物联网技术在食品安全领域的集成应用研究

王宇飞

（黑龙江信息技术职业学院电子工程系，黑龙江哈尔滨150086）

物联网技术在食品安全领域的集成应用研究

王宇飞

（黑龙江信息技术职业学院电子工程系，黑龙江哈尔滨150086）

食品安全作为国民生活最为重要的基础层面.随着生活水平的提高和各种食品安全事故的曝光，对食品安全的重视程度，比以往任何时期都显得更为重要和迫切.基于此需求，在食品生产、流通、环节，出现了多种物联网技术和解决方案.利用一套标准兼容、跨越多个垂直解决方案，整合食品安全生产、流通、管理各个环节，融合物联网技术和云计算技术，形成食品安全大数据服务的食品安全体系.从而真正解决食品安全的全过程管理问题，形成可信的第三方食品安全数据资料.

物联网；食品安全云计算；食品溯源；北斗物流应用

中国自古以来就是一个农业大国，地域辽阔，我国农业起源的时间上推至万年以前.农业的生产发展对我国的经济发展至关重要.但是在中国自然灾害频发，气候复杂多变，将物联网技术用于解决“三农”问题是一个很好的发展机遇.

食品安全作为国民生活最为重要的基础层面.随着生活水平的提高和各种食品安全事故的曝光，对食品安全的重视程度，比以往任何时期都显得更为重要和迫切.基于此需求，在食品生产、流通、环节，出现了多种物联网技术和解决方案.利用一套标准兼容、跨越多个垂直解决方案，整合食品安全生产、流通、管理各个环节，融合物联网技术和云计算技术，形成食品安全大数据服务的食品安全体系.从而真正解决食品安全的全过程管理问题，形成可信的第三方食品安全数据资料.

1 物联网技术在食品安全领域的应用需求

近年来，各项食品安全事件层出不穷，保卫舌尖上的安全，已经成为各级政府、食品行业相关企业的核心问题.食品安全的源头在于农产品，农产品一旦遭受污染，整个食品产业链的安全就无法得到保证.因此，把好“源头关”显得至关重要.曾几何时，部分农户和企业受经济利益驱使，违反生物生长规律，过度喷洒农药、施放化肥，投放添加剂和激素，以期缩短生长周期，增加农产品产量.殊不知这样的生产方式虽然带来了短暂的经济利益，但给土壤、水源等生态环境造成很大破坏，甚至直接威胁人们的身体健康.如何在选种、用肥、施肥等方面采用严格标准，进行标准化的生产是食品安全源头的保障.

物物互联在农业和农村信息化领域已经有了初步应用，如传感技术在精准农业的应用、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物信息和诊断系统、食物安全追溯系统等.

通过物联网的实时传感采集和历史数据存储，能够摸索出植物生长对温、湿、光、土壤的需求规律，提供精准的科研实验数据；通过智能分析与联动控制功能，能够及时精确地满足植物生长对环境各项指标的要求，达到高幅度增产的目的；通过光照和温度的智能分析与精确干预，能够使植物，特别是名贵花卉的花期完全遵循人工调节.目前，关于农业物联网应用的发展项目有很多，比如：土壤养分、墒情监测，为作物选择和耕种方式提供指导；粮情信息监测，为监管部门科学决策保护粮食安全提供有效数据；农业大棚温室监控、田间自动化管理，通过连续监测土壤湿度数据，实现多点同时滴灌补水；二维码动物溯源，通过食品追溯标签使消费者全面了解产品信息，确保食品安全.

其次，在食品流通环节，如何有效的利用好各管理部门的流通检测能力、建立高效共享的数据平台.掌控流通的数量、温度、时间等重要信息，避免食品在流通环节的变质、掺杂、造假等问题的出现，也对食品的仓储、物流、终端销售信息的及时传递提出了更高的要求.

国内已出现的食品安全追溯系统，正是这一环节的管理.以猪肉安全为例：进入农贸市场的猪肉安装上电子芯片，以跟踪猪肉产品的生产、加工、批发，以及零售等各个环节.具体来说，即在农贸市场的猪肉经营店配备电子溯源秤，消费者在购买猪肉时可索取含有食品安全追溯码的收银条，凭借收银条上的追溯码查询生猪来源、屠宰场、质量检疫等多方面的信息.

但是，如何将农业生产、食品流通、监督检验，各个系统，各个环节的信息自动化、高效率的进行同步，形成一套完整的应用系统，来全面系统的涵盖食品生产流通的全过程，就需要采用物联网、云计算、大数据这三种技术.将信息整合，形成集成应用.

