面向食品产品生命全周期的分布式食品电子追溯平台

李 引,罗海飙，刘东成，欧阳韵雄，陈健彬，袁 峰

(广州中国科学院软件应用技术研究所，广东 广州 511458)

0 引 言

食品安全问题已经成为一个全球范围内的重大社会问题。从20世纪末欧洲爆发的疯牛病(Bovine Spongiform Encephalopathy, BSE)[1]事件，2008年中国奶制品三聚氰胺污染事件，到2013年法国的马肉事件[2]，以及近年来的禽流感、地沟油、苏丹红等食品安全事件[3]，可突显食品安全问题的严峻性。2015年WHO对全球食源性疾病情况的一次广泛调查表明[4],因为食品污染问题每年全球几乎每10人中就有1人因吃到被污染的食物而生病，导致42万人死亡,其中5岁以下儿童占比约30%。此外，WHO在全球进行的健康状况调查表明[5]，100多个国家正在快速转变成为非传染性疾病和损伤致死比例更高的国家。在22个欠发达国家中，70%或更多的寿命缩减仍是由于传染病和相关疾病。同时，在47个国家(大多为高收入国家)中，非传染性疾病和损伤是造成90%的寿命缩减的原因。这充分说明，食品安全问题非常严峻，食品行业缺乏对食品安全的检测方法和质量控制措施。建立食品追溯体系，从农产品种植、畜牧养殖，到食品生产、加工，再到销售流通整个食品供应链进行监督、管理和追踪，被认为是确保食品安全的一个重要手段[6-10]，可以有效防控食源性疾病的发生。

因此世界各国积极建立食品可追溯制度。最早是欧盟在1997年建立牛肉产品溯源管理系统[11]以应对疯牛病事件，首先提出了食品行业的溯源管理理念，2002年更进一步将追溯范围扩大到全部食品。美国2002年提出“实行从农场到餐桌风险管理”[12]并要求企业必须建立食品可追溯制度。日本2003年开始对牛肉产品进行追溯管理[13]。这些食品追溯体系实际上形成了新的非关税贸易壁垒。为应对国际食品安全管理及食品贸易的新变化，澳大利亚、新西兰、加拿大等国也相继建立了本国畜牧类产品的溯源管理。中国也在2000年后开始逐步探索建立可追溯体系[14-16]，首先选择在大宗食品——猪肉上试点实施，随后向牛、羊、蔬菜等品种逐步推广。先后在北京、上海、南京和山东等地进行试点并逐步推行。

由国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码委员会(UCC)推出的EAN·UCC系统[17-18]，是目前使用最多的食品跟踪和追溯系统，被欧盟、美国等地区广泛应用于食品与饮料、肉制品和鱼制品等的追溯系统。EAN·UCC系统主要包括3个部分的内容：编码系统、数据载体(如条形码)和数据交换(如电子数据交换EDI)。通过EAN·UCC系统就可以对食品供应链的每一个环节进行有效的标识，建立起对各环节信息的管理、传递和交换，实现对食品有效的跟踪和追溯。荷兰建立了针对肉蛋制品的综合生产链管理系统(Integrale Keten Beheersing，IKB)[19]，它是一种质量检测和控制系统，其目的是保证生产链中所有重要活动都在受控情况下进行。英国政府建立了基于互联网的家畜跟踪系统(Cattle Tracing System,CTS)[20-21]，此系统记录了获得身份证的家畜从出生到死亡的转栏情况，以便这些家畜可以随时被追踪定位。澳大利亚的国家牲畜标识计划(Australia’s National Live Stock Identification System,NLIS)[22]是澳大利亚的家畜标识和可追溯系统，它是一个永久性的身份系统，能够追踪家畜从出生到屠宰的全过程。家畜个体采用经NLIS认证的耳标或瘤胃标识球来标识身份。澳大利亚更进一步基于GSI标准建立快速消费者反应系统(Efficient Consumer Response Australia,ECRA)[23]用于追溯食品、酒类和其它产品的供应链情况，并能在发起产品回收后让监管部门和相关企业实时追踪产品的流通情况[24]。新西兰随后也采纳了这一系统。加拿大先建立加拿大家畜追溯系统(Canadian Livestock Tracking System，CLTS)[25]用于追踪家畜，尤其牛的流通全过程，CLTS成功后又推广到农产品追溯，建立了加拿大国家农业和食品安全追溯系统(National Agriculture and Food Traceability System,NAFTS)[26]。

