彭遠，劉申，趙璧，董婷婷，張東暉

（1.航天信息股份有限公司，北京 100195；2.江蘇省糧油信息中心，南京 210008）

受中國自然地理影響，糧食種類及產(chǎn)量供需不平衡、產(chǎn)銷地分布不均勻，使得跨區(qū)域糧食運輸成為中國糧食流通的一大特點。目前，東北三省已經(jīng)成為全國最大的糧食主產(chǎn)區(qū)和糧食流出地，而東南沿海各省是全國最大的糧食主銷區(qū)和流入地。今后很長一段時間內(nèi)，北糧南運、農(nóng)村產(chǎn)糧、城市消費的格局將成為常態(tài)，快速、便捷的物流條件是保障國家的糧食安全，維持市場供應穩(wěn)定的關鍵［1］。

在散糧運輸途中，可能經(jīng)過汽車、火車、船舶多次轉運，多次裝卸，運輸方式的變換、遠距離外部環(huán)境的變化等都會對糧食質(zhì)量產(chǎn)生影響，很難獲得運輸過程中的信息，難以評估糧食質(zhì)量變化風險。尤其多式聯(lián)運中不同運輸方式涉及不同的物流企業(yè)，信息更難銜接。因此，缺少糧食在途的質(zhì)量、實時位置信息監(jiān)控，導致糧食質(zhì)量物流信息難以追溯。

中國糧食質(zhì)量追溯領域研究起步較晚。國家糧食局于2015年5月5日發(fā)布了LS/T 1713-2015《庫存糧食識別代碼》，首先開創(chuàng)了追溯碼編碼技術在糧食流通領域的應用。鄭繼媛等［2］梳理了追溯體系在中國糧食質(zhì)量安全管理中的意義，對糧食產(chǎn)業(yè)鏈上各主要節(jié)點的質(zhì)量信息進行了采集分析；雷銀生等［3］在借鑒歐美發(fā)達國家追溯體系的基礎上進行糧食質(zhì)量安全立法研究、糧食質(zhì)量安全標準研究；王曉華等［4］則構建了完整的糧食質(zhì)量安全追溯體系中的信息化體系。上述研究工作主要集中在較為底層的質(zhì)量追溯業(yè)務邏輯和信息化框架方面，并沒有聚焦在實際的糧食物流業(yè)務場景下的解決方案。研究糧食物流過程中質(zhì)量追溯方法，構建基于庫存糧食識別碼的糧食物流追溯信息系統(tǒng)，實現(xiàn)散糧物流信息可查詢、流向可跟蹤、質(zhì)量可追溯，為倉儲加工企業(yè)、物流企業(yè)和銷售商等各類用戶提供詳細的在途糧食信息，有效解決散糧在途物流過程中的質(zhì)量信息，追溯質(zhì)量問題。

1 糧食質(zhì)量安全追溯理念解析

目前關于糧食質(zhì)量安全追溯的定義還沒有統(tǒng)一的權威定論。而食品追溯系統(tǒng)（food traceability system）是在以歐洲瘋牛病危機為代表的食源性惡性事件在全球范圍內(nèi)頻繁暴發(fā)的背景下，法國等部分國家在CAC生物技術食品政府間工作組會議上提出的一種旨在加強食品安全信息傳遞、控制食源性疾病危害和保障消費者利益的信息記錄體系，主要包括記錄管理、查詢管理、標識管理、責任管理和信用管理5個部分［5］。

根據(jù)追溯信息特性的差異，美國學者Golan Elise設定了衡量食品可追溯體系的3個標準：寬度（breadth）、深度（depth）和精確度（precision）。其中，寬度指系統(tǒng)所包含的信息種類，深度指可以向前或向后追溯信息的環(huán)節(jié)數(shù)量，精確度指可以確定問題源頭或產(chǎn)品某種特性的能力。

雖然對于糧食質(zhì)量安全追溯和廣泛認知的食品追溯系統(tǒng)的描述在外延范圍方面存在著一些差異，但其內(nèi)涵均可概括為供應鏈管理、產(chǎn)品全過程跟蹤及其成分的正向跟蹤和反向追溯等特征。對于糧食質(zhì)量安全追溯所能達到的效果，目前還沒有明確的標準與規(guī)定，下面將著重分析目前中國已有的糧食質(zhì)量安全追溯案例。

