粮食物流过程中质量安全追溯方法研究

彭远，刘申，赵璧，董婷婷，张东晖

（1.航天信息股份有限公司，北京 100195；2.江苏省粮油信息中心，南京 210008）

受中国自然地理影响，粮食种类及产量供需不平衡、产销地分布不均匀，使得跨区域粮食运输成为中国粮食流通的一大特点。目前，东北三省已经成为全国最大的粮食主产区和粮食流出地，而东南沿海各省是全国最大的粮食主销区和流入地。今后很长一段时间内，北粮南运、农村产粮、城市消费的格局将成为常态，快速、便捷的物流条件是保障国家的粮食安全，维持市场供应稳定的关键［1］。

在散粮运输途中，可能经过汽车、火车、船舶多次转运，多次装卸，运输方式的变换、远距离外部环境的变化等都会对粮食质量产生影响，很难获得运输过程中的信息，难以评估粮食质量变化风险。尤其多式联运中不同运输方式涉及不同的物流企业，信息更难衔接。因此，缺少粮食在途的质量、实时位置信息监控，导致粮食质量物流信息难以追溯。

中国粮食质量追溯领域研究起步较晚。国家粮食局于2015年5月5日发布了LS/T 1713-2015《库存粮食识别代码》，首先开创了追溯码编码技术在粮食流通领域的应用。郑继媛等［2］梳理了追溯体系在中国粮食质量安全管理中的意义，对粮食产业链上各主要节点的质量信息进行了采集分析；雷银生等［3］在借鉴欧美发达国家追溯体系的基础上进行粮食质量安全立法研究、粮食质量安全标准研究；王晓华等［4］则构建了完整的粮食质量安全追溯体系中的信息化体系。上述研究工作主要集中在较为底层的质量追溯业务逻辑和信息化框架方面，并没有聚焦在实际的粮食物流业务场景下的解决方案。研究粮食物流过程中质量追溯方法，构建基于库存粮食识别码的粮食物流追溯信息系统，实现散粮物流信息可查询、流向可跟踪、质量可追溯，为仓储加工企业、物流企业和销售商等各类用户提供详细的在途粮食信息，有效解决散粮在途物流过程中的质量信息，追溯质量问题。

1 粮食质量安全追溯理念解析

目前关于粮食质量安全追溯的定义还没有统一的权威定论。而食品追溯系统（food traceability system）是在以欧洲疯牛病危机为代表的食源性恶性事件在全球范围内频繁暴发的背景下，法国等部分国家在CAC生物技术食品政府间工作组会议上提出的一种旨在加强食品安全信息传递、控制食源性疾病危害和保障消费者利益的信息记录体系，主要包括记录管理、查询管理、标识管理、责任管理和信用管理5个部分［5］。

根据追溯信息特性的差异，美国学者Golan Elise设定了衡量食品可追溯体系的3个标准：宽度（breadth）、深度（depth）和精确度（precision）。其中，宽度指系统所包含的信息种类，深度指可以向前或向后追溯信息的环节数量，精确度指可以确定问题源头或产品某种特性的能力。

虽然对于粮食质量安全追溯和广泛认知的食品追溯系统的描述在外延范围方面存在着一些差异，但其内涵均可概括为供应链管理、产品全过程跟踪及其成分的正向跟踪和反向追溯等特征。对于粮食质量安全追溯所能达到的效果，目前还没有明确的标准与规定，下面将着重分析目前中国已有的粮食质量安全追溯案例。

2 粮食质量安全追溯案例研究

2018年江苏省粮食和物资储备局建设了好粮油品牌粮食追溯系统，该系统覆盖种植企业从地块规划、种植、收获、加工、包装全部过程，该系统在粮食收获入仓后，即赋予每一批粮食惟一标识码，使用该编码向前关联所有种植环节的追溯信息，实现种植阶段信息的追溯，收获后的烘干、存储、加工、包装、分销等业务阶段产生的追溯信息则都以惟一标识码作为跟代码贯穿全部流程，从而实现从田地到餐桌的全流程追溯［6］。

2017年开始，福建省粮食和物资储备局建设了福建省原粮追溯系统，该系统根据福建省粮食销区的特点，主要考虑跨地域、跨主体的追溯。系统主要延续库存粮食识别代码的设计思路，基于库存、仓房、廒间、货位的四级结构生成每一批粮食的原粮追溯码，可以与库存粮食识别代码相互映射。在福建系统中，重点考虑到粮食流通过程中，参与拍卖的往往是贸易商而不是最终加工粮食的转化企业，造成粮食追溯链条断裂。因此，特别设计了粮食出库码，每一次粮食销售出库，都会根据出库单生成出库码，运输司机或者贸易商可以把这个出库码传递给下一个实际的用粮企业，形成有效的追溯信息传递。

