基于物联网技术的化肥质量安全追溯系统

张 丽，杨怀卿，刘晓亮

（山西农业大学，山西 太谷 030801）

1 引言

在农业的发展进程中，化肥的使用对农作物的增产起到了至关重要的作用。据国家统计局公布的最新数据，2013年全国共生产化肥7 153.7万t（折纯量，下同），较2012年增长4.89%，产量首次突破7 000万t，再创历史新高。分省市看，产量排在前5位的省份分别为湖北、山东、河南、贵州、山西，产量分别为1 186.7万t、826.3万t、535.9万t、511.7万t、446.1万t，这5省2013年产量均实现正增长，其中河南增幅最大，达19.44%，其余4省增幅0.98%-9.96%不等。可见化肥的产量逐年递增，但是近年来不法商贩为了牟利，市场上出现了各种劣质化肥和假化肥。农民在使用了假化肥、劣质化肥之后粮食的产量大大降低，不仅影响到农民种地的积极性，更会影响人民的身体健康。对于近几年不断出现的化肥质量问题，虽然政府监管部门一直努力通过政策制定、打假等措施进行防范和制止，但是由于化肥供应链的复杂性，最终很难找到问题环节对相关责任人进行问责。因此构建一个化肥质量安全追溯系统非常必要。

随着规模化农业企业的不断建立，在农业生产中使用新的科技已经成为现实，在现代农业的发展中，信息化是重要标志，物联网是有效途径。目前随着物联网技术的越来越普及，RFID技术及其相应的硬件设备也逐渐成熟，这些关键技术为构建质量安全追溯系统提供了基本的保证。

2 化肥质量安全追溯系统

2.1 化肥营销模式

我国的化肥营销模式经过了近60年的发展，在经历了化肥体制的转变和市场的发展后，化肥行业已经开始由传统模式向适应市场需求的现代模式转变。由于化肥消费团体是广大的农村消费者，在中国农村农民的居住地点比较分散，如何让化肥更及时地到达农民手中取决于销售渠道是否多样化。目前销售的方法有很多，但是比较有效的销售方法是连锁经营，如图1所示。

图1 连锁经营渠道流程

由图1可以看到，化肥的销售流通过程涉及到生产、运输、存储和消费四个过程，同时还需要有政府部门的监管环节。

2.2 化肥质量安全追溯系统溯源流程分析

化肥质量安全追溯系统的溯源流程按照触发主体的不同分为内部溯源和外部溯源两种。

（1）内部溯源。内部溯源的触发主体为各环节企业对化肥质量安全追溯系统有管理权限的内部人员。例如在连锁经营模式中，化肥股份有限公司拥有对安全追溯系统的管理权限，如果发现生产商提供的某批次化肥有问题，可以通过追溯系统追溯到这批化肥的上游生产商信息和这批化肥的相关信息。如果这批化肥已经送到了下游连锁店进行销售，还可以向下游追踪到连锁店的信息甚至消费者的信息。这样不仅有利于企业内部对产品信息进行自检，还可以用于政府监管部门对各环节产品质量进行抽查，如图2所示。

（2）外部溯源。追溯流程是以消费者为起点，向上游获得产品供应链信息的过程。消费者如果买到质量有问题的化肥，可以使用化肥包装上的追溯码，通过追溯系统来查看此化肥供应链关键环节的信息，以达到追溯的目的，如图3所示。

2.3 基于物联网技术的化肥质量安全追溯系统

物联网的基本特征为：全面感知、可靠传递和智能处理,分别对应于三个层次：①感知层，即以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别；②网络层，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算；③应用层，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电脑等终端进行。

质量安全追溯系统主要是将产品从生产到消费的全过程中的关键节点通过物联网技术来进行标记，并且采集标记信息形成数据库，这个信息最终会包括产品供应链全程的属性信息、原料信息、生产方信息、销售方信息等，通过这些信息，消费者或者监管部门就可以知道产品的来源和去向，从而达到追溯的目的。

基于物联网技术的化肥质量安全追溯系统，通过RFID标签作为线索，对化肥的生产、存储、运输和销售全过程的数据进行采集上传，方便政府监管部门对整个供应链环节进行监管，也使农民能够通过化肥质量安全追溯系统对所购买的化肥进行查询。

3 化肥质量安全追溯系统分析

3.1 化肥质量安全追溯系统信息流模式分析

在化肥质量安全追溯系统中，涉及到的应用主体不仅仅是生产厂家、企业、零售商、消费者、监管部门，在实际情况中，还会涉及到更多的应用主体，从而形成一个复杂的销售网络。在现代化肥销售体系中，信息的及时性就显得尤为重要。在市场经济模式下，化肥供应链各环节信息是否能互通有无，是否能共享对企业销售策略的调整是非常重要的。目前的信息流模式分为信息流线性模式与信息流网状模式。线性模式中，供应链各环节的企业要查询产品溯源信息只能严格按照追溯或者追踪的流程进行单向查询，而且只能查询到直接关联企业的产品信息，非直接相关的企业产品信息则无法查询到。网状模式则是供应链中各环节的信息节点两两相连，构成一个信息节点的网状结构，一个环节的企业可以查询到非直接关联企业的产品信息。化肥质量安全追溯系统采用信息流网状模式，这是市场经济环境下企业自身的需求，也是保证整个追溯系统健壮性的关键。化肥质量安全追溯系统的信息流模式如图4所示。

