基于RFID/EPC物联网的猪肉跟踪追溯系统开发

刘 尧，高 峰，徐幸莲，徐焕良，周光宏

（南京农业大学国家肉品质量安全控制工程技术研究中心，江苏南京210095）

基于RFID/EPC物联网的猪肉跟踪追溯系统开发

刘 尧，高 峰，徐幸莲，徐焕良，周光宏*

（南京农业大学国家肉品质量安全控制工程技术研究中心，江苏南京210095）

首先介绍了无线射频识别技术（RFID）、物联网和电子产品代码系统（EPC）。在确定猪肉供应链各环节溯源信息的基础上，以RFID电子标签为数据载体，结合EPC编码体系对猪肉进行唯一标识，实现数据的自动采集，同时也增强了个体标示的精度和准确性。设计了RFID/EPC物联网架构下猪肉跟踪追溯系统，实现了猪肉生产全程网络化管理。

猪肉，跟踪追溯系统，物联网，无线射频识别技术，电子产品代码

Abstract：The Radio Frequency Identification，Internet of Things and Electronic Product Code were reviewed.The paper taking the RFID tag as the date carrier，combining the EPC code system to identify the pork uniquely based on determined the traceability information of the pork supply chain.It could realize to auto-collecting data and improve the accuracy of marking the unit.Therefore，the pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC was designed in order to achieve the network management of pork.

Key words：pork；tracking and tracing system；Internet of Things；Radio Frequency Identification；Electronic Product Code

随着经济的发展，国内外食品安全事故频频发生。面对严峻的食品安全形势，如何对食品质量安全进行有效管理和控制，世界各国正积极探索切实可行的解决措施。跟踪追溯系统作为食品质量安全管理的有效手段，越来越受到有关部门和消费者的普遍关注[1-2]。食品质量安全跟踪追溯系统利用信息技术对食品供应链全程的产品属性、加工属性、环境状况等信息进行有效的标识，并在数据库中记录保存食品物流经过各节点时的标识信息，实现对食品供应链中原料、加工、运输、销售等环节自上而下的跟踪。出现食品安全问题时，可以进行自下而上的追溯，快速确定出现问题的环节并采取有效应对措施。为了实现跟踪追溯系统中信息采集和录入，各种先进的信息技术被研究和应用，如虹膜[3]、二维条形码[4]、地理信息系统[5]、Web服务[6]等。近年来，无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）的快速发展为解决动物的编码和跟踪追溯问题提供了一种全新的技术手段[7]，它具有存储数据容量大、使用寿命长、读取距离远、多目标识别、可重复使用和环境适应性强等优势[8]，迎合了动物识别与跟踪追溯的需要，必将在动物安全管理中发挥越来越重要的作用。国际上将RFID技术应用到食品安全监管领域并取得了很好的效果。如欧盟的食品可追溯系统[9]，主要应用在牛肉的生产和流通领域，保持生产和监管的透明度及产品完整详尽的个体信息。澳大利亚已经建立了一个畜牧标识和追溯系统（National livestock identification scheme，NLIS）[10]，主要用于牛的标识和追溯，加入NLIS系统的牛必须使用统一的电子耳标。国内目前生猪和猪肉产品的标识大多采用的是养殖阶段的塑料耳标和生产加工阶段的二维条码相结合的方式[11-12]，在数据的可读性和各环节之间信息的衔接性方面都有所欠缺。国内跟踪追溯系统的研究较晚，编码方案也不统一，造成各系统间的信息无法共享。因此展开基于RFID/EPC物联网技术的猪肉跟踪追溯体系研究，可以提高信息采集的自动化程度，向消费者提供食品信息，打破国际食品安全贸易壁垒，有效提高我国的食品安全保障能力。本文将RFID技术、物联网和电子产品代码系统相关技术引入到猪肉质量安全跟踪追溯系统中。在确定猪肉供应链各个环节的溯源信息的基础上，提出采用EPC编码的猪肉跟踪追溯方案，以RFID电子标签为载体，实现数据的自动采集，同时也增强了个体标示的精度和准确性。设计了RFID/EPC物联网架构下猪肉质量安跟踪追溯系统，实现猪肉的全程跟踪追溯。

1 RFID与物联网简介

RFID技术利用无线射频方式在读写器和标签之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的[13]。RFID技术作为一种新的标识途径，与条码相比具有多方面的优势，如识别距离远，识别时不需要标签视觉可见，能够在恶劣环境中使用，内容可以更新，能够批量读取多个标签，信息量大，不容易仿制等[14]。

