基于QR碼的清真牛羊肉質量安全信息追溯系統的設計實現

唐艷薇等

摘要：可追溯性是食品安全保障的基本原則，建立食品追溯系統對于清真食品來說，可以對食品生產運銷過程中的危害物及穆斯林禁忌物進行有效控制。在闡述QR Code二維碼基本特性的基礎上，根據清真牛羊肉生產、加工與流通的特點，設計了清真牛羊肉質量安全信息追溯系統的總體框架，闡述了QR碼在系統中的具體應用。構建基于QR碼的清真肉品追溯系統，保障消費者對產品的知情權，提高清真肉品的安全性與可靠性。

關鍵詞：清真牛羊肉；追溯系統；質量安全；QR碼

中圖分類號： S126文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0395-03

收稿日期：2014-01-12

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAK17B07）。

作者簡介：唐艷薇（1988—），女，寧夏銀川人，碩士研究生，研究方向為射頻無線技術。E-mail：tangyanwei_2010@163.com。

通信作者：郭中華，教授，碩士生導師，研究方向為信號處理與檢測、圖像處理、網絡通信。E-mail：guozhh@nxu.edu.cn。食品質量安全溯源就是對生產、加工和流通全程中各關鍵環節的質量安全信息進行有效管理，并通過對全程質量信息的監控和管理來實現溯源與預警，當出現問題時可快速追溯到問題食品源頭[1]。近年來，畜產品的質量安全問題，引起了社會各界的高度重視[2-4]，在對畜產品質量安全的全程監管過程中，建立食品追溯管理制度便是一個有效手段。歐盟各國、美國、澳大利亞等發達國家分別出臺了一系列的法律法規，要求在其國家銷售的肉制品和生鮮水果、蔬菜都要具有可追溯功能[5]。中國農產品質量安全追溯系統也出臺了一系列法律法規，如《農產品質量安全法》以及國家質檢總局實施的中國條碼推進工程，奠定了食品安全追溯的基礎[6]。

近年來，寧夏畜牧業生產得到快速發展，已成為該區農業和農村經濟的重要支柱產業[7-8]。寧夏清真肉食品已成為與伊斯蘭國家貿易的重要內容之一。由于清真食品的特殊性，清真牛羊肉質量安全信息的溯源預警技術成為產業發展亟待解決的問題。由于肉品行業自身的復雜性，使得肉品追溯制度的研究和建立需要完整的措施及關鍵技術來支撐，二維條碼便是肉品可追溯系統的關鍵技術之一，國內外學者對條碼技術在農產品質量安全追溯系統中的應用已進行了較多研究[9-10]。構建基于QR碼的清真牛羊肉質量安全信息溯源系統，以保證清真肉品生產及流通的規范性，達到對清真肉品的全程監管。

1QR Code二維碼

二維碼因其具有信息存儲量大、保密性、追蹤性高、抗損性強且易實現信息化管理等特性，已廣泛應用于食品溯源、防偽等領域。QR Code（quick response code，快速響應矩陣碼）是目前應用最廣泛的二維條碼技術之一[11]，它除了具有二維條碼的共同特點之外，還具有超高速與全方位識讀、可以高效地表示漢字等特點。QR 碼的基本特性如下：（1）符號版本：版本1（21×21模塊）～版本40（177×177模塊）。（2）可編碼字符集及容量：可存放字型數據7 089個字符，字母數字型數據4 296個字符，8位字節型數據2 953個字符，中國漢字字符1 817個字符。（3）數據表示方法：深色模塊表示二進制“1”，淺色模塊表示二進制“0”。（4）糾錯能力：采用Reed-Solomon糾錯，糾錯等級分為L級（糾錯7%）、M級（糾錯15%）、Q級（糾錯25%）、H級（糾錯30%）。

2追溯系統

2.1追溯系統概述

可追溯性最早的定義是在 ISO8402《質量管理和質量保證術語》中，“追溯”是指通過標志的方法追溯和跟蹤某個實物的來歷、應用和位置的能力[12]。肉品追溯系統記錄了每個追溯環節的信息，是實現清真肉品全程質量和禁忌物控制的必要工具，是消費者對肉類產品享有知情權的窗口。

清真牛羊肉追溯系統主要是針對牛羊肉產品的清真生產信息和質量安全信息進行監管與質量控制。清真牛羊肉追溯系統總體框架結構如圖1所示。

系統通過RFID標簽采集牛羊飼養、屠宰加工以及運輸過程中動物的相關信息，利用RFID閱讀器讀取標簽采集的信息并將其上傳到系統數據庫中，最終提交到溯源系統平臺。由溯源系統平臺按相應的編碼規則生成二維碼并打印，制作成標簽貼在分裝深加工后的肉品上，發往經銷商處，由經銷商將物流、銷售等信息推送到溯源平臺。消費者掃描肉品上的二維碼，獲取基本的溯源信息，還可以登錄溯源系統網站進一步查看有關肉品詳細的溯源信息。

2.2追溯系統總體功能設計

構建清真牛羊肉追溯系統的關鍵技術包括RFID技術、數據庫技術以及Web服務器技術等。根據系統設計思想，利用RFID和數據庫技術完成追溯系統管理模塊的溯源信息采集、管理和傳輸，本系統運用SQL Server 2008建立溯源系統

數據庫；并通過JSP技術設計溯源網站查詢模塊的用戶登錄界面、信息查詢界面以及用戶信息反饋界面，運行JSP的Web服務器平臺采用Apache+Tomcat+JDK整合的方式。追溯系統的總體功能如圖2所示。

