基于云平台和体温标签的猪肉质量安全追溯系统

杨奉阳++秦兴++陈浩++郑腾飞

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.121

摘要：建立一种基于云平台、射频识别、SOA、二维码、追溯码等技术的猪肉质量安全追溯系统。系统采用植入式无源RFID标记猪体身份并测量体温，采用标签阅读器采集养殖阶段、屠宰阶段、冷链阶段和零售阶段的数据。依托于SaaS服务模式，系统采用Spring轻量级架构和MVC分层模式构建追溯云平台，用以分析体温数据，监测健康状况，预警疾病疫情信息，并生成消息通知，以此提醒工作人员及时采取措施。追溯云平台生成与猪体ID、胴体ID相对应的二维码、追溯码，消费者扫描二维码或使用追溯码即可查询猪肉的全程信息。试验结果表明，系统不仅可以追溯全程信息，而且能够监测猪体健康情况，有效地防止了病死猪肉流入屠宰加工环节。结合生产实际，在追溯全程信息的基础上增加了监测预警功能，为进一步研究食品安全追溯系统提供了参考价值。

关键词：猪肉追溯；云平台技术；射频识别；植入式无源RFID；监测预警

中图分类号： TS207.7；S126文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0414-05

收稿日期：2015-08-31

基金项目：工业和信息化部2014年物联网发展专项资金（编号：工信厅联科〔2014〕74号）。

作者简介：杨奉阳（1990—），男，山东济宁人，硕士研究生，主要从事物联网方向研究。E-mail：fredyounghdu@163.com。

通信作者：秦兴，博士，副教授，硕士生导师，主要从事物联网方向研究。E-mail：qinx@hdu.edu.cn。近年来，食品安全问题层出不穷，尤其是在猪肉食品领域，如“嘉兴死猪”“瘦肉精”“僵尸肉”等事件。食品安全重于泰山，建立科学合理的食品安全追溯系统，保障食品安全和提升食品品质，不仅是当今世界食品安全领域的两大主题，也是国际上食品进出口大国之间展开竞争的主要方式，受到了全世界的关注[1-3]。

随着物联网、互联网等信息技术的快速发展，国内外专家学者提出了许多追溯方法并应用到了实际生产生活中[4-6]。在水产品方面，颜波等提出了基于射频识别、电子编码、物联网的追溯系统，实现了水产品的全程追溯[7]。在谷物产品方面，Liang等提出了基于二维码、ARM控制器的追溯系统，将原产地的GPS、环境数据等信息进行采集，实现了科学化的管理追溯[8]。在追溯方式上，赵丽等提出了手机识别二维码的方式，降低了追溯复杂度，解决了成本高和便携性差的问题[9]。在发达国家，相关专家和学者对射频识别等技术在追溯领域的应用同样进行了大量研究，如使用电子标签实现牲畜的管理追溯，使用标签和二维码实现农产品产地、加工过程的追溯等等[10-13]。

目前，食品追溯虽取得了一定的研究成果，然而由于涉及企业多、地域广和技术水平有限，仍有两点问题需要解决。一是实现养殖阶段信息追溯，追溯养殖阶段信息一直是追溯的难点，目前的方法或是追溯不到，或是只能追溯到身份而无法追溯饲料、防疫、体温、健康状况等详细信息；二是实现早期监测预警，防止病死家畜流入屠宰加工环节。此外，由于环节多、软件多，导致追溯系统复杂和推广成本过高。针对上述问题，本研究提出了基于云平台和体温标签的猪肉质量安全追溯系统。

1材料与方法

1.1云平台技术

软件即服务（SaaS，Software-as-a-Service）是一种通过Internet提供软件服务的新型互联网服务模式。云平台是提供基于云服务的软件，开发人员可以专注于自己的核心业务，不必重复搭建网络的硬件设施和运行平台，只需要创建新的SaaS应用即可。面向服务体系结构（SOA，Service-Oriented Architecture）是服务的组建模型，通过约定的通信协议实现不同应用之间的互通和调用。用户可以根据自己的需求对接第三方软件服务，无需考虑不同系统、不同设备之间的兼容性问题。追溯是一个涉及企业多、系统多、地域广、数据分散的领域，重新开发包含上述功能的平台需要非常高的成本，复杂的业务逻辑也会令研发人员望而却步，而且不适合实际应用和后续扩展。采用基于云平台的软件服务，通过SOA结构对接不同的企业和系统将会极大地降低开发运行成本，而且平台易于扩展和推广，为后续的持续发展提供了空间。因此，基于SaaS的追溯云平台是最佳选择。

