基于物联网的果蔬追溯系统设计.pdf

湖 北 农 业 科 学 2017 年收稿日期 2017－06－14基金项目 杨凌职业技术学院科学研究基金项目 （A2015006）作者简介 冯春卫 （1982－），男 ，陕西武功人 ，讲师 ，硕士 ，主要从事物联网应用研究 ，（电话 ）18991292564（电子信箱 ）254410111＠qq．com。第 55 卷第 13 期2016 年 9 月湖 北 农 业 科 学Hubei Agricultural SciencesVol． 55 No.10May.，2016第 卷第 2 期年 1 月湖 北 农 业 科 学 Vol． 55 No.1Jan.第 56 卷第 17 期17 年 月湖 北 农 业 科 学 Vol． 56 No.17Sep.，2017近年来 ， 中国不断加快重要商品追溯体系建设步伐 ，2016 年 1 月国家出台相关法规 ， 明确当前及今后一个时期 ，要将食用农产品 、食品 、药品 、农业生产资料等作为重点［1］，推动生产经营企业加快建设追溯体系 。据了解 ，中央财政将为这次试点项目提供7 亿元资金扶持 ， 重点支持商品追溯体系建设中的薄弱环节和重点领域 。 农产品 （果蔬 ）质量安全追溯是利用现代信息技术和手段提高质量安全水平的一种新方式 、新途径 、新模式 。 建设果蔬质量安全追溯体系是跟上形势变化的重要举措 ， 对保障人民群众的食品安全有重要的意义 。发达国家建立食品安全可追溯系统比较早 ，主要针对牛肉等牲畜产品 。 中国食品安全可追溯系统研究起步较晚 ，但也取得了一定的进展 。自 2000 年 ，在国家相关政策的扶持下 ， 国内学者积极开展食品可追溯技术及系统研究 ， 主要集中在畜禽产品 、蔬基于物联网的果蔬追溯系统设计冯春卫 ，弓有辉（杨凌职业技术学院 ，陕西 杨凌 712100）摘要 为了给消费者提供准确 、可靠的追溯信息 ，给政府监管部门和农业公司提供有害农产品预警及召回管理服务 ，基于物联网技术 ，结合 GPS 和 3G／4G 技术 ，设计了一种果蔬追溯系统 ，分析了果蔬供应链各个环节信息的获取方式 。 系统首先通过 RFID 设备将各个环节的数据采集到对应的数据库 ，然后通过Internet 网络定期将不同数据库存放的信息上传到数据中心数据库 ， 用户可通过中心数据库生成的二维码或访问追溯系统查询所有环节的详细信息 。 最后采用 MyEclipse 8．0 工具进行软件开发 ，利用 TomcatWeb 服务器及 MySQL 数据库系统开发并实现上述软件系统 。 系统应用表明 ，基于物联网的果蔬追溯系统为智能农业和现代农业信息化工作提供支撑和示范作用 。关键词 物联网 ；果蔬 ；追溯系统 ；设计中图分类号 TP79；TN92 文献标识码 A 文章编号 0439－8114（2017）17－3338-04DOI10.14088/ki.issn0439-8114.2017.17.038Design on IoT－based Fruit and Vegetable Traceability SystemFENG Chun－wei，GONG You－hui（Yangling Vocational ＆ Technical College， Yangling 712100，Shaanxi，China）Abstract To provide reliable and traceable ination for consumers and early warning against harmful agricultural productsand their recall management for government monitoring departments and agricultural companies， a fruit and vegetable trace-ability system on the strength of the Internet of things （IoT） technology and the GPS and 3G／4G technology was designed． Inaddition， the s of obtaining ination in all links of fruit and vegetable supply chain were explored and analysed．