基于RFID的林產品原料追溯系統(tǒng)的設計

林宇洪，林 森，邱榮祖

(福建農林大學交通學院，福州350002)

美國《雷斯法案修訂案》已于2010年全面實施，歐盟《盡責調查法案》將于2013年生效。兩個法規(guī)生效后，只有能夠證明原料合法性的林產品才可以進入美國市場、歐盟市場。隨著市場準入條件的提高，各級政府、木材加工企業(yè)倍感危機，意識到必須構建林產品原料追溯體系，加強森林采伐、林產品運輸的監(jiān)管，通過森林認證，林產品在國際市場才具有競爭力［1－6］。2011年6月，中國政府在第四屆可持續(xù)林業(yè)與市場發(fā)展國際研討會上承諾，2013年將開始建立木材跟蹤體系。因此研究、開發(fā)林產品原料追溯系統(tǒng)迫在眉睫。

1 追溯體系的構建

目前常見的追溯方法有追溯條碼的方式，通過實時聯網，聯接生產單位的數據庫，按條碼編號查詢生產過程。林產品供應鏈包含種植、檢疫、采伐、運輸、加工、銷售等階段，涉及到十多個單位［7］，而且追溯檢查時基本在戶外操作，如果按條碼追溯，必需要解決移動通訊［8］、網絡安全［9］等問題。各單位還必需架設24h工作的服務器，來支持全球任意一點發(fā)出的追溯檢查請求，運營成本高。較理想的方式是采用一種媒介，能劃分多個加密區(qū)，各區(qū)能獨立管理。媒介隨貨同行，記錄供應鏈的所有信息。在追溯檢查時只須解析媒介，即可了解生產、運輸全流程。課題組通過考察，認為Mifare one RFID卡特性最符合林產品追溯需求［10］，且成本低、防偽性強、抗損性能好。

Mifare one卡簡稱M1卡，為邏輯加密卡，工作頻率13.56 MHz，卡與讀寫器之間的通訊采用DES和RES保密算法，每張卡有不可偽造的、全球唯一的32位序列號。M1卡共分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)均有獨立的密碼體系和讀卡設置，每個扇區(qū)分為4塊。第0扇區(qū)的塊0存放廠商代碼，塊1、塊2為數據塊，其他扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數據塊，數據塊可用于存貯用戶數據。每個扇區(qū)的塊3為控制塊，存放密碼A、讀寫設置、密碼B，塊3控制著本扇區(qū)讀寫權限［11］。M1卡在結構上可完成15個階段的日志存儲。按供應鏈流程設計分區(qū)管理方案如圖1所示。

圖1 流程追溯與分區(qū)管理Fig.1 Process tracing and unit management

追溯卡記錄林產品從種植開始直至零售商的供應鏈過程，以保證進入市場的林產品可追溯原料來源。整個供應鏈涉及到多個單位，各單位都應當擁有讀全部日志的權限，但僅擁有寫本單位日志的權限。M1卡的加密特性能夠滿足這一需求，各扇區(qū)可單獨控制互不影響。各扇區(qū)塊3初始結構如下:“A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B5”， 即“密碼A(6字節(jié))讀卡設置 (4字節(jié))密碼B(6字節(jié))”。可把不同扇區(qū)分配給不同單位管理，各單位對所轄扇區(qū)塊3進行設置，實現:①塊0至塊2，密碼A可讀，密碼B可讀寫;②塊3，密碼A不可讀，密碼B可讀寫;③密碼B可反復修改。設置后，各單位憑密碼B可以完成分管扇區(qū)的日志讀寫。而密碼A公開，持密碼A的人只可讀日志，無寫權限。

2 追溯卡的使用流程

目前南方林區(qū)對企業(yè)生產監(jiān)管采用批次管理方法，主要是采用入庫碼單材積和出庫碼單材積對沖的方式，例如某企業(yè)購買一批木材原料獲得一道碼單，這批原料加工成林產品后向林業(yè)機構上交一道碼單，申請二道碼單，其中二道碼單中林產品的折材積應和一道碼單材積吻合，林業(yè)機構認定林產品原料來源合法。參照這一制度，將追溯卡分為一道追溯卡和二道追溯卡及成品追溯卡［12－14］，采伐后的木材原料采用一道追溯卡，一車一卡。在企業(yè)加工成半成品后一道追溯卡的歷史數據被復制到二道追溯卡，呈一對多的追蹤關系，二道追溯卡的總折材積應小等于一道追溯卡的材積。企業(yè)加工成品后，把原料的一道或二道追溯卡歷史數據復制到一批成品追溯卡，也呈一對多的追蹤關系，成品追溯卡的總折材積應小等于原料追溯卡的材積。一個林產品如果各部分零件原料來源不同，將對應多張成品卡。換卡及復制過程由林業(yè)機構負責完成。

2.1 采伐檢尺階段

林業(yè)局對M1卡初始化后，檢尺員攜帶空卡上山檢尺，一車一卡，檢尺員用手持機在一道追溯卡內第5扇區(qū)塊0至塊2寫入“日期#一道碼單號#采伐證號#杉木材積#松木材積#雜木材積#車號后五位#起運時間#檢尺員編號”。一道追溯卡用不干膠粘至一道碼單背面，隨車同行，接受路面執(zhí)法檢查。

2.2 一道運輸階段

運輸車輛離開伐區(qū)，到達碼單指定的林業(yè)檢查站，檢查站用通用的密碼A讀第5扇區(qū)，確認檢尺手續(xù)合法，復核實際運輸材積是否和碼單、追溯卡吻合，在卡內第6扇區(qū)塊0寫入“日期#1#林業(yè)檢查站編號”，1表示檢查通過。如果車輛遇上路面巡檢的林業(yè)執(zhí)法大隊，執(zhí)法人員檢查通過后，用手持機在第6扇區(qū)的塊1寫入“日期#1#執(zhí)法人員編號”。

