基于RFID及二维码的肉制品质量安全溯源系统焦

玉聪+张立+新黄庆林+刘哲

摘要：根据肉制品的生产加工与流通特点，利用二维码及RFID技术结合计算机通信技术与数据库技术，构建了军垦牌肉制品质量安全追溯系统。阐述了二维码与RFID技术在肉制品质量安全溯源系统中的应用。通过系统研究可提高军垦牌肉制品信息的透明度，增强消费者对产品的信心，提高产品的可靠性与安全性，促进新疆地区农牧民增收，便于企业和政府对食品安全的监管。

关键词：RFID；二维码；质量安全；溯源系统

中图分类号： S126文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）05-0215-04

近年来，中国肉制品产量大幅提升，产品质量明显改善。但质量安全问题仍然是困扰我国肉制品产业发展的主要瓶颈。随着“一带一路”丝绸经济带的崛起，新疆地区生鲜农产品逐渐走向全球更多的消费者，增强新疆地区特色农畜产品质量安全工作和新疆地区特色肉制品全过程的监管变得尤为重要。新疆地区农业资源非常丰富，特色农产品种类丰富，农产品质量安全溯源平台的建立对于提升新疆地区农产品的品牌价值、促进新疆地区农业的长远发展具有重要作用。然而，由于生产、销售等环节的信息不对称以及服务体系不完善等原因，新疆地区农产品质量安全监管和溯源有待进一步发展。我国内地省市的农产品溯源系统发展迅速，我国学者于2002年开始进行食品质量安全溯源体系的研究[1]。2011年，东阿阿胶溯源项目在内蒙古自治区巴林左旗原料基地开展[2]。

2013年3月，新疆地区牛肉质量安全溯源项目启动，项目完成后，可利用产品质量安全溯源系统直接了解牛肉在生产各环节的质量信息，确保牛肉产品全过程安全控制，为消费者提供“新鲜、安全、优质”的放心产品。农产品质量安全溯源系统在新疆地区刚刚启动，建立基于二维码和RFID的军垦牌肉制品质量安全溯源系统，从各个环节对肉制品的生产进行数据采集，利用芯片埋植和二维码等手段杜绝市场上冒充军垦牌肉制品的情况，对新疆地区内军垦牌肉制品进行保护，同时促进养殖户增收致富。

1.1RFID技术

RFID技术是利用无线射频技术进行的非接触式全双工数据通讯，实现对目标加以辨认并得到相关数据[3]。RFID标签的存储容量可达296以上，使每种物品都可拥有独一无二的电子标签[4]。RFID系统的基本组成包括3个部分，即读写器、标签、应用软件系统[5]。

1.2二维码技术

二维码是相互垂直的二维空间内对信息进行处理的条码。二维码的信息存储密度高、存储量大，具有错误查验和错误更正功能，可按照实际情况设置不同的安全级别。其垂直方向携带资料，对印刷缺陷或局部损坏可以纠正，恢复数据信息。二维码可不依赖于数据库和通信网络的存在而单独应用，主要用于对物品的描述[6]。

二维码成本低、使用灵活，但信息量与读取效率无法与RFID相比[7]。RFID标签可重复使用，读取速度快，但成本较高。

2质量安全溯源系统分析

2.1需求分析

通过对北京市、上海市等国内主要大城市各肉制品加工企业和大型超市的调研，结合新疆地区的现实情况，了解到企业希望在牲畜养殖、加工等环节实现信息全程跟踪，并将信息应用于企业的各大超市中。在消费者购买了企业的相关产品后，可通过企业安放在超市中的溯源设备现场查验产品从养殖到销售的全程溯源信息，或使用手机扫描产品上的二维码实现产品溯源。调研结果表明，产品信息的溯源增加了消费者对产品质量安全的信心，提升了相关产品的口碑，大大增加了产品的销售量和利润。企业迫切需要对旗下的相关肉制品進行全程溯源监管。

石河子市与国家商务部于2014年末签定协议，成为我国食品流通可溯源体系试点建设城市，并得到了中央专项资金2 500万元支持。2015年7月，新疆生产建设兵团第8师在石河子市建设的食品流通可溯源项目正式启动。军垦牌肉制品溯源系统的研究可实现肉食品源头溯源可追溯、去处可查证、责任可追究的质量安全溯源链条，进一步保障肉类食品质量安全。本项目可作为流通节点的追溯子系统，与即将展开的试点工程共同完善新疆地区内食品溯源机制。

