农产品质量安全追溯系统的混合模式研究

胡振++罗通彪++杨华++曾庆勇++谭鹤毅

摘要：通过农产品供应链模式的调查、分析，依托计算机网络技术、物联网技术和二维条码技术的最新进展，提出了农产品溯源信息的混合标识预编码方案，确定了追溯信息平台的混合网络架构，设计了追溯信息的混合查询模式，对相关研究和开发工作具有参考价值。

关键词：农产品；供应链；追溯；网络架构；信息查询；质量安全

中图分类号：S126；TP319 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）18-4814-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.047

食品安全问题日益引起人们的广泛关注，欧盟、国际标准化组织和美国、日本、澳大利亚等相继发布了有关食品安全可追溯性的法规和标准，英国、美国、荷兰等率先建成了牲畜养殖和畜产品质量安全追溯系统。中国虽然起步较晚，但随着《中华人民共和国农产品质量安全法》、《农产品质量安全追溯操作规程》、《我国农产品质量快速溯源过程中电子标签应用指南》等一系列法规、标准的逐渐发布，国内的农产品质量安全追溯系统建设也在经历了试点、示范阶段之后逐渐进入应用、发展阶段。

从设备、技术、建设过程和应用管理诸方面来看，农产品质量安全追溯系统具有一定的复杂性。从尽量压缩系统规模、降低实现难度和节约建设成本的角度出发，实际的系统设计都不追求“大而全”，而以“精简、够用”为原则：它们或针对某类农产品[1，2]，或采用单一编码标识方法[3，4]，或设计为单一网络架构[5，6]，或支持单一查询方式[7，8]。近年来，由于中国国民经济的发展、技术水平的提高和用户需求的更新，建设适用范围更广、使用更加灵活方便的农产品质量安全追溯系统已成新的目标。在此环境条件下，本研究借鉴已有成果，以农产品供应链模式为基础，综合应用当前主流技术和方法，研究了农产品质量安全追溯系统的混合模式——包括混合编码与标识、混合网络架构和混合查询模式。

1 农产品供应链模式分析

不同地区、不同种类农产品供应链模式的差异，决定了追溯系统结构、溯源指标体系及其编码标识方法的不尽相同。以川东北地区为代表，调查、分析了多类农产品的生产和流通过程，其主要供应链模式如下：

Ⅰ.生产主导模式。生产者完成生产、粗加工和包装，通过物流直送到销售终端（或出口），主要适用于果蔬和水产品。该模式没有中间环节，溯源信息仅包括“生产+销售+物流”三部分内容；

Ⅱ.批发主导模式。粗加工并包装后的农产品经由批发中心（包括产地批发中心、销地批发中心等）配送到销售终端，适用于各类种植和养殖农产品。该模式流通环节增多，其间通常更换包装，发生质量安全问题的风险增大，相应的溯源信息包括“生产+批发+销售+物流”等更多内容；

Ⅲ.加工主导模式。加工者从生产者获取农产品原料进行深加工，产品通过批发中心或直接配送到销售终端（或出口），主要适用于粮油、茶叶、水产和畜禽类动物产品。该模式下农产品经过严格的检测并有完整的包装，质量安全较有保障，溯源信息则包括“生产+加工+批发+销售+物流”等内容[9]。

农产品供应链模式如图1所示。其中，①、④为农产品供应链的基本环节，前者为生产基地或农业合作社，后者包括超市、农贸市场和食堂、饭店等。环节①、④构成模式Ⅰ，加入环节③即成模式Ⅱ，再纳入环节②则为模式Ⅲ。

2 农产品质量安全溯源信息的混合标识与编码

2.1 溯源指标的确定

农产品供应链由多个环节构成，每个环节都会产生大量信息，不可能将其全部录入追溯系统。因此，必须依据HACCP（Hazard analysis and critical control point，危害分析与关键控制点）、ChinaGAP（Good agricultural practices，良好农业规范）、GMP（Good manufacturing practice，良好加工操作规范）体系和其他相关标准、法规，对农产品供应链中各环节的关键信息进行筛选，形成一个合理有效的农产品质量安全溯源指标体系。

溯源指标体系应包括两部分内容：①用于追溯农产品的来源、目前位置和去向的过程溯源指标；②反映农产品安全相关信息的安全溯源指标。

以供应链模式Ⅰ的果蔬产品为例，筛选出各环节的溯源指标如下：

1）生产环节。对于主流的“公司+基地+农户”生产模式，其过程溯源指标包括公司、基地、农户、农田编号及责任人、种子来源、播种日期、采收日期、产品去向等，安全溯源指标则包括化肥和农药的名称、残留量等。