The system designed will first collect the data of each link into corresponding databases through RFID equipment， and thenupload the data stored in the databases onto centre database regularly through Internet network． Through the two－dimensionalcode generated by the centre database or traceability system， users can query the detailed data of each link． Finally， MyE-clipse 8．0 is used for software development， and Tomcat Web server and MySQL database system are adopted to realize theabove software system． System application shows that the IoT－based fruit and vegetable traceability system can provide supportand demonstration for intelligent agriculture and modern agriculture inationization．Key words internet of things；fruit and vegetable；traceability system；design第 17 期菜 、水果 、水产品 、粮油产品等方面［2］。 利用 RFID 技术实现了肉食品安全追溯系统［3－5］；基于 NFC 技术设计了生鲜农产品供应链可追溯系统［6］；基于 RIA技术实现了肉鸡质量安全追溯系统［7］；实现了基于HACCP 的肉品安全生产可追溯系统［8］；利用二维码技术实现了蔬菜 、云冠橙等农产品安全追溯系统［9－11］；利用多种信息网络技术设计并实现了农副产品安全追溯系统［12－15］。 以上的研究均以食品安全追溯系统为研究对象 ， 没有统一的实施标准 。 本研究围绕智能农业 ，以物联网技术为基础 ，开发包括数据采集 、产品标识 、移动终端 、数据传输模型及其可重用的设计方法 、互联网 、标准化的生产过程控制及流通溯源环节应用的中间件和应用平台 。 为消费者提供追溯信息 ， 为政府监管部门和农业公司提供有害农产品预警及召回管理 ， 为智能农业和现代农业信息化工作提供支撑和示范作用 。1技术选择果蔬供应链可划分为果蔬生产环节 、 果蔬流通环节 、果蔬销售环节 。 为了获取详细的溯源信息 ，本研究利用物联网技术获取 3 个环节的监测信息 。1．1 RFID 技术RFID 技术又称为射频识别 （Radio FrequencyDeification）技术 ，是自动识别技术的一种 ，是利用射频信号通过空间耦合的方式进行非接触双向数据通信 ， 对目标物的有关信息进行识别并获取相关数据的一种技术［3］，是物联网发展的最关键技术 。 典型的RFID 系统包括三部分 电子标签 、阅读器 、天线 。 电子标签上记录目标的相关信息 ， 经常贴附于需要被识别的物品上 ； 阅读器主要用于识别电子标签的相关信息 ；天线用于信息的传输 ，将电子标签的相关信息传输到具体的应用系统处理 。RFID 是一项易于操控 ， 简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术［16］，其主要有以下几个方面的系统优势 读取方便快捷 、识别速度快 、数据容量大 、使用寿命长 、应用范围广 、标签数据可动态更改 、更好的安全性 、动态实时通信等 。