2 糧食質(zhì)量安全追溯案例研究

2018年江蘇省糧食和物資儲備局建設了好糧油品牌糧食追溯系統(tǒng)，該系統(tǒng)覆蓋種植企業(yè)從地塊規(guī)劃、種植、收獲、加工、包裝全部過程，該系統(tǒng)在糧食收獲入倉后，即賦予每一批糧食惟一標識碼，使用該編碼向前關聯(lián)所有種植環(huán)節(jié)的追溯信息，實現(xiàn)種植階段信息的追溯，收獲后的烘干、存儲、加工、包裝、分銷等業(yè)務階段產(chǎn)生的追溯信息則都以惟一標識碼作為跟代碼貫穿全部流程，從而實現(xiàn)從田地到餐桌的全流程追溯［6］。

2017年開始，福建省糧食和物資儲備局建設了福建省原糧追溯系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)福建省糧食銷區(qū)的特點，主要考慮跨地域、跨主體的追溯。系統(tǒng)主要延續(xù)庫存糧食識別代碼的設計思路，基于庫存、倉房、廒間、貨位的四級結構生成每一批糧食的原糧追溯碼，可以與庫存糧食識別代碼相互映射。在福建系統(tǒng)中，重點考慮到糧食流通過程中，參與拍賣的往往是貿(mào)易商而不是最終加工糧食的轉化企業(yè)，造成糧食追溯鏈條斷裂。因此，特別設計了糧食出庫碼，每一次糧食銷售出庫，都會根據(jù)出庫單生成出庫碼，運輸司機或者貿(mào)易商可以把這個出庫碼傳遞給下一個實際的用糧企業(yè)，形成有效的追溯信息傳遞。

庫存糧食識別代碼首先開創(chuàng)了追溯碼編碼技術在糧食流通領域的應用［7］。在江蘇系統(tǒng)和福建系統(tǒng)中，庫存糧食識別代碼起到了指導和標準的意義。在江蘇系統(tǒng)重點追溯一個種植企業(yè)內(nèi)部，從種植到包裝成品的全過程追溯，其系統(tǒng)主要目的在于支撐優(yōu)質(zhì)糧食的品牌價值。福建系統(tǒng)則重點在于跨地域、跨主體的追溯，其監(jiān)管重點在于保證糧食流通過程中，責任主體都可追溯，發(fā)生風險事件時可以向上追溯源頭，向下追蹤流向。上述系統(tǒng)都關注在糧食處于不同節(jié)、點的追溯信息，對于糧食物流過程的銜接方式及物流過程中的信息采集方式考慮不足［8］。

3 糧食物流追溯可行性研究

本研究討論設計了一種能夠適用于真實糧食商貿(mào)流通業(yè)務場景的基于庫存糧食識別代碼的糧食物流追溯體系，以下簡稱“糧食物流追溯體系”，必須從數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)類型、采集方式、傳輸方式4個方面進行研究。

3.1 數(shù)據(jù)標準

考慮到糧食物流過程中，有多個環(huán)節(jié)，多個參與主體［9］。在傳統(tǒng)的線下業(yè)務中彼此并沒有關系，必須通過平臺系統(tǒng)將糧食物流過程中的追溯體系，應該沿用庫存糧食識別碼的設計理念與數(shù)據(jù)規(guī)范，有針對性的設計物流追溯碼。庫存識別代碼的設計理念是指，在不同的業(yè)務主體之間并不建立硬性的業(yè)務銜接關系，而是通過統(tǒng)一的編碼規(guī)則進行編碼，上傳到平臺后再進行追溯的一種松耦合業(yè)務關系；數(shù)據(jù)規(guī)范是指庫存糧食識別代碼中規(guī)范糧食業(yè)務關聯(lián)的數(shù)據(jù)標準及類型，現(xiàn)階段在建的和已經(jīng)建成的糧食信息化系統(tǒng)都已經(jīng)遵循該規(guī)范設計數(shù)據(jù)庫表結構，因此，沿用庫存識別碼的數(shù)據(jù)規(guī)范設計新的糧食物流追溯體系是可行的。

3.2 數(shù)據(jù)類型

在糧食物流追溯體系中，不同的糧食物流階段、節(jié)點會產(chǎn)生或關聯(lián)不同的業(yè)務數(shù)據(jù)，其中會影響到糧食質(zhì)量安全的信息主要有：（1）糧食包裝信息，如散糧運輸、袋裝、集裝箱運輸?shù)?；?）糧食位置信息，如在途的定位信息、港口、車站的裝卸信息；（3）糧食運輸方式信息，包括汽運情況下的車牌、車輛、司機信息，船運情況下的船號、提單、船務公司信息等；（4）物流過程中糧情信息，如在途的集裝箱內(nèi)溫濕度信息，在途環(huán)境溫濕度信息等［9］；（5）物流主體信息，如承運主體的工商信息、失信信息等。