2）批发环节。对于各级农产品批发中心，过程溯源指标应为批发中心、供货单位、进货日期及数量、批销单位、批销日期及数量、批销去向等，安全溯源指标则有检验检疫结果、暂存温度、湿度等。

3）销售环节。对于各类销售终端，其过程溯源指标应有供货单位、进货日期及数量、销售单位、上架日期、销售日期及数量等，安全溯源指标则包括库存地点、温度和湿度等。

4）物流环节。对于贯穿于整个农产品供应链的各物流环节，其过程溯源指标包括物流企业、运输工具、货品数量及装箱规格、发货方与收货方、运输时间、路线、责任人等，安全溯源指标则有运输温度、湿度等。

2.2 溯源信息的混合标识方案

目前主流的信息标识技术为RFID（Radio frequency identification，射频识别）和二维条码。射频识别利用无线电波对记录媒体进行自动读写，其优点为存储容量大、封装样式多、读取距离远、能同时识别多个标签、可用于灰尘、油污、雨水等恶劣环境；二维条码利用特定几何图形按照一定规则在平面上分布条、空相间的图形来记录信息，具有信息容量大、抗干扰能力强、纠错效果好、对网络数据库的依赖性低等优点。其中，QR Code（Quick Response Code，快速响应矩阵码）能够超高速、全方位识读并有效表示汉字，因而在国内得到广泛应用。

基于对农产品供应链各环节的环境条件和系统建设成本的综合考虑，溯源信息可采用RFID与QR Code混合标识方案，具体包括3种：

Ⅰ.畜禽、水产等农产品，因价值相对较高，且其供应链各环节所处环境“恶劣”，故宜采用RFID标识技术。相比之下，粮食、果蔬类农产品则价值较低、各环节所处环境较好，可选择成本更低的QR Code标识方法。

Ⅱ.在同类农产品供应链的不同环节，其所处环境和操作条件也有差异，因此应选用不同的标识方法。如畜禽产品在屠宰、批发和物流环节通常需要更换包装，且环境相对“恶劣”，宜于采用RFID标签；而养殖和销售环节则环境相对稳定，操作也较方便，可以换用QR Code标签。

Ⅲ.在批发和物流环节，大包装（如集装箱）使用RFID 标签，小包装（袋、包、盒等）粘贴QR Code标签。系统读取QR Code标签后自动链接到对应RFID所关联的产品信息，因此无需在数据库中存储大量的小包装产品信息，这样既能节约标签使用成本，又可减少服务器存储空间的开销[10]。

2.3 溯源信息的混合编码技术

将农产品供应链各环节的关键溯源指标信息按规则编码，即得农产品质量安全追溯码。编码规则既应遵从国际、国内标准，也要适应选定的标识方法，因此根据EPC编码规范、采用混合编码技术来实现RFID和QR Code标签中溯源信息的编码。

2.3.1 EPC 256 Ⅲ编码结构 EPC（Electronic product code，产品电子编码）编码体系是全球统一标识系统EAN.UCC的延续和扩展，能实现单个物理对象的全球惟一标识，应用广泛的主要为64位、96位和256位3类。其中，EPC 256 Ⅲ编码结构宜于用作农产品质量安全追溯码结构，其由标头（版本号）和3个信息码段组成，如表1所示。

2.3.2 溯源信息的编码设计

1）EPC管理者码段用32位数字标识农产品供应链中各节点企业代码，这是实现追溯的关键，如表2所示。

2）对象分类码段用14位数字标识农产品的种类、名称和产地代码，如表3所示。

其中，农产品的类别、分组和名称根据GB 2763-2014编码；产地编码由县级以上行政区划代码（6位）和乡镇代码（3位）组成，分别采用GB/T 2260-2013、GB/T 10114-2003的代码体系。

3）序列号码段用16位数字标识农产品的生产档案号、采收批次及其在供应链各环节的批次流水号，如表4所示。

其中，生产档案由产品备案号（3位）和生产批次号（3位）组成，前者的第1位为大类标识、后2位为流水号，后者的前2位为年份、后1位为年度批次；采收批次为生产环节的批次号；批次流水则依次由加工、批发和销售环节的批次号组成。

2.4 混合标识与编码技术的应用

以混合标识方案Ⅱ为例，首先在生产环节直接使用QR Code标签记录编码，其中包括EPC管理者码段的生产者代码、对象分类码段的全部编码和序列号码段的生产档案、采收批次代码；进入加工环节后，利用RFID中间件系统将QR Code标签内容与本环节的关键信息转换写入RFID标签的信息区域，添加的内容包括EPC管理者码段的加工者代码和序列号码段的批次流水代码；在批发环节仅需向RFID标签的EPC管理者码段和序列号码段分别加入批发中心、供货商代码和批次流水代码；在最后的销售环节，再将RFID标签内容、该环节的关键信息和溯源信息数据库中的部分内容转换输出为QR Code标签，以便消费者的追溯查询操作。