在中国，目前已经建立了多个食品追溯系统，其中最大的是国家食品(产品)安全追溯平台[27-28]。该平台由中国物品编码中心建设，自2007年起开始收集产品编码，当前可追溯产品数量为71225540个，是中国目前产品数量最齐全的追溯平台，接收31个省级平台上传的质量监管与追溯数据。由工业和信息化部消费品工业司建设的食品工业企业质量安全追溯平台[29]，目前为试运行阶段，可以查询伊利、完达山、三元、雅士利、明一和辉山等6家企业2014年6月1日以后生产的婴幼儿配方乳粉质量安全追溯数据。消费者只要通过智能手机扫描产品二维码，或在平台网站输入产品编号，即可追溯查询产品的生产、检验、监管和消费环节。由中国农垦经济发展中心研发的农垦农产品质量安全信息网[30]目前在5个省市从畜产品做起，进行追溯平台的试运行。此外，地方政府也相继建立了自己的食品追溯平台，如四川建立的四川农产品质量信息追溯平台[31]，以农产品供应链信息(原料来源——加工过程——成品检验——物流渠道——销售地点)电子记录为基础实现茶叶、柠檬、羊肉、水果等农产品从原料到销售的全过程追溯。安徽省食品安全追溯平台[32]重点围绕婴幼儿配方食品、肉制品、乳制品、食用植物油、白酒等食品建立从原料到销售全过程的追溯体系。上海市食品安全信息追溯平台[33]基于物联网技术对粮食、水果、食用油、畜产品、水产品、蔬菜、乳品等进行从生产、流通到终端消费全周期的追溯，并与监管部门合作实现产品监管信息的导入。数量更为众多的食品追溯系统是食品企业自建或第三方如行业协会等建立的食品溯源平台。如中国蜂产品协会主办的蜂产品溯源信息管理平台[34]，在平台“蜂产品追溯码”处输入商品条码+产品批次号即可查询产品详情、原料详情及来源。伊利牛奶企业建立了从奶牛养殖、产品生产加工到物流配送等环节的追溯体系[35]。基于个人手持终端(Personal Digital Assistant,PDA)和移动通信技术研发的天津市猪肉质量溯源平台[36]，实现了正向追踪和反向追溯。基于RFID、QR Code和NFC技术研发的肉食品供应链追溯系统[37]实现了肉食品在饲养、加工阶段的正向追踪和逆向追溯。

综上所述，当前大部分食品溯源系统只进行一种或少数几种食品的生产过程追溯，包括其原材料进货和生产加工过程，目的主要在于质量监控和满足相关食品监管规定。流通过程由于涉及其它企业，在没有足够动力或外力强制下，流通企业通常不会上报流通数据。因此，欧盟、美国、加拿大等国出台了一系列法规[38-40]来敦促或强制食品生产流通全过程的数据上报和追溯。我国也在拟定相关法规[41-45]。此外，监管部门的数据通常不会对企业或行业协会建立的食品追溯系统开放，因此大多数追溯系统并不能向消费者提供监管部门的检验检疫信息。

本文设计的面向食品产品生产生命全周期的食品电子追溯平台系统的关键技术在于：

1)本文所研发的食品电子溯源平台(以下简称平台)是少数几个在国内将食品生产和流通全供应链以及监管部门数据打通的食品追溯平台之一，并首次建立一个统一的商品流通数据池，生产企业、流通企业、监管部门以商品码、追溯码和生产日期为依据，向数据池记录商品生产生命全周期信息。基于此信息，包括消费者在内的用户不仅可以像多数食品溯源系统那样查询到该产品的生产厂家、日期和地址等产品信息，还可以查询到该产品的检验检疫信息等隶属于监管部门的数据，提高了产品监管信息的透明度，有助于提升消费者对产品的信任度。

2)基于统一的商品流通数据池，平台可以向食品供应链上的各个企业提供产品销量分析、产品存量分析、保质期提醒和库存量提醒等企业增值服务。而多数食品溯源系统只能提供食品从原材料进货、食品生产到厂家出货的信息，不能做到生产流通全过程的大数据分析。

