物联网技术在食品溯源中的应用研究

引 言

食品卫生与安全问题已成为全球关注的热点，从世界著名的疯牛病开始，不断有食品安全问题出现。全世界很多国家都发生过食品安全事故，国内发生过三鹿奶粉、地沟油、瘦肉精等事件。纵观全球，食品安全问题已普遍存在于人们的日常生活中。

食品安全包括从食品原料开始的种植或者养殖直到销售食用为止的全过程。食品生产环节众多，要保障食品安全， 必须从源头抓起，加工、贮存、包装、运输、销售等环节一个都不能漏掉。

物联网技术快速发展， 在社会生活的各方面均有应用，利用物联网技术开发食品安全可追溯系统是可行的，如RFID、二维码，远程识读技术、无线传输技术、数据库技术、网络技术等，都是可以应用到食品溯源系统中的关键技术。

1 食品溯源在国内外的现状

1.1 食品溯源的现状

传统食品安全监管采用手工索证和进销台帐的登记办法，不仅加大了经营成本，而且索证环节存在漏洞，手续繁杂，且不便于保存、查找。传统追溯系统在食品安全问题发生后虽能溯源，但大多是事后惩罚，实现不了食品安全监管的目的。通过物联网技术则可对食品生产各环节进行实时监测，及时进行纠正。

基于物联网技术的食品溯源在信息处理方面具有优越性，正不断应用在食品安全领域。该技术由不同的网络支撑， 根据种植、养殖等食品生产、加工到销售的流通特点，采用可非接触式物品自动识别的 RFID 技术进行食品信息的感知，以电子标签为溯源信息载体，实时记录食品生产的相关信息， 分别在食品加工各个环节进行标识，并记载输入数据库，应用 ZigBee 无线网络传输技术进行生产环境控制指令和数据信息的传输，运用计算机网络和数据库技术进行数据的处理与查询，对食品进行全程监管。物联网技术的快速发展为实现各企业间、各环节间的信息互通和数据共享提供了有效手段，采用 Web Service，JSP 等技术开发部署信息发布平台， 通过运用网络技术、网站设计技术、数据库技术，实现数据共享及查询，并最终通过网页的形式给相关用户提供食品全生命周期的追溯追踪信息。

1.2 食品溯源的经验和教训

尽管食品安全制度严格，但是食品安全问题仍然时有发生。为快速控制危机，总结食品安全危机的原因在于食品安全监督措施出现漏洞，未从食品的原材料及食品生产的全过程抓起。因此，要实现食品安全，必须监控种植、养殖、加工、运输到餐桌的整个食物链，对最初的原料生产、加工、销售到食品质量反馈的所有环节进行监督。

2 物联网技术在食品溯源中的应用

2.1 物联网基本架构

物联网架构可分为三层 ：一是感知层，即前端数据采集网络，通过传感器感知信息，以 RFID、二维码、数据采集传感器为主，实现传感器数据采集和物品识别 ；二是网络层， 传递各类数据、信息，利用信道（包括通信网、广电网等传输通道）传输信息、控制信号 ；三是应用层，实现各种现实应用中的具体功能。物联网架构如图 1 所示。

物联网是计算机发展的产物，是综合性的技术，是无线传感技术依靠计算机网络实现的远程自动化综合应用系统。

2.2 物联网技术在食品溯源中的应用

2.2.1 食品溯源中常用的几种物联网技术

（1）自动识别技术

自动识别以计算机、通信、电气技术为基础，应用相关的设备，能够在不接触的情况下自动读取物体的电子编码信息，并与原有数据进行对比，从而识别物体，并具有编码唯一性。常用的自动识别技术有条形码，RFID，IC 卡及模式识别等。 

（2）WSN 技术

WSN（无线传感网）技术的最大特点是无线，利用无线传输方式实现传感器信号的测量与传递，一般应用在监测系统与控制系统中作为前端的信号来源，目的是自动感知被测控对象的信息，并将传感器数据传输到处理机构或者相应的计算机信息设备。ZigBee 是构成 WSN 网络的重要技术之一，以其自组织、低功率消耗等优势被市场所接受。 

（3）物流跟踪定位技术（GIS/GPS）

运用 GIS 和 GPS 可实现全球卫星定位，解决物流运输过程中的准确跟踪与实时定位问题，保证食品运输过程在可控范围内。 

（4）EPC 全球产品电子代码体系

食品溯源系统利用产品电子代码（Electronic ProductCode，EPC）技术，把所有流通环节，包括生产、运输、零售等统一起来，组成可查询的 EPC 物联网，实现对食品的追溯。

2.2.2 溯源二维码应用系统结构

厂商、监管部门及消费者可扫描二维码进入系统完成信息录入或查询。其中，二维码作为信息查询与录入入口，手持终端、识读头、手机都可作为二维码的识读及信息录入终端， 使用非常方便。溯源二维码应用系统结构拓扑图如图 2所示。

2.3 物联网食品溯源架构

食品溯源系统采用基于物联网的三层基本技术架构，在具体的信息处理上可以分为数据采集、融合网络层、数据库层、业务应用层。食品溯源系统总体结构见表 1 所列。

食品溯源平台主要涉及企业、政府、检验部门及市场各方，包括原料、生产、检验、物流、销售、消费者、监管部门、政府等主要溯源环节，并可实现双向信息互动。食品溯源网络拓扑结构如图 3 所示。

采用食品溯源物联网架构具有以下优势。

（1）将 RFID 等标识手段作为信息输入的方法，价格低、输入速度快、自动化程度高。

（2）食品安全监控的实时性较好。由于食品溯源系统能够实时采集食品原料及加工过程信息，因此食品中出现的问题能够及时地得到反馈与解决。

（3）食品溯源系统不但能够保证食品的安全可靠，也有利于市场各方，如企业、政府、市场监管等。食品加工与生产者可利用食品溯源信息加强企业生产管理，提高监管效率。

（4）信息传输信道可采用多种方式，如 GPRS，WiFi，Ethernet，3G，4G，5G 等，可以使用短信、电话、网络等， 信息沟通便捷。

（5）溯源终端可采用手机、电脑及其他手持终端等多种手段，使用方便。

（6）由于在食品溯源系统中使用了远程数据库系统，数据与地域无关，不但有利于数据远程查询，而且有利于食品安全的第三方监管与评价。

3 结 语

综合应用自动识别技术、数据输入技术、数据存贮技术、数据传输与查询技术，结合食品生产、加工过程，以电子标签为食品溯源信息的载体，及时记录食品生产过程中的关键信息，分别在食品生产各阶段进行标识，利用数据库进行数据匹配，结合食品生产加工的各个参与者，包括生产企业、质检部门、销售、银行、消费者等，记录食品行业所涉及的种植（养殖）、加工、运输、流通、分销等环节的关键信息，实现对食品全生命周期信息的溯源，解决了传统食品安全追溯中出现的问题。可以预见，食品溯源产业将随着物联网技术、自动化技术、云计算技术的创新而不断发展。