3.3 采集方式

信息采集方式應分為3類，物流追溯碼攜帶數(shù)據(jù)、物流主體上傳業(yè)務關聯(lián)數(shù)據(jù)、傳感器采集數(shù)據(jù)［10］。物流追溯碼攜帶數(shù)據(jù)是指，設計物流追溯碼本身應帶有明確的業(yè)務屬性信息，且每個主體上傳的追溯碼應保證惟一性，通過物流追溯碼解析即可獲得部分可讀信息。且可使用物流追溯碼查詢到物流主體上傳的業(yè)務管理數(shù)據(jù)。物流主體上傳的業(yè)務管理數(shù)據(jù)，是指在物流追溯碼本體可讀信息外，每個物流服務主體還應存儲并提供業(yè)務關聯(lián)信息。傳感器采集數(shù)據(jù)，是指在糧食物流過程中通過硬件傳感器采集的溫度、濕度、位置、時間戳等信息。

3.4 傳輸方式

在糧食物流追溯體系里，整個追溯體系的構成應該至少包括Web端應用，用于物流服務主體上傳業(yè)務數(shù)據(jù)及平臺化查詢追溯信息；移動手持設備，用于掃碼讀取物流追溯碼、獲取定位、時間戳等；移動網(wǎng)關，用于在運輸設備上實時采集糧情、定位等信息。因此，傳輸方式可以包括以太網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、NB-iot、WIFI。

4 糧食物流追溯體系框架設計

糧食物流追溯體系包括糧食物流追溯碼、專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、物流追溯信息采集手持設備和糧食物流追溯平臺。

首先，應基于庫存糧食識別代碼設計糧食物流追溯碼。糧食物流追溯碼是在糧食物流過程中不同的承運主體生成的并賦予每一個單位的物流追溯碼。使用物流追溯碼可以關聯(lián)到糧食在一個承運主體運輸期間所發(fā)生的所有業(yè)務數(shù)據(jù)。

其次，設計專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關和糧食追溯信息采集手持設備。專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，是安裝在運輸工具上，用于采集運輸過程中的糧情變化；手持設備則是用于在物流過程節(jié)點掃描讀取物流追溯碼，并生成新的物流追溯碼。

最后，所有的追溯碼數(shù)據(jù)和過程業(yè)務數(shù)據(jù)都匯聚到糧食物流追溯平臺，平臺根據(jù)追溯碼逐級溯源，查詢物流過程中的業(yè)務數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)，判斷糧食物流過程中是否存在質(zhì)量安全風險。

5 糧食物流追溯碼設計

物流追溯碼使用擴展巴氏范式可以更加規(guī)范化地表示一個實體與其下一級的實體或元素間的關系，便于系統(tǒng)實現(xiàn)。與子元素的表示法不同，擴展巴氏范式用“，”代替子元素的“+”表示“與”的關系，｛｝中均使用該元素的短名，并以“；”作為表達式的結尾。物流追溯碼編碼采用統(tǒng)一建模語言（UML）描述事業(yè)和元素之間的關系［11］。用UML中類的概念表示實體，用UML類的屬性概念表示元素。糧食物流追溯代碼是在庫存識別碼的基礎上，附加編碼組，用以表示貨位為單位的糧食在運輸、倒倉等物流過程中所處位置、運載方式、包裝方式等信息的識別碼。

物流追溯碼由代碼標識、當前位置碼、在途狀態(tài)碼和時間戳組成。其中，代碼標識來自于該批糧食的庫存識別碼中有且惟一的一組代碼標識，是必選元素。當前位置碼，是一個子集，是糧食當前狀態(tài)的標識，是必選元素。在途狀態(tài)碼是糧食在途狀態(tài)的表示，是一個子集，屬于非必須（圖1）。

圖1 物流追溯碼結構

5.1 代碼標識（identificationOfICSG，idICSG）

運輸中糧食來自于該批糧食的庫存識別碼中惟一代碼標識，即組織機構代碼（企業(yè)組織機構代碼9位或個人有效身份證號18位）、貨位編碼（11位）、貨位封倉時間（12位YYYYMMDDhhmm）無縫連接組成的惟一標識符［11］，用代碼標識作為物流追溯碼與庫存識別碼實現(xiàn)關聯(lián)。