3)平台采用分布式体系架构，构建分布式数据中心，其上建立SaaS平台，支持多租户系统，提供以租户为单位的定制化软件服务。SaaS平台采用多租户共享技术在租户间共享人力、设备等资源，采用面向构件的方法进行多租户的个性化。

4)平台基于最新的国家食品药品监督管理总局拟定的食品安全电子溯源标识信息数据结构标准、食品安全电子溯源物联网信息数据库服务接口标准、食品安全电子溯源解析服务接口标准、食品安全电子溯源物联网信息目录服务接口标准开发，保证了平台接口的标准性。

5)平台首次建立了多行业(广东省重点监管产品婴幼儿配方乳粉、婴幼儿配方食品、食用油、酒类)的食品溯源编码及拆分、解析、转换的机制，实现了统一的物联网标识编码，并通过与中国物品编码中心合作，实现国内食品全品种可查询。而国内大多数现有食品电子溯源系统是基于企业自身或行业内部的编码规则建立。

6)平台提供多种方式的扫码和查询，包括支持多种移动设备的APP、微信小程序、自助终端的扫码或手工输入，以及Web平台手工输入方式进行扫码和查询，提高了用户查询的可操作性和便利性。

1 广东省食品电子溯源现状、需求及相关法规和标准

1.1 广东省食品电子溯源现状

广东省近几年在食品药品监管信息化建设上取得了较大的发展，超过95%的地市实现了光纤网络接入，带宽基本保证在100 MB以上，目前21个地市都建设了各自的食品药品监管公众服务网站，珠三角大部分城市已经建成了自有的食品药品监管信息体系、平台和系统，为全省的食品药品监管和食品安全溯源提供了扎实的基础。2014年，广东省完成开发并开放了婴幼儿配方乳粉监管平台、生产流通企业追溯平台、公众查询平台以及公众查询、经营户移动终端APP等功能，在全国率先实现了婴幼儿配方乳粉从生产、流通到销售终端的全程可追溯。2015年开始推进酒类电子追溯系统建设，同年完成了智慧食药监基础平台的一期建设。智慧食药监基础平台依托云平台，为监管人员配备移动终端，构建了全省共享的统一数据中心，部署了GIS地理信息系统、监管、检验检测等系统。

尽管广东省食品质量安全追溯建设取得了一定的成效，但依然存在多种问题，例如全省食品信息化建设碎片化，溯源信息内容不规范、信息流程不一致；一些企业生产、流动、零售环节以及一些地区的监管环节并未完全使用信息化手段进行管理等；现有食品质量溯源系统多以大企业自建为主，中小企业缺乏动力和能力建设溯源系统等问题。

针对以上问题，平台采用分布式体系架构，融合已建溯源平台、企业溯源系统、第三方溯源系统等，依托物联网技术，对婴幼儿配方食品(乳粉、谷粉)、食用油、酒类、水产品等大宗食品从生产、流通、销售等各环节建立标准化数据采集技术和追溯机制，提供广东省食品溯源服务的统一入口。同时，通过国家溯源平台，与江苏省溯源平台进行食品溯源信息互联互通，建立跨省食品溯源示范应用。

1.2 基于食品生产全周期的食品追溯业务需求

整个食品生产周期分为原料环节、生产环节、成品出厂及流通和终端销售环节。对于全周期的信息管理，需要对全周期内的各个环节的数据进行采集。对于大企业，这些数据采集一般由自建的ERP系统处理，或者进入本文研发的溯源SaaS云服务进行处理。表1为食品生产全周期的各环节需要管理的信息。

表1 食品生产全周期的各环节需要管理的信息

食品生产全周期需要管理的信息原料环节供应商信息、原材料的来料检验(原材料名称、批号、生产时间、数量等)、入库时间等生产环节在加工和制造过程通过温度、湿度传感器实现生产过程的关键信息的纪录、各个环节的检测和检查信息的记录、最终产品加工完成后入库时间的管理等成品出厂环节成品的出厂信息即成品的出厂时间、产品的出货记录(出货批次、种类、数量、价格等)、发货所到的供应商信息等成品流通环节产品出厂信息、产品的入库信息、产品的出库信息等终端销售环节结账商品追溯码、结账商品条码、商品种类、结账时间等