物联网（Internet of Things）就是指利用各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描等与互联网结合起来的一个巨大网络，其目的就是让所有的物品都与网络连接在一起，实现物品智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[15]。EPC（Electronic Product Code，EPC）系统和互联网整合的系统作为一种典型物联网[16-17]，其最终目标是为每一个单一商品建立全球的、开放的标识标准。它由全球产品电子代码体系，射频识别系统，信息网络系统组成[18]，主要包括6个方面，如表1所示。EPC系统通过对拥有全球惟一编码的物品的自动识别和信息共享，实现开放环境下对物品的跟踪、溯源、防伪、定位、监控以及自动化管理等功能。

全球产品电子代码EPC编码体系是新一代的与GTIN兼容的编码标准，它是全球统一标识系统的拓展和延伸，是全球统一标识系统的重要组成部分，是EPC系统的核心和关键。EPC代码是由版本号、域名管理者、对象分类号、序列号等数据字段组成的一段数字[19]。最初由成本的原因，EPC采用64位编码结构，目前最常用的EPC编码标准采用的是96位数据结构，如图1所示。

图1 EPC编码结构图Fig.1 EPC code structure

2 猪肉跟踪追溯系统溯源信息的确定

猪肉跟踪追溯系统是指对生猪从其养殖到终端消费者整个供应链上进行标识和鉴别，并记录其物流过程中溯源信息[20]。溯源信息包括从原产地、加工处理到最终消费者整个信息的跟踪，逆向来讲，即从最终消费者可以追溯到原产地所用的兽药、饲料等信息[21]。

整个猪肉生产加工流程涉及众多环节，每个环节又包含大量信息，将所有信息全部记录缺乏可行性。对溯源信息进行筛选，可以满足生产者、监管者、消费者等不同的查询要求，优化数据库，提高系统运行效率。将猪肉生产加工流程分成养殖、屠宰、分割包装、仓储运输和销售多个环节，对其各个环节的溯源信息进行分类筛选。

在整个猪肉生产供应链上，跟踪追溯系统各环节的溯源信息包括：a.养殖环节：养殖场信息，饲料信息、兽药信息、免疫信息、生猪检疫信息；b.屠宰环节：屠宰场信息，宰前检疫信息、胴体复检信息、冷却信息；分割包装环节：加工厂信息，包装材料信息，消毒信息；c.仓储运输环节：运输车辆信息，仓库信息，温度信息；d.销售环节：销售单位信息，销售人员信息，温度信息。

由于猪肉生产过程较长，溯源信息涉及内容较多，限于篇幅，本文仅以屠宰环节筛选出的溯源信息，作为整个猪肉生产加工过程溯源信息的示例。屠宰阶段的溯源信息要求保证与养殖阶段信息的相对应并保持供应链的连续性，还要包括屠宰阶段可能造成猪肉安全的各种信息。在对猪肉屠宰流程实地调研的基础上，参照相关法律法规，影响屠宰阶段影响猪肉安全的因素主要有宰前检疫、胴体复检和冷却情况。按照“流程分析—关键点控制”[22]的方法，采用HACCP中CCP判断树，将屠宰环节中的关键CCP控制点作为关键溯源点。以关键溯源点为基础，根据企业的需要和消费者的关注程度等要求，归纳并整理出屠宰阶段的关键安全信息，包括：耳标号、RFID标签号、屠宰时间、屠宰批次、屠宰厂名称、屠宰负责人、屠宰车间温度、冷却车间温度、宰前检疫结果、胴体复检结果。

表1 EPC系统构成Table 1 EPC system components

3 系统的编码设计

为了确保猪肉跟踪追溯各环节信息的有效记录和传递，需要对信息以统一的格式和规范进行编码。对供应链各环节进行分段编码，通过具有一定编码结构的代码实现对相关项目及其数据的标识，保证在相关应用领域中代码在世界范围内的唯一性，利用其唯一性来标识或区别每一追溯单元[23]，使每一追溯单元都有自己的“身份证”，从而实现跟踪追溯。EPC代码是存储在RFID标签中唯一的信息，EPC代码与数据库中动态数据相连，这样使得RFID标签维持低廉的成本并使系统具有高度的灵活性。

3.1 EPC编码类型的选择

EPC编码有EPC-64、EPC-96、EPC-256三种。为了保证每块猪肉都有一个唯一的EPC代码并使标签成本尽可能降低[24]，本系统采用EPC-96型编码，这样的编码方式可以为2.68亿个公司提供唯一标识，每个生产厂商可以有1600万个对象种类，并且每个对象种类可以有680亿个序列号，足以满足猪肉跟踪追溯系统的要求。

3.2 编码方案

以下是针对EPC-96型编码中不同数据的码段设计方案，分为4个部分，与猪肉生产加工流程相对应。

3.2.1 版本号 版本号定义了总长，识别类型（功能）和EPC标签编码结构。本系统版本号为53（十进制）。表示选用的是EPC-96型编码，该编码长度为96位（二进制），域名管理者为28位，对象分类号为24位，序列号为36位。

