基于混合模式（RFID+條碼）的農產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統集成設計

自20世紀70年代以來(lái)，食品安全問(wèn)題日益突出，引起了人們的廣泛關(guān)注。實(shí)行農產(chǎn)品安全標志及追溯管理，建立農產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統是有效解決食品安全問(wèn)題的重要措施。各國研究人員相繼研究建立了若干追溯系統：Lachance利用GPS、條碼和HA*技術(shù)建立了食品安全可追溯系統；Moretti等人建立了漁業(yè)可追溯系統，美國、法國的研究人員采用電子射頻（RFID）標簽和條形碼相結合的追蹤模式，實(shí)現了對肉牛生長(cháng)發(fā)育和牛肉生產(chǎn)的整個(gè)供應鏈流程的追蹤。國內陸昌華、謝菊芳、昝林森、葉春玲等人應用SQL Server、VB.NET、ASP.NET等技術(shù)實(shí)現了豬肉、牛肉、蔬菜等質(zhì)量安全可追溯系統。

一個(gè)完善的追溯系統應該至少包含以下四個(gè)部分，即標志系統、數據存儲系統、數據采集和傳遞系統、信息查詢(xún)系統。目前，各國應用了以下技術(shù)對農產(chǎn)品進(jìn)行標志：條形碼技術(shù)、RFID技術(shù)、DNA識別技術(shù)以及虹膜識別技術(shù)；使用條碼識讀設備、RFID天線(xiàn)等實(shí)現數據采集；采用電子表格交換、電子郵件、物理電子數據支持介質(zhì)及確切信息輸入等方式實(shí)現數據傳遞。

已實(shí)現的系統中系統架構多數采用C/S或B/S模式，但是單一采用C/S或B/S模式有其不足之處。C/S模式的系統只適用于局域網(wǎng)而且需要耗費大量的人力去對客戶(hù)端進(jìn)行維護和升級；而B(niǎo)/S模式的系統運行速度較慢、數據不安全，對硬件的操作性較差。本文提出一種基于C/S和B/S混和模式的農產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統的集成方法，該方法使用目前廣泛應用的RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)及其他如數據庫和組件等技術(shù)，將標志、數據存儲、數據采集和傳遞、信息查詢(xún)四部分進(jìn)行有機集合以實(shí)現對農產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行管理，實(shí)現農產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯。

1基于混合模式的可追溯系統框架

1.1農產(chǎn)品可追溯系統的信息需求

質(zhì)量可追溯系統包含兩層含意，一方面是質(zhì)量相關(guān)信息的跟蹤，即對于農產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中主要環(huán)節的信息進(jìn)行記錄存檔；另一方面為質(zhì)量危害的溯源，即能夠根據產(chǎn)品生產(chǎn)記錄信息逆向追溯到產(chǎn)品危害來(lái)源。農產(chǎn)品可追溯系統涉及多個(gè)主體，包括農產(chǎn)品生產(chǎn)商、加工商、銷(xiāo)售商和消費者。產(chǎn)品的相關(guān)信息在可追溯系統各個(gè)節點(diǎn)被采集，并在上述主體之間流動(dòng)，形成了追溯流程。各主體具有不同的特點(diǎn)，要實(shí)現信息的有效采集與傳遞，針對不同的主體系統應具有不同的體系架構，采取不同的數據采集與傳輸方式。

a）農產(chǎn)品生產(chǎn)商空間分布廣，企業(yè)信息化程度一般較低，同時(shí)農產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(cháng)，信息采集點(diǎn)分散且采集時(shí)間不固定；但農產(chǎn)品生產(chǎn)商（如養殖場(chǎng)和種植農戶(hù)）是農產(chǎn)品供應的源頭，是保證農產(chǎn)品質(zhì)量安全的第一關(guān)。以上特點(diǎn)要求系統對農產(chǎn)品進(jìn)行監管和惟一標志，但對數據傳輸的實(shí)時(shí)性和傳輸速度要求不高。

b）農產(chǎn)品加工商一般采用流程化作業(yè)模式，加工環(huán)節較多、過(guò)程復雜，這導致系統對個(gè)體標志信息的采集比較頻繁，信息采集量較大。同時(shí)農產(chǎn)品在這一環(huán)節的聚合狀態(tài)經(jīng)常會(huì )發(fā)生變化（如經(jīng)歷分割或混合操作），追溯單元變遷復雜。以上特點(diǎn)要求系統自動(dòng)、快速辨識個(gè)體，并對其精確跟蹤。