一般酒类、食用油、婴幼儿配方食品具有条形码(商品码)、生产日期或生产批次、箱码和追溯码中的一种或多种标识。其中追溯码是商品单品的唯一身份标识，追溯码的载体可以是二维码、RFID、NFC等多种方式。生产企业或经销商必须在出货或进货的限定时间内填写完整产品的包装信息，包括数量、生产日期、箱码或追溯码。流通或餐饮企业在进货、销售与领用时必须填写产品的包装信息，包括数量、生产日期、箱码或追溯码。系统平台提供按商品条码+生产日期、箱码和追溯码3种方式进行追溯。追溯可查看的内容包括各个环节的进销存信息、监管信息、生产信息、原料信息、检验检测信息等。

本平台对酒类、食用油、婴幼儿配方食品由表2所示的一种或多种产品标识信息对产品进行标识。

表2 食品的产品标识

产品标识定义示例商品码(条形码)俗称69码,产品有各自企业定义的条形码,可以对每一种类的产品进行标识生产日期生产日期指的是产品每家生产企业对产品有生产批号,可以对生产批次进行标识2015/07/28生产批次生产批次指的是商品在一定时期内的生产序列号。对于省外、进口的商品一般按照生产日期进行追溯2015/07/28箱码企业可在包装箱上进行赋码,箱码则作为包装箱的身份唯一标识。箱码目前是各个生产企业自定义编码,所以不同企业生产的产品箱码可能存在重复的情况Box123456追溯码(溯源码)追溯码是商品单品的唯一身份标识,追溯码的载体可以是二维码、RFID、NFC等多种方式。目前各个生产厂家的追溯码的规则不同、追溯码的体现方式也不同,食品生产厂家遍布全国,统一追溯码规则和形式没有可行性。追溯码目前是各个生产企业自定义编码,所以不同企业生产的产品追溯码可能存在重复的情况

对广东省内的酒类、食用油、婴幼儿配方食品生产企业自建或根据国家标准拟定的各种标识，本平台能根据企业和食品安全电子溯源标准提供的规则和标准对食品标识进行编码及拆分、解析和转换，形成统一的物联网标识。还通过与中国物品编码中心[27]合作，实现国内食品全品种可查询。

1.3 平台系统设计所依据的法规和标准

平台系统主要依据“GB/T 22003-2008食品安全管理体系审核与认证机构要求”[46]、“CFDAB/T 0101-2014食品药品监管信息化标准体系”[47]和“国家重点食品(产品)质量安全追溯物联网标准体系”[48]进行总体规划。

食品安全电子溯源标识信息数据结构根据“国家重点食品(产品)质量安全追溯物联网标准体系”和“食品安全电子溯源标识信息数据结构标准”[49]设定。标准体系约定了食品追溯码包括使用国际物品编码协会(The Global Language of Business,GS1)标准的编码、电子产品编码(Electronic Product Code,EPC)和食品安全电子溯源(China Food Safety Trace,CFST)编码。

数据库服务接口依据“食品安全电子溯源物联网数据库服务接口标准”[50]进行设定。食品安全电子溯源物联网数据库服务接口(Internet of Things Information Services，iotIS)提供了食品安全电子溯源物联网信息数据库服务对外的交互功能。通过符合该标准的接口，不同的应用程序都可以创建和共享事件数据，能够使业务合作伙伴之间通过网络交换食品电子溯源的相关数据。在本项目中，iotIS接口还对企业上传的数据进行转换处理，然后上报给省级平台。

电子溯源解析服务根据“食品电子溯源解析服务(iotNS)接口标准”[51]进行设定。物联网解析服务(Internet of Things Name Service，iotNS)设定了食品电子溯源解析服务接口系统架构、终端用户查询接口、iotNS查询接口以及iotNS注册接口。iotNS由编码服务和物联网域名解析服务2个部分组成。物品编码解析是指终端用户提交的标识行为编码类型，iotNS对该标识通过异构标识识别算法进行识别，确认该标识所对应iotDS地址的过程。物联网域名解析服务是指终端用户提交的标识为物联网网址类型，iotNS对该标识进行域名解析的过程。

物联网目录服务(Internet of Things Discovery Service，iotDS)由“食品安全电子溯源物联网信息目录服务(iotDS)接口标准”[52]定义。当单品的信息分布在不同的iotIS上时，通过iotDS的物联网信息目录服务可以获得与单品相关的所有iotIS的访问方式信息。

