EPC物联网的中药材追溯编码技术研究

盛 魁，马 健

(1.安徽中医药科学院 亳州中医药研究所，安徽 亳州 2 368002；亳州职业技术学院 信息工程系，安徽 亳州 236800)

中药材质量是中药产业健康发展的基础和关键，随着我国中医药产业的快速发展,市场对中药资源的需求量不断增加，但中药材流通环节中以假乱真、以次充好案件频发，影响了中药饮片、配方颗粒和中成药的质量安全。保障中药材质量安全的重要手段就是实施中药材追溯，产品电子代码（Electronic Product Code）EPC编码技术可以为每一个中药材进行唯一编码，构造一个中药材信息实时共享的“物联网”，实现中药材从种苗培育、种植、加工、交易到销售的全程跟踪与追溯。

近年来，随着物联网理论日臻成熟，许多学者对EPC编码技术进行了研究，并提出了许多有效的EPC编码规则和方案。杨建强等以生鲜产品为具体研究对象，设计了基于无限射频识别（RFID）标签的EPC编码规则，实现对生鲜产品全生命周期的数据采集、传输、处理［1］；毛林等以农资为具体研究对象，运用EPC对农资追溯码进行设计，实现农资的产品、质量、责任的追溯目标［2］；吴冬等以食品为具体研究对象，设计并实现了基于RFID-EPC的食品冷链追溯系统，实现食品从生产、物流和销售全过程信息追溯［3］；舒远仲等以食品为具体研究对象，提出一种基于EPCGID-96型食品供应链追溯标签编码方案设计，合理分配了EPC各代码段［4］；淳娇以肉制品为研究对象，设计适合肉制品追溯系统的EPC编码规则，实现对肉制品从源头养殖到最终销售等环节追溯［5］；黄成伟等以棉种为具体研究对象，设计基RFID和EPC物联网的棉种供应链追溯系统，实现棉种供应链企业之间的信息共享，降低企业的生产经营成本［6］；颜波等以罗非鱼为具体研究对象，采用RFID和EPC物联网技术设计了水产品追溯平台，对水产品从养殖、加工、配送到销售进行追溯[7]。这些研究和设计为中药材EPC编码的设计和追溯系统的设计提供了理论依据和实例。

结合现实应用需求，以EPC物联网为基础，运用EPC编码技术对中药材流通环节关键点信息进行编码设计，构建基于EPC物联网架构的中药材追溯系统模型，实现对中药材从种苗培育、种植、加工、交易配送到销售的跟踪与追溯，有效解决了中药材质量安全问题和隐患，实现中药材流通信息资源共享。

1 EPC物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分［8］，采用智能传感、识别技术和普适计算等通信传感技术，构建一个“物物相连的互联网”［9］，其目的是实现物品智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[10]。EPC物联网是在互联网的基础上，利用RFID、产品EPC、无限数据通信技术，实现全球物品的自动识别和信息的互联与共享的物品互联网。EPC物联网的关键是EPC，EPC系统的组成如图1所示，其核心思想是使用EPC编码方法对RFID标签进行编码,通过射频识别技术RFID扫描电子标签，读取标签内实体对象唯一的标识符EPC码，完成息采集和录入，RFID获取EPC码后将编码传送给服务器,通过Internet对标识的物品进行智能识别、跟踪［11］。

图1 EPC系统的组成Fig.1 Composition of the EPCsystem

EPC是一种编码系统，通过对EAN.UCC条形码系统的扩充，实现对单品进行标志。EPC编码是由一个版本号加上域名管理者、对象分类、序列号三段数据组成的一组数字［12］。其中版本号标识EPC编码体系的版本信息；域名管理者字段是识别中药材流通参与主体的信息；对象分类字段记录中药材确切类型的信息；序列号字段是单一对象识别的代码。根据标签存储信息的长度将EPC编码分为EPC-64、EPC-96和EPC-256三个版本，EPC编码结构和类型如表1所示。

