基于混合模式（RFID+條碼）的農(nóng)產(chǎn)品質量可追溯系統(tǒng)集成設計

自20世紀70年代以來，食品安全問題日益突出，引起了人們的廣泛關注。實行農(nóng)產(chǎn)品安全標志及追溯管理，建立農(nóng)產(chǎn)品質量安全可追溯系統(tǒng)是有效解決食品安全問題的重要措施。各國研究人員相繼研究建立了若干追溯系統(tǒng)：Lachance利用GPS、條碼和HA*技術建立了食品安全可追溯系統(tǒng)；Moretti等人建立了漁業(yè)可追溯系統(tǒng)，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，實現(xiàn)了對肉牛生長發(fā)育和牛肉生產(chǎn)的整個供應鏈流程的追蹤。國內(nèi)陸昌華、謝菊芳、昝林森、葉春玲等人應用SQL Server、VB.NET、ASP.NET等技術實現(xiàn)了豬肉、牛肉、蔬菜等質量安全可追溯系統(tǒng)。

一個完善的追溯系統(tǒng)應該至少包含以下四個部分，即標志系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳遞系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)。目前，各國應用了以下技術對農(nóng)產(chǎn)品進行標志：條形碼技術、RFID技術、DNA識別技術以及虹膜識別技術；使用條碼識讀設備、RFID天線等實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；采用電子表格交換、電子郵件、物理電子數(shù)據(jù)支持介質及確切信息輸入等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

已實現(xiàn)的系統(tǒng)中系統(tǒng)架構多數(shù)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(tǒng)只適用于局域網(wǎng)而且需要耗費大量的人力去對客戶端進行維護和升級；而B/S模式的系統(tǒng)運行速度較慢、數(shù)據(jù)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(nóng)產(chǎn)品質量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法，該方法使用目前廣泛應用的RFID技術、條形碼技術及其他如數(shù)據(jù)庫和組件等技術，將標志、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集和傳遞、信息查詢四部分進行有機集合以實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程進行管理，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質量安全可追溯。

1基于混合模式的可追溯系統(tǒng)框架

1.1農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的信息需求

質量可追溯系統(tǒng)包含兩層含意，一方面是質量相關信息的跟蹤，即對于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中主要環(huán)節(jié)的信息進行記錄存檔；另一方面為質量危害的溯源，即能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)記錄信息逆向追溯到產(chǎn)品危害來源。農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)涉及多個主體，包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、加工商、銷售商和消費者。產(chǎn)品的相關信息在可追溯系統(tǒng)各個節(jié)點被采集，并在上述主體之間流動，形成了追溯流程。各主體具有不同的特點，要實現(xiàn)信息的有效采集與傳遞，針對不同的主體系統(tǒng)應具有不同的體系架構，采取不同的數(shù)據(jù)采集與傳輸方式。

a）農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商空間分布廣，企業(yè)信息化程度一般較低，同時農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，信息采集點分散且采集時間不固定；但農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商（如養(yǎng)殖場和種植農(nóng)戶）是農(nóng)產(chǎn)品供應的源頭，是保證農(nóng)產(chǎn)品質量安全的第一關。以上特點要求系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品進行監(jiān)管和惟一標志，但對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和傳輸速度要求不高。

b）農(nóng)產(chǎn)品加工商一般采用流程化作業(yè)模式，加工環(huán)節(jié)較多、過程復雜，這導致系統(tǒng)對個體標志信息的采集比較頻繁，信息采集量較大。同時農(nóng)產(chǎn)品在這一環(huán)節(jié)的聚合狀態(tài)經(jīng)常會發(fā)生變化（如經(jīng)歷分割或混合操作），追溯單元變遷復雜。以上特點要求系統(tǒng)自動、快速辨識個體，并對其精確跟蹤。

c）農(nóng)產(chǎn)品銷售商是產(chǎn)品進入消費者手中的最后一關，目前追溯系統(tǒng)中涉及的銷售商大多為大型超市。產(chǎn)品在此環(huán)節(jié)已經(jīng)包裝完畢、不會再次分割，因此系統(tǒng)的重要功能之一是實現(xiàn)對產(chǎn)品去向的跟蹤。