2 系统设计

2.1 系统总体框架

平台总体框架如图1所示，底层采用分布式体系架构，构建分布式追溯数据中心，其上建立企业追溯数据交换服务模块、生产经营监管服务模块、公众溯源服务模块共3个模块。其中企业追溯数据交换服务模块建立了SaaS平台，支持企业在其上部署数据交换服务或接入其私有化系统。融合已建溯源平台、企业溯源系统、第三方溯源系统等，依托物联网技术，从生产、流通、销售等各环节抽取和整合数据，搭建为企业、监管部门和公众食品溯源服务的统一门户，提供移动终端、自助终端、Web端等多种终端支持，服务于食品安全监管部门、社会公众和生产流通销售各环节的企业。

图1 系统总体框架

2.2 系统功能框架

系统功能架构如图2所示，统一入口用于分别提供企业、监管、公众的追溯相关功能入口。

图2 系统功能架构图

食品追溯服务主要分为企业追溯数据交换服务、生产经营监管服务、公众溯源服务3个部分。企业追溯数据交换服务覆盖生产、流通企业的业务要求，提供生产、进货、销售、退货、库存等事件数据的管理功能，同时实现销售地域分布图，可统计产品销量情况，提供给生产和流通企业参考。在食品流通的过程中，检测报告将随供应链逐级发布，供下游企业参考和审核。当发现食品出现安全问题时，企业可通过系统立即发布召回，通知下游正在销售和使用的节点。

生产经营监管服务主要为各级监管人员提供多种方式的食品产品数据管理和监控等功能，包括企业信息管理、产品信息管理、食品流向追溯、应急处置、召回管理、风险预警等模块。

公众追溯服务为消费者和社会公众提供食品追溯查询的功能，实现重点监管产品可追溯，全品种产品可查询，建设了公众服务网站和公众服务APP，消费者可获取完善的食品追溯信息以及投诉建议、购买登记等其他相关服务。

食品追溯数据中心由基础数据和业务数据2个部分组成。基础数据包括食品企业信息和产品名录信息，在企业注册和录入产品时直接产生。业务数据包括流通、检验、生产、领用、购买等，采集各平台业务数据。

食品追溯数据中心是可追溯系统的重要构成部分，通过SaaS模式对企业和食品的生产、流通、监管等业务数据进行了分布式的存储，并对接食品药品监管数据中心以及第三方追溯平台的数据，同时结合企业上报数据，实现了与国家、广东省等相关食品监管和追溯信息的共享，与各环节企业实际数据的汇聚联动。

2.3 面向多租户的SaaS平台

溯源平台可向企业用户提供数据上传、追溯、查询等数据服务以及为企业尤其是中小企业提供ERP服务等功能。不同的企业有不同的需求，因此需要平台能够根据平台租户的需求提供以租户为单位的定制化软件服务。这里租户是指SaaS平台中具有共性需求的同一类用户[53]，最终用户以租户为单位租用软件，无需安装部署应用。平台同时为多个租户提供软件服务，通过在租户间共享人力、设备等资源来降低成本。多租户共享技术的一个关键问题是多租户个性化问题。平台采用李引等[54]提出的基于元数据驱动(Metadata Driven)[55]的面向构件(Component-Based Software Development，CBSD)[56]的方法进行多租户的个性化。

CBSD的思想进行多租户个性化定制的核心是扩展点(extension point)，通过定义扩展点实现对相关业务逻辑、界面逻辑和数据实体的替换，从而实现对多租户个性化的支持。业务构件可以包含多个扩展点，同时也包含能够为其他构件提供扩展的功能集合。

图3 元数据驱动的实体关系

元数据驱动是通过对元数据的编程，实现类似于“泛化”编程的功能。元数据驱动包含如图3的实体关系，其中MetaType定义了元数据的类型，可以通过parentType递归构建层次化的类型结构。MetaItem定义了具体的元数据项，属于某一个元数据类型。根据不同的元数据类型，可以生成不同的元数据驱动的业务逻辑。针对租户在菜单、国际化、业务逻辑和实体等方面的个性化定制需求，元数据的类型可以设置为菜单、国际化类型、业务类、实体类和实体属性等。