库存粮食识别代码首先开创了追溯码编码技术在粮食流通领域的应用［7］。在江苏系统和福建系统中，库存粮食识别代码起到了指导和标准的意义。在江苏系统重点追溯一个种植企业内部，从种植到包装成品的全过程追溯，其系统主要目的在于支撑优质粮食的品牌价值。福建系统则重点在于跨地域、跨主体的追溯，其监管重点在于保证粮食流通过程中，责任主体都可追溯，发生风险事件时可以向上追溯源头，向下追踪流向。上述系统都关注在粮食处于不同节、点的追溯信息，对于粮食物流过程的衔接方式及物流过程中的信息采集方式考虑不足［8］。

3 粮食物流追溯可行性研究

本研究讨论设计了一种能够适用于真实粮食商贸流通业务场景的基于库存粮食识别代码的粮食物流追溯体系，以下简称“粮食物流追溯体系”，必须从数据标准、数据类型、采集方式、传输方式4个方面进行研究。

3.1 数据标准

考虑到粮食物流过程中，有多个环节，多个参与主体［9］。在传统的线下业务中彼此并没有关系，必须通过平台系统将粮食物流过程中的追溯体系，应该沿用库存粮食识别码的设计理念与数据规范，有针对性的设计物流追溯码。库存识别代码的设计理念是指，在不同的业务主体之间并不建立硬性的业务衔接关系，而是通过统一的编码规则进行编码，上传到平台后再进行追溯的一种松耦合业务关系；数据规范是指库存粮食识别代码中规范粮食业务关联的数据标准及类型，现阶段在建的和已经建成的粮食信息化系统都已经遵循该规范设计数据库表结构，因此，沿用库存识别码的数据规范设计新的粮食物流追溯体系是可行的。

3.2 数据类型

在粮食物流追溯体系中，不同的粮食物流阶段、节点会产生或关联不同的业务数据，其中会影响到粮食质量安全的信息主要有：（1）粮食包装信息，如散粮运输、袋装、集装箱运输等；（2）粮食位置信息，如在途的定位信息、港口、车站的装卸信息；（3）粮食运输方式信息，包括汽运情况下的车牌、车辆、司机信息，船运情况下的船号、提单、船务公司信息等；（4）物流过程中粮情信息，如在途的集装箱内温湿度信息，在途环境温湿度信息等［9］；（5）物流主体信息，如承运主体的工商信息、失信信息等。

3.3 采集方式

信息采集方式应分为3类，物流追溯码携带数据、物流主体上传业务关联数据、传感器采集数据［10］。物流追溯码携带数据是指，设计物流追溯码本身应带有明确的业务属性信息，且每个主体上传的追溯码应保证惟一性，通过物流追溯码解析即可获得部分可读信息。且可使用物流追溯码查询到物流主体上传的业务管理数据。物流主体上传的业务管理数据，是指在物流追溯码本体可读信息外，每个物流服务主体还应存储并提供业务关联信息。传感器采集数据，是指在粮食物流过程中通过硬件传感器采集的温度、湿度、位置、时间戳等信息。

3.4 传输方式

在粮食物流追溯体系里，整个追溯体系的构成应该至少包括Web端应用，用于物流服务主体上传业务数据及平台化查询追溯信息；移动手持设备，用于扫码读取物流追溯码、获取定位、时间戳等；移动网关，用于在运输设备上实时采集粮情、定位等信息。因此，传输方式可以包括以太网、移动互联网、NB-iot、WIFI。

4 粮食物流追溯体系框架设计

粮食物流追溯体系包括粮食物流追溯码、专用物联网网关、物流追溯信息采集手持设备和粮食物流追溯平台。

首先，应基于库存粮食识别代码设计粮食物流追溯码。粮食物流追溯码是在粮食物流过程中不同的承运主体生成的并赋予每一个单位的物流追溯码。使用物流追溯码可以关联到粮食在一个承运主体运输期间所发生的所有业务数据。

其次，设计专用物联网网关和粮食追溯信息采集手持设备。专用物联网网关，是安装在运输工具上，用于采集运输过程中的粮情变化；手持设备则是用于在物流过程节点扫描读取物流追溯码，并生成新的物流追溯码。

