū)數據，按“編碼規(guī)則”、”“屠宰工藝”批量打印產品所需的全部條碼。條碼分為軀干類、內臟類裝入兩個干凈的硬塑袋內，鉤于牲畜軀干上。每個分割產品生成后，清洗，檢驗，取出相應條碼并粘貼，最后掃碼稱重。內臟類的條碼袋隨著內臟一同轉入新的流水線。耳標數據、條碼數據、稱重數據通過互聯(lián)網實時傳入監(jiān)管部門數據庫，接受實時監(jiān)管。

條碼標識的產品在供應鏈后續(xù)環(huán)節(jié)中，通常還會出現(xiàn)再分割、再加工、更換新條碼的需求［8］。例如超市對肉產品再分割后使用自定義的零售條碼，而牛排店則在加工后提供帶條碼的收銀小票。系統(tǒng)要求分割前掃描原條碼稱重，分割后掃描新條碼稱重，稱重數據實時上傳監(jiān)管中心數據庫，接受監(jiān)管。

2.4 電子監(jiān)查算法

監(jiān)管中心電子監(jiān)查程序按如下流程實時監(jiān)管屠宰過程，①檢查數據是否來自定點屠宰的企業(yè)，該企業(yè)在近期檢查中是否達標，判斷屠宰企業(yè)是否具有資質;②在數據庫中檢索耳標號是否未發(fā)放或已注銷，扇區(qū)0的“全球唯一編號”是否和數據庫記錄的一致，判斷芯片來源是否合法。③把扇區(qū)1塊0的“耳標號”與塊2的“制卡日期時間”進行特定的加密算法計算，計算結果應等于塊1的“防偽校驗密碼”，判斷耳標是否偽造;④檢查供應鏈各環(huán)節(jié)日志是否完整，從而追查歷史環(huán)節(jié)中的工作人員是否盡責;⑤條碼標識產品的總重量必須小于對應耳標記錄的入廠體重，由此判斷是否混入未知來源的原料。

上述檢測指標如異常，系統(tǒng)將異常數據以短信形式發(fā)送給巡邏執(zhí)法人員［9］，調度執(zhí)法人員做突擊檢查。如屠宰車間裝有閉路監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控中心也可以在指標異常時，調取該牲畜屠宰錄相，人工復核。對于指標正常的耳標號，則進行銷號操作，耳標無法再次使用。日后統(tǒng)一回收舊耳標，封存3年以上，清空各扇區(qū)信息，根據新的“制卡日期時間”，生成新的“防偽校驗密碼”，取消銷號狀態(tài)，耳標可重新進入供應鏈循環(huán)使用。

對于條碼轉條碼的再分割、再加工環(huán)節(jié)［10］，電子監(jiān)查程序進行如下工作流程:①檢查原條碼編號是否有備案，可判斷原料來源是否合法;②記錄企業(yè)名稱、新舊編號的對應關系，以備追溯檢查;③新條碼標識的產品總重量應小等于對應原條碼標識的產品總重量，允許5%的誤差。

2.5 追溯算法

最終顧客按“企業(yè)名稱，條碼編號”格式，發(fā)送短信給監(jiān)管中心，監(jiān)管中心程序自動逐級逆向反查編號，自至耳標號。再正向生成一個簡明的產品生產流程描述，以短信的形式回復顧客。無法追溯到耳標數據，則判定為不合格產品，系統(tǒng)短信告知顧客保存小票、收據作為復查依據。生產部門在生產過程中，每次掃描條碼時都可以發(fā)出追溯查詢，避免未知來源的肉類產品流向市場［11］。

2.6 追蹤算法

發(fā)生食品安全事故后，監(jiān)管中心立即逆向反查問題編號，人工分析污染源出現(xiàn)的環(huán)節(jié)。從事故環(huán)節(jié)正向追蹤新舊編號更替日志。確定同批次產品的流向，鎖定最終企業(yè)名稱及可疑編號，通知企業(yè)就地封存產品待檢，并招回已售出產品，及時控制食品安全事故不會繼續(xù)擴大［12］。

3 結論

本系統(tǒng)在南平市一家肉類加工企業(yè)進行測試，測試表明，耳標分區(qū)存儲生產日志、耳標號轉條碼號、批發(fā)條碼號轉零售條碼號的技術設計可行，短信收發(fā)部分采用GPRS MODEM技術，運行可靠。通過對比分析，本系統(tǒng)和其它類似系統(tǒng)的最大區(qū)別在于“引入了多扇區(qū)邏輯加密芯片”，因此具有如下優(yōu)勢:RFID耳標無法復制和偽造;養(yǎng)殖過程中無需聯(lián)網提交數據;無需為邊遠牧場架設互聯(lián)網線路;無需使用GPRS遠程通訊技術;在牲畜移動和交易過程中無需解決跨省數據交換的問題;能夠實時監(jiān)控屠宰過程。這些優(yōu)點即符合中國畜牧業(yè)的國情，又加強了對定點屠宰的監(jiān)管力度，簡化肉類供應鏈的管理流程。

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