基于物联网的农产品质量安全监管体系研究

颜　波，王欣妮

(华南理工大学经济与贸易学院，广东　广州　510006)



基于物联网的农产品质量安全监管体系研究

颜波，王欣妮

(华南理工大学经济与贸易学院，广东广州510006)

本文基于物联网技术，从信息技术角度出发，以农产品为研究对象，分析包含生产环节、加工环节、配送环节、零售环节直至最终消费者在内的供应链流程，研究物联网技术在各环节的具体应用，提出基于物联网技术的农产品质量安全可追溯性的解决方案。

物联网技术；农产品质量安全；监管体系

1　引言

近年来，食品安全事件频频发生，既难以得到保障，又无法从源头上有效控制，严重影响了消费者的购买信心。而随着信息时代的到来，ICT(信息、通信、技术)进入到农产品供应链中，技术的进步一方面提高了农产品生产、运输的效率[1]，另一方面也让消费者对农产品质量安全提出了更高的要求。国际社会上各个国家和地区在农产品质量安全方面都有了长足的进步，尤其是国外发达国家。欧盟、美国、日本等国纷纷建立食品质量安全追溯系统[2]，要求保全相关食品流通的全过程记录，但由于社会环境、供应链参与者素质等存在差异，国外现有的各项成果在中国的适用性还需要进一步的检验。

对国内外的相关文献进行分析，可以发现，在农产品质量安全管理方面，国内外的研究大多集中于利益博弈分析[3]、污染监管[4]、风险评估[5]等角度。而关于物联网在供应链中的研究主要集中在产品信息追溯[6-7]、系统设计开发[8-10]等几个方面。目前虽有将物联网技术应用到供应链管理中的研究，但是对于物联网如何具体应用到农产品供应链这一特殊的供应链的业务流程分析较少，对于物联网系统如何与供应链管理的其他信息系统进行集成、协调的研究较少；同时，在利用物联网技术对农产品供应链中信息追溯和事故安全处理方面，主要侧重于系统设计以及平台的搭建等技术层面，缺乏详细的体系构建。

为此，本文做了如下研究：①从信息技术角度出发，以农产品为研究对象，分析包含生产、加工、配送、零售环节直至最终消费者在内的供应链流程，形成对农产品供应链的全程可追踪，构建适合国情的食品安全管理体系，促进农产品生产企业增收并带动农业及相关产业发展。②运用物联网技术，分析物联网系统与供应链管理的其他信息系统集成、协调过程，建立农产品供应链各个环节的信息传递机制，实现问题农产品食品的精确召回，通过对农产品供应链各个环节具有不可逆转等特性的研究，建立符合农产品质量安全国情的物联网架构。

2　基于物联网技术的农产品质量安全体系架构

2.1基于物联网技术的农产品质量安全体系管理层次

农产品质量安全体系涉及到多个参与方，本体系所涉及的主要有农户等生产种植基地、农产品加工厂、配送中心、超市、消费者和政府监管部门等。图1所示为农产品质量安全体系管理层次。

图1　基于物联网技术的农产品质量安全体系管理层次图

如图1所示，农户等生产种植基地、加工厂、配送中心、超市、消费者和政府监管部门等通过Internet与农产品质量安全体系进行信息的联通与交互，利用物联网技术、RFID和条码技术在其中作为信息采集技术，达到对农产品供应链全过程进行监控的目的。物联网技术的应用可以对生产企业、加工商、配送商、超市等零售企业所做的各类处理进行信息的标记，同时通过信息系统，使得供应链各环节的工作人员能及时在合适的时间上传追溯信息，同时建立批次间的对应关系。消费者通过手机扫描形式读取零售包装上的追溯码，使得产品的信息透明化。基于此，农产品质量安全体系管理真正达到“下行跟踪，上行追溯”的目的。

