基于物聯網的農產品質量安全監管體系研究

顏　波，王欣妮

(華南理工大學經濟與貿易學院，廣東　廣州　510006)

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基于物聯網的農產品質量安全監管體系研究

顏波，王欣妮

(華南理工大學經濟與貿易學院，廣東廣州510006)

本文基于物聯網技術，從信息技術角度出發，以農產品為研究對象，分析包含生產環節、加工環節、配送環節、零售環節直至最終消費者在內的供應鏈流程，研究物聯網技術在各環節的具體應用，提出基于物聯網技術的農產品質量安全可追溯性的解決方案。

物聯網技術；農產品質量安全；監管體系

1　引言

近年來，食品安全事件頻頻發生，既難以得到保障，又無法從源頭上有效控制，嚴重影響了消費者的購買信心。而隨著信息時代的到來，ICT(信息、通信、技術)進入到農產品供應鏈中，技術的進步一方面提高了農產品生產、運輸的效率[1]，另一方面也讓消費者對農產品質量安全提出了更高的要求。國際社會上各個國家和地區在農產品質量安全方面都有了長足的進步，尤其是國外發達國家。歐盟、美國、日本等國紛紛建立食品質量安全追溯系統[2]，要求保全相關食品流通的全過程記錄，但由于社會環境、供應鏈參與者素質等存在差異，國外現有的各項成果在中國的適用性還需要進一步的檢驗。

對國內外的相關文獻進行分析，可以發現，在農產品質量安全管理方面，國內外的研究大多集中于利益博弈分析[3]、污染監管[4]、風險評估[5]等角度。而關于物聯網在供應鏈中的研究主要集中在產品信息追溯[6-7]、系統設計開發[8-10]等幾個方面。目前雖有將物聯網技術應用到供應鏈管理中的研究，但是對于物聯網如何具體應用到農產品供應鏈這一特殊的供應鏈的業務流程分析較少，對于物聯網系統如何與供應鏈管理的其他信息系統進行集成、協調的研究較少；同時，在利用物聯網技術對農產品供應鏈中信息追溯和事故安全處理方面，主要側重于系統設計以及平臺的搭建等技術層面，缺乏詳細的體系構建。

為此，本文做了如下研究：①從信息技術角度出發，以農產品為研究對象，分析包含生產、加工、配送、零售環節直至最終消費者在內的供應鏈流程，形成對農產品供應鏈的全程可追蹤，構建適合國情的食品安全管理體系，促進農產品生產企業增收并帶動農業及相關產業發展。②運用物聯網技術，分析物聯網系統與供應鏈管理的其他信息系統集成、協調過程，建立農產品供應鏈各個環節的信息傳遞機制，實現問題農產品食品的精確召回，通過對農產品供應鏈各個環節具有不可逆轉等特性的研究，建立符合農產品質量安全國情的物聯網架構。

2　基于物聯網技術的農產品質量安全體系架構

2.1基于物聯網技術的農產品質量安全體系管理層次

農產品質量安全體系涉及到多個參與方，本體系所涉及的主要有農戶等生產種植基地、農產品加工廠、配送中心、超市、消費者和政府監管部門等。圖1所示為農產品質量安全體系管理層次。

圖1　基于物聯網技術的農產品質量安全體系管理層次圖

如圖1所示，農戶等生產種植基地、加工廠、配送中心、超市、消費者和政府監管部門等通過Internet與農產品質量安全體系進行信息的聯通與交互，利用物聯網技術、RFID和條碼技術在其中作為信息采集技術，達到對農產品供應鏈全過程進行監控的目的。物聯網技術的應用可以對生產企業、加工商、配送商、超市等零售企業所做的各類處理進行信息的標記，同時通過信息系統，使得供應鏈各環節的工作人員能及時在合適的時間上傳追溯信息，同時建立批次間的對應關系。消費者通過手機掃描形式讀取零售包裝上的追溯碼，使得產品的信息透明化?；诖?，農產品質量安全體系管理真正達到“下行跟蹤，上行追溯”的目的。