c）農產(chǎn)品銷(xiāo)售商是產(chǎn)品進(jìn)入消費者手中的最后一關(guān)，目前追溯系統中涉及的銷(xiāo)售商大多為大型超市。產(chǎn)品在此環(huán)節已經(jīng)包裝完畢、不會(huì )再次分割，因此系統的重要功能之一是實(shí)現對產(chǎn)品去向的跟蹤。

d）消費者是追溯系統的終端，針對消費者系統主要實(shí)現信息查詢(xún)功能。消費者具有分布范圍廣、需求及偏好差別大等特點(diǎn)，因此查詢(xún)系統應具有易操作、免安裝、免維護、響應速度快等特點(diǎn)。

1.2農產(chǎn)品可追溯系統的集成框架與技術(shù)選擇

目前農產(chǎn)品可追溯系統網(wǎng)絡(luò )連接模式主要有兩種，分別為客戶(hù)端/服務(wù)器（C/S）模式和瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式，這兩種模式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，單一采用任意一種模式均有其局限性。C/S模式的系統通常為兩層結構，即客戶(hù)端和服務(wù)器端。在此結構的應用中，用戶(hù)界面和業(yè)務(wù)邏輯在客戶(hù)端，數據維護在服務(wù)器端，由另一個(gè)獨立的數據庫管理系統程序來(lái)完成。采用C/S模式的系統具有客戶(hù)端安全性高、數據處理的響應速度快、數據的動(dòng)態(tài)交互性強等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)C/S模式的系統在操作硬件方面具有優(yōu)勢。

B/S模式以訪(fǎng)問(wèn)Web數據庫為中心，HTTP為傳輸協(xié)議，客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)器和與其相連的數據庫服務(wù)器，其結構為三個(gè)層次，即表示層、功能層和數據層。采用B/S模式系統客戶(hù)端只需安裝瀏覽器，無(wú)須安裝客戶(hù)端，系統的擴展及升級非常容易。

農產(chǎn)品追溯系統采用C/S與B/S相結合的混合架構，具體實(shí)現為業(yè)務(wù)流程采用C/S結構，信息發(fā)布采用B/S結構。整個(gè)系統以C/S模式為基本框架，以B/S結構為補充，這種混合模式集兩種架構的優(yōu)點(diǎn)于一體，在運行速度、信息承載、信息采集傳輸自動(dòng)化程度、數據安全等方面性能優(yōu)越。

1.2.1基于RFID技術(shù)的個(gè)體標志及數據采集傳遞方案

RFID的基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實(shí)現對被識別物體的自動(dòng)識別。與傳統的條形碼識別技術(shù)相比較，RFID具有以下優(yōu)勢：掃描快速、體積小、形式多樣化、穿透力強、數據的記憶容量大及安全性好等特點(diǎn)。RFID系統通常由識讀器和電子標簽組成，而識讀器又分為移動(dòng)式和固定式。方案采用RFID技術(shù)實(shí)現農產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工環(huán)節的個(gè)體標志和信息傳遞，針對供應鏈不同主體和不同的農產(chǎn)品，采取不同的個(gè)體標志方式與不同的數據采集、傳遞方案。

1）個(gè)體標志：在農產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節預先對產(chǎn)品進(jìn)行編碼，并制作包含編碼及其他必要信息的RFID標簽用以標志個(gè)體。例如對于**等畜類(lèi)采用耳標的形式標志個(gè)體；蔬菜水果等農產(chǎn)品則給農戶(hù)或地塊制作RFID卡片標簽來(lái)標志個(gè)體。在農產(chǎn)品加工環(huán)節，根據實(shí)際情況確定追溯的單位（批次、個(gè)體、部位），同樣使用RFID卡片標簽標志追溯個(gè)體?？ㄆS產(chǎn)品移動(dòng)，當產(chǎn)品聚合狀態(tài)（分割或混合）發(fā)生改變時(shí)，通過(guò)對卡片標簽信息進(jìn)行讀寫(xiě)、復制操作來(lái)達到標志個(gè)體的目的。

