食品安全“追本溯源”

文/张 波 章潜才 江晓庆 巫莉莉 何斌斌 刘楚端

食品安全“追本溯源”

文/张 波 章潜才 江晓庆 巫莉莉 何斌斌 刘楚端

本文指出了目前在食品安全领域存在的问题，详细描述了物联网特别是农业物联网技术的快速发展，研究探讨如何利用农业物联网技术来建立一套“从田间到桌面”的食品安全溯源体系，并以水稻为例构建了一个食品安全溯源平台。

食品安全问题是当前世界关注的焦点问题之一，随着各种食品安全相关的恶性事件见诸报端，如瘦肉精、嗑药多宝鱼、毒大米、三聚氰胺、人造蜂蜜、毒猪油、“苏丹红”鸭蛋等事件，公众对政府、对食品企业的信任危机日趋严重，如何利用有效的技术手段加强食品安全监督管理，成为一项世界各国政府当前十分紧迫的任务。农业物联网的蓬勃发展，为全面实现老百姓们可用的、简便的、可视化的食品安全溯源提供了新的技术保障。

农业物联网三层体系

最近几年，从IT业界到国家首脑，都高度关注传感网、物联网与智慧地球等的发展动态，认为这是继20世纪80年代PC机、90年代互联网、移动通信网之后，将引发IT业突破性发展的第三次IT产业化浪潮。

2009年11月3日，温家宝总理在北京向首都科技界发表题为《让科技引领中国可持续发展》重要讲话时强调，要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。

农业作为分布最为广阔的领域，物联网的应用大有可为。农业物联网技术，是通过物联网技术实现农作物生长、农民生活、农产品生产流通等信息的获取，通过智能农业和精细农业信息技术实现农业生产的基本要素与农作物栽培管理、畜禽饲养、施肥、植保以及农民教育相结合，提升农业生产、管理、交易、物流等各环节智能化程度，为建立现代农业，发展农村经济，增加农民收入，完善基层农业技术推广和服务体系，提高农业综合生产能力，推进农村综合改革，提升农村行政服务效能，推进社会主义新农村建设提供新一代技术支撑平台。农业物联网将农业生产要素动态信息与政府、农业企业、协会专业合作社等智能部门广泛连接起来，为政府决策、农业技术支持、农资生产与流通实现农业信息共享，将为有效推动与提升现代农业发展、农民增收和农村繁荣提供信息手段。

农业物联网的重要特征是云计算加上农业传感网。由于农业信息获取的特殊性，涉及传感器种类繁多，机理复杂，因此其数据往往是多源的、异构的。现阶段农业物联网技术与应用尚未建立起一套标准的、开放的、可扩展的物联网体系架构。普遍认为可以把农业物联网划分为一个由农业信息感知层、网络层和农业应用层组成的三层体系。

首先是农业信息感知层，感知层主要包括智能卡、RFID标签、识别码、二维码和读写器、摄像头、传感器网络和传感器网关等，在这一层次要解决的重点问题是感知、识别物体，采集信息。

其次是网络层，网络层首先包括各种通信网络与互联网形成的融合网络，包括现有的广电网络、互联网、通信网络或者未来的下一代网络等，除此之外还包括物联网管理中心、信息中心、专家系统等对海量信息进行智能处理的部分。网络层承担信息的传输，是物联网成为普遍服务的基础设施，有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合。

最后是农业应用层，农业应用层完成农产品、产地等相关信息的分析处理和决策，以及实现或完成特定的智能化应用和服务任务，以实现物/物、人/物之间的识别与感知，发挥智能作用。