2.2溯源模型的建立

2.2.1养殖环节

在养殖环节，在牲畜身上安装专用RFID标签。之后在牲畜的生长过程中，饲养员使用专用手持设备对其生长过程信息不断进行采集，从来源上对食品安全进行有效监控。此环节主要使用标签录入牲畜在饲养过程中的生长发育、使用饲料、使用药品、检验检疫等信息，并将该信息提供给整个溯源系统以供查询。

2.2.2加工环节

在宰杀前，获取牲畜身上RFID标签内存储的信息，确定牲畜有过防疫记录且健康无害后，方可宰杀并进入流通环节。获得宰杀前牲畜身上RFID标签中的信息，对牲畜进行称质量，采用专用的二维码打印机将宰杀前牲畜的RFID溯源信息、宰后质量、宰杀日期和单位等打印于二维码中，并与宰后胴体一同进入检疫环节。

2.2.3检验检疫环节

宰杀后的肉品通过检验检疫部门进行检疫，检验检疫部门获取该肉品二维码内信息，并将检疫信息上传至服务器。通过检疫并合格的肉品，溯源系统将检验结果、日期、单位等有关信息输入到二维码中，该二维码将同肉品一同封存以便用于下一个流通环节。

2.2.4运输环节

该环节使用固定的RFID读写器读取物流车辆上的RFID卡，获取其上的记录车牌号、所属单位、检验检疫消毒单位、日期等信息，然后进行肉品装车。装载结束后，溯源设备自动录入装载时间、出发地、目的地、车载RFID卡信息等，并按照相应信息生成加密信息。运输全过程进行封存处理，下一环节接受肉品时，对车牌号、封识号进行校对，确认密封良好无损后放行。

2.2.5销售环节

销售环节，商户对肉品进行切分、包装、销售。商户使用专用设备获取肉品的信息，并与经营户信息一并生成唯一的二溯源二维码。此二维码会同小包装一并流入消费者手中。对于不需要加工的成品，商户将获取的肉品信息与商户信息一并生成二维码后附于商品包装上，在销售时一同交给消费者。

3系统的主要功能设计

根据需求，军垦牌肉制品质量安全溯源系统主要实现基础信息维护、系统管理、信息交流、信息查询的功能（图2）。

3.1基础信息维护

该模块主要是不同管理员进行数据的写入和修改，数据一旦写入将不能修改，只有超级管理员才拥有数据和用户的修改权限。养殖信息用于添加养殖户信息、牲畜的检验检疫信息、饲料与喂养时间等信息。屠宰加工信息模块主要进行胴体识别、初体分割、员工信息。检验检疫环节主要录入加工过程中的检疫信息与检疫人员信息。物流仓储信息向上关联屠宰加工信息，向下关联销售信息；销售环节向上关联物流仓储信息，向下与消费者进行对接。

3.2系统管理

该模块主要对使用者级别与权限进行管理。在军垦牌肉制品溯源系统中，系统为不同用户设置了相应的权限，超级管理员、管理员、普通用户的权限依次降低，从而保障肉制品数据的准确与安全。

3.3信息交流与服务

信息交流与服务功能主要是了解消费者所关注的焦点和意见，及时进行改进与反馈，让消费者满意。

3.4信息查询

消费者可通过多种途径实现查询。通过手机扫描二维码进[CM（25]行查询；网站查询，用户通过网页形式，输入查询号进行查

询；使用安放在企业超市或农贸市场的专用设备终端，通过输入编码或扫码进行查询。

4系统的总体架构

系统总体架构见图3。

[HTK]4.1软硬件平台[HT]

网络硬件平台为应用系统的稳定运行提供有效的网络硬件保障，提供相应的服务器、网络环境、数据存储系统、PC等。

软件平台为应用系统的稳定运行提供有效的数据库平台和操作系统等。基础开发平台为应用系统的开发提供统一技术开发框架，采用流行的开发模式，具有很强的易用性、伸缩性、扩展性等多种特点。

4.2基础支撑平台

自定义工作台实现了不同用户的不同工作界面，可自定义常用工作界面。自定义查询、报表、统计系统实现了快速的查询界面配置、报表配置、开发，用户可自定义显示、汇总结果，并对查询结果选择不同类型的图表进行数据分析，为经营决策、日常管理提供有效可靠的依据。系统安全性控制平台是保障食品安全追溯系统数据与业务保密性的前提，因此需要高度重视安全问题。在方案设计中，为保证业务系统的稳定运行和业务数据完整，设计了应用广泛、技术成熟的安全方案，涵盖用户管理、角色管理、权限管理、访问控制、数据加密、客户授权认证等。