如图1所示，地域上分散的养殖、屠宰、冷链、零售等企业可以通过互联网接入追溯云平台。随着业务发展，相关的第三方的企业和机构、监管平台、饲料企业、医药企业、专家团队也可以陆续接入，最大限度地发挥平台优势，整合资源。云平台获取食品生产过程中上传的数据，并对数据进行存储、分析、协同处理，生成追溯、监测和预警信息。随着时间推移，追溯云平台将拥有庞大的数据量，通过大数据分析将可以提取出更多有价值的信息，为下一步的大数据分析提供了数据储备。

1.2植入式无源RFID

标记家畜身份是追溯的关键技术，关系到追溯的完整性和准确性。国内外目前使用的动物身份标记方法有耳槽、刺青、热烫、耳标、条形码耳标、电子耳标等技术。然而，这些标

记方法都有一定的缺陷，如耳槽、刺青、热烫、耳标等方法不包含电子信息，不能进行智能化管理。二维码耳标则受到打印、读取技术的限制，当覆盖污渍或受到磨损时，读取更加困难[14]。电子耳标则容易受损脱落，导致追溯信息断裂，当仅起到标记身份作用不能提升养殖管理水平时就增加了成本，因此养殖户的使用积极性并不高。

体温与机体健康密切相关，是确定疾病性质和严重程度的重要指标。Nagl等还以此设计了用于远程监测家畜体温的可穿戴设备，根据体温预测疾病和疫情[15]。在健康状态下，家畜的体温保持恒定并且波动范围非常小，而口蹄疫等疫情则会使群体出现大面积的体温升高[16]。本研究采用基于植入式无源RFID技术的体温标签（如图2所示）获取动物体温，标记动物身份，通过网络将数据上传到追溯云平台，供用户远程登录访问，从而避免了损坏、脱落等缺陷[17]。

1.3追溯体系

一般的追溯系统多是追溯到动物的身份为止，这样导致了信息不完整，一旦出现问题难以定位症结所在，给产品的召回、责任的追究增加了难度。实际上，完整的猪肉供应过程起始于种猪的产仔，然后是保育、养殖、商品猪、屠宰、运输、销售等过程，最后才到达消费者的餐桌，其中的每一个环节都与猪肉安全息息相关。

如图3所示，系统以追溯云平台为核心，采用植入式无源RFID、胴体标签、分栏站、标签阅读器（手持或固定式）、车载数据上传设备、电子秤、二维码、追溯码、智能手机等终端，结合现有的投入品、种猪繁育、养殖、屠宰、运输、销售等过程，借助互联网云平台技术构建猪肉安全追溯系统。从种猪的品系为起点，包含猪体在养殖阶段的饲料、用药、体温、疾病信息，然后是屠宰、冷链、零售过程，直到成为消费者手中的产品，基本上涵盖了整个生产过程，一旦发现问题，能够快速定位问题点，为科学及时地采取处理措施提供了依据。

1.4系统设计与实现

1.4.1追溯云平台基于SaaS的追溯云平台是追溯系统的核心，猪肉生产流程中的所有环节都接入到该平台，并面向食品安全监管部门、企业和消费者3个主要群体。平台通过用户角色权限对每个群体提供不同的追溯深度。对于消费者，系统提供消费者所关心的产品信息；对于食品安全监管部门，系统提供所有供应环节的信息；对于相关企业，系统提供供应链中与本企业相关的生产信息，供工作人员查看维护，以防数据遗漏。

追溯云平台采用B/S（Browser/Server）架构，基于Spring轻量级框架的MVC 3层设计模式，如图4所示。数据库层采用MySQL开源数据库，通过存储过程对数据进行运算分析，通过iBATIS框架进行存储操作。中间层包含系统涉及的主要模块，提供身份认证和接口服务，通过接口调用第三方SOA服务，并与数据库层交互。页面层采用响应式页面布局适配PC和移动终端，通过HTML标志语言开发前端页面，以醒目样式显示异常的消息通知。本研究在Windows操作系统下搭建开发环境，使用MyEclipse集成开发工具编写Java语言进行系统开发，通过WebService接口接收标签阅读器上传的数据，并获取对接的饲料系统中的饲料信息，采用Apache公司的tomcat应用服务器，系统最终部署并运行在Linux操作系统环境下。

基于上述追溯体系，系统功能结构设计如图5所示，对接政府监管平台，方便企业及时地掌握新闻政策、法律法规、监测数据等信息；消息通知模块用于生成异常报警、数据统计、系统公告等信息，便于企业和管理人员监测动物健康状况；屠宰、冷链、零售模块则采集在此阶段下的数据。系统提供2种追溯方式，二维码追溯和追溯码追溯，方便消费者使用。

