一种基于物联网技术的食品安全预警系统

引 言

食品安全溯源通常是对包括食品生产、存储、运输、销售在内的多个环节进行食品信息的收集、转换和分析，从而实现对食品安全追溯信息的有效管理。通常有两种溯源情形， 其一是从生产源头至最终消费者之间的溯源，亦称为“正向溯源”；其二是从最终消费者到生产源头的溯源，亦称为“逆向溯源”[1]。以物联网应用技术为基础构建的食品质量安全追溯体系可以有效掌握食品的营养信息、生产过程信息、产地信息， 对于发展安全的食品产业链条和建立覆盖全面产业链的安全溯源系统具有重要支撑作用[2]。无论采用哪种溯源方式都离不开物联网技术的支持，当前日新月异的RFID 技术、二维码技术、云计算技术以及迅猛发展的通信网络给食品溯源系统的推广应用提供了良好的条件。温希军等结合新疆畜牧综合信息服务平台深入研究了物联网技术在动物屠宰加工管理系统中的应用[3]。陈希文等研发了基于物联网系统的农畜产品可追溯的信息代码转换数据库和软件系统[4]。孙书谨等根据蔬菜培植与加工环节的特点，设计了基于RFID 技术的蔬菜食品安全溯源系统[5]。卢磊等深入研究了追溯系统中RFID 中间件的设计， 实现了基于物联网技术的蔬菜追溯系统[6]。王成瑞等针对食品溯源的需求，提出了一种浏览器与服务器之间通信的流程，并在嵌入式网关中实现Web 服务器的功能[7]。本文在这些进展的基础上分析了食品溯源系统架构和无源 RFID 识别系统的基本原理，并详细阐述了一种数据融合技术在食品安全预警中应用的方案。

1 食品溯源系统架构

近年来，食品溯源系统在农畜产品、蔬菜供应等方面已经得到了规模化应用。现阶段由于成本等因素的制约，在大部分系统中采用二维码与RFID 标签相结合的溯源方式。消费者通过扫描二维码访问食品信息溯源系统数据中心获取食品相关参数。而在生产加工和流通环节，厂家通过打印二维码在产品包装上，或装箱时用RFID 标签同步记录食品数据，并在打印编码、录入信息、扫描条码的同时将相关数据上传至服务器，其架构如图 1 所示。

2 无源 RFID识别系统

RFID（Radio Frequency Identification）技术在物资标识和定位方面已有规模化应用。当前在食品安全溯源系统中主要应用在食品运输过程及存储的清点和统计分析方面通过自动识别建立紧密的逻辑联系，实现对食品信息的智能化管理。无源 RFID 识别系统可分为三个部分，即阅读器、天线和电子标签。电子标签具有独一无二的编码，附着在物品上以自动辨识与追踪该物品。天线用于在标签和读取器间传递信号并进行传输。阅读器读取电子标签内的特定编码信息，并将编码信息传送至后台系统进行数据处理。无源 RFID 识别系统的组成如图 2 所示。

3 基于添加剂数据关联的预警功能

现有的食品安全研究大部分集中在食品监控技术上，大多直接使用 RFID 技术设计追溯功能，却缺乏食品自身属性与种类属性间关系的描述模型[8]。食品安全预警的假设 ：当某类食品中不合格产品数量较多时，显然该类食品问题严重程度较高。添加剂作为导致食品不合格的主要因素之一，在食品关联分析中起着非常重要的作用。现以“二氧化硫超标”食品安全问题预警举例说明基于添加剂数据关联预警的有效性。当发现某食品问题的主要原因是“二氧化硫超标”时，就要分析同生产厂家的哪些其它食品可能也会有二氧化硫超标的问题。添加剂二氧化硫的使用范围有：经表面处理的水果干类、蜜饯凉果、干制蔬菜或蔬菜罐头、干制的食用菌、腐竹类、坚果与籽类、糖果等众多种类。

解决问题的关键就在于通过技术手段发现哪些添加剂会 产生二氧化硫成分，而哪些食品用到了这类添加剂。进行数据 关联分析时不同食品根据所属类别归类构成树型模型，一种食 品类别只属于一种父类别。食品抽检结果加入 DAG（Directed Acyclic Graph）图，即可形成 DAG 图的叶子节点。根据引发 食品问题的不同，叶子节点按照不同的规则分类，叶子节点随 着引发的食品问题动态生成无向关联边，并形成各节点间的相 对关联度。

若检测到食品问题是食品节点 2 中二氧化硫超标，则基于 食品节点添加剂相似度聚类，抽检食品类别可限定为含有二氧 化硫物质的聚类 {2、3、5、6、7}，如图 3 所示。基于食品类 型生成树型模型，并基于添加剂的属性生成关联边，在检测 到某类食品不合格原因时能关联查找同加工厂的哪些同属食品 也有可能出现添加剂超标，并进一步调研确认，从而实现对 食品安全问题的及时预警。

4 结 语

当前食品安全问题对一个国家或者地区的食品安全防控 能力构成了新的挑战。本文在分析食品溯源系统的基础上， 提出了基于添加剂数据关联食品安全预警功能，对提高现有食 品溯源系统的实用性具有较大的借鉴意义。