茶叶溯源防伪预警平台的设计与实现

赵超越，周乐乐，祁南南，孙航，张友华

(安徽农业大学 信息与计算机学院，安徽 合肥 230036)

茶叶溯源防伪预警平台的设计与实现

赵超越，周乐乐，祁南南，孙航，张友华

(安徽农业大学 信息与计算机学院，安徽 合肥 230036)

基于“标准体系-关键技术-平台开发-应用示范”的思路，设计了六安瓜片溯源防伪预警平台，实现了六安瓜片从“茶园到茶杯”的全程质量追溯监管与防伪。该平台采用B/S架构，将六安瓜片在种植、生产、加工、流通等环节实现信息化管理，提高了茶园的管理效率，并能够通过手机扫描二维码、追溯平台等多种方式对六安瓜片生产流通信息进行追溯。根据二阶段算法原理，设置扫描次数阈值和扫描距离阈值分阶段逐步判定，利用二维码被扫描的次数与距离实现对六安瓜片的防伪预警。平台的使用有利于信息公开化，提升政府对六安瓜片的监管力度，提高六安瓜片茶叶的质量，提升六安瓜片的品牌实力。

六安瓜片；溯源监控；防伪；预警

食品安全不仅涉及到人类最基本权利的保障，也是关系一个国家经济稳定、社会稳定甚至政治稳定的重大问题[1]。然而近年来，食品质量问题引发的灾难却屡见不鲜[2-3]。

食品安全溯源体系，最早是1997年欧盟为应对“疯牛病”问题而逐步建立并完善起来的食品安全管理制度。为了实现猪肉生产和消费的网络化管理，提高猪肉生产的质量和效益，马从国等人在2007年将可追溯系统应用到猪肉的质量监管方面,实现了猪肉生产和消费的网络化管理，系统的实施提高了猪肉生产的质量和效益[4]。包先雨等人利用RFID、食品安全检测和检测预警技术，提出一种供港食品有害物质全程溯源与实时监控模型，并给出模型具体功能模块实现方法，对食品供应链各个环节中产生危害人体健康的有害物质进行检测、溯源与监控[5]。2008年，中国首个针对出口茶叶质量安全监控体系制定的国家标准《出口茶叶质量安全控制规范》正式实施。其中对出口茶叶种植、采摘、加工、检测、追溯、产品召回等涉及产品质量安全控制方面提出质量要求。

六安瓜片是我国著名的特种绿茶，产销历史悠久，品质独特优异，曾名列全国十大名茶之一，盛极一时[6]。由于产销体制、名牌缺失、茶园管理不当等因素，六安瓜片的生产及销售受到多重冲击，产量、质量急剧下降，市场声誉受损。为了挽回六安瓜片的声誉，本文应用现代物联网、地理信息、视频监控和二维码等信息技术，将生产企业、农产品生产基地、投入品、农事作业和农产品质量检测检疫等信息，以及农产品加工、储藏、销售等农产品质量安全信息进行有效集成，最后形成六安瓜片溯源防伪预警平台，可以实现对茶叶从“茶园到茶杯”的全程质量追溯监管与防伪预警。

1 溯源防伪预警平台的设计

六安瓜片溯源防伪预警平台，在质量安全追溯与监管平台关键技术研究的基础上，通过若干子系统对茶园的核心区进行实时监控、茶庄环境监管、茶叶质量安全溯源防伪与预警。

1.1 设计理念

六安瓜片的溯源防伪预警平台是基于茶叶全产业链质量安全追溯与监管平台关键技术研究，按照农产品“生产有记录、信息可查询、流向可跟踪、责任可追究、产品可召回、质量有保障”的总体要求建立了茶叶质量安全追溯防伪体系。一方面，平台建立农产品质量安全追溯与监管体系，开展农产品的质量安全追溯有利于促使生产者按照农产品安全标准从事农产品的生产加工，提高农业企业的内部管理水平，提升产品质量安全水平以及品牌形象。另一方面，农产品质量安全追溯体系的建立，有利于增强政府部门对农业企业的监管能力，以及对问题农产品的发现和处置能力，提高对农产品安全监管水平，实现对农产品质量安全责任的追究，有效预防农产品质量安全事件的发生。