3.2.2 域名管理者 域名管理者标识了一个组织实体（本质上是一个公司、管理者或者其他管理者），负责维持后续字段的编号——对象分类号和序列号。它用来描述与此相关的生产厂商的信息。EPC-global分配域名管理者代码给实体，确保每一个域名管理者代码是唯一的。本系统中域名管理者中记录的猪肉各环节生产厂商的代码（如图2所示），域名管理者的代码仅标识出关键环节的生产厂商名称（养殖场、屠宰场、分割包装厂、销售商店），关于生产厂商的详细信息以及流通环节中的仓储和运输等信息，都存储在数据库中。

图2 域名管理者码段代码分配示意图Fig.2 Encoding of domain managers

3.2.3 对象分类号 对象分类号被EPC管理实体使用来识别一个物品的种类或者类型，标识出物品的精确信息，它在每个域名管理者之下必须是是唯一的。本系统中用对象分类号码段就是猪肉的分割肉代码，用来标识猪肉来自左二分体还是右二分体和具体部位，如图3所示。

图3 对象分类号码段代码分配示意图Fig.3 Encoding of object classification

3.2.4 序列号 序列号在每个对象分类号之内是唯一的，管理实体为每一个对象分类号分配唯一的、不重复的序列号。本系统中序列号前半段表示屠宰的年月日，后半部分表示的是宰杀的批次流水号，如图4所示。

图4 序列号码段代码分配示意图Fig.4 Encoding of serial number

3.3 编码示例

将制定的EPC编码方案与已有的RFID电子标签体系进行集成。RFID标签可以将猪肉各个生产环节有效的链接起来，使每块肉与生猪一一对应，通过EPC编码，可以为每块猪肉提供唯一的标识。举例：53，13234346，1004，111002314。其中，53是版本号，代表选用的是EPC-96型编码；13234346是域名管理者，13代表江苏苏食集团养殖场（养殖场），23代表南京肉联厂（屠宰场），43代表南京肉联厂分割间（分割包装厂），46代表南京肉品责任有限公司（销售商店）；1004是对象分类号，代表来自左二分体的后腿肉；111002314是序列号，111002代表2011年10月2号（销售时间），314是流水号。为阅读方便，最后将代码转换成16进制，不足的位数补零。经过转换，最后的跟踪追溯EPC码为：350C9F0110003EC0069DC2CA。

4 系统的构架及实现

基于RFID/EPC物联网的猪肉跟踪追溯系统的平台架构如图5所示，分为三层：客户层、业务层和数据层。客户层提供了手机客户端、浏览器和定制软件多种查询方式。生产者、监管者、消费者等系统用户都可以应用组合查询的方式，查询相关信息，掌握每个环节的质量安全信息。业务层提供系统的主要功能，主要由养殖子系统、屠宰子系统、分割包装子系统、仓储运输子系统、销售子系统、RFID标签子系统和跟踪追溯子系统七大子系统组成。数据层分为平台数据库和业务数据库两部分；平台数据库提供基础平台的运行数据，业务数据库提供业务数据。

图5 基于RFID/EPC物联网的猪肉跟踪追溯系统的平台架构图Fig.5 The platform architecture of pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC

本系统将猪肉生产加工流程各环节的溯源信息录入系统数据库中，对每个环节的信息进行识别、记录管理和跟踪，形成一个完整的信息链，如图6所示。当发现问题猪肉时，可通过猪肉的EPC编码查询相关信息，找到问题猪肉的来源并确定出现问题的环节，阻断问题猪肉继续流入市场并及时召回已售出的问题猪肉，避免重大食品质量安全事故。

图6 猪肉跟踪追溯系统溯源信息链框架图Fig.6 The information chain of pork tracking and tracing system

本系统采用Visio Studio 2005工具软件进行开发，部署环节Web应用服务器采用Tomcat，应用服务器采用JBoss，数据库系统采用SQL Server 2005。系统在实验室进行了原型构建，运行良好，信息传递畅通。

5 结论

本系统在借鉴国内外成功的跟踪追溯经验和食品安全控制技术案例的基础上，将RFID技术和物联网技术运用到猪肉跟踪追溯系统中，具有信息采集自动化，采集速度快，识别率高等优点。猪肉跟踪追溯系统是一个能够连接猪肉生产加工各环节，贯穿于整个猪肉供应链的信息管理系统。它采用EPC编码技术对猪肉生产加工各环节溯源信息进行编码，构建了猪肉跟踪追溯系统平台，有效地串联各环节的信息，保证了信息的有效记录和完整传递，实现了猪肉生产全程网络化管理，可以对猪肉产品快速地进行跟踪追溯。猪肉生产经营者以及监管者可以根据共享的系统网络平台，实现猪肉质量安全跟踪追溯，满足安全生产的需要。消费者可以查询与猪肉相关的信息，满足对产品的知情权。