2.2基于物聯網技術的農產品質量安全體系架構圖

當前，學者認為物聯網是一個由感知層、網絡層和應用層組成的三層體系。實際上，將信息的傳輸和處理放在同一層次，或者將處理和應用放在同一層次，一方面限制了信息的處理范圍，構筑單點、閉環應用，另一方面不利于不同應用之間以及不同物品之間的資源共享和復用。因此，在當前階段，人們更加傾向于將信息的傳輸和處理分開，將通用、公共的信息處理部分獨立出來，作為物聯網基礎設施，可以供多個應用共享使用。因此，本文將物聯網架構劃分為四個層次：感知層、傳輸層、智能層和應用層，結合農產品質量安全管理，構建基于物聯網技術的農產品質量安全體系，如圖2所示。

圖2　四層物聯網體系架構圖

農產品供應鏈節點企業內部通過建立局域網進行信息傳遞，RFID標簽數據的讀寫主要是通過無線網絡，而企業間的通信主要是通過Internet與各種信息系統進行交互，實現信息的共享。

3　物聯網技術嚴格覆蓋農產品供應鏈全流程

建立農產品質量安全追溯系統,主要實現以下兩個基本目標[11]：

(1)農產品供應鏈節點的追溯：為了確保對農產品供應鏈全程的可追溯性管理，必須實現對農產品從最初的生產基地經生產、加工環節直至流通到最終消費者的整個過程中所涉及的各個參與單位的追溯。

(2)農產品質量安全信息的追溯：農產品供應鏈過程中各環節的每一個關鍵步驟或關鍵程序都可能引發食品安全問題。因此，對每一具體批次農產品的追溯是實現其質量安全可追溯性管理的另一條主線。產品追溯主要涉及影響產品安全的關鍵指標的追溯和產品所在供應鏈位置的跟蹤與監控。

無論是對農產品供應鏈參與單位的追溯，還是對批次農產品質量安全信息的追溯，都必須建立在對具體農產品供應鏈流程分析的基礎上。農產品供應鏈流程主要涵蓋生產、加工、成品配送和成品零售等基本環節，以及貫穿于各環節內部和供應鏈上下游流通中的倉儲、運輸、裝卸、搬運等物流活動，如何協調這些環節是提高農產品供應鏈運作效率的關鍵。將物聯網運用到農產品供應鏈各個環節中，方便把各項信息全面而又細致地讀入到管理信息系統中，也便于在各個環節中增減相應的數據。

3.1生產環節

生產環節是農產品供應鏈的源頭。中國的農產品種植普遍采用松散化、粗放型的傳統模式。隨著農業現代化、數字化的不斷發展，農戶等生產企業逐步樹立起農產品精細型、集約化養殖的經營意識，品牌意識也不斷增強。特別是在食品安全問題日益嚴重的時代背景下，消費者更加注重所購買的食品安全性，政府監管部門也大大加強了對食品行業的監管力度。因此，作為農產品供應鏈的源頭，種植基地的安全追溯對整個質量安全供應鏈追溯體系的建立起到至關重要的作用?；谖锫摼W的農產品生產環節追溯流程如圖3所示。

圖3　基于物聯網的農產品生產環節追溯流程

要實現對某一種植基地的生產環節的追溯，需要追溯的內容包括：農戶等生產企業基本信息、種植過程中農產品質量安全信息(包括肥料、農藥、疾病預防、治療等信息)，具體如表1所示。

表1　基于物聯網的農產品生產環節質量安全追溯信息

3.2加工環節

根據消費者飲食習慣的不同，農產品可以被加工成多種不同類型的成品。研究農產品供應鏈的可追溯性管理，必須依據具體的供應鏈流程(見圖4)，加工環節作為食品供應鏈中最為復雜和對食品安全影響最為關鍵的環節之一，相關的加工廠必須嚴格監控生產線的每個環節，重點監測加工過程中的各關鍵控制點的限值，杜絕由于操作疏漏引發的安全隱患。