當一道碼單和一道追溯卡到達林業(yè)局綜合辦證大廳辦理運輸證時，電腦系統(tǒng)按以下流程補齊信息。①種植階段檢查，系統(tǒng)通過采伐證號反查林權證號，檢查各項經費是否已交齊，檢查通過后，在第1扇區(qū)寫入“日期#林權證號#宗地編號#林班號#大班號#小班號#種植日期#辦證人員編號”。②采伐審批檢查，系統(tǒng)檢查該采伐證號審批手續(xù)是否齊全，累加實時采伐量是否超過采伐限額，檢查采伐證號是否過期、失效。檢查通過后在第2扇區(qū)寫入“日期#采伐證號#杉木累加量#松木累加量#雜木累加量#辦證人員編號”。③植物檢疫檢查，系統(tǒng)檢查木材產地小班是否有病蟲害記錄，檢疫各項工作是否完成，檢查通過后，在第3扇區(qū)寫入“日期#1#檢疫單位編號”。④運輸手續(xù)復核，系統(tǒng)檢查第6扇區(qū)塊0是否存有一道碼單指定的林業(yè)檢查站編號，如無，視為未按指定的路線運輸。檢查塊1是否有路面執(zhí)法單位的巡檢信息，檢查巡檢是否通過。一切手續(xù)齊全后，系統(tǒng)打印一道運輸證，并在第6扇區(qū)塊2寫入“日期#時間#運輸證號#辦證人員編號”。一道追溯卡繼續(xù)隨運輸證、碼單同行。

2.3 原木庫存階段

在本系統(tǒng)中，采伐后的木材送入庫存單位，庫存單位在隨車的一道追溯卡的第7扇區(qū)塊0至塊2的尾部空白處，用手持機寫入“日期#入庫時間#存儲位#”。在出庫時，在一道追溯卡第7扇區(qū)尾部空白處添加“出庫時間#存儲單位編號”。

2.4 二道運輸階段

庫存及加工單位憑一道碼單、一道追溯卡向林業(yè)局更換二道碼單、二道追溯卡。系統(tǒng)復制一道追溯卡的1至7扇區(qū)信息至二道追溯卡，二道追溯卡的總材積應小等于一道追溯卡的材積。系統(tǒng)在第8扇區(qū)的塊0至塊2寫入“日期#時間#二道碼單號#杉木折材積#松木折材積#雜木折材積#運輸證號#辦證人員編號”。

2.5 產品加工階段

加工企業(yè)接收到木材原料，保存隨原料入庫的一道或二道碼單，在原料卡內9扇區(qū)塊0至塊2寫入“日期#入廠時間#存儲位置#”。在加工這一存儲位置原料后，在該扇區(qū)添加“加工類型#加工日期#成品存儲位置”。出庫時在該扇區(qū)添加“出廠時間#加工企業(yè)編號”。

2.6 成品運輸階段

一批原料通常加工成多個成品，要實現每個成品都能追溯原料，此時應實現一成品一追溯卡。企業(yè)在林業(yè)局辦理成品運輸證時申請憑原料卡換成品卡。林業(yè)局辦證機構復制原料卡的第1至10扇區(qū)信息，按成品數量，生成多張成品追溯卡，成品卡的總折材積應小等于原料卡的材積。系統(tǒng)最后打印成品運輸證，向11扇區(qū)寫入“日期#時間#成品編號#杉木折材積#松木折材積#雜木折材積#運輸證號#辦證人員編號”。加工企業(yè)領取成品卡后，貼在每個成品包裝箱表面上。

2.7 零售商

零售商用手持機讀取成品卡，查看原料來源、加工過程是否符合進貨要求。檢測通過后，在成品包裝盒上加貼銷售條碼，在成品卡第14扇區(qū)寫入“日期#條碼編號#零售商單位編碼”。

3 系統(tǒng)開發(fā)

以計算機端為例，RFID讀卡器選擇SRR220，采用Microsoft Visual FoxPro 9.0 SP2作為開發(fā)工具，系統(tǒng)實現多卡防沖突、讀卡、寫卡、設置扇區(qū)讀寫權限、扇區(qū)清空等功能。讀寫控制界面如圖2所示。通過加密計算，塊3讀寫設置為“78778869”效果最好。經過大量實測實驗，該設置即能開啟各扇區(qū)密碼B讀寫權限，關閉密碼A寫權限，卡又可回收利用。如果強行以密碼A改寫任意扇區(qū)，卡將拒絕執(zhí)行指令，退出通訊，實測表明加密效果達到了追溯卡要求。以密碼B把日志寫入指定扇區(qū)的示例源碼如下:

圖2 讀寫控制界面Fig.2 Interface of read-write control

4 結束語

本課題研究目的是建立一個基于大容量RFID的林產品追溯體系，可應用于采伐、運輸、加工、進出口檢疫等階段，解決目前林產品原料追溯困難的問題，有利于打擊盜砍濫伐、非法運輸及收購無證木材的行為，使林產品產銷鏈達到COC森林認證的要求，提升我國林產品的國際競爭力，促進我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展［14］。課題研制的系統(tǒng)在福建省三明林區(qū)測試，能達到南方林區(qū)對林產品的原料追溯、執(zhí)法管理的要求，但是涉及的單位較多，需要各單位共同協(xié)商編碼和數據格式，逐步擴大推廣區(qū)域。

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