食品溯源物聯(lián)網(wǎng)系統的實(shí)現

摘要：本項目從食品的生產(chǎn)源頭開(kāi)始，對每一具體食品經(jīng)過(guò)哪一工序，通過(guò)哪一環(huán)節到了消費者手中，都能查詢(xún)到詳細記錄。本項目基于物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，充分應用了RFID的最新成果，軟件系統基于S2SH框架來(lái)實(shí)現。運用數據挖掘技術(shù)對企業(yè)決策進(jìn)行指導。應用中，該系統較好地實(shí)現了設計要求。
關(guān)鍵詞：食品溯源；物聯(lián)網(wǎng)；Java EE；射頻識別

0 引言
食品安全關(guān)系到人民群眾的生命安全和身體健康，同時(shí)也關(guān)系到國家經(jīng)濟的健康發(fā)展以及長(cháng)治久安的大局。這個(gè)問(wèn)題不僅是百姓每天關(guān)注的問(wèn)題，也是政府關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)也是合法守信企業(yè)進(jìn)行食品生產(chǎn)所關(guān)注的問(wèn)題。國家對所有食品生產(chǎn)企業(yè)實(shí)行食品質(zhì)量安全市場(chǎng)準入制度，要求企業(yè)對出廠(chǎng)合格食品加貼QS標志，對食品安全進(jìn)行承諾。這一方法雖取得了一些成效，但是隨著(zhù)三鹿奶粉事件等一系列的食品安全事件的發(fā)生，發(fā)現這一方法并不能約束企業(yè)合法生產(chǎn)，不能打消人們對食品安全的顧慮。
從食品的生產(chǎn)源頭開(kāi)始，每一具體食品經(jīng)過(guò)哪一工序，通過(guò)哪一環(huán)節到了消費者手中，都能查詢(xún)到，這樣無(wú)疑能打消消費者的顧慮，使得監管部門(mén)能有效地監督生產(chǎn)、流通和銷(xiāo)售，同時(shí)也給所有食品生產(chǎn)企業(yè)提供了一個(gè)公平競爭的商務(wù)平臺。
食品溯源問(wèn)題存在的問(wèn)題表現在：在整個(gè)食品生產(chǎn)供應鏈中，標準不統一。支持食品溯源系統的物聯(lián)網(wǎng)電子設備還不夠成熟，價(jià)格偏高，但隨著(zhù)各項技術(shù)的逐步成熟，會(huì )逐步使實(shí)驗方案更加完善。國內有相關(guān)的產(chǎn)品，但大都停留在食品一般性的驗證真偽上，在食品溯源鏈上開(kāi)發(fā)不夠。根據食品溯源問(wèn)題的技術(shù)需求，系統設計一方面要考慮到食品生產(chǎn)和食品運輸的真實(shí)情況，另一方面要考慮企業(yè)管理者、監管機構以及消費者的實(shí)際需求。整個(gè)系統以生產(chǎn)鏈條為主線(xiàn)，引入了二維碼、電子標簽等信息化手段，采用CS／S和B／S構架。系統包含了：原始信息采集、倉儲入庫和出庫管理、二次加工后產(chǎn)品信息采集、零售系統開(kāi)發(fā)和溯源查詢(xún)、基于android系統的手機查詢(xún)平臺、基于Web數據庫的分布式開(kāi)發(fā)以及食品監管應用開(kāi)發(fā)等模塊。