圖4　基于物聯網的農產品加工環節追溯流程

農產品供應鏈的加工環節始于對采收后的農產品的農藥測定。在同一批次農產品采收后，將送到企業的質監部門和當地政府檢測機構，對農作物的農殘量、品質等進行檢測，檢測后應出示該采收批次農作物的詳細檢測證明材料；企業可根據檢測結果對農作物進行分級，將同一采收批次的農作物按品質劃分為多個批次；而后按照該批次對農作物進行簡單的加工包裝，包括消毒、清洗、包裝、張貼商標等；在農產品進入流通過程前，對農作物進行標識，在其容器的外包裝上會添加電子標簽，記錄該批次農作物的出產信息、果蔬品質、藥殘檢測證明材料等加工信息。

在農產品加工環節所涉及的信息包括農產品加工廠基本信息，如名稱、組織機構代碼、法人代表、聯系電話和地址等；加工過程中農產品質量安全信息，如加工批次、數量、出庫時間、產品流向、包裝單位、保質期和儲藏環境等。

3.3配送環節

農產品加工廠將加工完成的產成品通過多種分銷渠道銷售出去，取得銷售利潤。通常，食品行業的分銷渠道非常復雜，尤其是在當今“多批次，小批量”的市場需求環境下，食品行業的銷售渠道呈現多元化的發展態勢。隨著經濟全球化的盛行，中國每天都有大量的農產品銷往世界各地。因此，完整的分銷渠道應包含出口通關、批發、零售等多層分銷環節。但是，由于中國食品行業的信息化應用總體水平不高，并考慮到農產品質量安全追溯系統的實用性，本文簡化農產品供應鏈分銷渠道為配送中心、零售終端兩個環節。配送中心作為連接加工廠和零售終端的重要分銷環節，通常是進行規?；少彙⑦M貨和倉儲作業，并根據客戶訂單將貨物準時送達至目的地的物流場所。配送中心工作人員主要完成進貨、盤點、分揀、配送等物流作業。

圖5　基于物聯網的農產品配送倉儲環節追溯流程

圖6　基于物聯網的農產品配送運輸環節追溯流程

通常，農產品加工廠距離配送中心、配送中心離零售終端較遠，在途物流時間相對較長，而農產品因其易腐性、時鮮性的特性，運輸過程中的操作不善或外界環境的突然變化都可能導致農產品的腐爛、變質，造成農產品的損耗。因此，產品入庫前，配送中心工作人員首先要對農產品進行嚴格的驗收操作。

同時，農產品本身對倉儲條件的要求較高，儲存期間，倉管人員要定期對產品進行盤點，并記錄盤點結果。產品出庫前，工作人員要嚴格按照客戶訂單要求進行分揀操作，安排產品出庫。配送中心按照客戶訂單安排產品出庫時，通過掃描標識當前配送批次的電子標簽和標識零售批次的電子標簽建立二者之間的對應關系，同時記錄當前零售批次農產品的具體流向等配送環節追溯信息，當某一配送批次的農產品全部被銷往各個零售終端時，標識該配送批次的電子標簽可以被重復利用。配送環節中涉及的追溯信息如圖7所示。

圖7　基于物聯網的農產品配送環節追溯信息

3.4零售環節

零售環節是農產品供應鏈的末端環節，也是食品安全追溯的重要環節。農產品在供應鏈上下游企業間傳遞的過程中，下游企業經過嚴格的質量檢測后才決定是否接收該批次產品，而零售商面向的是最終消費者，消費者不具備對所購買農產品質量安全與否的檢測能力。為保證消費者的合法權益，零售商必須嚴格執行進貨驗收程序。

