基于RFID及物联网技术的茶叶溯源系统研究

黄友文

（广州科技职业技术学院，广东 广州 510550）

基于RFID及物联网技术的茶叶溯源系统研究

黄友文

（广州科技职业技术学院，广东 广州 510550）

分析了我国茶叶安全现状，介绍了物联网、溯源系统、射频识别（RFID）技术以及茶叶物联网关键技术，通过RFID及物联网技术整合供应链数据，建立基于RFID及物联网技术的茶叶溯源系统，以实现对茶叶的规范和高效管理，为茶叶质量安全追溯体系的构建提供参考借鉴。

RFID；物联网；溯源系统；茶叶；质量安全

我国作为世界上最早开发茶叶的国家，已经有五千多年的历史［1］。很多国家的茶树栽培方法以及茶叶加工工艺，大部分源自我国。我国的茶叶种植地域广阔，加工分散，生产的茶叶品质参差不齐，缺乏有效的质量监控体系。茶叶作为一种天然饮品，其质量安全越来越受到关注。近年来，出口茶叶由于农药残留、重金属超标被欧美拒收的事件频频发生，严重影响了我国茶企的声誉，造成巨大的经济损失。因此，加强茶叶质量监管，建立高效、智能化的可溯源监控体系对提高茶叶的流通质量，促进茶叶出口贸易健康发展具有十分重要的现实意义。

1　我国茶叶安全现状

我国是国际公认的世界第一大茶叶生产国，茶叶种植面积与产量在全球位居前列。但是近年来，随着科技的进步，国际检测标准的提高，我国出口茶叶出现越来越多被退货的现象，主要原因是由于出口茶叶中农药残留及重金属超标。影响我国茶叶品质的因素主要包括以下几方面：一是茶叶种植园的土壤没有得到很好改良，土壤中重金属如铅、砷、镉等含量超标，土壤酸化严重，施肥后金属残留，汽车尾气污染，造成茶叶吸收有毒成分；二是茶叶种植园经营方管理存在疏漏，茶叶生产过程中施用了农药，却没有有效的检测方法和良好的监管；三是茶叶生产加工企业大多数规模较小、设备简陋、卫生条件差，导致茶叶在加工过程中被有害微生物污染，影响茶叶品质。

由于茶叶品质越来越受到关注，国家相关监管部门也相继出台了一系列规章制度以完善市场监管体系，如农药使用登记制、茶叶良好农业规范认证（GAP）与关键质量控制体系（HACCP）等，这些措施的实施在一定程度上有效控制了茶叶在加工过程中微生物、化学和物理性的危害［2］。但事实上从整个茶叶的供应链来看，由于信息不对称，消费者很难辨别茶叶的质量及产地真实信息。在目前的茶叶生产和消费过程中，茶叶产品没有可追溯系统来追踪管理，一旦检测出有质量问题很难查找出是哪个环节造成的，茶叶紧急召回处理的难度很大。为解决上述存在的问题，需要茶叶监管部门不断加大茶叶行业的监管力度，加强茶叶质量安全管理，同时要引入和建立茶叶安全溯源系统。

2　基于射频识别（RFID）技术及物联网的茶叶溯源系统的关键技术

2.1物联网技术与溯源系统的含义

物联网（Internetof things，IOT）概念在上世纪90年代就被提出，并快速在农业中得到大量应用。物联网是在互联网的基础上，通过多种信息技术如RFID、全球定位系统（GPS）技术和传感设备如温度传感器等信息设备，按约定的协议，把任意物品与Internet相连起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化、自动化管理的一种网络［3］。

物联网不仅仅是互联网的延伸，它还包含互联网和互联网的所有资源，兼具互联网的所有应用。物联网包括三层意思：首先，互联网是物联网的核心和根本；其次，物联网还囊括了互联网的扩展和延伸；再次，物联网的应用层能够实现任意物品和物品以及任意物品与用户之间的信息交换和通信。物联网已被广泛应用于农业、医药物流、智能交通、航空航天和智能家居等多种行业中。

溯源系统（Traceability system）是在供应链中，对相应的产品关联到的节点信息进行收集，并储存在系统平台中，链条节点中的相关单位或用户根据需求可以在信息平台中查询。若产品有异常或流通不畅，均可在系统平台上寻找源头并快速解决。在解决问题或者召回产品的时候，能够得到迅速处理，这是该系统存在的根本目的。茶叶溯源系统追踪茶叶从种植、施肥、采摘、加工直至进入流通市场的整个过程，让进入市场的每一泡茶叶，实现“源头可追溯、流向可跟踪、信息可查询、产品可召回”，有助于茶叶质量控制及茶叶安全管理。