多租户个性化方法框架可见图4。多租户应用可分为界面构件、业务构件、数据构件等，数据库的隔离不但针对数据构件，还需要针对界面构件、业务构件等，这才能使得整个多租户构件模型状态一致。平台基于面向方面编程技术(Aspect Oriented Programming，AOP)将数据库隔离封装为方面(Aspect)构件，形成与之相关的方面库，从而达到支撑多租户能力的透明注入。各租户的配置以元数据形式保存，在部署、运行时对构件进行动态添加、替换、移除等操作，从而构建租户的个性化界面、业务和业务逻辑。

图4 多租户个性化方法框架

2.4 基于物联网的服务框架

平台按照iotIS规范设计和实现了基于物联网的服务框架(如图5所示)。服务框架以iotIS为物品数据交换的统一规范和接口，食品生产、流通和消费企业通过自建的电子溯源平台或省食品电子溯源平台提供的SaaS云服务方式的电子溯源系统，通过接口为消费者、监管平台提供溯源信息访问。

图5 物联网服务框架

溯源数据保存在企业系统或本平台提供的SaaS平台上，企业开放查询接口，溯源数据地址注册到本平台数据中心。因此省级平台负责溯源查询地址，国家食品溯源平台负责对溯源地址的路由解释，实现多地数据汇总，供公众查询。通过与国家溯源平台和江苏省溯源平台进行食品溯源信息互联互通，进行食品的跨省性和全国性的全环节的食品溯源。

2.5 建立统一的商品流通数据池

平台采集生产、流通企业和监管部门的数据，建立一个统一的商品流通数据池(简称数据池)。生产企业、流通企业、监管部门可以以商品码、追溯码和生产日期为依据，向数据池记录商品生产流通全过程信息。

通过商品销售状态跟踪，能对假伪商品流入、非法生产与加工等情况实行预警。以追溯码查询为例，分2种情况记录，一种是该商品由生产企业首次提交记录，这种商品在数据池中被称为正规商品。另外一种是商品并无生产企业记录，这种情况通常是广东省外企业生产，省内流通企业上报的情况，这种商品在数据池中被称为非正规商品。数据池中记录商品的生产企业、箱码、追溯码、流通状态、流通环节、当前所在企业、查询次数。以生产日期查询为例，分2种情况查询：

1)正规商品的处理。

当生产企业录入销售单信息时，销售信息会计入数据池，发现同一生产日期的销售单时，销售数量会累加。如图6所示。

图6 生产企业录入商品数据后按生产日期查询的结果示例

存量指的是该商品在企业中的库存数量，当企业对商品进行入库操作(包括进货、特殊入库)时存量会增加，当企业对商品进行出库操作时存量会减少。

图7 正规商品进入流通环节后的查询结果示例

当企业发起出库、领用和零售操作时会更新流通状态至已消费(见图7)。消费指的是损耗、使用后不能再流通的状态，即商品流通的生命周期完结，不能再次被销售。在流通过程中数据将不断进行修正与维护。

当流通环节所有企业的存量与消费数量之和超过生产企业销售数量时，应该给予预警，通知生产企业与地市监管人员，该情况可能是生产企业漏报了数据或者出现了仿造的假货。该数据在召回和统计时也会被使用。

当流通状态为已消费时，如果再次出现销售记录，应该提醒上下游双方，市场上有可能出现假货。

当同一个流通企业销售或购进多次相同追溯码的商品，应提醒监管人员，该商品的流通不正常。

当查询次数超过一定阈值时，应该提醒监管人员，该商品可能出现异常情况。

2)非正规商品的处理。

当下游录入了无生产企业销售信息产品数据时，系统将记录至无生产企业销售信息产品数据池(见图8)，如果根据条码能找到生产企业，则需要提醒生产企业对该商品是否已经销售进行确认。如果根据商品条码无法找到生产企业，则通知监管人员进行核查(主要针对省内商品，省外境外商品可暂不通知)。