最后，所有的追溯码数据和过程业务数据都汇聚到粮食物流追溯平台，平台根据追溯码逐级溯源，查询物流过程中的业务数据、温湿度数据，判断粮食物流过程中是否存在质量安全风险。

5 粮食物流追溯码设计

物流追溯码使用扩展巴氏范式可以更加规范化地表示一个实体与其下一级的实体或元素间的关系，便于系统实现。与子元素的表示法不同，扩展巴氏范式用“，”代替子元素的“+”表示“与”的关系，｛｝中均使用该元素的短名，并以“；”作为表达式的结尾。物流追溯码编码采用统一建模语言（UML）描述事业和元素之间的关系［11］。用UML中类的概念表示实体，用UML类的属性概念表示元素。粮食物流追溯代码是在库存识别码的基础上，附加编码组，用以表示货位为单位的粮食在运输、倒仓等物流过程中所处位置、运载方式、包装方式等信息的识别码。

物流追溯码由代码标识、当前位置码、在途状态码和时间戳组成。其中，代码标识来自于该批粮食的库存识别码中有且惟一的一组代码标识，是必选元素。当前位置码，是一个子集，是粮食当前状态的标识，是必选元素。在途状态码是粮食在途状态的表示，是一个子集，属于非必须（图1）。

图1 物流追溯码结构

5.1 代码标识（identificationOfICSG，idICSG）

运输中粮食来自于该批粮食的库存识别码中惟一代码标识，即组织机构代码（企业组织机构代码9位或个人有效身份证号18位）、货位编码（11位）、货位封仓时间（12位YYYYMMDDhhmm）无缝连接组成的惟一标识符［11］，用代码标识作为物流追溯码与库存识别码实现关联。

5.2 当前位置码（PresentLocationCode，PLCd）

当前位置码，用于标记粮食的位置，也标记粮食是否在途的运输状态。如果在状态码标记粮食在途，则必须要有在途状态码。

5.3 在途状态码（TransportCode，TsCd）

如果在当前位置码中标记了在途状态，则必须有在途状态码。在途状态码由在途数量、运载单位码、业务号、包装方式、运输方式、前序码组成。其中，包装方式和运输方式是子集。

在途状态码中，在途数量仅代表该物流追溯码下的运输数量，例如一个汽车运输公司给10辆车生成10个物流追溯码，则一个物流追溯码仅代表当前这一辆车的运输数量。运载单位码，是物流承载单位的组织机构代码，为该单位识别代码，由物流承载单位的统一社会信用代码的9到17位组成。业务号，是物流承载单位为该笔业务设定的惟一业务号，业务号将会转化为下一个物流追溯码的前序码。包装方式是一个子集，包含包装类型和包装编码信息。运输方式也是一个子集，包含载具类型和载具编码信息。包装方式和运输方式是粮食物流最终载体的信息，用于在平台系统查询其他关联信息。前序码，是发生多程联运状态下，由上一个物流追溯码生成当前物流承载单位新物流追溯码时，将前一个业务号作为当前的前序码进行衔接。

6 粮食物流信息采集设备

6.1 专用物联网网关

粮食物流过程粮情信息采集专用物联网网关将安装在火车车厢、汽车挂车、集装箱、散装货轮货舱内。网关硬件部分主要由高性能嵌入式工控主板、开关电源、电源控制模块、电池组、NB-iot模组、BDS/GPS双模接收机模块、信号转换板、LED显示面板组成（图2）。

图2 专用物联网网关结构

软件部分主要包含嵌入式WINDOWS操作系统、webservice服务程序等，该设备通过可切换的232/485接口，接收现场各种设备的数据，以及对现场温湿度传感器连续数据采集，在粮食物流过程中持续监控粮情变化。网关通过GPS模块/北斗模块可以获取粮食在物流过程中的地理位置信息，有效追溯粮食的物流轨迹。上述信息通过J45网口经网络上传到后端平台。在粮食运输过程中，链路不通的情况下，自动切换为使用NB-iot窄带网络，将GPS定位数据及部分关键协议数据上传到后端平台；当链路联通后，再将全部的协议数据上传到后端平台。