2.2基于物联网技术的农产品质量安全体系架构图

当前，学者认为物联网是一个由感知层、网络层和应用层组成的三层体系。实际上，将信息的传输和处理放在同一层次，或者将处理和应用放在同一层次，一方面限制了信息的处理范围，构筑单点、闭环应用，另一方面不利于不同应用之间以及不同物品之间的资源共享和复用。因此，在当前阶段，人们更加倾向于将信息的传输和处理分开，将通用、公共的信息处理部分独立出来，作为物联网基础设施，可以供多个应用共享使用。因此，本文将物联网架构划分为四个层次：感知层、传输层、智能层和应用层，结合农产品质量安全管理，构建基于物联网技术的农产品质量安全体系，如图2所示。

图2　四层物联网体系架构图

农产品供应链节点企业内部通过建立局域网进行信息传递，RFID标签数据的读写主要是通过无线网络，而企业间的通信主要是通过Internet与各种信息系统进行交互，实现信息的共享。

3　物联网技术严格覆盖农产品供应链全流程

建立农产品质量安全追溯系统,主要实现以下两个基本目标[11]：

(1)农产品供应链节点的追溯：为了确保对农产品供应链全程的可追溯性管理，必须实现对农产品从最初的生产基地经生产、加工环节直至流通到最终消费者的整个过程中所涉及的各个参与单位的追溯。

(2)农产品质量安全信息的追溯：农产品供应链过程中各环节的每一个关键步骤或关键程序都可能引发食品安全问题。因此，对每一具体批次农产品的追溯是实现其质量安全可追溯性管理的另一条主线。产品追溯主要涉及影响产品安全的关键指标的追溯和产品所在供应链位置的跟踪与监控。

无论是对农产品供应链参与单位的追溯，还是对批次农产品质量安全信息的追溯，都必须建立在对具体农产品供应链流程分析的基础上。农产品供应链流程主要涵盖生产、加工、成品配送和成品零售等基本环节，以及贯穿于各环节内部和供应链上下游流通中的仓储、运输、装卸、搬运等物流活动，如何协调这些环节是提高农产品供应链运作效率的关键。将物联网运用到农产品供应链各个环节中，方便把各项信息全面而又细致地读入到管理信息系统中，也便于在各个环节中增减相应的数据。

3.1生产环节

生产环节是农产品供应链的源头。中国的农产品种植普遍采用松散化、粗放型的传统模式。随着农业现代化、数字化的不断发展，农户等生产企业逐步树立起农产品精细型、集约化养殖的经营意识，品牌意识也不断增强。特别是在食品安全问题日益严重的时代背景下，消费者更加注重所购买的食品安全性，政府监管部门也大大加强了对食品行业的监管力度。因此，作为农产品供应链的源头，种植基地的安全追溯对整个质量安全供应链追溯体系的建立起到至关重要的作用。基于物联网的农产品生产环节追溯流程如图3所示。

图3　基于物联网的农产品生产环节追溯流程

要实现对某一种植基地的生产环节的追溯，需要追溯的内容包括：农户等生产企业基本信息、种植过程中农产品质量安全信息(包括肥料、农药、疾病预防、治疗等信息)，具体如表1所示。

表1　基于物联网的农产品生产环节质量安全追溯信息

3.2加工环节

根据消费者饮食习惯的不同，农产品可以被加工成多种不同类型的成品。研究农产品供应链的可追溯性管理，必须依据具体的供应链流程(见图4)，加工环节作为食品供应链中最为复杂和对食品安全影响最为关键的环节之一，相关的加工厂必须严格监控生产线的每个环节，重点监测加工过程中的各关键控制点的限值，杜绝由于操作疏漏引发的安全隐患。

图4　基于物联网的农产品加工环节追溯流程

农产品供应链的加工环节始于对采收后的农产品的农药测定。在同一批次农产品采收后，将送到企业的质监部门和当地政府检测机构，对农作物的农残量、品质等进行检测，检测后应出示该采收批次农作物的详细检测证明材料；企业可根据检测结果对农作物进行分级，将同一采收批次的农作物按品质划分为多个批次；而后按照该批次对农作物进行简单的加工包装，包括消毒、清洗、包装、张贴商标等；在农产品进入流通过程前，对农作物进行标识，在其容器的外包装上会添加电子标签，记录该批次农作物的出产信息、果蔬品质、药残检测证明材料等加工信息。

在农产品加工环节所涉及的信息包括农产品加工厂基本信息，如名称、组织机构代码、法人代表、联系电话和地址等；加工过程中农产品质量安全信息，如加工批次、数量、出库时间、产品流向、包装单位、保质期和储藏环境等。