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

1.2農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的集成框架與技術選擇

目前農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)網(wǎng)絡連接模式主要有兩種，分別為客戶端/服務器（C/S）模式和瀏覽器/服務器（B/S）模式，這兩種模式各有其優(yōu)缺點，單一采用任意一種模式均有其局限性。C/S模式的系統(tǒng)通常為兩層結構，即客戶端和服務器端。在此結構的應用中，用戶界面和業(yè)務邏輯在客戶端，數(shù)據(jù)維護在服務器端，由另一個獨立的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)程序來完成。采用C/S模式的系統(tǒng)具有客戶端安全性高、數(shù)據(jù)處理的響應速度快、數(shù)據(jù)的動態(tài)交互性強等優(yōu)點，同時C/S模式的系統(tǒng)在操作硬件方面具有優(yōu)勢。

B/S模式以訪問Web數(shù)據(jù)庫為中心，HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器訪問Web服務器和與其相連的數(shù)據(jù)庫服務器，其結構為三個層次，即表示層、功能層和數(shù)據(jù)層。采用B/S模式系統(tǒng)客戶端只需安裝瀏覽器，無須安裝客戶端，系統(tǒng)的擴展及升級非常容易。

農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)采用C/S與B/S相結合的混合架構，具體實現(xiàn)為業(yè)務流程采用C/S結構，信息發(fā)布采用B/S結構。整個系統(tǒng)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)點于一體，在運行速度、信息承載、信息采集傳輸自動化程度、數(shù)據(jù)安全等方面性能優(yōu)越。

1.2.1基于RFID技術的個體標志及數(shù)據(jù)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，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。與傳統(tǒng)的條形碼識別技術相比較，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(shù)據(jù)的記憶容量大及安全性好等特點。RFID系統(tǒng)通常由識讀器和電子標簽組成，而識讀器又分為移動式和固定式。方案采用RFID技術實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工環(huán)節(jié)的個體標志和信息傳遞，針對供應鏈不同主體和不同的農(nóng)產(chǎn)品，采取不同的個體標志方式與不同的數(shù)據(jù)采集、傳遞方案。

1）個體標志：在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)預先對產(chǎn)品進行編碼，并制作包含編碼及其他必要信息的RFID標簽用以標志個體。例如對于**等畜類采用耳標的形式標志個體；蔬菜水果等農(nóng)產(chǎn)品則給農(nóng)戶或地塊制作RFID卡片標簽來標志個體。在農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)，根據(jù)實際情況確定追溯的單位（批次、個體、部位），同樣使用RFID卡片標簽標志追溯個體。卡片隨產(chǎn)品移動，當產(chǎn)品聚合狀態(tài)（分割或混合）發(fā)生改變時，通過對卡片標簽信息進行讀寫、復制操作來達到標志個體的目的。

2）數(shù)據(jù)采集與傳遞：一般而言，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商分布范圍廣、場地面積大，而生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集在時間和空間上均相對分散，故使用移動式RFID識讀設備（手持機）進行數(shù)據(jù)采集并傳輸。農(nóng)產(chǎn)品加工商處信息設施齊全，加工環(huán)節(jié)緊湊，數(shù)據(jù)采集類型固定且頻率很高，故此處采用能遠距離快速讀寫的固定式RFID識讀設備（天線及識讀器）對標簽進行數(shù)據(jù)讀寫操作。

1.2.2基于組件技術的軟件集成方案

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

實現(xiàn)追溯單元的標志、數(shù)據(jù)采集和傳遞是實現(xiàn)整個系統(tǒng)追溯功能的前提。為了提高上述功能的可重用性，降低開發(fā)的難度，本文使用組件技術進行開發(fā)。各功能模塊被構建成不同的組件，并明確定義各接口，使用者通過其接口得到服務，無須調(diào)用組件的內(nèi)部方法。系統(tǒng)實現(xiàn)其基本功能主要涉及三個組件，分別為RFID讀寫組件、二維碼生成組件、打印組件，需調(diào)用10個動態(tài)庫文件和兩個配置文件。

a）RFID讀寫組件主要用于操作RFID天線與接收器，實現(xiàn)系統(tǒng)與RFID標簽的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)功能模塊通過預定義的接口與組件相連，對RFID標簽數(shù)據(jù)進行讀出和寫入操作，同時返回操作結果。

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

c）打印組件實現(xiàn)系統(tǒng)與工業(yè)打印機的交互，通過更改配置文件來設置標簽大小、字號、打印速度、對比度等參數(shù)，同時打印模塊程序將打印內(nèi)容、圖片路徑等參數(shù)發(fā)送給打印組件。組件根據(jù)配置文件調(diào)用需要的動態(tài)庫對打印機進行操作，實現(xiàn)標簽打印功能。

2基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)實現(xiàn)