3 农产品质量安全追溯系统的混合网络架构

3.1 系统的功能结构及主要运行流程

1）溯源信息管理中心。是整个系统的核心，共享数据库中存储着农产品供应链各环节的溯源指标信息和政府监管部门（农业、质监等）、检验检疫部门提供的相关信息，实现整个系统的信息录入、分析与输出，并负责系统用户及其权限的管理。

2）生产经营单位管理子系统。既可作为本单位的管理信息系统独立运行，又能在登录系统后获得相应的溯源信息数据库访问权限，从而实现农产品供应链各环节的溯源指标信息录入与修改。

3）追溯信息查询子系统。允许消费者通过溯源网站、自助终端、手机短信和客服电话等多种途径进行农产品信息的追溯查询，并开展对外宣传、在线召回问题产品、受理消费者对问题产品的举报和投诉等服务[11]。

系统的功能结构及其运行流程如图2所示。

3.2 系统的混合网络架构

3.2.1 常用的两种网络模式 目前的管理信息系统以B/S（浏览器/服务器）网络模式为主流，它是由数据层、服务层和应用层组成的三层结构，其客户端通过浏览器访问Web服务器及其与之相连的数据库服务器。B/S模式系统的客户端只需安装浏览器，应用软件和后台程序都在服务器端运行，采用HTTP协议实现双方的信息传输，扩展及升级非常方便，但较多用户同时访问系统会导致响应速度变慢。

另一种常用的C/S（客户机/服务器）网络模式则为两层结构，其用户界面和业务处理在客户端进行，数据管理维护在服务器端完成。C/S模式系统的运算响应速度快，但应用软件和数据库管理系统分装在客户端和服务器端，故而系统的升级、维护较为困难。

3.2.2 农产品质量安全追溯系统的混合架构 由于两种网络模式各有优劣，农产品质量安全追溯系统宜于采用C/S模式与B/S模式的混合架构。具体方案为：①供应链中各节点企业的管理子系统采用C/S结构，以便高效地进行企业内部业务管理和溯源信息的输入；②溯源信息查询、公众信息发布等子系统的业务处理较简单，不会明显增加服务器的运行压力，采用B/S结构可以简化客户端的操作，并降低系统的维护成本；③系统以B/S结构为整体框架，通过VPN（Virtual private network，虚拟专用网络）或XML数据交换技术将C/S结构的局域网接入，实现Internet环境下的信息交互。这种混合架构将两种网络模式的优点集于一体，在响应速度、数据安全、系统维护等方面取得了较好的平衡，如图3所示。

4 农产品质量安全追溯信息的混合查询模式

4.1 追溯信息查询的流程

根据条码标签查询农产品质量安全溯源信息的流程如图4所示。

4.2 追溯信息的混合查询模式

随着Internet的发展、移动网络的提速和智能手机的普及，农产品质量安全追溯系统提供的溯源信息查询方式也应与之相适应，主要包括：①PC网站查询。在连接到Internet的任何计算机上访问农产品质量安全追溯系统网站，消费者即可査知所购农产品的溯源信息；②自助终端查询。在批发中心、超市、农贸市场等场所，消费者可通过操作专用终端方便地查询农产品的溯源信息；③扫描QR Code标签查询。消费者使用智能手机扫描QR Code标签，可自动打开农产品质量安全追溯系统网站，或直接解码获得所购农产品的溯源信息；④客服电话或手机短信查询。消费者可使用任何手机，在任意时间、地点进行溯源信息查询。

在农产品质量安全追溯系统中将这些查询方式结合起来构成混合查询模式，既充分运用了现代科技发展的主流成果，也为消费者方便、灵活地进行溯源信息查询提供了更多的手段支持，如图5所示。

5 结语

农产品作为食品的主要原料，其质量安全问题早已引起世界各国的高度重视，具体体现为相关法规、标准的大量出台和各种农产品质量安全追溯系统的立项建设。在这种有利环境下，本研究基于国内主流的农产品供应链及相应质量安全追溯系统的全面分析，依托计算机网络技术、物联网技术和二维条码技术的最新进展，从溯源信息的编码及其标识、系统网络架构和追溯信息查询等方面研究了农产品质量安全追溯系统的混合模式，为相关的研究和开发工作提供一种参考思路。

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