3.3配送环节

农产品加工厂将加工完成的产成品通过多种分销渠道销售出去，取得销售利润。通常，食品行业的分销渠道非常复杂，尤其是在当今“多批次，小批量”的市场需求环境下，食品行业的销售渠道呈现多元化的发展态势。随着经济全球化的盛行，中国每天都有大量的农产品销往世界各地。因此，完整的分销渠道应包含出口通关、批发、零售等多层分销环节。但是，由于中国食品行业的信息化应用总体水平不高，并考虑到农产品质量安全追溯系统的实用性，本文简化农产品供应链分销渠道为配送中心、零售终端两个环节。配送中心作为连接加工厂和零售终端的重要分销环节，通常是进行规模化采购、进货和仓储作业，并根据客户订单将货物准时送达至目的地的物流场所。配送中心工作人员主要完成进货、盘点、分拣、配送等物流作业。

图5　基于物联网的农产品配送仓储环节追溯流程

图6　基于物联网的农产品配送运输环节追溯流程

通常，农产品加工厂距离配送中心、配送中心离零售终端较远，在途物流时间相对较长，而农产品因其易腐性、时鲜性的特性，运输过程中的操作不善或外界环境的突然变化都可能导致农产品的腐烂、变质，造成农产品的损耗。因此，产品入库前，配送中心工作人员首先要对农产品进行严格的验收操作。

同时，农产品本身对仓储条件的要求较高，储存期间，仓管人员要定期对产品进行盘点，并记录盘点结果。产品出库前，工作人员要严格按照客户订单要求进行分拣操作，安排产品出库。配送中心按照客户订单安排产品出库时，通过扫描标识当前配送批次的电子标签和标识零售批次的电子标签建立二者之间的对应关系，同时记录当前零售批次农产品的具体流向等配送环节追溯信息，当某一配送批次的农产品全部被销往各个零售终端时，标识该配送批次的电子标签可以被重复利用。配送环节中涉及的追溯信息如图7所示。

图7　基于物联网的农产品配送环节追溯信息

3.4零售环节

零售环节是农产品供应链的末端环节，也是食品安全追溯的重要环节。农产品在供应链上下游企业间传递的过程中，下游企业经过严格的质量检测后才决定是否接收该批次产品，而零售商面向的是最终消费者，消费者不具备对所购买农产品质量安全与否的检测能力。为保证消费者的合法权益，零售商必须严格执行进货验收程序。

配送中心收到客户订单后，按照订单要求将一定数量的农产品配送到客户指定地点。配送中心的客户通常是各大超市、农贸市场和便利店。由于大多数农贸市场和便利店仍然采用传统的经营模式，各档口业主自负盈亏，缺乏一套行之有效的管理体系。为适应当前的经济发展形势，很多农贸市场都试图通过升级改造的方式向超市化管理模式转型。目前，已经在很多地区成功实现了“农改超”“农加超”“惠民超市”等形式的农贸市场产业升级。随着经济的不断发展，超市化零售模式将逐渐取代现在的农贸市场零售模式。

物联网技术覆盖农产品零售终端的流程如图8所示。

图8　基于物联网的农产品零售环节追溯信息

在农产品零售环节，可采用RFID技术与条码技术相结合的信息采集方式，在农产品零售包装上采用条码作为追溯信息载体。在产品验收环节，超市工作人员需要在农产品的零售包装上粘贴追溯码，通过扫描追溯码，对应当前零售批次的电子标签，实现条码与RFID技术的结合应用。同一零售批次的农产品对应相同的追溯码，消费者可以通过扫描或手动输入追溯码查询其所购买的农产品的追溯信息，或者用嵌入相关软件的手机对内部追溯码拍照，经自动解析后，查询追溯信息，并且可以投诉销售问题农产品的零售商，零售环节中所涉及的信息如表2所示。