1．2 二维码技术二维码是一种在水平和垂直方向都可以存储信息的条码格式 ，二维码是自动识别中的一项重要技术 ，也是物联网产业的关键 、核心技术之一［17］。 二维码的技术优势包括 采用高密度编码技术 ，编码范围广且信息容量大 ；容错能力强且译码可靠性高 ；制作简单且成本低 ；保密性好 ，防伪性高 ；可使用激光或 CCD 阅读器识读 ，条形码形状 、尺寸大小比例可变［18］。2追溯系统总体架构设计基于物联网技术的果蔬追溯系统总体架构如图1 所示 ，在果蔬生产环节中 、果蔬流通环节中 、果蔬销售环节中 ， 相关人员使用系统通过 RFID 标签采集 3 个供应链环节的相关信息 ， 利用 RFID 阅读器读取标签采集的信息并通过互联网或 3G／4G 网络将其上传到数据中心数据库 。 数据中心数据库收到相关信息后按照相应的编码规则生成二维码并打印 ，制作好的二维码贴在果蔬上 ，发往销售商 ，最终由销售商将物流 、销售等信息推送到溯源平台 。消费者扫描果蔬上的二维码或访问溯源系统可以获取基本的溯源信息 。3追溯系统各个环节追溯信息的获取追溯系统的三大追溯环节是信息的源头 ， 直接关系到果蔬等农产品的质量安全 。因此 ，对三大追溯环节进行系统设计是非常重要的［19］。 本研究设计的追溯环节主要包括果蔬生产环节 、果蔬流通环节 、果蔬销售环节 ， 其中果蔬销售环节又分为仓储环节和物流运输环节 。3．1 溯源数据初始化在果蔬种植基地为每个地块设定一个 RFID 电子标签 ，建立起每块地的电子档案 。此标签包含地块信息 、果蔬品名 、果蔬品种简介 ，按照果蔬编码标准 ，对每种果蔬设置一个身份 ID。 基于 RFID 技术建立标识为种植基地的每块地与自动化系统之间的信息传递提供了方便 、切实可行的技术手段 ，从而使得食品安全追溯领域的自动化和信息化得以实现 ， 种植信息初始化过程如图 2 所示 。图 2 种植信息初始化过程果蔬初始信息基本信息地块信息标签号设定 RFID标签信息种植基地数据服务器操作人员RFID标签溯源信息查询设备图 1 果蔬追溯系统总体架构Web 服务数据中心数据库 用户种植基地数据服务器 流通环节数据服务器 生成二维码商品RFID 读写器读取RFID 标签RFID 读写器读取RFID 标签打印二维码深加工上架溯源数据初始化农产品生产环节RFID 标签初始化RFID 标签扫描二维码农产品流通环节 农产品销售环节RFID 标签Internet Internet Internet Internet冯春卫等 基于物联网的果蔬追溯系统设计 3339湖 北 农 业 科 学 2017 年3．2 果蔬生产环节该环节主要是对该地块或该品种果蔬从种植到采收的整个过程中的信息采集 ， 采集信息如种植时间 、种苗来源 、农资来源 、农事操作 （整地 、播种 、除草 、浇水 、施肥 、喷药 、采收 、清茬以及其他农事操作 ）等 ，重点关注农药和化肥的来源 、使用量 、安全间隔期等影响果蔬安全的因素 ， 力求果蔬完成溯源供应链的第一个环节时 ，已经储存了应有的基本信息 。当对任何一个地块的果蔬品种收购时 ， 通过采用 RFID 读写器对果蔬信息进行信息采集 ， 可以有效减少出错率 ，提高采集信息的准确性与完整性 ，为果蔬的溯源提供源头数据 。 同时 ，把 RFID 读写器采集到的数据信息上传到种植基地数据服务器 ， 最终通过互联网定期上传数据到数据中心 。 主管部门工作人员以及消费者可以通过监管决策与溯源查询系统实现对果蔬种植环节各项数据进行查询 ， 从而实现果蔬的实时监管和质量安全追溯 。 果蔬生产环节追溯信息获取过程如图 3 所示 。3．3 果蔬流通环节这个环节包含两个过程 ，仓储过程和运输过程 。果蔬作为一种时令产品 ，其对仓库环境要求高 ，为了方便消费者查询仓库环境信息 ， 必须采用 RFID 技术将仓库环境数据和果蔬托盘标签数据发送到仓库数据服务器 ， 由仓库数据服务器处理后根据仓库特点形成库存信息 ，同时输出入库区位 、货架 、货位的指令［20］。 