2.2射频识别技术

射频识别技术又称无线射频识别技术，是一种非接触式自动识别技术，能够通过无线信号来完成相关数据的信息获取，识别指定目标。按照无线信号频率的大小可以分为4种类型：低频、高频、超高频和微波。与条形码需要人工扫描识别信息最大的不同是，RFID技术是射频识别芯片主动读取信息传送到RFID读写器，然后传递到数据库。射频识别技术具有迅速扫描、体型轻巧、形状自由、有极强的抗污能力、耐用性强、绿色环保、可多次使用、无需接触的自动识别阅读能力、庞大的数据容纳能力等优点。因此，射频识别技术在产品溯源、商品防伪、门禁安全、绿色交通等方面有着广泛的应用［4］。

2.3茶叶物联网关键技术

茶叶物联网关键技术主要包括多种采集技术，如射频识别技术、采集技术、电子编码技术以及无线传感网等，如表1所示。

3　茶叶供应链中的溯源系统分析与设计

3.1茶叶物联网系统结构

茶叶物联网就是物联网技术在茶叶生产、经营、管理和服务中的具体应用。茶叶物联网系统构架按照功能主要可分为感知层、网络传输层、数据处理层、应用服务层和用户层，如图1所示。

（1）感知层主要包括各类传感设备、射频识别系统（RFID）、全球定位系统（GPS）及二维码技术等，负责采集各种茶叶信息，包括茶叶生产环境的光照、温度、湿度等，实现对“茶叶”相关信息的识别和采集；在物流运输及其他环节，通过电子标签、RFID读写器读取货物的电子标签，自动识别和传输茶叶的种类、数量等详细信息，实现茶叶从种植到流通全程信息的跟踪管理。

（2）网络层将感知层收集的各种茶叶相关信息，通过有线或无线方式传输到处理与应用层；物流运输过程通过车载设备，应用无线通信网络与Internet连接到远程监控中心，实现对茶叶配送及加工信息的全程实时监控。

（3）数据层将感知层采集到的数据信息，例如设施园艺系统、农产品物流系统等，通过网络层传输分析、归类并智能整理，通过系统应用实现农业产前、产中、产后精细化管理，促进农业的高产、优质、高效、生态和安全［5-6］。

表1　茶叶物联网关键技术Table 1　Key technology of the internetof things of tea

（4）应用服务层主要包含了用户与物联网的接口，在本体系架构中，该层主要包括各类茶叶相关信息的处理，利用各种移动终端处理、浏览茶叶信息，实现智能跟踪管理。收货节点和消费者通过Web或移动通讯网络，对茶叶的生产及物流信息展开追溯查询，了解茶叶种植过程是否符合安全、环保的要求，辨别加工及物流过程是否符合质量安全要求，最终以此作为参考决定是否收货或者购买，提高茶叶的安全性。

（5）用户层包括茶叶供应链涉及到的所有组织和个体，主要有茶农、茶叶种植园、茶叶加工企业、物流运输企业、报关及金融单位、政府监管机构等，不同用户对溯源系统有着不同的访问和使用权限。供应链中的各个节点企业、机构及消费者可以根据自己的需求，对溯源信息产品进行相应查询，获取相关的服务。

3.2基于RFID及物联网的溯源系统分析与设计

3.2.1茶叶编码管理

茶叶溯源系统的核心是编码与识别。在这个系统中，为每个茶农的每个品种的茶叶设置唯一的溯源码。不管茶叶是来自哪个产地，都可以清楚地知道茶叶的生长和流通情况，如灌溉和施肥次数，尤其是施药次数及情况的监控，茶叶的采收和加工，配送和物流各环节的细节情况。在溯源系统中，采用EPC电子产品编码，每个RFID电子标签具有唯一的电子产品编码。EPD编码是Auto-ID研究中心为每个物理目标分配的唯一的可查询标识码，用其内含的一串数字表示茶叶品种、农药监测、采摘日期、产地等信息；同时，随着茶叶在销售地的转移，这些数据可以实时更新，将EPC编码存入由硅芯片做成的RFID电子标签内部并附着在被标识的茶叶包装上［6］。

3.2.2茶叶的数据采集

在众多的采集技术中，射频电子标签比条形码具有更大的储存容量。工作人员用FRID射频标签识别芯片实时采集茶叶种植、施肥、施农药、灌溉、田间检测、采收、加工和物流等各环节的相关信息。

3.2.3标准及协议

标准主要包括FRID、二维码标准，可分为以下4类：技术标准、数据内容标准、一致性标准、应用标准。安全溯源信息涉及到的相关标准内容：商品条码（GB 12904—2008）、数据元、交换格式、信息交换、日期和时间表示法（CB/T 7408—2005）以及数据元的规范与标准化（GB/T 18391.1—2002）等［3］。

基于物联网的溯源系统中的网络协议。除了必须的网络协议外，还有通用分组无线业务通讯协议。RFID网络协议是一种简单、灵活的阅读器网络协议，可用来在控制器和阅读器之间传送状态、控制、配置和标签信息。