采用物联网技术作为农产品供应链追溯系统的信息采集技术，既克服了问题产品难以追溯的困难，同时也大大提高了企业内部的作业效率。供应链下游企业通过扫描电子标签，可以查询其所购买的原材料或产成品的追溯信息，上游企业通过扫描电子标签，可以实时跟踪其产品的具体流向，真正实现了“下行跟踪、上行追溯”的管理方式。当消费者购买的农产品存在质量安全问题时，消费者通过追溯码可以快速、准确地回溯与问题产品相关联的所有产品的流向，相关企业可以迅速、精确地召回所有问题产品，避免危害的进一步扩大。

表2　基于物联网的农产品生产环节质量安全追溯信息

4　基于物联网技术的农产品质量安全体系协调应用

本文所涉及的农产品质量安全体系主要由生产种植基地、加工厂、配送企业、零售商四个网络中心及基于物联网的农产品质量安全信息中心组成。节点的网络布局大致相同，基于物联网的农产品质量安全信息中心采集各个环节中的信息，并和政府相关监管部门信息共享，相关的应用流程如图9所示，主要包括：

(1)生产、加工、配送、零售四个农产品供应链环节中，利用RFID/EPC标签及温度传感器通过无线网络向节点内数据库传递信息，同时利用视频监控手段对供应链环节中涉及到的步骤过程进行实时监控。

(2)在监控过程中，通过实时的数据记录，可以对农产品质量进行预警，分析比较农产品现实数据，得到此批次的农产品是否存在风险以及风险等级，如在零售过程中，可发现变质农产品的存在并及时处理、告知消费者。

图9　基于物联网的农产品质量安全体系应用

(3)加工厂、配送中心、销售商及农产品质量安全信息中心之间通过高速以太网(internet)进行连接。一方面，农产品质量安全信息中心作为数据库中心，是所有信息的聚合点，可作为信息控制中心协调供应链各个环节间的流程安排；另一方面，农产品质量安全信息中心搜集、整合信息，可向消费者、政府等提供透明化的信息服务，以便于消费者和政府相关监管部门对农产品供应链中质量安全的掌控。

(4)当问题农产品出现时，消费者可通过手机、互联网终端，连接到农产品质量安全信息中心，并扫描、查询信息，追溯问题农产品的源头以及相关负责人的责任等。同时，相关监管部门，如工商局、卫生局、质监局可通过各自的信息系统连通到农产品质量安全信息系统，搜索相关信息，了解问题农产品的批次、生产种植基地、加工厂商、配送企业、零售商等信息以及其各个过程中所涉及的相关各类信息，如化学品的添加时间、添加量等，便于问题源头的寻找。

5　总结和展望

本文从信息技术角度出发，以农产品为研究对象，分析包含生产环节、加工环节、配送环节、零售环节直至最终消费者在内的供应链流程；同时，分析物联网系统与供应链管理的其他信息系统集成、协调过程，建立农产品供应链各个环节过程中的信息传递、信息预警，实现问题农产品食品的精确召回。本文全面覆盖农产品供应链各个环节，构建严格基于物联网技术的农产品质量安全体系，将物联网技术与农产品质量安全监管体系相结合，真正实现了“下行跟踪、上行追溯”的管理方式。为农产品质量安全管理体系构建提供了借鉴和参考，促进农产品生产企业增收并带动农业及相关产业发展。

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(责任编辑沈蓉)

Study on Quality Safety Supervision System of the Agricultural Products in the Context of Internet of Things

Yan Bo，Wang Xinni

(School of Economics and Commerce，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Based on internet of things，and from the IT point of view，this paper analyzed the supply chain of agro-products，including processing sectors，distribution sectors，retail sectors and the and consumption.We researched the applications of internet of things in all aspects，and proposed the solutions based on the quality safety supervision system of the agricultural products.

Internet of things；Agricultural products’ safety；Supervision mechanism

广东省软科学研究计划项目(2013B070206013，2015A070704005)，广东省哲学社会科学“十二五”规划项目(GD15CGL15)，广东省科技计划项目(2013B040500007，2013B040200057)，中央高校基本科研业务费专项资金项目(2015XZD14，2015KXKYJ02)。

2016-01-05

颜波(1970-)，男，湖南怀化人，华南理工大学经济与贸易学院教授、博士生导师；研究方向：物联网、物流工程、供应链管理等。

R155；F304.3

A