2 物联网技术在食品安全领域的技术基础

2.1 生产监测及管理系统

通过传统传感器技术.可以获取到农业生产环节的各项原始数据.典型应用如农田，温室大棚，果园的采集光照、温度、土壤水含量、CO2浓度等影响农作物生长信息的采集.渔塘中放置传感器，实时监测鱼塘溶解氧、水质情况，自动控制氧泵开启和关闭，同时显示在监控子系统上，大大的提高鱼苗的成活率，而且能有效的防治水污染.或禽舍的温度,湿度,空气质量等数据采集等.

这些数据的采集，可以通过传统传感器网络配合网络传输模块传输到后台中心.数据可储存为食品生产的基础信息供分析和查询，也可根据预设的配置策略，对农田生产端的远程设备进行自动化的开启或关闭，实现自动灌溉，自动施肥的精细化农业生产.

2.2 溯源查询系统

溯源查询系统，是基于物联网技术，可以采集生长、物流、加工及流通销售过程中的数据，建立食品溯源数据中心.消费者和稽查人员不但可以实时的通过物联网连接至后台追溯数据中心，了解食品的前世今生，而且可以及时反馈虚假、错误信息.已有的相关标准及功能包括：在线实时生成追溯信息Web二维码、设计适合食品安全信息的加密机制和策略、设计Web二维码生成算法及开发套件、支持混合网络协议在逻辑层的智能融合传输机制、支持食品安全追溯业务对食品数据的时空属性序列化要求、提供异构终端鉴权接入的统一食品安全查询服务平台等多个层面的内容，共同构成了食品安全溯源体系.

溯源体系的运营核心，是产品的生产、流通信息.这些信息来源的真实和可靠，是溯源信息真实的重要基础.所以，尽可能的在溯源系统中引入物联网技术，最大程度的减少各生产环节数据的人为干扰，才能实现溯源信息的客观、公正、透明.

2.3 流通环节GPS监控及温控系统

流通环节的规范运行，是食品行业保障食品安全的重要一环.不同的食品种类，对仓储、流通，有着不同的温度、湿度等环境要求.优质的食品，如果不能在适宜的条件、规定的时间内完成食品的物流环节，势必将变成过期食品、变质食品.针对流通的状态监控，主流的应用是GPS与无线数据网络集成的模式.通过GPS模块获取位置信息、额外通过其他的温度探测模块，获取到货箱温度信息.将信息编码后通过无线数据网络发送到平台.相对更为优越的方案，是北斗系统.依靠北斗系统独有的报文上传技术，在定位的同时，通过卫星网络获取到位置、温度、速度等相关信息，将使得流通环节的监控系统运行更为高效稳定.

2.4 第三方检测及报告系统

第三方检测报告系统通过数据的持久化及终端虚拟化技术.将分散在农技站、质量技术监督、食品药品监管，等多个部门、多种终端、多种数据格式的信息.通过数据抓取，同步到服务平台，供溯源查询及管理使用.

3 物联网技术在食品安全领域的集成应用

3.1 物联网技术在食品安全领域的应用集成框架

食品生产源为食品分配二维码，在食品生产过程中，食品生产商与质量认证机构分别采集食品详细信息、认证状况等食品安全数据，存入食品安全追溯数据中心；并利用二维码在线生成系统，打印标签，粘贴在食品包装上；稽查人员使用二维码识读系统，可以方便的进行抽样检查.消费者购买产品时，只需手机扫码或编辑短号发短信，即可随时随地查询食品源信息与质量认证等信息，并可及时举报虚假、错误信息.

整个系统采用分层架构模式来实现，分别由数据采录层、融合网络层、时空数据引擎层、业务应用层四层组成，技术架如图1所示.

图1 物联网技术在食品安全领域的应用集成框架

3.2 食品生产环节的信息获取和生产控制

食品生产环节的信息获取和生产控制主要包括三方面内容:传感设备、传输网络、应用服务.通常分解为感知层：传感器网络（温度传感器、湿度传感器、光传感器、CO2浓度等传感器等）和无线监控终端（用于水、饲料的远程投放开关控制）；传输层：传感器网络由zigbee协议组成前段网络，CDMA 1X/GPRS协议组成远程数据传输网络；应用层：由数据持久化中间件、业务处理中间件、逻辑控制组件构成业务应用及管理系统.图2展示了相关生产信息通过物联网实现管理及控制的过程.