图1 基于农业物联网的水稻安全溯源系统框架

食品安全溯源国内外现状

近年来，溯源系统在发达国家和地区食品安全管理中得到了迅速发展, 除欧盟以外，美国、日本、加拿大、新西兰、澳大利亚等国也已开始深入实施。美国于2004 年5 月公布了《食品安全跟踪条例》，要求所有涉及食品运输、配送和进口的企业要建立并保全相关食品流通的全过程记录；加拿大要求到2008 年80%农业食品联合体农产品可追溯源头, 实现“品牌加拿大”战略；日本政府已通过新立法, 要求肉牛业实施强制性的零售点到农场的追溯系统，系统允许消费者通过互联网输入包装盒上的牛身份号码, 获取他们所购买牛肉的原始生产信息；澳大利亚实施国家牲畜标识计划(NLIS) , 这是一个永久性的身份系统, 能够追踪家畜从出生到屠宰的整个生长过程。

我国在食品安全溯源系统的开发和应用方面目前还处于起步阶段，关于食品溯源体系的研究始于2002年，在研究和实施过程中，逐步制定了一些相关的标准和指南，如国家质检总局出台的《出境水产品溯源规程（试行）》、中国物品编码中心编制的《牛肉制品溯源指南》、陕西标准化研究院编制的《牛肉质量跟踪与溯源系统实用方案》等。通过借鉴发达国家的实践经验，率先以北京、上海等大城市为试点，在畜禽业、水产品出口及链条较短、操作较为容易的蔬菜产业导入了溯源系统，开展食品安全追溯制度及系统建设方面的试点示范工作。此外，全国所有龙头食品企业从2005 年开始建立食品原料可溯源制度,根据这项制度的要求，国家和地方食品龙头企业将通过“公司+农户”、“基地+农户”等形式，从原料选种环节推行标准化操作，对种植、加工和流通环节实行全程质量监控，并在产品包装上张贴食品原料信息标志。消费者可以通过信息码查到蔬菜的药物残留、生产基地的质量认证情况，甚至还可以查到具体生产责任人的姓名。2005 年9 月北京市顺义区在北京市率先启动了蔬菜分级包装和质量可溯源制，消费者如发现购买的蔬菜存在质量问题，可登录市农业局网站，通过包装箱上的条形码，直接溯源到配送企业及生产者。天津市为了确保市民购买到可靠的无公害蔬菜，实行了无公害蔬菜可溯源制，推出网上无公害蔬菜订菜服务。

基于物联网的水稻安全溯源平台研究与应用

食品安全溯源系统的发展趋势就是通过现代数据库管理技术、网络技术、条码技术、射频标识技术，融合现代先进的农业物联网理念，将整个食品链，包括生产、加工、包装、储运、流通和销售等所有环节信息进行记录、采集和查询的系统，可以溯源查询到食品源头和流向，当食品发生问题时，可以追溯查询到每个环节，为食品的安全保障提供了有效的监管。

以水稻为研究对象，基于农业物联网的安全溯源平台设计分为用户服务层、信息管理层和信息感知层。系统框架如图1。

信息感知层

信息感知层包括产地环境信息感知、水稻生长期生产管理信息感知、产后加工多源感知、物流销售多源感知。

产地环境信息感知

用于产地大田环境信息监测的智能节点可以监测包括温湿度、日照、空气质量、土壤酸碱度、肥力、图像、农药残留量、重金属含量、灌溉用水的水质状况等典型水稻生长环境信息。通过合理部署智能节点，选择适合于稻田复杂环境下的可靠性高、低功耗、连续动态、智能化的水稻生命信息的无线传输感知装备，采用优化的网络通讯协议和安装智能汇聚节点。构建出以地理位置信息为基础，基于WebGIS 的水稻产地信息可视化系统，能够实现快速定位查询、信息可视化发布与共享服务。

水稻生长期生产管理信息感知

通过采用灌溉、施肥、植保等生产管理信息快速获取方法，包括作业过程、责任人、农资材料用量、作业成本、作业种类等综合信息，实现集信息采集、融合与实施智能决策控制于一体的物联网监控系统集成，达到信息与智能管理及网络化服务的高度系统集成，建立整套涉及水稻安全生长监控的关键信息动态感知与监控系统，实现水稻安全生长电子履历记录和数据无线传输等功能。