1.2 技术路线

图1 平台技术路线图

六安瓜片溯源防伪预警平台按照“标准体系-关键技术-平台开发-应用示范”思路，针对目前六安瓜片全产业链中存在的信息碎片化、数据交换缺乏标准、产地生境物联网的数据融合、加工包装自动化装备与平台无法对接、茶叶质量检测数据共享、大数据分析和服务能力缺乏等问题，重点围绕六安瓜片全产业链中信息流的整合，打通生产、加工、流通与消费的数据链，保障信息的准确性、及时性和一致性,开展六安瓜片全产业链质量安全追溯与监管信息支撑与服务体系关键技术研发、平台构建以及系统集成应用示范，为六安瓜片提供简便、快捷、可视化的溯源信息服务以及对问题食品无遗漏及时召回提供技术保证。利用当前的物联网、地理信息(GIS)、视频监控、二维码等信息技术将生产企业信息、茶叶茶园、生产基地，投入品、农事作业、茶叶质量检测检疫等信息，以及茶叶加工、储藏、销售等茶叶质量安全信息进行有效集成，实现对茶叶的全程质量安全追溯与监管。技术路线如图1所示。

1.3 溯源原理

消费者可通过扫描产品包装上的二位码来获得产品的详细信息，该系统的编码溯源路线如图2所示。

图2 六安瓜片溯源监控平台的溯源编码路线图

在茶叶初级生产加工阶段，可以记录茶园基地的基本信息，如茶园基地地理位置、基地负责人；记录茶叶生产加工过程管理信息，如，茶叶除草记录、修建记录、施肥施药记录、土壤检测记录等。通过数据库表关联来得到基地编码。茶叶加工阶段，通过记录茶叶加工信息、包装信息、检测信息、加工企业信息等来形成加工企业编码。批发商阶段，记录批发商信息、物流信息、茶叶产品信息来形成批发商收购码。在超市阶段，记录超市信息和从收购码里获得的信息来形成超市收购码。最后生成可供消费者扫描用的六安瓜片溯源码。消费者可以通过扫描此溯源码来获得茶叶从加工到生产、流通方面的主要信息。

1.4 防伪原理

六安瓜片溯源防伪预警平台防伪系统的功能实现是建立在防伪溯源码的生成基础上的。防伪溯源码是六安瓜片追踪溯源、防伪预警的唯一标识，是实现六安瓜片从“茶园到茶杯”整个环节信息流通与传递的关键。防伪溯源码具有唯一性、通用性与随机性等原则，与六安瓜片防伪网址URL一起，利用具有储存密度高、纠错能力强的二维码技术，生产最终可供消费者扫描的二维码产品，该防伪溯源码结构如图3所示。

图3 二维码编码结构

防伪网址URL是消费者扫描产品二维码之后跳转到的界面网址，可供消费者查看产品信息以验证产品真伪。日期代码和随机码组成生产批次号，用来确保六安瓜片溯源码的特定性与唯一性。日期代码是表示该批六安瓜片的二维码生成日期，随机码是在数据库中查询具有相同企业代码、茶园基地代码、日期代码的溯源信息的条数来进行自增产生的，这样可以保证不同批次的六安瓜片具有不同的溯源码，也可以通过随机码来统计同一天产出多少批次的六安瓜片。

1.5 防伪预警模型

图4 六安瓜片防伪预警流程图

本模型可以依据数据库中的扫描记录，获取扫码时间、扫码次数与扫码地点经纬度3个指标数据，分析比较扫码时间、扫码次数与扫码地点之间距离分析六安瓜片假冒伪劣产品发生的严重程度及范围，根据二阶段算法的原理，设置扫描次数阈值和扫描距离阈值分阶段逐步判定，实现对六安瓜片的防伪预警。其预警流程图如图4所示。

