基于物联网的蔬菜质量安全追溯系统设计

宋启祥，芮　凯

1.宿州学院信息工程学院，安徽宿州，234000;

2.安庆师范学院计算与信息学院，安徽安庆，246000



基于物联网的蔬菜质量安全追溯系统设计

宋启祥1，芮凯2

1.宿州学院信息工程学院，安徽宿州，234000;

2.安庆师范学院计算与信息学院，安徽安庆，246000

摘要：为从源头上解决蔬菜质量安全问题，构建了一个基于物联网的蔬菜质量安全追溯系统。应用物联网技术,实现了对蔬菜从种植生产、加工储运到销售所有环节信息的跟踪与可追溯，解决了蔬菜种植生产源头上实施质量监控和实现可追溯的问题。首先对系统进行了分析，结合物联网的工作原理，设计了系统的总体框架，构建了系统结构，由申请与认证、蔬菜生产管理和蔬菜质量追溯三个子系统构成。根据用户使用过程，给出了系统的使用流程。然后对系统用到的关键技术——信息采集、信息编码和多平台追溯进行了分析和描述，实现了蔬菜质量安全的追溯和跟踪功能，从种植、生产、加工、销售等各环节保证了蔬菜的质量安全，最后给出了系统实现的部分效果图。

关键词：物联网；蔬菜质量安全；追溯系统

目前，我国生产的蔬菜农药残留过高，经常发生因食用蔬菜而中毒的事件[1-2]。如何保证蔬菜质量安全，让人们吃上“放心菜”，是当前人们共同关注的问题[3-4]。作为新兴的信息网络，物联网为实现蔬菜生产、营销的跟踪和追溯提供了技术支持[5-7]。基于物联网的追溯技术，将二维码贴到蔬菜上，无论该蔬菜被售到何处，购买者均能利用追溯系统快速查询蔬菜的产地、生产种植、肥料以及农药的使用原因、时间等与质量相关的情况，从源头上对蔬菜质量安全进行控制和监督[8]。因此，将物联网技术应用于蔬菜质量安全的追溯具有强大的技术优势，能够自动、准确、快速地采集蔬菜生产以及流通各个环节的各种信息，将数据库和网络技术进行整合，消费者只要通过手机或网络即可实现蔬菜各种信息的查询。

1物联网及其工作原理

物联网指的是利用二维码等信息传感设备，遵照指定的规则，把相关的全部物品通过互联网相互连接起来，实现信息的交换和相互间的通讯，从而达到自动识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新型网络[9]。其系统结构如图1所示。

2系统设计

2.1总体框架设计

蔬菜质量安全追溯系统包括从蔬菜种植到销售的各个环节。首先采集蔬菜种植、加工、储运、销售各个过程的信息；然后将采集到的信息上传到蔬菜质量安全追溯系统中心数据库，并对其进行分类整理；最后消费者、监管者等通过多追溯平台查询蔬菜的相关信息，实现对蔬菜种植、加工、储运到销售的各个环节进行跟踪和追溯，总体框架如图2所示。

图1　物联网的系统结构

图2　总体框架

2.2系统结构设计

基于物联网的蔬菜质量安全追溯系统包括以下几个主要功能模块：采集追溯信息，用户申请、注册、登录，管理追溯信息、追溯信息查询和系统管理，系统结构如图3所示。通过传感器节点及RFID采集蔬菜种植、储运等信息，蔬菜标签上的信息利用阅读器获取，然后传至网络中心数据库；查询模块根据追溯码查询出蔬菜的各种相关信息。种植管理员、储运管理员等需要通过系统管理模块注册，获得相应权限之后方可对相关信息进行编辑，普通消费者无须注册即可进行查询。

图3　系统结构

2.2.1申请与认证子系统

该子系统主要用于蔬菜种植或储运、销售等企业注册申请、认证、登录以及这些信息的维护。企业在申请时首先需要输入本企业的基本信息，等待农产品监管部门审核，审核通过之后获取一个账户和密码，具有相应的权限。原则上要求申请使用蔬菜质量安全追溯系统的企业必须具有一个唯一的厂商识别代码，且该代码在中国物品编码中心注册通过。

2.2.2蔬菜生产管理子系统

该子系统用于记录蔬菜从培育、种植以及生长过程的环境、使用的化肥、农药一直到成熟采摘过程的所有相关信息。此阶段使用一种标识方式对采集到的蔬菜信息进行标识，通常以蔬菜大棚为单位，批次识别大棚编号，记录各个批次的整体信息情况。

2.2.3蔬菜质量追溯子系统

该子系统可根据蔬菜上的追溯码查询蔬菜的各种相关信息，包括生产种植、加工运输以及销售等和蔬菜质量安全有关的信息。为各个生产企业建立统一的蔬菜质量安全追溯系统中心数据库，建立功能强大、易于操作使用的追溯系统，实现生产企业、监管部门以及消费者对蔬菜相关信息的查询。可以通过网络、手机、电话和呼叫中心等进行追溯查询。

2.3系统流程

蔬菜质量安全可追溯系统在开发设计之初，考虑了种植、生产、加工、运销、储运、批销售等各个环节，系统流程如图4所示。该追溯系统以生产管理为管理平台，以蔬菜追溯码为信息传递工具，以蔬菜上的追溯标签为表现形式，以数据库服务器为查询服务手段，从而完成蔬菜从生产基地、加工储运到销售市场的整个过程的质量安全追溯，从源头上保证蔬菜的质量安全。