图8 非正规商品(商品C)录入后的查询结果示例

2.6 GIS引擎集成及可视化

在食品仓储、运输、销售环节采用带GPS的标签识读器扫描二维码标签及RFID，记录每个生产环节及管件控制点的信息。基于空间数据引擎建立食品空间信息库，将物品二维码及RFID与生产流通过程中的空间数据信息进行关联，实现数据的交互与关联，实现对食品安全生产的生产、加工、流通和销售各个环节的全程地图监控和回溯。建立基于WebGIS的地理信息系统，在Web地图上即可直观明了地显示食品流动的路线及安全记录，实现监控数据的空间可视化。未来还可对其进行基于大数据的分析和统计，实现食品生产规划与物流路线优化，提供大型物流仓储选址建议，辅助领导决策，优化城市物流基础设施建设。

2.7 公众溯源服务端

为社会大众提供溯源信息服务渠道主要包括溯源门户、公众溯源微信平台和公众溯源移动应用3个部分，方便公众对食品安全及溯源信息的获取。这些溯源渠道的建立，提高了食品生产流通全过程的公开性和透明度，能有效提升消费者对食品的信心。

1)溯源门户。通过Web端向公众提供公开的食品溯源信息的查询服务。溯源云平台通过对各生产和流通节点上报的追溯信息进行采集和处理，形成食品流通追溯信息链，并通过公共门户的形式进行呈现。

2)微信平台。在微信上搭建溯源信息服务微信公众平台，微信用户通过关注溯源服务公众号，即可获得食品溯源信息的自助服务。

3)移动APP。为公众提供基于移动终端设备所开发的应用程序，用户可以通过溯源门户网站进行移动应用的下载和安装。移动APP主要有Android和iOS这2个版本的应用。

4)自助终端是放在超市里无人值守具有人机交互界面的电脑设备，配备扫描枪，消费者可以使用扫描枪扫描商品的溯源码或商品码，或者在交互界面上手工输入。

如图9所示，消费者购买食品后，可在溯源门户、微信平台、移动APP或自助终端上通过扫码或手工输入方式输入食品包装上的溯源码或商品码来查询食品从产地、生产加工、流通以及经营商户的全部溯源信息。对于存在质量问题的食品，公众可以通过移动终端或食品溯源的门户对该食品进行上报，反馈食品存在的质量问题。食品溯源系统对于上报的问题，进行问题核实，如确认该产品存在质量问题，将通过食品溯源系统向终端用户发出安全事件警告，并在食品溯源的门户上公告相关信息。

图9 公众溯源服务应用示例图

3 实验结果及分析

3.1 在广东省食品溯源的应用

2016年5月1日起广东省食品安全电子溯源平台系统(婴幼儿配方食品、食用油、酒类)正式上线运行，并启动生产经营企业数据上报工作和公众溯源服务推广工作。

广东省食品安全电子溯源门户地址为：http://spsy.gdfda.gov.cn/。微信小程序和APP下载请分别在微信小程序、iOS和Android应用市场里搜索“广东食品溯源”，或在广东省食品安全电子溯源门户上点击相应链接下载。

截止2016年12月31日，追溯平台企业库已加入生产经营企业10万余家，已有超过2万个国产、进口品种的食品建立起超过4亿条追溯数据，生产经营者上传检验报告10多万张。公众APP实现了全品种可查询，重点监管品种可追溯，通过公众追溯系统APP进行产品查询次数超100万人次。

3.2 面向公众提供的溯源服务

以“广东食品溯源”微信小程序的查询为例(见图9)，说明面向公众提供的溯源服务。打开“广东食品溯源”微信小程序“二维码/条形码”扫描窗对商品的二维码(即追溯码)进行扫描后出现如图10(a)所示的商品查询结果界面，可以看到商品名称、过期日期和溯源指数。若商品名称不正确，则为假货。溯源指数是根据检验检疫报告、过期日期及根据商品流通数据池的大数据分析的数据来给出的指数。一般情况下，商品的指数都会显示“良好”。但若该商品检验不合格，已经过期或根据商品流通数据池的大数据分析显示该商品流通情况异常(例如该商品流通环节所有企业的存量与消费数量之和超过生产企业销售数量)，则该商品的指数会出现警告信息。此外，在“产品信息”界面会显示商品图片、规格、产地等信息。“检验检疫”界面显示企业上传的“自检报告”和监管部门上传的“送检报告”和“抽检报告”。后2份监管部门报告只有当检验出问题时才会上传，因此在此显示“未查询到产品相关的监管送检/抽检报告”。