2）數據采集與傳遞：一般而言，農產(chǎn)品生產(chǎn)商分布范圍廣、場(chǎng)地面積大，而生產(chǎn)過(guò)程中的數據采集在時(shí)間和空間上均相對分散，故使用移動(dòng)式RFID識讀設備（手持機）進(jìn)行數據采集并傳輸。農產(chǎn)品加工商處信息設施齊全，加工環(huán)節緊湊，數據采集類(lèi)型固定且頻率很高，故此處采用能遠距離快速讀寫(xiě)的固定式RFID識讀設備（天線(xiàn)及識讀器）對標簽進(jìn)行數據讀寫(xiě)操作。

1.2.2基于組件技術(shù)的軟件集成方案

組件技術(shù)是一種軟件開(kāi)發(fā)中的末端技術(shù)，組件是一個(gè)獨立發(fā)布、可替換的功能部分，可以通過(guò)它的接口實(shí)現服務(wù)。軟件組件是僅有契約式的指定接口和上下文關(guān)系所構成的單元，是一種可部署軟件的代碼包，其中包括某些可執行模塊。組件具有四個(gè)特點(diǎn)，即服務(wù)性、可部署性、合成性及上下文依賴(lài)性。組件單獨開(kāi)發(fā)并作為軟件單元使用，它具有明確的接口，軟件通過(guò)這些接口調用組件所提供的服務(wù)。采用組件技術(shù)可以降低軟件開(kāi)發(fā)、測試和維護成本，提高系統的可靠性和穩定性。

實(shí)現追溯單元的標志、數據采集和傳遞是實(shí)現整個(gè)系統追溯功能的前提。為了提高上述功能的可重用性，降低開(kāi)發(fā)的難度，本文使用組件技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。各功能模塊被構建成不同的組件，并明確定義各接口，使用者通過(guò)其接口得到服務(wù)，無(wú)須調用組件的內部方法。系統實(shí)現其基本功能主要涉及三個(gè)組件，分別為RFID讀寫(xiě)組件、二維碼生成組件、打印組件，需調用10個(gè)動(dòng)態(tài)庫文件和兩個(gè)配置文件。

a）RFID讀寫(xiě)組件主要用于操作RFID天線(xiàn)與接收器，實(shí)現系統與RFID標簽的數據交互。系統功能模塊通過(guò)預定義的接口與組件相連，對RFID標簽數據進(jìn)行讀出和寫(xiě)入操作，同時(shí)返回操作結果。

b）二維碼生成組件用于生成二維碼圖片。系統相應功能模塊將追溯碼、圖片大小、像素等參數發(fā)送到組件，組件讀取配置文件、動(dòng)態(tài)庫文件，生成二維碼圖片保存在預設路徑。

c）打印組件實(shí)現系統與工業(yè)打印機的交互，通過(guò)更改配置文件來(lái)設置標簽大小、字號、打印速度、對比度等參數，同時(shí)打印模塊程序將打印內容、圖片路徑等參數發(fā)送給打印組件。組件根據配置文件調用需要的動(dòng)態(tài)庫對打印機進(jìn)行操作，實(shí)現標簽打印功能。

2基于混合模式的農產(chǎn)品可追溯系統實(shí)現

作為農產(chǎn)品的一種，蔬菜是人們日常生活不可或缺的食品之一，其質(zhì)量安全直接影響人們的身體健康。本文在調研蔬菜企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程的基礎上，對蔬菜種植及加工過(guò)程中所涉及的追溯個(gè)體的劃分與標志、信息采集與傳遞等作了相關(guān)研究，應用此集成方法設計并實(shí)現了基于C/S和B/S混合模式的蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統。

2.1蔬菜可追溯業(yè)務(wù)流程

為蔬菜企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式為公司+聯(lián)營(yíng)種植戶(hù)的形式。種植戶(hù)負責蔬菜的日常生產(chǎn)管理及信息記錄。企業(yè)采購部接到辦公室通知后對種植戶(hù)的蔬菜進(jìn)行采樣檢驗，如各項指標合格，則通知種植戶(hù)收獲企業(yè)要求的數量并送至生產(chǎn)部門(mén)。生產(chǎn)部門(mén)接收種植戶(hù)的蔬菜，合格部分經(jīng)清洗、雜質(zhì)檢驗、分揀包裝，最后在外包裝上粘貼追溯標簽后分發(fā)到各訂貨超市。