5.2 當前位置碼（PresentLocationCode，PLCd）

當前位置碼，用于標記糧食的位置，也標記糧食是否在途的運輸狀態(tài)。如果在狀態(tài)碼標記糧食在途，則必須要有在途狀態(tài)碼。

5.3 在途狀態(tài)碼（TransportCode，TsCd）

如果在當前位置碼中標記了在途狀態(tài)，則必須有在途狀態(tài)碼。在途狀態(tài)碼由在途數(shù)量、運載單位碼、業(yè)務號、包裝方式、運輸方式、前序碼組成。其中，包裝方式和運輸方式是子集。

在途狀態(tài)碼中，在途數(shù)量僅代表該物流追溯碼下的運輸數(shù)量，例如一個汽車運輸公司給10輛車生成10個物流追溯碼，則一個物流追溯碼僅代表當前這一輛車的運輸數(shù)量。運載單位碼，是物流承載單位的組織機構代碼，為該單位識別代碼，由物流承載單位的統(tǒng)一社會信用代碼的9到17位組成。業(yè)務號，是物流承載單位為該筆業(yè)務設定的惟一業(yè)務號，業(yè)務號將會轉化為下一個物流追溯碼的前序碼。包裝方式是一個子集，包含包裝類型和包裝編碼信息。運輸方式也是一個子集，包含載具類型和載具編碼信息。包裝方式和運輸方式是糧食物流最終載體的信息，用于在平臺系統(tǒng)查詢其他關聯(lián)信息。前序碼，是發(fā)生多程聯(lián)運狀態(tài)下，由上一個物流追溯碼生成當前物流承載單位新物流追溯碼時，將前一個業(yè)務號作為當前的前序碼進行銜接。

6 糧食物流信息采集設備

6.1 專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關

糧食物流過程糧情信息采集專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關將安裝在火車車廂、汽車掛車、集裝箱、散裝貨輪貨艙內(nèi)。網(wǎng)關硬件部分主要由高性能嵌入式工控主板、開關電源、電源控制模塊、電池組、NB-iot模組、BDS/GPS雙模接收機模塊、信號轉換板、LED顯示面板組成（圖2）。

圖2 專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關結構

軟件部分主要包含嵌入式WINDOWS操作系統(tǒng)、webservice服務程序等，該設備通過可切換的232/485接口，接收現(xiàn)場各種設備的數(shù)據(jù)，以及對現(xiàn)場溫濕度傳感器連續(xù)數(shù)據(jù)采集，在糧食物流過程中持續(xù)監(jiān)控糧情變化。網(wǎng)關通過GPS模塊/北斗模塊可以獲取糧食在物流過程中的地理位置信息，有效追溯糧食的物流軌跡。上述信息通過J45網(wǎng)口經(jīng)網(wǎng)絡上傳到后端平臺。在糧食運輸過程中，鏈路不通的情況下，自動切換為使用NB-iot窄帶網(wǎng)絡，將GPS定位數(shù)據(jù)及部分關鍵協(xié)議數(shù)據(jù)上傳到后端平臺；當鏈路聯(lián)通后，再將全部的協(xié)議數(shù)據(jù)上傳到后端平臺。

網(wǎng)關使用電源管理模塊，在有源狀態(tài)下使用220 V電源驅(qū)動，同時對電池充電進行管理。在無源狀態(tài)下，使用電池供電。在電池供電的情況下，設計使用NB-iot窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術，可以在運輸過程中持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，并依托NB-iot低功耗的特點，可在電池供電的情況下保證一段時間的信息傳輸，最大限度保證糧食質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)的連續(xù)采集。同時，網(wǎng)關支持脫機工作模式，在沒有信息的情況下，可以設置使用NB-iot連接的頻率以及上傳數(shù)據(jù)的規(guī)則，當網(wǎng)關與后端平臺斷開連接后，可按照預先設定的方式與外部設備數(shù)據(jù)交換，同時將獲取的數(shù)據(jù)在本地存儲，待網(wǎng)絡連通后再上傳，在該模式下，即使運輸船舶航行到?jīng)]有信號的區(qū)域，也可以保持連續(xù)的質(zhì)量追溯信息采集（圖3）。

圖3 專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關工作示意

6.2 信息采集手持裝置

糧食物流追溯信息采集手持設備是一種專用的在糧食物流環(huán)節(jié)采集追溯信息的終端設備，可以獲取定位信息；可以采集、傳遞糧食物流追溯碼；可以使用轉換模塊對接不同廠家、不同通訊協(xié)議的設備，采集各種傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一轉換為終端設備可以識別的協(xié)議數(shù)據(jù)傳遞給終端設備。終端設備使用移動互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳給糧食物流追溯平臺，并接受平臺的消息打印物流追溯碼，實現(xiàn)物流追溯信息的傳遞。