(1)扫描次数阈值。

阈值即临界值，扫描次数阈值是指产品二维码被扫描次数的临界值，本模型以扫描次数阈值作为划分风险预警等级的关键标准之一。六安瓜片防伪预警模型将风险预警根据严重程度分为3个等级，分别为：轻度风险预警、中度风险预警和重度风险预警。

针对不同等级的风险预警设定不同的扫描次数阈值k，设定轻度风险预警扫描次数阈值k1，中度风险预警扫描次数阈值k2，重度风险预警扫描次数阈值k3。六安瓜片产品二维码对应的防伪溯源码初始扫描次数为0，用户每扫描一次，扫描次数加1，对应的扫描记录增1。

分析统计扫码数据库中的扫描记录，获取产品二维码的扫描次数j，将j与各风险预警等级扫描次数阈值k进行比较，j∈[0,k1)，则不做预警处理；j∈[k1,k2)，对应轻度风险预警等级；j∈[k2,k3)，对应中度风险预警等级；j∈[k3,+∞)，对应重度风险预警等级；之后，进行下一步判断是否进行预警。

(2)扫描距离阈值。

为了避免消费者在一定区域内对购买的正品产品进行多次扫描，导致风险预警处理结果不准确的情况，设置扫描距离阈值s，对于小于一定距离的多次扫描不进行风险预警，从而能够很好地提高风险预警的准确度。扫描距离阈值是产品二维码被扫描地点之间两两距离的临界值，是获得最终风险预警等级的关键标准之一。根据扫描记录中扫描地点的经纬度信息，计算得到扫描地点两两之间的距离d。

(1)

其中：H、K表示扫描地点中的任意两个点；Hw、Kw分别表示H点的纬度、K点的纬度；Hj、Kj分别表示H点的经度和K点的经度。选出其中的距离最大值dmax与距离阈值s进行比较，当dmax≥s时进行对应的风险预警等级预警。

2 溯源防伪预警平台的实现

图5 六安瓜片溯源监控平台系统主界面

本平台包括数据采集系统，实现产地的地理信息化管理、生产台账、原材料收购、加工过程自动赋码、市场数据采集；茶园环境、茶叶质量监管系统，实现茶叶生产投入品的信息化管理、质量安全监测预警信息、产品召回、行政执法等；基于二维码的追溯防伪预警系统，实现基于智能手机的溯源信息查询、信息公示与消费者投诉等；平台的后台管理，实现分权限、多用户、可定制的系统管理与配置。