现代化的食品跟踪追溯体系主要依靠先进的个体识别技术和网络数据库技术，利用先进的信息系统来实现。目前，国际还缺乏统一的标准、开放的跟踪追溯体系框架；各类先进的个体标识技术成本高，对员工的操作要求高，不易推广；我国食品企业信息化程度不高，在食品安全领域对跟踪追溯系统的应用还处于起步阶段，这些都是制约我国食品跟踪追溯系统全面推广的问题。在探讨跟踪追溯系统机理的基础上，我们要借鉴发达国家实施食品质量安全跟踪追溯系统的经验，思考如何进一步建立和完善我国的食品质量安全跟踪追溯系统。

[1]Smith G C，Tatum J D，Belk K E，et al.Traceability from a US perspective[J].Meat Science，2005，71（1）：174-193.

[2]Patricia Lago，Henry Muccini，Hans van Vliet.A scoped approach to traceability management[J].Journal of Systems and Software，2009，82（1）：168-182.

[3]卢红科，赵林度.基于虹膜识别与编码技术的肉类食品可追溯系统研究物流技术[J].物流技术，2009，28（10）：103-106.

[4]周晓霞，赵德安，刘叶飞.一种新型二维条码电子耳标在商品猪数字化养殖中的应用[J].安徽农业科学，2008，36（21）：8916-8918.

[5]任守纲，徐焕良，黎安，等.基于RFID/GIS物联网的肉品跟踪及追溯系统设计与实现[J].农业工程学报，2010，26（10）：229-235.

[6]曾行，杨中平，潘家荣.基于Web的猪肉安全信息可追溯系统的开发[J].农机化研究，2008（4）：105-107.

[7]Alejandro S Martínez-Sala，Esteban Egea-López，et al.Tracking of returnable packaging and transport units with active RFID in the grocery supply chain[J].Computers in Industry，2009，60（3）：161-171.

[8]周仲芳，游洪，王彭军.RFID技术在进出境动物检验检疫工作中的应用初探[J].中国检验检疫，2007（1）：14-15.

[9]Schw覿gele F.Traceability from a European perspective[J].Meat Science，2005，71（1）：164-173.

[10]王海.澳大利亚“国家牲畜认证系统”简介[J].草业科学，2005，22（6）：121-123.

[11]陆昌华，王立方，胡肄农.动物及动物产品标识与可追溯体系的研究进展[J].2009，25（1）：197-202.

[12]王立方，陆昌华，胡肄农，等.新型生猪标识及肉产品可追溯系统的设计和实现[J].农业网络信息，2006（12）：25-27.

[13]王洪亮，高晏波.谈谈RFID技术的应用[J].科技应用，2006，35（1）：18-21.

[14]林浩，王江红，夏鲁朋.RFID在农产品管理中的应用[J].安徽农业科学，2006，34（24）：6629-6632.

[15]Luigi Atzori，Antonio Iera，Giacomo Morabito.The Internet of Things：A survey[J].Computer Networks，2010，54（15）：2787-2805.

[16]宁焕生，王炳辉.RFID重大工程与国家物联网[M].第二版.北京：机械工业出版社，2010.

[17]孟祥茹，张金刚.EPC及物联网在我国推广应用的对策分析[J].江苏商论，2009（1）：41-42.

[18]张成海.物联网与产品电子代码[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[19]蒋亚军，贺平，赵会群.基于EPC的物联网研究综述[J].广东通信技术，2008（8）：24-29.

[20]马汉武，王善霞.食品安全环境下的肉类食品可追溯系统的构建[J].中国安全科学学报，2006，16（11）：4-9.

[21]姜利红，潘迎捷，谢晶，等.基于HACCP的猪肉安全生产可追溯系统溯源信息的确定[J].中国食品学报，2009，9（2）：87-91.

[22]谢菊芳.猪肉安全生产全程可追溯系统的研究[D].北京：中国农业大学，2005.

[23]林希，胡昌川，任雁，等.浅析农产品质量追溯与标准化[J].标准科学，2010（4）：33-36.

[24]曾行.基于EPC编码的猪肉质量安全追溯体系研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2008.

Establishment of pork tracking and tracing system based on internet of things with RFID and EPC

LIU Yao，GAO Feng，XU Xing-lian，XU Huan-liang，ZHOU Guang-hong*
（National Center of Meat Quality and Safety Control，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

TS251.1

A

1002-0306（2012）16-0049-04

2011－12－20 *通讯联系人

刘尧（1987－），男，硕士研究生，研究方向：动物营养与肉品安全。

公益性行业（农业）科研专项（200903012）；江苏省农业三项工程项目（SX（2010）268）。