产后加工多源感知

综合使用水稻生产履历多源信息感知终端、水稻农药残留感知终端设备、产地包装防伪及嵌入式包装标识识读设备，选择适合水稻产后加工质量安全信息标准的多源感知技术与设备，运用RFID标签、嵌入式二维条码识别技术及视像监控等传感设备，对水稻的粗加工、包装和分类精加工进行流程跟踪。

物流销售多源感知

针对水稻在物流和销售等环节的特殊需求，利用无源和半有源等多种工作模式，对标签存储器容量、标签识读灵敏度等各个指标进行专门优化，选择适用于水稻物流的超高频大容量电子标签和低功耗传感标签。建立基于GIS系统，利用物联网技术，将水稻储、运、销三大环节各物流主体的地理信息和业务信息进行整合，以多媒体的形式反映到地图上，建成水稻物流销售产品信息库，实现水稻储、运、销三大环节业务信息流的无障碍流转。利用RFID技术实现水稻物流销售信息的全程记录，信息可定位到地图上，并探索水稻电子交易模式，实现水稻商流的电子化实现。

信息管理层

信息管理层包括基于云计算/云存储框架的水稻物联网应用服务引擎和水稻物联网业务系统平台。

基于云计算/云存储框架的水稻物联网应用服务引擎

包括采用面向农业物联网的云计算/云存储框架，动态组织多种计算资源，实现透明化的可伸缩计算系统架构和利用基于多元信息的索引和跨媒体检索技术，提高访问效率。该引擎以保障水稻生产安全和质量为目标，建立形式化或数字化模型，描述具有多属性、多层次、大规模的水稻生产特征信息，涵盖有机稻生长环境、生长过程、加工、物流、销售全过程，建立专家知识库，水稻生产管理决策与预警规则的抽取、融合、推理建模。

水稻物联网业务系统平台

包括综合业务支撑平台，业务监管平台和业务终端展示平台。综合业务支撑平台包括：集成门户系统，业务运行支撑系统，平台状态监管系统，业务资源规划系统等。业务监管平台包括：生产过程监控系统，环境监控系统，流通监控系统，远程诊断指导系统，安全监管系统等。业务终端展示平台包括：生产过程展示系统，环境信息展示系统，加工过程展示系统，物流链展示系统，综合业务信息展示系统等。

用户服务层

用户服务层要搭建操作简单、接入容易、界面友好的云服务接入平台，根据农业终端用户位置分布广泛、移动性强的特点，采用云服务模式，满足用户配置低、大量计算在云端、数据存储在云端，用户要能够统一单点登录、随处轻松访问、实时快速查询等功能，便于系统使用推广。用户服务层采用云计算技术提供查询，使得终端用户不必下载、不必安装、上网即用、操作方便、功能丰富、价格低廉。终端用户只需通过浏览器打开云服务网站，就可使用其提供的云服务，其它任何软件均无需安装。

各类用户包括生产者、消费者、农业企业、政府部门都能随时随地接入精细农业信息资源云；同时，构建的云服务接入平台要有安全保障。云服务接入平台要有一套有效的安全保障机构，能配合管理中间件层的安全管理系统有效地鉴别用户身份，防止非法操作、侵入等。

通过农业物联网对食品安全进行跟踪与追溯，可以实现对食品的生长环境及生长、生产、加工、流通和销售等过程的实时感知和智能处理，切实有效的解决食品安全追溯问题。当然，在实际运用中也还存在一些问题，如研发自主产权的农业传感器设备，制定农业物联网标准和协议，开发相关软件，降低农业传感器的价格，探索合理的农业物联网运营模式等等。从长远来看，逐步解决这些问题，农业物联网的前景是十分广阔的。

(作者单位为华南农业大学)

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