网关使用电源管理模块，在有源状态下使用220 V电源驱动，同时对电池充电进行管理。在无源状态下，使用电池供电。在电池供电的情况下，设计使用NB-iot窄带物联网技术，可以在运输过程中持续传输数据，并依托NB-iot低功耗的特点，可在电池供电的情况下保证一段时间的信息传输，最大限度保证粮食质量追溯数据的连续采集。同时，网关支持脱机工作模式，在没有信息的情况下，可以设置使用NB-iot连接的频率以及上传数据的规则，当网关与后端平台断开连接后，可按照预先设定的方式与外部设备数据交换，同时将获取的数据在本地存储，待网络连通后再上传，在该模式下，即使运输船舶航行到没有信号的区域，也可以保持连续的质量追溯信息采集（图3）。

图3 专用物联网网关工作示意

6.2 信息采集手持装置

粮食物流追溯信息采集手持设备是一种专用的在粮食物流环节采集追溯信息的终端设备，可以获取定位信息；可以采集、传递粮食物流追溯码；可以使用转换模块对接不同厂家、不同通讯协议的设备，采集各种传感器发来的数据，统一转换为终端设备可以识别的协议数据传递给终端设备。终端设备使用移动互联网将数据上传给粮食物流追溯平台，并接受平台的消息打印物流追溯码，实现物流追溯信息的传递。

手持设备所提供的终端设备+转换模块硬件可以在粮食物流过程节点由工作人员操作，可采集粮食定位信息，可以读写粮食物流追溯码，可以通过转换模块对接传感器硬件获取粮情信息，为粮食质量安全追溯提供信息补充的工具

7 粮食追溯物流平台

粮食物流追溯平台由企业信息采集系统和粮食物流追溯平台主体两部分组成。企业信息采集系统部署在物流服务主体端，支持企业端显示、查询物流追溯码，同时从物流企业的信息管理系统获取粮食业务关联数据，上传到粮食物流追溯平台。粮食物流追溯平台是追溯信息汇总的地方，平台完成物流追溯码记录、校验，追溯码查询、追溯信息分析、风险预警等功能（图4）。

图4 网络拓扑

企业信息采集系统部署在物流服务主体端，实现三项主要功能：（1）进行接口配置，将物流企业自有系统中的粮食物流业务单数据以及粮食业务关联数据同步到企业信息采集系统；（2）维护物流服务主体基本信息，可以给物流业务单进行物流追溯码的关联或生成新的物流追溯码；（3）与粮食物流追溯信息采集手持设备配套使用，一线操作人员可以用手持设备扫描、传递物流追溯码，采集物流追溯信息。

粮食物流追溯平台是所有追溯数据汇总的地方，平台主要有4个作用。（1）为保证企业生成的物流追溯码有效且不可篡改，物流追溯码在生成上传到平台后会进行格式校对、历史信息校对，确认有效后会存储在平台；（2）根据物流追溯码，追溯粮食物流过程中的关联信息，形成每一个追溯链条的质量档案；（3）质量安全追溯数据沉淀在平台以后，就可以配置风险预警模块，实时监控粮食物流过程中的质量安全风险；（4）面向粮食货主，出具一个批次的粮食质量评价报告；面向监管机构出具一个物流企业的粮食物流服务评价报告。

8 粮食物流追溯信息追溯方法

在粮食物流的过程中，货权单位即上游卖方企业和下游买方企业使用库存识别码给自有的货物赋码。当上游企业发运货物时，上游企业将库存识别码传递给汽运公司，汽运公司则在库存识别码的基础上编制物流识别码，当汽运公司将货物运输至铁路站台，由铁路局承运，则铁路局应编制当前阶段的物流识别码，依次类推。最终，粮食被运抵下一个货权单位即下游买方企业时，则可以根据物流识别码中的代码标识信息关联到物流源头的库存粮食识别码从而实现库存粮食识别码的衔接，同时又可根据物流识别码中在途状态码查询到每一个物流环节的信息（图5）。

图5 基于物流追溯码的追溯方法

9 小结

随着人民生活水平的提高，粮食产品安全问题越来越受到消费者的关注。与此同时，近年来农业供给侧改革也在稳步推进，粮食产业升级也是势在必行，恰好是粮食质量安全追溯工作落地实施的最好时机。2017年以来，航天信息股份有限公司参与了福建省、江苏省的粮食质量安全追溯体系建设工作，在实际工作推进中，一边给涉粮企业推广粮食质量安全追溯的理念，一边不断改进粮食质量安全追溯的信息化系统。基于实践经验，针对粮食物流业务特点，设计了包括追溯编码规则、信息采集硬件、平台软件、数据处理流程，可以适用于粮食汽车、船舶运输的全流程追溯，所论述部分功能也已经得到实际应用。