3.2 化肥质量安全追溯系统的功能需求分析

化肥质量安全追溯系统的需求分析是经过对化肥的生产企业、化肥运输部门、化肥仓储部门、化肥销售企业、化肥消费者、政府主管部门等的调研及相关法律法规的研究得到的数据汇总而成。

在化肥质量安全追溯系统的开发中需要满足以下需求：

信息采集的需求。在追溯系统中使用RFID技术的目的就是要实现对产品信息的自动化采集。在化肥的流通过程中，采购、销售、存储、消费等环节所涉及到的信息很多，能够快速自动的识别每个产品就显得非常重要。产品信息的采集需使用RFID固定式阅读器与手持式阅读器配合使用来达到要求。

数据存储的需求。一个产品在追溯系统中要实现在各个环节中信息的可追溯，关键信息的数据库建立就非常必要，只有建立各环节的产品信息数据库，才能满足数据存储的需求。

数据查询的需求。追溯系统的建立应该能实现对产品相关信息的查询，不仅仅是整体环节的查询，各环节的查询功能也需要实现，最终实现产品信息的完整追溯。

追溯的需求。在整个追溯系统中，问题产品是否能够查询到是追溯的关键，通过追溯找到产品信息，是消费者对产品质量是否过关的需求，也是监管部门发现问题产品的关键途径。

根据应用主体化肥生产企业、化肥运输企业、化肥仓储部门、化肥销售企业、化肥消费者、政府主管部门的需求分析，可以将化肥质量安全追溯系统的功能从总体上划分为生产管理模块、仓储管理模块、运输管理模块、销售管理模块、追溯查询模块、标签管理模块、系统管理模块。

（1）生产管理模块。模块涉及到化肥生产环节，是整个化肥供应链的源头，生产环节的追溯对整个追溯体系的建立起到了至关重要的作用。在生产环节中，工厂必须严格把控整个生产流程，如果发生化肥质量安全事件，可以通过追溯找到问题化肥生产厂家，从而查找出原因，追究相关责任人。对生产环节的追溯主要是对生产厂家的追溯和化肥生产过程中影响产品质量安全的关键指标的追溯。

（2）仓储管理模块。模块涉及到化肥存储环节，主要是完成化肥的入库验收、盘点、分拣、组织出库等任务，是连接生产和销售的桥梁。生产好的化肥在贴好RFID标签之后进行入库验收，然后根据用户的需求对化肥进行归类、分拣，然后进行出库运输。仓库中的化肥需要定期盘点，以便仓库管理者随时掌握化肥在仓库中的存储情况。

（3）运输管理模块。模块涉及到化肥运输环节，主要是完成化肥出库后运输到目的地的任务，是连接生产和销售的桥梁。

（4）销售管理模块。模块涉及到化肥销售环节，是化肥供应链的末端环节，运送至化肥连锁店的货物，将存入连锁店的库房，根据EPC标签生成可追溯的编码后贴在化肥包装袋上，然后进行出库上架销售。

（5）追溯查询模块。模块涉及到化肥追溯环节，涉及到消费者和政府监管部门对产品供应链信息的查询和监督。该模块主要负责对产品信息的提供，信息查询服务不仅仅提供给消费者进行追溯查询，还要保证各应用主体对自己所处环节信息的获取，例如产品信息、存储情况、物流情况、销售情况等信息，更要保证监管部门有最高权限，能够获取整个供应链各环节的具体信息，方便对产品质量进行监管。

（6）标签管理模块。模块的主要功能是：对化肥的RFID标签进行统一EPC编码、发放并管理，避免不同的生产者编码方式和长度不同，造成管理不统一。标签具有唯一性，可以唯一标识该化肥。

（7）系统管理模块。模块主要功能是系统运行后的产品信息维护,包括信息校验、信息备份与恢复等任务，系统各模块的管理和升级，人员的注册和权限管理。政府监管部门拥有最高权限，可以对追溯系统的所有信息进行读写。企业只能对自己所在环节的某些信息进行读写，各企业之间由于涉及到商业机密等问题可以有选择性的开放一部分信息供其它企业查询。消费者只拥有查询产品追溯信息的权限。

4 小结

安全追溯系统是通过采集产品供应链各环节的信息，得知产品的来源和去向的一种机制。本文结合RFID技术和EPC物联网，从我国化肥销售的实际出发，立足于消费者和企业的利益，以追溯为目的，通过对化肥质量安全追溯系统的研究，形成化肥“从生产到使用”的清晰链条，实现产品的可追溯、可召回。系统不仅方便政府监管部门对整个供应链环节进行监管，也方便企业自身可以得到有效反馈信息进行营销策略调整，而且也方便了农户通过追溯系统查询所购产品的信息，真正用到放心肥，从而保证粮食的产量。基于物联网技术的化肥质量安全追溯系统对整个化肥供应链的管理和制度的完善具有重要的意义。

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