盘点时 ，仓库管理人员使用手持 RFID 读写器读入果蔬托盘标签信息 ，实时记录盘点的数量 ，通过 3G／4G 网络将盘点产生的数据发送到仓库数据服务器 。 果蔬在出库前 ，利用 RFID 手持读写器对果蔬托盘标签进行数据读写与检查 ， 并记录果蔬的出库时间等信息 ， 将获取的信息发送到仓库的数据服务器 ， 最后利用追溯条码建立与果蔬种植环节的关联 ， 仓储管理子系统通过网络定期上传数据到数据中心数据库 。 果蔬仓储过程中的信息获取过程如图4 所示 。新鲜果蔬在运输环节中 ，利用 RFID 标签可以实现在途货物的监控 、跟踪及口岸检查 。 通过将 RFID标签技术和 GPS 定位系统结合起来 ，可实现对运输车辆的实时监控和跟踪 ，并将运输环节中的信息 ，如出发时间 、车体环境信息 、到达时间以及运输路线通过车载无线模块上传至数据中心数据库［21］。3．4 果蔬销售环节超市以及批发市场的经营户在零售果蔬时 ，使用电子称对果蔬进行销售 ， 电子秤完成零售果蔬的称重后 ，自动记录果蔬销售数据 （出售地点 、出售时间等 ）并发送到销售数据服务器 ，销售服务器会定期上传数据至数据中心数据库 。 自动记录果蔬销售数据的同时 ，打印二维码和溯源网址的收银小票 ，以方便用户查询果蔬的溯源信息 。4数据中心数据库的设计安全可靠的追溯系统离不开高质量的数据库 ，果蔬追溯系统实现的基础是信息采集的自动化 ，为了更好地存储整个果蔬供应链相关信息 ， 数据库的建立是重要的支撑 。由于果蔬种植基地 、仓库和销售网点分布在不同的地方 ，因此 ，本研究为每个供应链环节都分配一个数据库服务器 ，分别为种植基地数据库 、流通环节数据库 、零售点数据库服务器 ，这 3 个数据库通过 Internet 网络连接到数据中心数据库 。追溯系统包含以下几种表 个人用户信息表 、地块信息表 、种植信息表 、仓储信息表 、加工信息表 、配送信息表 、零售信息表和果蔬品信息表 。每张表包含字段名称 、数据类型 、主键 、允许空 、字段描述等信息 。5追溯系统的实现果 蔬 追 溯 系 统 是 在 J2EE （Java 2 Plat，Enterprise Edition）技术的基础之上 ，采用浏览器 ／ 服务器结构模式开发的 ，开发平台为 MyEclipse 10．0，Web 编程框架 为 Spring 3，Web 服务器 为 Tomcat9．0，数据库为常用的 MySQL。Spring MVC 是 Spring 框架的 Web 组件 ，2009年 Spring 3 MVC 发布后 ， 很多 Web 项目开发选择了 Spring 3 MVC。 Spring 3 MVC 性能优秀 、功能强大 、结构简单且灵活 。它采用了松耦合可插拔组件结构 ，比其他 MVC 框架更具扩展性和灵活性［22，23］。 该追溯系统采用 Spring 3 作为 MVC 框架进行设计 ，具体设计如图 5 所示 。果蔬品名果蔬产地农事管理施肥信息喷药信息RFID 读写器种植基地数据服务器操作人员RFID标签图 3 果蔬生产环节追溯信息获取过程数据中心数据库图 4 仓储环节追溯信息获取过程入库信息RFID 读写器仓库数据服务器操作人员RFID标签数据中心数据库RFID 读写器RFID标签出库信息3340第 17 期消费者买到产品后 ， 可以根据收银小票上的追溯条码或者追溯号 ， 通过果蔬追溯平台查询所购买果蔬的全过程 ，包括生产 、加工 、流通 、销售等信息 ，查询界面如图 6 所示 ， 通过这种方式让消费者吃到安全的农副食品 。6结论基于溯源理论 ，通过分析果蔬供应链所有环节 ，综合应用了物联网科技中的 RFID 和二维码 ， 设计并开发了一套基于物联网技术的果蔬全程质量追溯平台 ，建立了有效的果蔬全程质量监控体系 。本研究实现了果蔬标准化生产和溯源系统的无缝衔接 ，强调溯源系统中的果蔬按照标准化生产过程生产 ，并按照标准化溯源过程实现溯源 ， 从源头上确保果蔬的质量安全 。参考文献 ［1］ 国务院办公厅关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见 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