图4　系统流程

3系统关键技术

3.1信息采集

信息采集层采集与蔬菜质量安全相关的信息，包括培育、种植、施肥、病历、用药、加工、储运以及销售等信息。溯源系统要追溯跟踪到蔬菜质量安全的各个具体环节，而非对局部环节的数据采集和追溯跟踪。局部信息采集只能得到蔬菜质量安全的个别环节的数据信息，而无法了解整个蔬菜质量安全的情况，当蔬菜出现问题时，无法进行有效的查询，从而无法实现从源头上消除质量安全问题。保障蔬菜质量安全的工作才能行之有效。

根据蔬菜生产信息、储运信息、加工信息、销售信息以及各个阶段的时间信息，给蔬菜贴上二维码，通过扫描二维码就可查询到蔬菜质量安全的所有信息。消费者在购买蔬菜后，可以通过各种方式的查询，清楚看到该蔬菜的产地、加工、物流等信息，如图5所示。

图5　信息采集

3.2信息编码

为了保证蔬菜质量安全的完整性，蔬菜上的标签均采用唯一编码的方式。 编码包含蔬菜类别码、生产农场标识码、蔬菜ID码、销售地码、采摘时间码、加工时间码和序列码。每棵蔬菜在销售前均贴上含有该编码的标签，如图6所示。

图6　RFID电子标签编码

3.3多平台追溯结构设计

消费者通过手机、网站、触摸屏、呼叫中心等输入唯一的追溯码，系统根据追溯查询表判断是否为第一次追溯查询。如果属于第一次查询，则将该蔬菜的各种相关信息反馈给消费者，否则，直接传回追溯时间、手机号或IP地址给消费者，达到既可追溯蔬菜的相关质量信息，又可对蔬菜产品进行真伪查询的认证。

4系统实现

蔬菜质量安全追溯系统采用B/S的体系结构；Windows Server 2003作为服务器端操作系统，管理Web站点以及发布相关信息，客户端可以选择Windows XP及以上各种版本的操作系统。系统以.net为开发平台，以PHP为开发工具，以SQL Server2008为网络数据库[10]。在蔬菜质量安全追溯系统中，各个企业管理员在登录该追溯系统时，先选择相应的用户类别，然后输入正确的用户名和密码，方能进入相应的应用子系统，对相关信息进行编辑和查询。普通消费者用户可以直接进行登录，但无法进行信息的更改，只可查询。登录界面如图7所示。

图7　登录界面

购买蔬菜后，消费者通过各种读写器来获取追溯信息，如利用手机扫描等。也可以通过访问蔬菜质量安全追溯系统，利用条形码号码或蔬菜名称对蔬菜的生产种植、加工储运以及销售等与质量安全相关的信息进行追溯查询，界面如图8所示。

图8 查询界面

只要输入正确的追溯码或蔬菜名称即可得到蔬菜的相关信息，查询结果如图9所示。

图9 查询结果

5结 论

目前，很多蔬菜产品出现各种各样的安全问题，多次出现因食用蔬菜导致中毒的事件。而物联网技术逐步兴起，为从源头上跟踪蔬菜的各种信息提供了有效的方法，从而解决蔬菜质量安全问题。基于此，本文开发了一个基于物联网的蔬菜质量安全追溯系统，仅通过蔬菜上的标签信息，消费者就可以追溯到蔬菜从种子到包装出库、储运、销售以及各种与质量相关的蔬菜信息，以便人们都能吃上放心安全的蔬菜，从而有效提高企业的竞争力。

基于物联网的蔬菜质量安全追溯系统，用户操作界面友好、操作流程简单，易于计算机操作能力较低的农业从业人员接受。此外，本系统还具有一定的扩展性，追溯系统既可用在蔬菜质量安全的追溯，也可用在水产品、畜禽产品、生产投入品等的追溯。本系统对农产品档案进行了规范化管理，提升了产品的附加值，满足消费者的知情权，从而提高企业的声誉，能够取得较好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]赵岩．甘蓝类蔬菜质量安全追溯研究[D]．海口：海南大学食品学院，2010：3-4

[2]左明霞，夏萍，冯东，等．基于RFID技术的猪肉质量安全追溯系统[J]．农机化研究，2013，23(1)：189-192

[3]胡迪，钱松荣．基于RFID的食盐跟踪追溯系统设计与实现[J]．计算机工程，2012，38(17)：9-11,15

[4]Thompson M,Sylvia G,Morrissey M T.Seafood traceability in the United States:Current trends,system design,and potential applications[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2005,4(1):1-7

[5]Diogo MDSM，Caswell JA.The Economics of Implementing Traceability in Beef Supply Chains:Trends in Major Producing and Trading Countries[C]//Halifax:Paper presented at NAREA Annual Meeting,2004:20-23

[6]YANG Y-t,LI M,SUN C-h,et al.Traceability and management information techniques of agricultural product quality safety in China[J].Recent Patents on Computer Science,2012,5(1):26-36

[7]何娟．基于PDF417二维条码的农产品追溯编码的设计[D]．郑州：河南农业大学研究生院，2013：5-26

[8]张保岩．基于RFID的无公害蔬菜质量安全管理系统设计与实现[D]．天津：天津大学研究生院，2012:7-33

[9]Brock D.The physical markup language (PML)——A universal language for physical objects[EB/OL].[2015-06-10].http://xml.coverpages.org/pmlons.html

[10]何玉洁，梁琦．数据库原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，2011：12-43

(责任编辑：汪材印)

中图分类号：TP391.44

文献标识码：A

文章编号：1673-2006(2016)02-0100-04

作者简介：宋启祥(1963-)，安徽宿州人，教授，主要研究方向：物联网、计算机网络。

基金项目：安徽省教育厅自然科学研究产学研重点项目“基于质量安全的蔬菜供应链可追溯平台研究”(KJ2014A247)。

收稿日期：2015-12-06

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2016.02.028