生猪溯源查询系统的构建

马铁民，谢秋菊，刘金明，王雪

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

猪肉是我国居民高频食用肉之一，猪肉的食品安全问题备受瞩目；瘦肉精、注水肉等监管问题也是市场管理的关键问题。以猪为本体的溯源是从猪的养殖、运输、屠宰以及猪肉制品的批发、深加工直到零售商环节的全过程[1]。国内外对于猪、牛以及羊等牲畜为本体的溯源系统及其关键技术均做了大量的研究。例如，英国建立了CTS 系统，即基于互联网的家畜跟踪系统[2]；加拿大、日本和澳大利亚等国家对畜产品的标识制度进行了研究和强制性施行[3]。国内典型的例子是由北京永泰普诺玛开发，并在上海某食品有限公司实际运行的“RFID 屠宰加工实时生产管理和安全信息追溯系统”；该系统在上海市2006年9月的“瘦肉精”中毒事件中，应用肉类食品安全信息追溯技术，对事件的解决和防止危害范围的进一步扩大起到了决定性的作用[4]。

1 系统总体设计

1.1 系统总体结构设计

本项目的系统以大庆 某猪场为实例进行设计。系统共分为五个层次如图1 所示，分别为：物理层、传输层、数据层、软件服务层以及应用层。物理层是由多种因素构成的，它包括猪本体溯源设备，饲养员、动物医生以及管理人员在处理日常养殖事务的管理设备，还包括检验检疫等监管部门的监管设备等。传输层将从物理层各构成元素中通过人工或传感器等采集到的信息，通过数据服务器进行接收；经过处理之后存储在溯源信息库中。数据层主要完成对溯源信息库的管理，并为溯源的查询进行服务。软件服务层是系统功能实现的核心处理层，完成溯源以及相关管理、查询等各项功能。应用层允许各类用户使用PC 以及各种移动设备对系统进行访问。

图1 猪溯源系统的总体结构Fig.1 The architecture of traceability system for pig products

1.2 系统溯源流程的实现

系统溯源流程的实现总体可以分成两条数据流。如图2 所示，一条数据流是溯源信息的写入，另一条数据流是溯源信息的回溯。

首先，对养殖场内的生猪个体设置耳标，并且在猪栏内设置传感器网络和数据传输服务器，通过养殖场的“基于传感器网络和RFID 标识的猪场溯源信息管理系统”将养殖信息存储于“溯源数据管理系统”中。在猪养殖直至出栏的一段时期内，检疫部门的检疫信息、生猪的医疗信息等均被存储在“溯源数据管理系统”中。生猪出栏后，通过物流进入屠宰厂。在这个过程中，生猪的唯一标识是基于RFID 标识实现的。进入屠宰厂之后，经过屠宰的猪的标识将从基于RFID 的标识转化为基于二维码的标识。在这之后通过物流生猪进入到销售环节。在这一过程中屠宰信息及物流信息均被存储到“溯源数据管理系统”中。第一条数据流结束。

第二条数据流即生猪信息追溯的流程。消费者或卖场管理者对于卖场内的猪肉进行溯源时，首先通过二维码简单查询猪肉的来源信息，如果想进一步追溯就登陆二维码中系统链接，登陆“生猪质量溯源查询系统”进行进一步追溯生猪的养殖、检验检疫及医疗等信息，还可以追溯养殖场、屠宰厂以及质检部门的信息，还可以追溯生猪在运输过程中的物流信息。

1.3 系统的模块设计

生猪质量溯源查信系统的功能模块[5]主要包括用户管理模块、生猪电子档案模块、监督检测模块和溯源查询模块，如图3 所示。用户管理模块除了对注册及登陆系统的用户信息管理之外，主要解决不同角色用户的权限差异化问题。生猪电子档案模块包括对猪本体、养殖场、饲料及医疗免疫等数据的采集与传输。监督检测模块是行政监督机构对出栏猪进行提交管理数据的模块，主要包括激素类或磺胺类化学药品及重金属残留的抽检结果等。溯源查询模块为政府监管部门以及消费者等不同角色用户提供不同的查询服务。

图2 系统实现溯源的流程图Fig.2 The flowing of traceability system for pig products

图3 生猪质量溯源查询系统功能模块设计Fig.3 The module design of traceability system for pig products