(a) 扫描商品溯源码进行查询后进入的查询结果界面 (b) 产品信息界面显示产品图片、名称、规格等产品信息

(a) 扫描商品溯源码进行查询后进入的查询结果界面 (b) 检验检疫界面显示商品的检验检疫信息

图11显示了当监管部门对商品的检验检疫发现不合格时的商品查询界面，显示“警告”并提醒“该产品抽检不合格，请谨慎购买”。在“检验检疫”界面显示监管部门的抽检报告结果——“抽检项：维生素、阪崎肠杆菌不合格”。

对商品的查询结果显示了生产企业上报的数据(产品信息界面、原料信息界面和检验检疫界面的自检报告)，流通企业上报的数据(流通界面)和监管部门上报的数据(检验检疫界面)。这些查询结果是从基于食品生产和流通全供应链的数据以及监管部门的数据融合的统一商品流通数据池中提取出来。

3.3 面向企业和监管部门提供的溯源服务

基于统一的商品流通数据池和WebGIS的地理信息系统,平台能提供商品流通的大数据分析及可视化，例如广东省内不合格产品的分布图、监管网络的分布图等。

图12展示了平台上线以来对基于统一的商品流通数据池处理的大数据进行分析的一些结果。需要注意的是目前食品溯源并未在全省大面积铺开，因此收集到的数据并不全面。图12(a)展示了某产品在广东省境内的流通分析图，线条连接发货方和收货方。图右上方的圆表示城镇，圆的大小表示商品数量的多少，商品数量最多为2个最大的圆。图右下方列出流通量最大的10个企业。当食品安全事件发生时监管部门可根据此图直观了解该事件可能影响到的区域、重点需要处理的区域和流通企业。企业也可以根据此图了解商品需求量最大的区域和商品流通路径。

图12(b)展示了食用植物油在广东省内地级以上城市的流通量分析。每个城市的流通量列在城市名下。流通量最大的2个城市是阳江市和肇庆市，流通量都超过了2亿。有些城市的食品电子溯源还未大面积推广，因此上报数据较少。因为每次买卖都会被双方企业分别上报，因此这些数量表明这2个城市是目前广东省内已经大面积铺开食品追溯服务城市中食用植物油交易量最大的2个城市。

(a) 广东省内某产品的流通分析

(b) 广东省内食用植物油的销量分析

4 结束语

本文设计和实现了广东省食品电子溯源平台。平台底层采用分布式体系架构，构建分布式追溯数据中心，其上建立企业追溯数据交换服务模块、生产经营监管服务模块、公众溯源服务模块。其中企业追溯数据交换服务模块建立了SaaS平台支持企业在其上部署数据交换服务或接入其私有化系统。融合已建溯源平台、企业溯源系统、第三方溯源系统等，依托物联网技术，从生产、流通、销售等各环节抽取和整合数据，搭建为企业、监管部门和公众食品溯源服务的统一门户，并提供移动终端、自助终端、Web端等多种终端支持，为食品安全监管部门、社会公众和生产流通销售各环节的企业提供食品正向和逆向追溯的服务。平台启动一年后已录入18497个国产、进口品种的食品并建立起超过3.5亿条追溯数据。基于统一的商品流通数据池，消费者不仅可以查询到食品的产品信息、生产流通信息，还能查询到检验检疫信息，提高了产品监管信息的透明度，有助于提升消费者对产品的信任度。食品企业也可以根据数据池进行产品销量分析、产品存量分析等企业增值服务。此外，平台基于最新的食品安全电子溯源标准建立，建立多行业食品溯源的自动编码、拆分、解析、转换机制，实现了统一的物联网标识编码，通过与国家溯源平台和江苏省溯源平台进行食品溯源信息互联互通，进行食品的跨省全国性的和全环节的溯源，这在全国尚属首例，有助于探索建立基于物联网技术的全国统一电子溯源信息系统。

食品电子溯源是当前食品安全监管的重要手段。虽然我国的食品安全溯源体系建设才刚刚起步，还有许多方面有待完善，但是随着技术的发展和食品安全溯源的推广应用，最终会真正实现源头可追溯、流向可跟踪、信息可查询、产品可召回、损害可赔偿的一整套行之有效的食品可追溯体系，推动食品安全管理的日常化、制度化、规范化。

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