表1 EPC编码结构Tab.1 EPCencoding structure

2 中药材溯源关键因素分析

中药材具有药品、农副产品和商品的多重属性，决定了中药材追溯过程的复杂性，追溯码所表示的信息越多，就越容易获取所需信息，若要对流通过程中全部信息进行记录和追溯，不仅会增加追溯码标签的大小还会增加读取可追溯性信息的时间，这既不经济也不必要。根据“流程分析－关键点控制”的思路[13]，以HACCP和GAP关键环节为重点，归纳出中药材质量安全追溯的关键点信息。①种苗培育环节：对各类种苗商，过程溯源关键点信息包括种苗培育者、种苗名称、培育周期、出苗日期、种苗去向等信息②中药材种植环节：对各类种植者，过程溯源关键点信息包括种植者信息、药田地块号、种苗来源、种植日期、药材名称、采收日期、采收人员、中药材去向等信息。③加工环节：对各类加工者，过程溯源关键点信息包括加工者、加工地、加工批次、加工日期、药材名称、药材来源、药材去向、包装储运等信息。④交易环节：对于各级中药材交易市场，过程溯源关键点信息包括交易市场名称、中药材名称、交易日期、中药材来源、中药材去向等信息⑤销售环节：对于各类销售终端，过程溯源关键点信息包括销售单位、销售日期和数量、供应商单位，购买日期和数量等信息。

3 中药材溯源编码设计

3.1 EPC编码类型的选择

根据中药材溯源系统的要求，结合中药材质量追溯的特殊性，选择EPC-256Ⅲ型编码。因为EPC-256Ⅲ的域名管理区段的段长最长，能够实现中药材在追溯过程中归属情况复杂的问题，是中药材追溯最合适的编码类型选择。

3.2 EPC编码设计方案

3.2.1 域名管理编码设计

中药材流通过程中参与主体主要涉及种苗培育者、中药材种植者、中药材加工者、中药材交易市场、中药材销售商五类群体。EPC管理者码段用76位数字标识中药材流通过程中各节点参与主体代码，域名管理者的代码只能识别中药材流通中企业名称，其他特定相关信息还是需要存储在数据库中。用最高位的2位数字来表示参与主体类别，其对应编码1代表种苗商，2代表种植者，3代表加工者，4代表药材交易市场，5代表销售商。用36位数字来标识参与主体识别码，中药材种苗培育者和种植者可为药农、中药材种植合作社和中药材种植基地，药农用其18位代码用其身份证号码表示，合作社和种植基地用其18位统一社会信用机构代码表示。中药材加工有种植户自己加工和专业企业加工两种，种植户加工用其18身份证号码表示，专业企业加工用其18位统一社会信用机构代码表示。中药材交易市场分为小型集市交易市场和大型药材交易中心，小型集市交易市场一般为个体工商户，大型药材交易中心为企业，两者识别码均可用其18位统一社会信用机构代码表示。销售商可分为医院、药厂和药店，三者均可用其18位统一社会信用机构代码表示。

3.2.2 对象分类编码设计

对象分类码段用24位数字标识中药材类别、名称以及产地字段代码。中药材来源占2位，表示中药材来源为种植还是野生，其对应编码1代表种植类药材，2代表野生类药材；中药材类别代码占2位；表示中药材类别为植物药、动物药还是矿物药，其对应编码为1代表植物药，2代表动物药，3代表矿物药。中药材名称代码占4位，编码参照《中药大辞典》收录的每种中药材建立唯一编码，如1412代表亳白芍编码。中药材产地编码16位，编码参照《中华人民共和国行政区划代码》的规定，省市县三级组成，如341602代表安徽亳州市谯城区。

3.2.3 序列号分类编码设计

序列号段使用16位数字来识别中药材的每个与主体的序列号及其在流通过程中每个环节的批号序列号，前21位表示各控制点的年月日，后15位表示的是各参与主体的批次流水号。

3.2.4 EPC编码生成

EPC编码包含标头（H）、通用管理者代码（W）、对象分类代码（R）及序列代码（G）四个字段，对中药材相关信息进行存储，实现对每批中药材的唯一标识。在执行算法前需要把十进制编码转为二进制编码，编码生成算法[14]如下：

步骤1.获取域名管理者代码W，判断W的值是满足[0,2128]，若满足则拼接标头H和域名管理者W，将拼接后的数据X赋值给字符串S，获取对象分类代码R；否则生成的EPC码失败。

步骤2.检查对象分类代码R，判断R的值是否在[0,256]内，若满足则拼接数据X和对象分类代码R，将拼接后的数据Y重新赋值给字符串S，获取序列号代码G；否则生成的EPC码失败。