2 系统实现的关键技术

通过上面对于系统的整体设计，可以发现基于RFID 标识的设计以及二维码的编解码设计是系统实现的两个关键因素。

2.1 基于RFID标识的设计

牲畜个体的身份识别主要是通过基于RFID 的电子标签来实现的，并且标识信息是唯一的。因此，每一个RFID 标识件中携带的信息的编码即ID 号应该是唯一的，对动物电子标签的编码应遵循2006年农业部颁布的《畜禽标识和养殖档案管理办法》[6]的规定和《动物射频识别代码结构》（ISO11784：1996）标准的规定。在《畜禽标识和养殖档案管理办法》中规定：牲畜的标识编码分为三个部分：（1）牲畜的类别，用1 位数字标识；（2）行政区域代码，用6 位数字标识；（3）同种类牲畜的顺序号，由8 位数字组成标识[4]。RFID 芯片在出厂时所遵守编码规范为EPC 码的编码规范，将EPC 编号和RFID 编码实现无缝识别，让两种编码在黑盒中实现转换，使用户在使用过程中只感受到的编码是唯一的，这也是系统实现的一个关键技术研究，具体的转换过程如图4 所示。

在系统实现转换之后的RFID 编码为符合《畜禽标识和养殖档案管理办法》编码。在本系统中RFID的形式为耳标，某一生猪个体的RFID 的编码为“123060202142163”。

图4 RFID 编码与EPC 编码转换的实现Fig.4 The realization of exchange between RFID code and EPC code

2.2 二维码的编码解码方法

在畜产品流通及消费过程中，二维码发挥着至关重要的追溯作用。考虑到二维码在追溯系统中的安全性，将二维码分为两个部分，即信息部分和认证部分。信息部分为畜产品从养殖到流通环节的所有的产品信息，并且采用特别设计的二维码生成及解码装置为其服务。二维码生成装置以生猪出栏时的二维码生成为例如图5 所示。该装置的实现通过图片压缩、图片数字化、加密、生成四个步骤完成。在实现时解决了如下几个问题：

（1）压缩后的图片不影响特征码的正确提取，在生猪出栏阶段为猪场管理者的指纹；

（2）数字化后的图片的大小在二维码能够表示的字节范围内；

（3）数字化后的内容为可见的；

（4）选择合适的加密方法。

图5 二维码生成及解码装置的实现Fig.5 The realization of two-dimensional code and decoding

认证部分为当畜产品流通到一个新的环节时，需要通过认证部分的信息向二维码生成及解码装置进行验证，认证通过后允许将当前的二维码解码，添加当前畜产品的流通信息后再生成新的溯源二维码。这样，不仅提高了二维码使用的安全性，并且在溯源过程中的尽量避免大数据查询及存储，只有在相应的环节中的通过专门的读取和生成装置进行生成和读取二维码的操作，用户通过产品相对应的二维码就可以对产品实现追溯。只是追溯到的信息为畜产品的简单信息，如果想追溯产品的全面丰富的信息也可以通过此二维码中的信息登陆溯源平台进行查询。

3 系统的实现

以黑龙江大庆 某猪场作为溯源实例实现生猪溯源查询系统，如图6 所示。当物理层的用户将产品的信息传输到数据层后，数据层对数据进行处理后写入数据库，通过软件服务层提供的各种溯源查询功能，应用层中的各类用户就可以使用系统提供的二维码解码装置进行解码并获得简单的溯源信息，若有进一步查询需要还可以电脑、手机等设备通过进行溯源查询。针对生猪养殖信息的溯源查询结果如图5 所示。

4 结论

生猪溯源查询系统的构建是以物联网技术为基础，结合RFID 编码和二维码的编解码技术实现的。系统的实现可以丰富生猪产品的溯源信息，促进生猪产品的品牌建设，提升生猪产品的品牌效应，推动生猪产品的标准化和规模化养殖的进一步发展。

图6 生猪养殖信息的溯源查询结果Fig.6 The example of traceability system for pig products

［1］罗远明.基于物联网和云计算技术的畜产品安全溯源平台解决方案［C］//中国畜牧兽医学会信息技术分会2012年学术研讨会论文集.北京：中国畜牧兽医学会，2012：165-171.

［2］HobbsJE.Informationasymmetryandtheroleoftraceability systems［J］.Agribusiness，2004，20：397-415.

［3］SchwagelEF.Traceabilityfrom aEuropeanperspective［J］.MeatScience，2005，71：164-173.

［4］王雪.基于物联网的畜产品溯源系统的构建［J］.安徽农业科学，2014，42（16）：5318-5319.

［5］熊本海，罗清尧，杨亮，等.基于3G技术的生猪及其肉制品溯源移动系统的开发［J］.农业工程学报，2012，28（15）：228-233.

［6］中华人民共和国农业部.畜禽标识及养殖档案管理办法［EB/OL］.（2006-06-29）［2014-05-26］.http：//www.gov.cn/flfg/2006-06/29/content_322763.htm.

［7］张琳芳.基于物联网技术的智能物流系统的研究［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2013，25（6）：70-73.