手持設備所提供的終端設備+轉換模塊硬件可以在糧食物流過程節(jié)點由工作人員操作，可采集糧食定位信息，可以讀寫糧食物流追溯碼，可以通過轉換模塊對接傳感器硬件獲取糧情信息，為糧食質(zhì)量安全追溯提供信息補充的工具

7 糧食追溯物流平臺

糧食物流追溯平臺由企業(yè)信息采集系統(tǒng)和糧食物流追溯平臺主體兩部分組成。企業(yè)信息采集系統(tǒng)部署在物流服務主體端，支持企業(yè)端顯示、查詢物流追溯碼，同時從物流企業(yè)的信息管理系統(tǒng)獲取糧食業(yè)務關聯(lián)數(shù)據(jù)，上傳到糧食物流追溯平臺。糧食物流追溯平臺是追溯信息匯總的地方，平臺完成物流追溯碼記錄、校驗，追溯碼查詢、追溯信息分析、風險預警等功能（圖4）。

圖4 網(wǎng)絡拓撲

企業(yè)信息采集系統(tǒng)部署在物流服務主體端，實現(xiàn)三項主要功能：（1）進行接口配置，將物流企業(yè)自有系統(tǒng)中的糧食物流業(yè)務單數(shù)據(jù)以及糧食業(yè)務關聯(lián)數(shù)據(jù)同步到企業(yè)信息采集系統(tǒng)；（2）維護物流服務主體基本信息，可以給物流業(yè)務單進行物流追溯碼的關聯(lián)或生成新的物流追溯碼；（3）與糧食物流追溯信息采集手持設備配套使用，一線操作人員可以用手持設備掃描、傳遞物流追溯碼，采集物流追溯信息。

糧食物流追溯平臺是所有追溯數(shù)據(jù)匯總的地方，平臺主要有4個作用。（1）為保證企業(yè)生成的物流追溯碼有效且不可篡改，物流追溯碼在生成上傳到平臺后會進行格式校對、歷史信息校對，確認有效后會存儲在平臺；（2）根據(jù)物流追溯碼，追溯糧食物流過程中的關聯(lián)信息，形成每一個追溯鏈條的質(zhì)量檔案；（3）質(zhì)量安全追溯數(shù)據(jù)沉淀在平臺以后，就可以配置風險預警模塊，實時監(jiān)控糧食物流過程中的質(zhì)量安全風險；（4）面向糧食貨主，出具一個批次的糧食質(zhì)量評價報告；面向監(jiān)管機構出具一個物流企業(yè)的糧食物流服務評價報告。

8 糧食物流追溯信息追溯方法

在糧食物流的過程中，貨權單位即上游賣方企業(yè)和下游買方企業(yè)使用庫存識別碼給自有的貨物賦碼。當上游企業(yè)發(fā)運貨物時，上游企業(yè)將庫存識別碼傳遞給汽運公司，汽運公司則在庫存識別碼的基礎上編制物流識別碼，當汽運公司將貨物運輸至鐵路站臺，由鐵路局承運，則鐵路局應編制當前階段的物流識別碼，依次類推。最終，糧食被運抵下一個貨權單位即下游買方企業(yè)時，則可以根據(jù)物流識別碼中的代碼標識信息關聯(lián)到物流源頭的庫存糧食識別碼從而實現(xiàn)庫存糧食識別碼的銜接，同時又可根據(jù)物流識別碼中在途狀態(tài)碼查詢到每一個物流環(huán)節(jié)的信息（圖5）。

圖5 基于物流追溯碼的追溯方法

9 小結

隨著人民生活水平的提高，糧食產(chǎn)品安全問題越來越受到消費者的關注。與此同時，近年來農(nóng)業(yè)供給側改革也在穩(wěn)步推進，糧食產(chǎn)業(yè)升級也是勢在必行，恰好是糧食質(zhì)量安全追溯工作落地實施的最好時機。2017年以來，航天信息股份有限公司參與了福建省、江蘇省的糧食質(zhì)量安全追溯體系建設工作，在實際工作推進中，一邊給涉糧企業(yè)推廣糧食質(zhì)量安全追溯的理念，一邊不斷改進糧食質(zhì)量安全追溯的信息化系統(tǒng)?；趯嵺`經(jīng)驗，針對糧食物流業(yè)務特點，設計了包括追溯編碼規(guī)則、信息采集硬件、平臺軟件、數(shù)據(jù)處理流程，可以適用于糧食汽車、船舶運輸?shù)娜鞒套匪荩撌霾糠止δ芤惨呀?jīng)得到實際應用。