步骤3.检查序列号代码G，判断G的值是否在[0,264]内，若满足则拼接数据Y和序列号代码G，将拼接后的数据Z重新赋值给S，S内的数据就是EPC码，生成EPC成功，否则生成的EPC码失败。

根据上述EPC各字段代码设计与分配方案，对某中药材种植合作社2018年8月10日采收的批号为006的亳菊进行了唯一编码193341602MA2MQLXD6Y-214127341602-180810006。其中193341602MA2MQLX D6Y是域名管理者，1代表中药材种植合作社，93341602MA2MQLXD6Y代表亳州市谯城区某中药材种植专业合作社；211412341602是对象分类号，2代表种植类，1代表植物，4127代表亳菊，341602代表安徽省亳州市谯城区；180810006是序列号，20180810代表2018年8月10号（采收时间），006，流水号。

4 中药材码编码的应用

将EPC编码技术应用于中药材追溯系统中，实现对中药材质量追溯管理，找到问题中药材的来源并确定出现问题的环节，有效地防止问题中药材流入市场，确保中草药的安全[15]。根据功能划分和便于实现的原则，基于EPC物联网架构的追溯系统的层次结构可表示为环境层，服务层，数据层，应用层和客户层等五层，如图2所示。

图2 中药材追溯系统架构体系层次图Fig.2 Structureof Chinese Herbal Medicine Retrospective System

环境层由RFID标签，阅读器，天线，传感器和终端设备组成，主要用于收集中药材原始数据。在信息采集过程中通过数字签名方式来实现数据的安全传输，RFID标签上的内容除具有中药材的唯一标识外，还有中药材参与主体的数字签名，并经过加密处理形成唯一标识的电子标签。读写器利用RFID标签和天线进行通信,并完成标签识别码和内存数据读写操作。服务层主要由EPC中间件、EPCIS和ONS服务器组成，主要负责中药材信息的数据传递和处理；EPC中间件主要负责处理由RFID系统读取的数据信息并将信息发送到ONS服务器。ONS服务器依据预先注册的EPC编码来查找中药材编码，将其返回EPCIS的地址，若系统为查询状态则返回该中药材的追溯信息，而若为写入操作，则其将在ONS服务其中完成EPC编码的注册，将中药材详细信息存储到EPCIS服务器中。数据层主要用于存储和维护服务层传输的数据，并根据业务的不同存入不同业务的服务器。应用层是系统应用的集中层，包含种苗培育、种植、加工、交易、销售和追溯查询等一系列应用模块。客户层提供了移动终端、PC端的操作界面，满足不同用户对信息查询需求。

中药材追溯系统以“种苗培育—中药材种植—中药材加工—中药材交易工—中药材销售”为主线进行构建，实现中药材流通信息的跟踪和追溯，以中药材追溯功能需求为基础，进行了功能模块设计，如图3所示。

图3 中药材追溯系统的功能结构图Fig.3 Functional structure of the retrospective system for Chinese Herbal Medicine

通过对追溯系统层次结构和功能结构图进行分析，系统主要实现采集与记录功能和信息查询两大功能。信息采集与记录功能包种苗培育管理模块、中药材种植管理模块、中药材加工管理模块、中药材交易管理模块和中药材销售管理模块，通过RFID系统和EPC编码将各模块信息传输至数据库服务器。信息查询功能主要包含追踪查询模块，为流通各环节用户提供中药材信息查询服务。

运用UML建模技术对系统进行建模分析，采用物联网技术和EPC编码技术，选用Visio Studio 2017开发平台，利用MySQL数据库和RDIFramework.NET框架，运用C#.net编程语言，实现一个信息整合的EPC物联网中药材追溯系统。系统在实验室进行了原型构建及测试，结果证明EPC编码方案正确、可行，系统运行良好，信息传递畅通，可是实现中药材流通各环节的跟踪与追溯，中药材流通过程中数据共享，为用户提供数据查询服务。

5 结束语

中药材是中医药的物质基础,中药材的质量影响到临床疗效与用药安全，关系中医药事业持续健康发展。通过对中药材种植、加工、交易、销售等环节溯源关键因素的分析，利用EPC编码体系对中药材进行有效标识，并将EPC编码应用于中药材追溯系统中，为中药材的种植者、经营者和管理者提供了一种质量控制手段，为消费者的安全消费提供有效的追溯途径，进而为其他农产品追溯提供了思路和参考方案。