1.4.2养殖阶段在养殖阶段，幼猪断奶后即植入无源RFID标签，并测量体温。工作人员将动物的身份、体温、品种、所在牧场、猪舍、栏期、体重、出生日期、经办人等数据通过无线网络上传到追溯云平台。此时，主要采用分栏站（如图6所示）或移动手持机（如图7所示）采集数据。其中，分栏站的控制器是牧场的控制枢纽，控制整个牧场的智能设备，包括分栏、环境、采食、称重、体温等，并将数据通过网络（有线网络、Wi-Fi、移动网络）上传到养殖管理云平台和追溯云平台。养殖和追溯的复用不仅充分发挥了分栏站的价值，而且便于牧场的智能化、科学化管理。手持机则通过无线网络直接将数据上传到云平台。

根据猪的体温设定正常区间，超出时追溯平台生成消息通知，提醒养殖人员重点监测该个体，当出现大面积体温异常时，往往预示了疫情的出现，养殖人员要及时采取应对措施。

1.4.3屠宰阶段在屠宰阶段，屠宰单位可先在追溯云平台导出家畜健康状况报表，挑选健康个体。对于曾患有疾病的家畜要重点检测，防止病死猪流入屠宰环节。工作人员检疫待宰家畜，并重点检疫曾经患病和体温异常的个体，一旦检疫结果不合格则将家畜退回到牧场，待该个体痊愈后才可以再次进入屠宰阶段。工作人员采用手持机将标签ID、体温、胴体标签ID、单位、时间、经办人等信息上传到追溯云平台。

1.4.4冷链阶段在冷链阶段，工作人员采用手持机将胴体标签ID、车次、运输温度、运输单位、进出库时间、经办人等信息上传到追溯云平台。同时，上传冷链车辆的GPS信息，平台调用SOA服务，接入第三方电子地图，显示车辆的行驶路线。

1.4.5零售阶段在零售阶段，工作人员根据消费者需求分割肉块，使用固定式标签阅读器将胴体标签ID、分割质量、分割时间、分割肉质量、经办人等信息上传到追溯云平台。追溯云平台自动生成与ID相对应的二维码、追溯码，并下发到电子秤，电子秤打印产品信息条。工作人员将产品信息条粘贴到外包装上即完成了零售过程。

1.4.6追溯阶段参照农业部标准NY/T1 431—2007《农产品追溯编码导则》，采用29位的追溯条码，包含20位产品产地编码和9位产品信息码[18-19]。产品产地编码含义包括6位县行政区划、3位乡镇编码、3位村编码、5位产地分类代码和3位流水号；产品信息码包括3位产品备案号、3位生产批次号、3位采收批次号。追溯云平台采用QR编码技术，生成包含追溯网址和追溯条码信息的二维码，其所含信息更丰富，容错能力更强，使用也更方便。

2结果与分析

2.1监测预警

追溯系统以金华大堰河农牧场为试点单位，在系统参数中设置体温正常范围为38～39.5 ℃，分栏站和手持机通过HTTP协议，借助WebService接口，将JSON格式数据上传到追溯云平台，系统以报表形式列出体温数据（如图8所示）。数据库层采用存储过程每隔固定时间对采集到的数据进行分析，当体温异常时，生成包含动物编号、发布时间、消息类型、发布人等信息的数据，并插入到消息通知列表，界面层的 HTML 标志语言通过CSS属性，以醒目方式显示报警消息通知（图9），提醒养殖人员及时处理。有时仅仅看到消息通知不能满足养殖人员的需要，此时，点击标题可以查看消息通知的具体内容，便于采取更加有针对性的处理措施。

2.2产品追溯

追溯产品信息保障了消费者的知情权，是让消费者放心消费的重要手段。随着智能手机的普及，采用手机扫码追溯的方式越来越符合消费者的需求，为满足不同的消费者，本研究还提供了登录追溯平台，输入追溯码追溯的方式。研究表明，消费者倾向于了解产品的部分信息，而并非全部信息，过多的信息会导致信息过载，降低用户体验，当消费者希望看到更多信息时再提供详细信息[20]。采用安卓手机微信客户端扫描产品二维码，追溯到的产品信息如图10所示。

3结论和讨论

本研究在调研了国内外的食品追溯现状后， 结合实际生产，采用植入式无源RFID、云平台等技术设计了猪肉追溯系统，并在浙江省的部分企业试点应用。试验结果表明，系统实现了猪肉的全程追溯和监测预警功能，能够在养殖阶段监测家畜的健康状况，防止病死家畜流入生产、加工环节。该研究不只是局限于猪肉食品，也为牛、羊等肉类食品的追溯提供了参考价值。食品安全是关系到人们健康和社会稳定的重大问题，提高食品的安全性不仅需要科研人员不断地提出新的方法，也需要食品行业从业人员和社会全体成员的共同努力。

随着信息技术的迅速发展，物联网、“互联网+”等概念也成为了当下非常热门的科技话题。将信息技术应用到食品生产、加工、追溯领域，与传统食品行业进行深度融合，创造新的方法，提高生产效率和管理水平，将是未来几年的重点研究方向。

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