1 無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)原理
RFID又稱(chēng)為電子標簽，作為一種非接觸式的自動(dòng)識別和數據采集技術(shù)，它是當前最先進(jìn)的自動(dòng)識別技術(shù)。RFID可以準確遠距離識別高速運動(dòng)的貨物，并能同時(shí)識別多個(gè)標簽，能大大提高工作效率。相比于一些常用的識別技術(shù)，如：條形碼、磁卡、IC卡，RFID卡信息載體較小、成本低、承載信息量大、可通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行讀寫(xiě)操作、保密性好、抗干擾能力強、并且壽命較長(cháng)，是實(shí)現物品管理信息化的理想數據采集媒介。
RFID是一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統，由電子標簽、閱讀器和天線(xiàn)三部分構成。標簽部分是一個(gè)做識別用的部分，由供電方式可分為有源標簽、無(wú)源標簽和半有源標簽三種。閱讀器主要由控制模塊和射頻模塊組成。天線(xiàn)是閱讀器和標簽信號和能量傳遞的中介，負責以一定的輻射范圍和角度向外發(fā)送和接收電磁信號。閱讀器和標簽的所有操作都由軟件系統來(lái)完成。在應用中，軟件部分向閱讀器發(fā)出指令，閱讀器響應這些指令，按照指令完成閱讀器參數的設定，并實(shí)現閱讀器與軟件之間的數據交互。
隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)會(huì )在一些傳統行業(yè)如：物流、零售、制造業(yè)、交通、醫療等領(lǐng)域發(fā)揮出它獨特的優(yōu)勢，帶來(lái)這些領(lǐng)域的技術(shù)更新。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為解決食品溯源問(wèn)題提供了技術(shù)和基礎設施的支持。當前，作為物聯(lián)網(wǎng)基石之一的RFID技術(shù)有了長(cháng)足的發(fā)展，隨著(zhù)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò )的日益普及，RFID與互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)結合也是必然趨勢。RFID系統的引入使食品供應鏈的透明度大大提高，我們開(kāi)發(fā)的食品溯源系統將在此基礎上逐步發(fā)展起來(lái)。

2 Struts2+Soring+hibernate構架
基于B／S結構的網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)是當前的主流方法?；赟2SH框架的Java EE輕量級開(kāi)發(fā)是當前Web開(kāi)發(fā)中較為流行的解決方案。它是一個(gè)開(kāi)源的框架，具有三層MVC結構，層次非常清晰，便于開(kāi)發(fā)，S2SH成為當前Java EE開(kāi)發(fā)的行業(yè)標準。
Struts2框架采用MVC模式，只需對Struts．xml文件進(jìn)行配置就能實(shí)現視圖、控制和模型各組件之間的松耦合，為系統升級和維護帶來(lái)了方便。Struts2在創(chuàng )建Web應用程序時(shí)能很容易分離表示層和業(yè)務(wù)數據層，系統性能得以大大提升。Struts2主要用于實(shí)現用戶(hù)交互功能，而Hibernate則主要用于實(shí)現系統的持久化。因為有了Hibernate的支持，使得Java EE開(kāi)發(fā)專(zhuān)注于進(jìn)行面向對象的分析、設計和開(kāi)發(fā)。Spring用于Jave EE的各層解決方案，而不是僅僅專(zhuān)注于某一層的方案，Spring貫穿于表現層、業(yè)務(wù)層和持久層，它使用基本JavaBean來(lái)完成以前只可能由EJB完成的事情。