图2 生产信息的物联网管理及控制过程

3.3 食品流通环节的数据同步

在食品流通环节，各项数据信息的获取存在两种情况：一种是原始数据直接通过通信接口，上传到系统平台.这种形式，只要在通信层确保数据协议的一致，正确的响应通信协议的应答，并对数据包进行正确的解析即可.另一种相对复杂的情况，是原始数据存储于第三方系统.在这种情况下，就需要进行异构数据的同步.

采用类似MobiLink这样的工具，可解决将一个统一数据服务器与大量远程数据库进行同步（通常包含多个移动数据库）的问题.此同步策略是基于连接的，远程同步的数据源可随时进行连接.在每次进行连接之后，数据库是完全同步的.

具体工作方式是：将远程数据库上的多个事务的结果合并成一个更改集，然后应用到统一数据库中.因为同步始终在事务边界进行的，所以保持了参照完整性.不保留在组件事务过程中所做的各个更改的顺序：因为从不复制未提交的数据，所以保留了数据完整性.

MobiLink分为服务器端和客户端两部分.MobiLink服务器与统一数据库连接，MobiLink客户端则与远程数据库连接.进行同步时，当MobiLink远程站点打开与MobiLink同步服务器的连接时，通常便开始了同步过程.同步期间，远程站点的MobiLink客户端将上载自上一次同步以来对远程数据库所作的更改.MobiLink同步服务器在收到这些数据时开始更新统一数据库，然后将统一数据库中的更改下载到远程数据库.

所以，建立食品流通环节的数据同步信息数据库，只需要在原有的各业务系统远程数据库上建立发布，将发布信息发送给MobiLink Client，即可完成异构数据库的数据同步.

3.4 物联网技术在食品安全领域的集成应用前景

物联网技术在农业应用链上的其他环节，如电信运营商以及终端商应充分发掘潜在市场，为各自在物联网版图上占有一席之地作好准备.为监管部门提供食品安全追溯的行业解决方案，并进一步将方案发展到奶制品、畜牧业、养殖业和渔业等方面；整合农业信息资源，为农民提供具有针对性的信息服务；与有关行业协会、统计部门展开合作，为农户提供有用的农作物产销信息，为温室、系统和芯片生产企业提供行业信息；在芯片生产上应具有针对性，开发适合特定业务（如信息溯源）的芯片；加大对芯片应用配套设备的研发.

农产品生产不同的阶段，都可以用物联网技术来提高工作效率.在种植和培育阶段，应用物联网技术分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物；在农产品的收获阶段，应用物联网技术可以实现一个廉价的信息采集，从而在种植收获阶段进行更精准的测算.

在生鲜农产品流通方面，需要对储运环境的温度和农产品的水分进行控制.环境温度过高，可能会发生大批农产品的腐烂，水分不足，会使品质受到影响，在这个环节要借助物联网的帮助.

物联网技术可以实现畜禽产品从养殖、屠宰到运输、销售的全过程质量控制，并实现质量溯源，可实现畜禽生产档案管理（畜禽信息、饲料信息、疾病防疫等），实现RFID标签和条码间信息的转换，条码标签的打印，基于网站、电话和手机短信的畜禽产品质量安全的溯源查询功能.

4 结束语

尽管物联网相关应用在农业生产、食品流通等环节已经有一些应用.但各应用环节相脱离的问题仍存在.而且我国的农业生产能力与国外先进国家相比，仍存在很大的差距，平均单位产量低于国外的30%，单位产量成本大于国外的50%，由于不合理的使用农药，产品质量远低于国外水平.其落后的主要原因是资金缺乏、设施农业技术装备落后；没有获取专家指导的途径，大多沿袭传统的种植方法，生产管理粗放，造成设施的智能化水平低.

物联网技术的发展，为解决农业生产、食品流通环节出现的相关问题，提供一条技术支持的思路.为农业高效生产、保障食品安全提供信息化的支撑.

〔1〕赵春江.农村信息化技术[M].北京:中国农业科学技术出版社,2007.

〔2〕彭力.物联网技术概论[M].北京:北京航天航空大学出版社,2011.9.

〔3〕暴建民.物联网技术与应用导论[M].北京:人民邮电出版社,2011.10.

〔4〕陈一飞.智能农业：十二五期间我国农业科技进步前瞻[J].中国农业科技导报,2010,12(6):1-4.

〔5〕张海涛,马建,熊永平.物联网技术应用[M].北京:机械工业出版社,2011.5.

〔6〕http://www.m2mun.com/nongye/2012060113349.htm l.〔7〕http://www.scs.moa.gov.cn/gzjb/201110/t20111013_235604 5.htm.

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