4.3数据中心与数据交换

数据中心平台实现了整个系统基础数据、屠宰批发配送环节数据、市场零售环节数据、超市专卖店等零售数据、预警数据的采集存储和统计分析，并对外提供接口或共享查询。数据交换系统通过网页Web访问，实现消费者追溯码信息查询，授权政府内部用户通用追溯监管信息查询，授权超市、专卖店、市场等用户数据上报。

采用Web Service服务接口进行专用数据的实时上传与交换，主要面向屠宰场、批发市场以及动检、监管等其他基于Windows的应用系统，以XML格式作为文件交换序列化数据，从而保证可穿透防火墙。使用二维码数据接口，消费者可通过手机app扫描产品上的二维码标签，对产品溯源信息进行查询。

5军垦牌肉制品溯源系统开发

5.1标签应用与系统通信

本系统以RFID技术、二维码技术、计算机技术、网络技术、通信技术为基础，实现对肉制品的全程溯源。考虑到牲畜养殖、加工、销售环节的不同要求，在牲畜养殖和整体屠宰阶段使用RFID标签，在分割加工和零售阶段使用二维码，不仅节约了成本，而且能够提高产品流动信息的记录效率[8]。

系统选用了具有团队工作室与身份识别的Visualstudio 2013软件和相对较成熟的SQL Sever 2008软件进行应用程序集成开发和数据库管理，构建高可用性和高性能的数据应用程序。运用局域网技术将标签、阅读器与上位机进行连接，通过Visual studio 2013软件的“C#”语言调用RFID厂商的动态库，实现对RFID标签的识别与读写，并使局域网与上位机进行通信，为后续的防碰撞算法提供基础。部分程序如下：

namespace Utility

{

public class RFIDScan

{

//[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）

//连接读写器

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_ConnectScanner（ref int hSocket，string nTargetAddress，uint nTargetPort，string nHostAddress，uint nHostPort）；

//選择工作天线

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_SetAntenna（int hSocket，int m_antenna_sel）；//识别标签的EPC

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

public static extern int Net_EPC1G2_ReadLabelID（int hSocket，int mem，int ptr，int len，byte[] mask，byte[] IDBuffer，ref int nCounter）；//断开读写器连接

[DllImport（“Reader2100DLL.dll”）]

……

public RFIDScan（）

{

……

5.2系统运行界面

军垦牌肉制品质量安全溯源系统的主界面见图4。在主界面输入相应权限的用户名和密码进入相应模块，如输入超级管理员的账号和密码即可进入管理员界面，可对不同级别的用户进行管理。

6结论

本系统实现了军垦牌肉制品在养殖、加工、仓储、销售等环节的信息溯源，提高了相关产品在饲养、加工、物流、销售等环节的信息透明性，提升了军垦牌肉制品的品牌价值。通过溯源平台，相关政府部门可对相关食品进行监督管理；消费者可进行信息查询，实现军垦牌肉制品的溯源功能。

参考文献：

[1]王风云，赵一民，张晓艳，等. 我国食品质量安全追溯体系建设概况[J]. 农业网络信息，2008（10）：134-137.

[2]本报记者. 东阿阿胶启动驴皮溯源工程[N]. 中国经济时报，2011-08-19（3）.

[3]李晓东. 射频识别技术中的隐私安全问题及策略[J]. 微电子学与计算机，2005（9）：137-140.

[4]李晓武. 移动RFID系统标签识别技术的研究[D]. 成都：西南交通大学，2015.

[5]孙旭，杨印生，郭鸿鹏. 近场通信物联网技术在农产品供应链信息系统中应用[J]. 农业工程学报，2014，30（19）：325-331.

[6]李久林，高亮，刘君，等. 基于二维码的蔬菜溯源信息管理平台的设计[J]. 江苏农业科学，2015，43（2）：403-405.

[7]刘宁钟，苏军，孙涵. 工业控制环境中QRCode的检测和识别算法[J]. 电子学报，2011，39（10）：2459-2463.

[8]杨信廷，钱建平，孙传恒，等. 农产品及食品质量安全追溯系统关键技术研究进展[J]. 农业机械学报，2014，45（11）：212-222.