3 系統設計
3．1 系統結構
本文給出一個(gè)完整的系統構成結構圖，如圖1所示。

3．2 RFID原始信息采集系統設計方法
在食品生產(chǎn)的初級環(huán)節，比如種豬，配置相應的電子標簽，記錄其編號、品種、飼料的品牌、出生日期、產(chǎn)地編碼、使用藥物情況、出欄日期、出售價(jià)格等信息，同時(shí)將相應數據發(fā)送到本地數據庫系統。讀卡器讀取電子標簽的信息，不斷收到一連串的EPC碼，系統中一個(gè)重要的環(huán)節就是傳送和管理這些數據。將通過(guò)后端的中問(wèn)件系統進(jìn)行后續處理，并通過(guò)C／S方式傳送并保存到當地的Web數據庫中。RFID系統框架分為閱讀器和電子標簽以及相應的與計算機通信的中間件系統。系統同時(shí)提供基于RFID讀卡器或手持機通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的方式將數據傳遞給Web數據庫的數據交換方式。
3．3 倉儲入庫和出庫管理系統和二次加工后的產(chǎn)品信息采集
食品所經(jīng)歷的流通領(lǐng)域也是食品溯源系統的主要環(huán)節之一。RFID技術(shù)掃描迅速、讀取方便、數據容量大、使用壽命長(cháng)、安全、體積小型化、形狀多樣化。在軟件支持下，并不需要對單個(gè)進(jìn)行掃描，一一入庫。為此開(kāi)發(fā)一個(gè)入庫管理模塊，如圖1所示，將按照原始食品的電子標簽進(jìn)行批量入庫，系統采用C／S框架，以串口數據傳遞給當地的Web數據庫，并記錄物品存放地點(diǎn)和存放方式。出庫采用跟入庫相同的技術(shù)實(shí)現。當食品進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節后，將原料信息進(jìn)行采集，有的可直接從RFID上讀取，有的則需要從上一級Web數據庫中讀取。生產(chǎn)的下一級產(chǎn)品被賦予新的RFID號，將相關(guān)數據計入電子標簽和Web數據庫，并記錄上一級的Web地址。后一級依然包含了倉儲管理系統。
3．4 零售系統開(kāi)發(fā)
食品在物流和倉儲時(shí)是整箱大包裝的，上架前需要拆箱，由于每個(gè)食品包裝上都有RFID標簽，所以拆箱后可以隨意擺放。用戶(hù)只需用智能手機對RFID標簽進(jìn)行掃描，就可以通過(guò)GPRS訪(fǎng)問(wèn)到此食品的來(lái)源。有的企業(yè)考慮成本的原因，到用戶(hù)零售環(huán)節可能會(huì )選擇二維碼，手機可以通過(guò)二維位碼掃描訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)的Web服務(wù)器，查詢(xún)到這件商品的來(lái)源，其中涉及到商品編碼向二維碼的轉換研究。二維碼的編碼具有密度高、信息容量大、編碼范圍廣、容錯能力強、譯碼可靠性高、成本低、易于制作、條碼符號形狀以及尺寸大小比例可變等特點(diǎn)，適合于智能手機進(jìn)行讀取。一般而言，食品是不允許退貨的，但也有一些特殊的退貨情形，這就要求在當退回食品經(jīng)過(guò)某種處理后，相關(guān)信息也將被調整，并通過(guò)系統對數據庫進(jìn)行相應的調整。在設計中，實(shí)現基于android系統的手機查詢(xún)平臺。3G智能手機掃描識別RFID標簽，進(jìn)行遠端服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)。GPRS可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使手機處于連接狀態(tài)，其傳輸數據速率10倍于GSM，而且實(shí)現了分組發(fā)送和接收，并按流量收費，是一種非常理想的通信方式。
3．5 行政監管系統
開(kāi)發(fā)和研究針對食品安全進(jìn)行事故溯源處理和應急響應，對過(guò)期食品進(jìn)行行政監管。納入食品溯源的食品，若沒(méi)有電子標簽或二維碼將禁止在正規渠道進(jìn)行銷(xiāo)售，若某一商品在其下游節點(diǎn)查不到其母節點(diǎn)，其銷(xiāo)售將是非法的，零售商也不可能隨意修改其生產(chǎn)日期，一旦有過(guò)期食品，監管部門(mén)將勒令其下架。若在銷(xiāo)售中發(fā)現有質(zhì)量問(wèn)題的食品，可以很容易追溯到上游生產(chǎn)廠(chǎng)家，并對其流通渠道很方便地進(jìn)行控制，以快速將損失降到最低。在系統的運行過(guò)程中形成大量數據，利用這些數據對食品鏈上的生產(chǎn)、運輸和零售企業(yè)都有很好的指導作用。
本系統能夠為企業(yè)提供商品銷(xiāo)售預測，哪種食品在哪個(gè)商店需求量大，需求檔次等等，以及價(jià)格跟蹤等服務(wù)，為企業(yè)進(jìn)行成本核算提供了必要依據。同時(shí)有利于物價(jià)監管部門(mén)對食品價(jià)格進(jìn)行必要的監督。通過(guò)分析不同人群的購物習慣，合理利用庫存資源，優(yōu)化庫存結構。同時(shí)通過(guò)數據挖掘技術(shù)，把大量的客戶(hù)分成不同的類(lèi)，每個(gè)類(lèi)里的客戶(hù)具有相似的屬性，不同類(lèi)別的客戶(hù)屬性各不相同，這樣企業(yè)可以針對不同類(lèi)別的客戶(hù)提供不同的有針對性的產(chǎn)品和服務(wù)，來(lái)提高用戶(hù)的滿(mǎn)意度。

4 結語(yǔ)
食品安全是關(guān)系人民身體健康和國家長(cháng)治久安的大問(wèn)題，針對食品生產(chǎn)、銷(xiāo)售和監管方面的難題，本文采用了基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現食品溯源系統。系統充分考慮了食品溯源在我國實(shí)施的具體情況，解決了一系列難題，實(shí)現了一個(gè)基于S2SH框架的Web系統，充分利用智能手機和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，較好地實(shí)現了設計要求。