2  食品安全溯源體系分析

食品產(chǎn)業(yè)鏈具有生產(chǎn)環(huán)境惡劣、流通環(huán)節(jié)復(fù)雜、產(chǎn)品形式多樣、售賣方式靈活等特點(diǎn)，在安全體系中，其主要是食品的可溯源,這一方面需要采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游數(shù)據(jù)流，解決大規(guī)模數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)備份和網(wǎng)絡(luò)傳輸、食品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)多途徑溯源等難點(diǎn)問題;另一方面，需要針對產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下RFID數(shù)據(jù)的采集傳輸、食品標(biāo)簽編碼設(shè)計(jì)、食品物流追蹤、多部門網(wǎng)絡(luò)食品安全監(jiān)管和政府決策等核心技術(shù)。著眼于整個(gè)民生產(chǎn)業(yè)鏈安全問題的食品安全溯源體系圖如圖1所示，而利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系，則可重點(diǎn)解決業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和智能分析等問題。

建立整個(gè)食品安全體系時(shí)，首先應(yīng)針對食品復(fù)雜、惡劣的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)出高可靠的RFID識(shí)別和數(shù)據(jù)采集相關(guān)設(shè)備，形成設(shè)計(jì)生產(chǎn)鏈;其次要研究大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析算法和食品信息安全模型，實(shí)現(xiàn)并部署食品安全溯源核心軟件系統(tǒng);第三,研究高性能計(jì)算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)壓縮算法、高性能計(jì)算分析模型、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)模型，建立高性能數(shù)據(jù)處理和分析解決方案并實(shí)際部署；最后，要建立食品安全監(jiān)管和市場風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模型,實(shí)現(xiàn)多部門食品安全聯(lián)合監(jiān)管和政府決策，建立針對食品安全的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式，以最終形成一種基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全溯源體系。

3  基于物聯(lián)網(wǎng)的溯源體系關(guān)鍵技術(shù)

食品安全溯源體系的建立,必須以信息技術(shù)為基礎(chǔ)。在溯源體系中，要求每一個(gè)環(huán)節(jié)都要能夠可識(shí)別和可追蹤。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為標(biāo)識(shí)、感知、處理和信息傳送四個(gè)環(huán)節(jié),每個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)分別為RFID、傳感器、智能芯片和電信運(yùn)營商的傳輸網(wǎng)絡(luò)。如何理清現(xiàn)實(shí)生活中產(chǎn)業(yè)鏈上下游業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如何建立一體化的數(shù)據(jù)感知、傳輸、存儲(chǔ)、分析系統(tǒng)模型，以及如何實(shí)現(xiàn)多部門之間的聯(lián)合監(jiān)管等，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所面臨的重點(diǎn)問題。

3.1  復(fù)雜環(huán)境下的RFID識(shí)別和數(shù)據(jù)采集

對于食品的生產(chǎn)和加工，由于環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，現(xiàn)有的RFID技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一，因而無法形成較完整的商業(yè)模式。目前,我國已引入了歐美等國家的畜產(chǎn)品強(qiáng)制認(rèn)證,但只針對出口產(chǎn)品。由于我國的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)和食品生產(chǎn)經(jīng)營的主體組織程度較低,生產(chǎn)技術(shù)水平差別大，因此，要提高食品生產(chǎn)的組織化程度,引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),加強(qiáng)食品信息化水平，是食品安全的重要條件。我國可從食品鏈條較短的行業(yè)開始，優(yōu)先在國內(nèi)大城市引入，由少數(shù)大規(guī)模生產(chǎn)基地和大型超市進(jìn)行示范，率先建立基于RFID識(shí)別和數(shù)據(jù)采集的食品產(chǎn)業(yè)鏈，逐步實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制認(rèn)證。讓消費(fèi)者相當(dāng)關(guān)心的食品田間記錄、添加劑、生產(chǎn)者、檢測等信息有據(jù)可査，是形成食品安全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵。

3.2  部署信息核心軟件系統(tǒng)

食品信息經(jīng)過采集后，如何進(jìn)行存儲(chǔ)、部署和遠(yuǎn)程?hào)嗽儯切纬墒称钒踩菰吹谋ＷC。歐美等發(fā)達(dá)國家在規(guī)范市場方面，已經(jīng)出臺(tái)了一系列相關(guān)的法律法規(guī)，要求在歐盟國家銷售的牛肉制品和生鮮水果、蔬菜信息都要具有可追溯功能，以保證飲食安全衛(wèi)生。在信息管理上，歐盟國家的牲畜都建立了大型數(shù)據(jù)庫，以便對其一生的信息都進(jìn)行管理。