作為農(nóng)產(chǎn)品的一種，蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡氖称分?，其質量安全直接影響人們的身體健康。本文在調(diào)研蔬菜企業(yè)實際業(yè)務流程的基礎上，對蔬菜種植及加工過程中所涉及的追溯個體的劃分與標志、信息采集與傳遞等作了相關研究，應用此集成方法設計并實現(xiàn)了基于C/S和B/S混合模式的蔬菜質量安全可追溯系統(tǒng)。

2.1蔬菜可追溯業(yè)務流程

為蔬菜企業(yè)實際業(yè)務流程，企業(yè)的經(jīng)營模式為公司+聯(lián)營種植戶的形式。種植戶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的蔬菜進行采樣檢驗，如各項指標合格，則通知種植戶收獲企業(yè)要求的數(shù)量并送至生產(chǎn)部門。生產(chǎn)部門接收種植戶的蔬菜，合格部分經(jīng)清洗、雜質檢驗、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(tǒng)設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)由四部分構成：a）由個體編碼方案、RFID標簽和二維碼標簽組成的標志系統(tǒng)；b）中央數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理程序構成的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)；c）由RFID天線和識讀設備、手持機、相應應用程序構成的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)；d）由條碼識讀設備、觸摸一體查詢機及蔬菜質量安全追溯網(wǎng)站組成的信息查詢系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行初期，對所有農(nóng)戶和地塊進行編號，同時為所有農(nóng)戶和員工制作標志身份的RFID標簽對其惟一性進行標志。任何關鍵信息采集之前，系統(tǒng)均需識別RFID標簽。

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)管理和蔬菜種植加工的流程，將追溯系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)管理、種植數(shù)據(jù)管理、人員管理、地塊管理、加工管理、日常管理、信息查詢等七個功能模塊。以加工管理模塊為例，本模塊包含樣品檢驗、蔬菜入廠、蔬菜包裝、蔬菜出庫、加工記錄五個業(yè)務子模塊，分別對應加工流程各個環(huán)節(jié)。蔬菜入廠時，系統(tǒng)自動生成包含地塊、入廠日期、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(jié)流轉時，系統(tǒng)通過RFID天線無接觸地從標簽中存取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)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，通過復制RFID標簽或將新信息寫入標簽實現(xiàn)產(chǎn)品與信息的同步流動。當完成所有加工后，系統(tǒng)根據(jù)RFID標簽中數(shù)據(jù)生成追溯碼，并打印出帶有二維條碼的紙質標簽粘貼于蔬菜外包裝上，顧客可以通過追溯碼查詢蔬菜信息。

在開發(fā)RFID讀寫、二維碼生成及標簽打印等系統(tǒng)主要模塊時使用組件技術。以實現(xiàn)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動態(tài)庫文件及打印需要的動態(tài)庫文件單建文件夾放于C盤根目錄下；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）把組件中相關動態(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參數(shù)。經(jīng)以上操作，系統(tǒng)即可根據(jù)實際獲得的參數(shù)生成帶有二維碼圖片及其他相關信息的追溯標簽并將其打印。

系統(tǒng)在Windows 2003 Server操作系統(tǒng)下進行開發(fā)，使用語言為C#，數(shù)據(jù)庫選用MS SQL Server 2005.系統(tǒng)在實驗室測試通過并已在合作企業(yè)安裝并試驗運行，結果顯示系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)蔬菜從進廠、加工一直到打印標簽、包裝出庫的整個生產(chǎn)流程，最終完成蔬菜信息可追溯功能。

3結束語

本文通過對農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各環(huán)節(jié)進行研究，提出了一種基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品質量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法。采用C/S +B/S的混合模式來構架系統(tǒng)，使追溯系統(tǒng)既具有強壯的數(shù)據(jù)操縱能力和數(shù)據(jù)安全性，又具有開放性。通過將RFID技術、條形碼技術和組件技術等進行有機集成，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供應鏈各主體間信息傳遞的有效連接。以蔬菜為例，在實地調(diào)研企業(yè)實際業(yè)務流程的基礎上，應用此方法開發(fā)了蔬菜質量安全可追溯系統(tǒng)。試驗運行結果顯示系統(tǒng)實現(xiàn)了蔬菜質量信息的跟蹤和溯源，既滿足了消費者對質量信息透明的要求，又為企業(yè)構筑了一個生產(chǎn)管理平臺。由于農(nóng)產(chǎn)品供應鏈上與質量安全相關的信息種類繁雜，目前的追溯系統(tǒng)還只是針對關鍵信息進行追溯。下一步的工作重點將研究更多種類的信息納入可追溯范疇，并在合理的范圍內(nèi)提高可追溯信息的準確度。