3.2.4网络

基于互联网和移动通信技术融合卫星网、物联网专用网、异构网，将网关设备处的农产品数据（所有分散的茶叶品种、种植、加工、物流运输、各相关节点机构等信息）无障碍、高可靠性、高安全性地传输给远程服务器。通过网络及XML技术对数据集中存储、管理，所有数据一旦输入就可以立即查询。

3.2.5茶叶溯源平台的建立

在种植茶叶、加工茶叶过程中采用RFID读写器采集茶叶相关数据。同时利用温度传感器监测储存环境参数，利用GPS定位系统、车厢温湿度检测设备及智能箱柜技术对物流各环节进行监控，有效保障茶叶在储运过程中的品质，减少损耗［7］。随着移动互联网的快速发展，智能手机被广泛应用，各种实时监测平台也逐渐涌现，亟需建立应用于手持移动终端的溯源信息平台。追溯信息不断丰富及多样化，通过多平台快速查询和获取多源追溯信息是提高追溯系统的应用手段，可以构建支持手机信息、移动互联网、电话等多种形式的溯源信息系统［8］。

3.2.6溯源基本流程

茶叶溯源流程是对种植茶叶的茶园进行规划，对整个生产过程进行数据采集，对检测情况进行电子记录，同时通过各种传感设备对节点进行管理，建立中心数据库，分析、管理各个节点的信息，实现对茶叶生产过程的跟踪和溯源管理，如图2所示。应用RFID及物联网技术构建的溯源系统，可实现产前、产中（加工及流通过程）和产后安全信息的全程电子监管，实现种植、生产、物流及配送等各环节全程、全方位信息的跟踪管理。茶叶品种、品质、产地信息有据可查，茶叶进口商、零售商、消费者等可通过用户应用层的各种终端设备（如手机微信平台使用二维码扫描，或者登陆网站查询系统）直接查看各类相关信息［9-10］。

4　结语

物联网涉及面广，带动作用明显，可以带来长远的经济效益，因此在农业领域具有广阔的应用前景。本研究在借鉴同类技术的基础上，将物联网技术应用于茶叶的生产链，构建了茶叶溯源管理系统。目前国家支持各类溯源系统的推广，但是由于企业前期的投资比较大，再加上消费者对国内产品的不信任，因此这类系统的建立还需要比较长的一段时间才能完成。建立茶叶以及其他产品的溯源系统，除了要应用物联网的各种核心技术，还需要建立诚信制度，加大法制建设，加大对违法违纪企业的惩罚力度，让生产过程透明化，这样才能切实保证我国茶叶产品的质量安全，提高品质，促进茶产业的健康发展。

［1］姜含春，赵红鹰，葛伟.中国茶产业现状及发展趋势分析［J］.中国农业资源与区划，2009，30（3）：23-28.

［2］周宇清，龚贺.湖南茶叶溯源系统研究初探［J］.条码与信息系统，2012（5）：18-20.

［3］刘怀北.基于物联网技术的食品安全溯源系统［J］.软件导刊，2012，11（9）：99-100.

［4］高小梅.基于物联网及RFID识别技术的智能药品物流监管系统研究［J］.物流技术，2014，33（12）：420-422.

［5］刘小虎，汪兴，吴蒙，等.茶叶物联网系统的设计与实现［J］.安徽农业科学，2014，42（16）：5305-5308.

［6］杨 勇，赵秀萍.基于RFID技术的有机蔬菜追溯管理系统［J］.中国印刷与包装研究，2014，6（2）：61-65.

［7］陈志雄.茶叶质量安全追溯体系的建立及应用［J］.福建茶叶，2012（1）：33-36.

［8］徐丹，梅菊芬.中国茶叶质量安全追溯技术研究进展［J］.热带农业工程，2014，38（5）：24-27.

［9］张居德，张婷.论宁德市茶叶质量安全可追溯体系建设［J］.福建茶叶，2013，35（2）：39-40.

［10］金炜，顾玉琦，陈浩.基于物联网的农产品种植监控与质量安全溯源［J］.安徽农业科学，2014，42（30）：10788-10790.

Study on Tea Traceability System Based on FRID and Internet of Things Technology

HUANG You-wen
（Guangzhou VocationalCollegeof Scienceand Technology，Guangzhou 510550，China）

The present situation of the safety of tea in our country was analyzed，and the internet of things（IOT），traceability system，radio frequency identification（RFID）technology，and key technologies of internet of things of tea were introduced.Supply chain data was integrated with RFID and IOT technology，tea traceability system was established based on RFID and IOT technology to realize the standardization and efficientmanagement of tea，in order to provide reference for the construction of traceability system of tea quality safety.

RFID；internet of things；traceability system；tea；quality safety

S571.1

A

10.3969/j.issn.1009－6221.2016.04.020

黄友文（1982—），女，汉族，工程硕士，高级物流师，研究方向：物流管理，农产品物流。

2016-06-03