我國由于技術(shù)限制，造成食品信息傳遞不夠及時(shí)，并且不能立即反映有效情況。利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),可將所有分散的生產(chǎn)、流通、銷售各個(gè)環(huán)節(jié)中的信息連在一起,在確保食品信息真實(shí)有效的情況下，建立食品信息安全模型，使消費(fèi)者能在第一時(shí)間獲取保障自身利益的信息,促使生產(chǎn)企業(yè)嚴(yán)格監(jiān)督管理，重視自身產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3  建立高性能數(shù)據(jù)處理中心

隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐步部署，食品安全信息劇增，監(jiān)管數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)紛繁復(fù)雜，食品安全信息系統(tǒng)要實(shí)時(shí)處理分析大量的測量數(shù)據(jù),這就要求系統(tǒng)具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和分析能力。故要研究設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)壓縮算法、計(jì)算分析模型、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)模型等，并運(yùn)用模式識(shí)別、人工智能等方法對市場信息進(jìn)行分析判斷，從而為政府決策部門提供相關(guān)信息功能，以便于決策部門盡早采取措施，避免或減輕給食品安全帶來的危害。

3.4  建立食品安全監(jiān)管和政府決策機(jī)制，實(shí)現(xiàn)食品市場規(guī)范高效管理

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用于食品安全體系的最終目標(biāo)是形成一套食品安全溯源服務(wù)平臺(tái)，并形成通用可擴(kuò)展的信息系統(tǒng)，為消費(fèi)者、政府部門提供真實(shí)、可靠的檢索數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，形成一種完整的物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)應(yīng)用模式。因此，需要根據(jù)國內(nèi)市場的特點(diǎn)，研究物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)、可擴(kuò)展性、業(yè)務(wù)邏輯模型等問題，最終形成面向食品安全行業(yè)的示范體系。通過對各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)控,大幅度提升政府職能部門對食品在各個(gè)流通環(huán)節(jié)的有效監(jiān)管，同時(shí)要提供市場風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，引導(dǎo)政府做出正確決策，實(shí)現(xiàn)對食品市場的規(guī)范和高效管理，促進(jìn)我國食品行業(yè)的健康發(fā)展，保證老百姓食用食品的安全。

4  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

食品安全溯源體系既要追蹤產(chǎn)品，也要追蹤過程，系統(tǒng)不僅要將本環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行標(biāo)記，還要采集前面已有的信息，并全部進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以備下一環(huán)節(jié)的使用。任何一個(gè)環(huán)節(jié)需要了解產(chǎn)品的信息，輸入產(chǎn)品的代號(hào)即可從中央數(shù)據(jù)庫得到，追溯速度很快，透明度高，圖2所示一個(gè)食品安全溯源體系的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。

4.1  數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集指的是以RFID核心技術(shù)為基礎(chǔ)對食品的相關(guān)生產(chǎn)現(xiàn)場活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。食品安全是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)該能追溯落實(shí)到各個(gè)環(huán)節(jié)，而不是采用局部環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)跟蹤。局部方式只能保證個(gè)別環(huán)節(jié)沒有問題，而無法得到食品流轉(zhuǎn)的全息數(shù)據(jù)。因此，要將數(shù)據(jù)采集和跟蹤貫穿到食品的生產(chǎn)、加工、物流、銷售的整個(gè)流程中，只有這樣,食品安全保障工作才能行之有效,真正做到安全放心。體系中的所有數(shù)據(jù)都來源于食品第一線，現(xiàn)場信息采集模式可釆用RFID閱讀器、無線網(wǎng)、PDA等方式，以通過獲取食品RFID芯片信息來獲取實(shí)時(shí)食品的相關(guān)信息。

4.2  標(biāo)準(zhǔn)體系

標(biāo)準(zhǔn)體系主要包含RFID標(biāo)準(zhǔn)，大致可分為四類:技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、一致性標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。其中涉及食品安全追溯信息的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)元、交換格式信息、交換日期和時(shí)間表示法(GB/T7408),以及商品條(GB12904碼)、信息技術(shù)數(shù)據(jù)元的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化(GB/T18391-2002)等。而數(shù)據(jù)元的名稱、類型、值域也應(yīng)當(dāng)分別符合相關(guān)法規(guī)的要求。

現(xiàn)階段國際上主要的RFID標(biāo)準(zhǔn)有ISO組織的ISO/IEC18000.美國的EPCGlobal和日本的UID。我國推出的強(qiáng)制性食品安全追溯標(biāo)準(zhǔn)有：《食品安全食品追溯編碼規(guī)則》(DB11/Z523—2008)、《食品安全數(shù)據(jù)元目錄規(guī)范MDB11/Z524-2008)₀標(biāo)準(zhǔn)層可為食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)和數(shù)據(jù)交換提供統(tǒng)一的、共同遵守的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，以便為構(gòu)建食品安全追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型提供技術(shù)基礎(chǔ)。