3QR碼在系統中的應用

在清真肉品追溯系統中，二維碼是溯源信息傳遞的載體，通過智能終端掃描食品包裝上的二維碼，追溯其溯源信息達到對食品全過程的跟蹤。隨著移動互聯網的發展和智能手機的普及，使得農產品質量安全追溯系統在智能終端的查詢成為可能，這使農產品質量追溯更加便捷，實現即時查詢[13]。

3.1QR碼的設計與生成

3.1.1QR碼的設計在清真牛羊肉溯源系統中，QR Code二維碼的編碼信息包括肉品的產品名稱、產地、生產日期、包裝日期、追溯碼及網址，信息可以直接通過智能終端設備上的二維碼識別軟件掃描顯示出來，消費者還可以利用掃描出來的追溯碼登錄追溯系統網站進一步查看詳細的溯源信息。

在追溯系統中，QR碼的生成是利用Java EE開發平臺實現的，開發環境為Eclipse IDE。在QR碼的生成與識別過程中利用DES算法對QR碼進行加密與解密，保障信息的安全性與可靠性。DES 算法是通過循環和迭代，將簡單的運算和變換構成數據流的非線性變換，算法設計核心是將整個算法的安全性寓于密鑰之中。該算法具有運算簡單、成本低、保密性好等特點，是實現條形碼加密的理想算法。

3.1.2QR碼的生成QR Code二維碼為ISO/IEC 18004所規范，在網上有許多開放的Library可供下載引用，此次QR碼生成程序中引用的是SwetakeQRCode.jar函數庫。QR碼生成過程：（1）將QR碼的編碼信息以字符串的形式輸入；（2）利用SwetakeQRCode.jar函數庫轉成產生圖片文件的二維數組；（3）繪制二維碼圖片。

部分程序如下：

public void AndroidQREncode（String strEncoding，int qrcodeVersion）

{try

{ com.swetake.util.Qrcode testQrcode = new com.swetake.util.Qrcode（）；

/* L′，′M′，′Q′，′H′ */

testQrcode.setQrcodeErrorCorrect（H‘）；

/* “N”，“A” or other */

testQrcode.setQrcodeEncodeMode（B‘）；

/* 0-20 */

testQrcode.setQrcodeVersion（qrcodeVersion）；

……

private void drawQRCode（boolean[][]bRect，int colorFill）

{ int intPadding = 20；

Canvas mCanvas01 = mSurfaceHolder01.lockCanvas（）；

mCanvas01.drawColor（getResources（）.getColor（R.drawable.white））；

Paint mPaint01 = new Paint（）；

mPaint01.setStyle（Paint.Style.FILL）；

mPaint01.setColor（colorFill）；

mPaint01.setStrokeWidth（1.0F）；

for（int i=0；i

{for（int j=0；j

{if（bRect[j][i]）

{mCanvas01.drawRect（new Rect（intPadding+j*3+2，intPadding+i*3+2，intPadding+j*3+2+3，intPadding+i*3+2+3），mPaint01）；}}}

mSurfaceHolder01.unlockCanvasAndPost（mCanvas01）；

}……

QR碼生成程序中自定義函數AndroidQREncode（）有2個參數，分別位于編碼的字符串以及要指定的符號版本QR CodeVersion（可接受0～40），本次程序中所用的版本是15。創建對象testQrcode后，將糾錯等級Error Correction設置為H（可接受L、M、Q、H等值），以及調用函數testQrcode.calQrcode（）將其編碼為二維boolean數組，自定義函數draw QR Code（）則接受來自編碼后的boolean二維數組，將其在畫布SurfaceView上繪制出QR Code二維碼。運行程序后，運行結果如圖3所示。

3.2QR碼的識別與追溯

QR識別過程的程序與QR碼生成一樣，也在Eclipse IDE開發環境中進行，這里引用的函數庫為Source ForgeQRCode.jar。QR碼掃描過程：（1）打開相機，將瞄準框對準二維碼，掃描后取得二維碼靜態圖片；（2）將靜態圖片送往Source ForgeQRCode.jar函數庫中運行譯碼；（3）取得譯碼之后的字符串，識別條碼的類型，顯示二維碼圖片信息。

系統采用的是Android智能設備，掃描二維碼前，首先將應用程序部署到掃描設備上，通過掃描二維碼，設備上將顯示二維碼的格式、類型，以及掃描二維碼的時間等信息，QR碼識別如圖4所示。本程序中還設置了網頁搜索、通過E-mail分享和短信分享的功能。掃描二維碼可以得到追溯基本信息和溯源查詢碼，登錄溯源網站輸入追溯碼，可以進一步查詢動物養殖過程、屠宰以及肉品運輸過程等相關溯源信息。

4結語

清真牛羊肉質量安全信息溯源系統是一個涉及多渠道、

多層次、多方面的信息采集、統計、管理的綜合系統，QR碼的小型化、高儲量、識別率高等特點很好地滿足了系統的技術需求。建立基于QR碼的清真牛羊肉質量安全信息追溯系統有利于規范產品的生產與流通，保障產品質量安全，還可以對肉品生產運銷過程中的危害物及穆斯林禁忌物進行有效控制，提高企業競爭力，推動民族特色產業的發展。隨著智能手機的發展與普及，食品溯源信息查詢也變得更加簡捷、高效，將進一步促使二維碼技術在食品安全溯源領域發揮更大作用。

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