六安瓜片原产地核心区茶叶数字农庄系统主要包括原产地核心区茶庄系统、茶园茶庄环境监控系统及六安瓜片溯源与防伪预警系统。系统主界面如图5所示。

图6 原产地核心区茶庄界面

2.1 原产地核心区茶庄系统

进入原产地核心区茶庄系统，呈现的是一张卫星地图，并重点标注了系统中已录入的迎客松茶叶数字农庄和齐源茶叶数字农庄，如图6所示。

迎客松茶叶数字农庄和齐源茶叶数字农庄监控界面如图7所示。

图7 监控界面

图8 茶园茶庄环境监控界面

2.2 茶园茶庄环境监控系统

茶园茶庄环境监控系统，可以实现对园区的环境进行实时监控，对录像进行回放，对报警次数进行统计，对园区分区管理等功能。如图8所示。

2.3 六安瓜片溯源系统

六安瓜片溯源系统分为溯源流程、溯源码打印、茶园管理、茶叶字典、台账管理、用户管理及退出系统7个模块。溯源流程界面如图9所示。

在溯源码打印系统中，可以选择不同品种、包装、型号的茶叶，点击确认提交按钮，即可生成溯源码。

图9 平台溯源流程界面

2.4 茶叶溯源防伪预警系统

本系统通过扫描二维码，可以记录统计扫码时间、次数与扫描地点，能够查询扫码产品的最终销售信息，对于通过扫码次数和计算不同扫码地点之间的距离最大值，准确严谨地判定二维码是否被复制伪造以及复制伪造严重程度，对复制伪造程度进行风险等级预警，并合理地给出相应的解决方案，提高基于二维码的防伪可靠性。利用WEBGIS、卫星地图等技术将产品二维码的扫描情况进行可视化展示，如图10所示。可以看到六安瓜片溯源码在全国各地的数量以及相关预警信息。

图10 六安瓜片溯源码被扫描地点分布

3 结 语

六安瓜片的溯源防伪预警平台集合了多种信息技术，可以对茶叶从“茶园到茶杯”过程中的茶园基地、茶叶生产、茶叶加工、茶叶流通等进行信息化管理，实现溯源防伪与预警的统一。

本平台响应国家法规政策的要求，可以辅助各级政府中心工作；提升政府日常监管能力，可有效预防六安瓜片质量安全事件的发生；协助政府健全农产品质量安全执法体系，有效保障产品质量；可以解决信息不对称问题，提高公信力；可以提高六安瓜片品牌化程度，帮助其进入高端市场。

本平台集成了可变数字印刷的智慧包装技术、物联网技术和基于GIS的大数据分析技术，实现了溯源与防伪的统一，具有技术创新性。实施区域在六安瓜片的核心产区，平台对品牌的原产地认证保护实现了在线化，具有管理创新性。实现了基于全产业供应链的业务流程信息化管理，采用农户+大户+流通+用户+监管方式，平台具有模式创新性。

[1] 刘婕.浅谈HACCP管理体系在食品安全监督中的应用[J].中国食品添加剂,2015(9):157-160.

[2] 靳明,杨波,赵敏,等.食品安全事件的溢出效应与消费替代行为研究——以乳制品系列安全事件为例[J].财经论丛,2015(12):77-84.

[3] 靳明,杨波,赵敏.食品安全事件对我国乳制品产业的冲击影响与恢复研究——以“三聚氰胺”等事件为例[J].商业经济与管理,2015(12):81-91.

[4] 马从国,赵德安,刘叶飞,等.猪肉工厂化生产的全程监控与可溯源系统研制[J].农业工程学报,2008,24(9):121-125.

[5] 包先雨,陈枝楠,李军,等.供港食品有害物质全程溯源与实时监控模型研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2016,39(5):625-631.

[6] 卢兴坤.六安瓜片开发的现状及思考[J].安徽农业科学,2005,33(6):1132-1140.

Design and Implementation of Tea Security Traceability and Early Warning Platform

ZHAO Chaoyue,ZHOU Lele,QI Nannan,SUN Hang,ZHANG Youhua

(Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

In order to achieve tea quality tracking and early warning function during the whole process from tea garden to cup,the security traceability and Early Warning Platform for Lu′an Guapian is designed. The platform adopts the structure of Browser/Server to enable information technology in the periods of cultivation,production,processing,distribution for the efficiency of tea garden management. By scanning QR through cellphone,using traceability platform and other ways,the information of Lu′an Guapian in production and circulation is traced. According to the principle of the two-phase algorithm,the threshold of the scanning frequency and scanning distance is determined gradually. It is proved that the platform can enhance information transparency and improve government supervisory efficiency on the quality and promote brand.

Lu′an Guapian;traceability and monitoring;anti-fake;early warning

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.018

TP302.1

A

1674-5403(2017)03-0069-05

2017-01-13

赵超越(1993-)，女，安徽蚌埠人，在读硕士研究生，主要从事人工智能及应用方面的研究.

2015年安徽省科技重大专项项目(15czz03117).