2.2蔬菜可追溯系統設計與實(shí)現

系統由四部分構成：a）由個(gè)體編碼方案、RFID標簽和二維碼標簽組成的標志系統；b）中央數據庫及數據處理程序構成的數據存儲系統；c）由RFID天線(xiàn)和識讀設備、手持機、相應應用程序構成的數據采集與傳輸系統；d）由條碼識讀設備、觸摸一體查詢(xún)機及蔬菜質(zhì)量安全追溯網(wǎng)站組成的信息查詢(xún)系統。在系統運行初期，對所有農戶(hù)和地塊進(jìn)行編號，同時(shí)為所有農戶(hù)和員工制作標志身份的RFID標簽對其惟一性進(jìn)行標志。任何關(guān)鍵信息采集之前，系統均需識別RFID標簽。

根據企業(yè)生產(chǎn)管理和蔬菜種植加工的流程，將追溯系統劃分為系統管理、種植數據管理、人員管理、地塊管理、加工管理、日常管理、信息查詢(xún)等七個(gè)功能模塊。以加工管理模塊為例，本模塊包含樣品檢驗、蔬菜入廠(chǎng)、蔬菜包裝、蔬菜出庫、加工記錄五個(gè)業(yè)務(wù)子模塊，分別對應加工流程各個(gè)環(huán)節。蔬菜入廠(chǎng)時(shí)，系統自動(dòng)生成包含地塊、入廠(chǎng)日期、檢驗員等信息的蔬菜RFID標簽，并將其附在盛放蔬菜的容器外。蔬菜在各環(huán)節流轉時(shí)，系統通過(guò)RFID天線(xiàn)無(wú)接觸地從標簽中存取數據，實(shí)現蔬菜信息的采集和傳遞；特別當蔬菜聚合狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)復制RFID標簽或將新信息寫(xiě)入標簽實(shí)現產(chǎn)品與信息的同步流動(dòng)。當完成所有加工后，系統根據RFID標簽中數據生成追溯碼，并打印出帶有二維條碼的紙質(zhì)標簽粘貼于蔬菜外包裝上，顧客可以通過(guò)追溯碼查詢(xún)蔬菜信息。

在開(kāi)發(fā)RFID讀寫(xiě)、二維碼生成及標簽打印等系統主要模塊時(shí)使用組件技術(shù)。以實(shí)現追溯碼標簽的預覽與打印為例，a）將生成二維碼圖片的兩個(gè)動(dòng)態(tài)庫文件及打印需要的動(dòng)態(tài)庫文件單建文件夾放于C盤(pán)根目錄下；b）將生成二維碼的組件和打印組件分別添加到代碼中相應位置；c）把組件中相關(guān)動(dòng)態(tài)庫文件的引用目錄修改成新建的文件夾所在位置；d）設定組件運行需要的相關(guān)參數。經(jīng)以上操作，系統即可根據實(shí)際獲得的參數生成帶有二維碼圖片及其他相關(guān)信息的追溯標簽并將其打印。

系統在Windows 2003 Server操作系統下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用語(yǔ)言為C#，數據庫選用MS SQL Server 2005.系統在實(shí)驗室測試通過(guò)并已在合作企業(yè)安裝并試驗運行，結果顯示系統可以很好地實(shí)現蔬菜從進(jìn)廠(chǎng)、加工一直到打印標簽、包裝出庫的整個(gè)生產(chǎn)流程，最終完成蔬菜信息可追溯功能。

3結束語(yǔ)

本文通過(guò)對農產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節進(jìn)行研究，提出了一種基于混合模式的農產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統的集成方法。采用C/S +B/S的混合模式來(lái)構架系統，使追溯系統既具有強壯的數據操縱能力和數據安全性，又具有開(kāi)放性。通過(guò)將RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)和組件技術(shù)等進(jìn)行有機集成，實(shí)現了農產(chǎn)品供應鏈各主體間信息傳遞的有效連接。以蔬菜為例，在實(shí)地調研企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程的基礎上，應用此方法開(kāi)發(fā)了蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統。試驗運行結果顯示系統實(shí)現了蔬菜質(zhì)量信息的跟蹤和溯源，既滿(mǎn)足了消費者對質(zhì)量信息透明的要求，又為企業(yè)構筑了一個(gè)生產(chǎn)管理平臺。由于農產(chǎn)品供應鏈上與質(zhì)量安全相關(guān)的信息種類(lèi)繁雜，目前的追溯系統還只是針對關(guān)鍵信息進(jìn)行追溯。下一步的工作重點(diǎn)將研究更多種類(lèi)的信息納入可追溯范疇，并在合理的范圍內提高可追溯信息的準確度。