4.3  網(wǎng)絡(luò)接入

網(wǎng)絡(luò)是將所有分散的生產(chǎn)、加工、物流、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)中的信息連在一起的橋梁。模型采用RFID技術(shù)實(shí)時(shí)記錄品控環(huán)節(jié)的主要操作信息,并結(jié)合IN-TERNET,GPRS.Zigbee乃至3G等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將過程數(shù)據(jù)信息上傳到數(shù)據(jù)中心區(qū)，以適應(yīng)廣大農(nóng)村和加工廠復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，以便在實(shí)現(xiàn)政府分段監(jiān)管職能的同時(shí),對于食品來源的每個(gè)環(huán)節(jié)都可進(jìn)行實(shí)時(shí)的追溯査證。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)及XML技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、管理，數(shù)據(jù)輸入后可立即査詢，因而擁有低維護(hù)成本和客戶端零安裝優(yōu)勢。由于網(wǎng)絡(luò)接入的具體環(huán)境、使用設(shè)備的不同，在每個(gè)具體應(yīng)用時(shí)需要采取最有效的網(wǎng)絡(luò)接入方式。

4.4  協(xié)議

協(xié)議主要指系統(tǒng)中釆用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，除了必須的HTTP,TCP/IPJEEE802.11,還涉及到GPRS.SL-RRPo其中GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service),可通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。

RFID網(wǎng)絡(luò)協(xié)議SLRRP(Simple Lightweight Reader Protocol)是一種簡單、靈活的閱讀器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可用來在控制器和閱讀器之間傳送配置、控制、狀態(tài)以及標(biāo)簽信息。SLRRP在協(xié)議體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議通信模型、消息格式和類型、協(xié)議參數(shù)、協(xié)議安全機(jī)制等方面都作了詳細(xì)的規(guī)范。

4.5  數(shù)據(jù)中心及監(jiān)管平臺(tái)

可溯源體系涉及多個(gè)行為主體，建立一個(gè)可靠的食品可追溯系統(tǒng)的前提和關(guān)鍵是對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立各行為主體信息共享機(jī)制和食品安全信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)從原料到最終產(chǎn)品的追蹤及其過程的反向追蹤同時(shí)能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者、企業(yè)、政府之間的信息共享。

服務(wù)平臺(tái)以質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、工商、防疫、衛(wèi)生等涉及到食品安全的相關(guān)政府部門為主要用戶，其它政府部門為輔，各施其監(jiān)管職能，將質(zhì)量產(chǎn)品控制策略信息傳輸?shù)绞称钒踩脭?shù)據(jù)中心，逐步建立政府食品安全監(jiān)管公共服務(wù)平臺(tái)。

4.6  應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)一般由開放的數(shù)據(jù)終端組成。該系統(tǒng)可使經(jīng)營者或普通民眾用戶通過輸入自己購買食品提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來在應(yīng)用系統(tǒng)査詢此食品的原料來源、生產(chǎn)地、銷售商等信息。事實(shí)上，應(yīng)用系統(tǒng)融合了多種信息技術(shù)，充分體現(xiàn)了科技為民生服務(wù)的理念。

4.7  相關(guān)政策法規(guī)

相關(guān)政策是溯源體系設(shè)計(jì)、運(yùn)作的依據(jù)。例如《中華人民共和國食品安全法》、《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》、《動(dòng)物防疫法》等都提出了實(shí)行食品、動(dòng)物產(chǎn)品安全追溯的原則性規(guī)定，明確規(guī)定食品實(shí)行安全溯源制度的規(guī)章和法規(guī)。工商、質(zhì)檢和衛(wèi)生等部門可以通過數(shù)據(jù)中心查看食品的飼養(yǎng)、加工、流通、消費(fèi)、質(zhì)量等信息，并為政府提供相關(guān)決策數(shù)據(jù)。

5  結(jié)論

食品安全是民生大計(jì)，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全體系平臺(tái)還需多方協(xié)作。從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的規(guī)劃看，基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)平臺(tái)搭建后,再進(jìn)行食品的信息存儲(chǔ)體和傳感設(shè)備的安裝是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的合理順序。

因此,首要任務(wù)是先進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)規(guī)劃，不能盲目從單純性電子標(biāo)簽等存儲(chǔ)體去發(fā)展,而要依托政府部門建立復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)等系統(tǒng)平臺(tái)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心和監(jiān)控平臺(tái)，整合食品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)，建立溯源體系才是必經(jīng)之路。每一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展，都會(huì)誕生新的行業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，目前，物聯(lián)網(wǎng)在食品安全的應(yīng)用還處于探索研究階段，國外較成熟的商業(yè)模式只涉及部分農(nóng)畜產(chǎn)品。按照中國互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀和各項(xiàng)基礎(chǔ)條件來看，物聯(lián)網(wǎng)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用仍有很艱難的一段路要走。相信經(jīng)過各方面的共同努力，物聯(lián)網(wǎng)會(huì)對我國的經(jīng)濟(jì)起到積極的推動(dòng)作用。