配送中心收到客戶訂單后，按照訂單要求將一定數量的農產品配送到客戶指定地點。配送中心的客戶通常是各大超市、農貿市場和便利店。由于大多數農貿市場和便利店仍然采用傳統的經營模式，各檔口業主自負盈虧，缺乏一套行之有效的管理體系。為適應當前的經濟發展形勢，很多農貿市場都試圖通過升級改造的方式向超市化管理模式轉型。目前，已經在很多地區成功實現了“農改超”“農加超”“惠民超市”等形式的農貿市場產業升級。隨著經濟的不斷發展，超市化零售模式將逐漸取代現在的農貿市場零售模式。

物聯網技術覆蓋農產品零售終端的流程如圖8所示。

圖8　基于物聯網的農產品零售環節追溯信息

在農產品零售環節，可采用RFID技術與條碼技術相結合的信息采集方式，在農產品零售包裝上采用條碼作為追溯信息載體。在產品驗收環節，超市工作人員需要在農產品的零售包裝上粘貼追溯碼，通過掃描追溯碼，對應當前零售批次的電子標簽，實現條碼與RFID技術的結合應用。同一零售批次的農產品對應相同的追溯碼，消費者可以通過掃描或手動輸入追溯碼查詢其所購買的農產品的追溯信息，或者用嵌入相關軟件的手機對內部追溯碼拍照，經自動解析后，查詢追溯信息，并且可以投訴銷售問題農產品的零售商，零售環節中所涉及的信息如表2所示。

采用物聯網技術作為農產品供應鏈追溯系統的信息采集技術，既克服了問題產品難以追溯的困難，同時也大大提高了企業內部的作業效率。供應鏈下游企業通過掃描電子標簽，可以查詢其所購買的原材料或產成品的追溯信息，上游企業通過掃描電子標簽，可以實時跟蹤其產品的具體流向，真正實現了“下行跟蹤、上行追溯”的管理方式。當消費者購買的農產品存在質量安全問題時，消費者通過追溯碼可以快速、準確地回溯與問題產品相關聯的所有產品的流向，相關企業可以迅速、精確地召回所有問題產品，避免危害的進一步擴大。

表2　基于物聯網的農產品生產環節質量安全追溯信息

4　基于物聯網技術的農產品質量安全體系協調應用

本文所涉及的農產品質量安全體系主要由生產種植基地、加工廠、配送企業、零售商四個網絡中心及基于物聯網的農產品質量安全信息中心組成。節點的網絡布局大致相同，基于物聯網的農產品質量安全信息中心采集各個環節中的信息，并和政府相關監管部門信息共享，相關的應用流程如圖9所示，主要包括：

(1)生產、加工、配送、零售四個農產品供應鏈環節中，利用RFID/EPC標簽及溫度傳感器通過無線網絡向節點內數據庫傳遞信息，同時利用視頻監控手段對供應鏈環節中涉及到的步驟過程進行實時監控。

(2)在監控過程中，通過實時的數據記錄，可以對農產品質量進行預警，分析比較農產品現實數據，得到此批次的農產品是否存在風險以及風險等級，如在零售過程中，可發現變質農產品的存在并及時處理、告知消費者。

圖9　基于物聯網的農產品質量安全體系應用

(3)加工廠、配送中心、銷售商及農產品質量安全信息中心之間通過高速以太網(internet)進行連接。一方面，農產品質量安全信息中心作為數據庫中心，是所有信息的聚合點，可作為信息控制中心協調供應鏈各個環節間的流程安排；另一方面，農產品質量安全信息中心搜集、整合信息，可向消費者、政府等提供透明化的信息服務，以便于消費者和政府相關監管部門對農產品供應鏈中質量安全的掌控。

(4)當問題農產品出現時，消費者可通過手機、互聯網終端，連接到農產品質量安全信息中心，并掃描、查詢信息，追溯問題農產品的源頭以及相關負責人的責任等。同時，相關監管部門，如工商局、衛生局、質監局可通過各自的信息系統連通到農產品質量安全信息系統，搜索相關信息，了解問題農產品的批次、生產種植基地、加工廠商、配送企業、零售商等信息以及其各個過程中所涉及的相關各類信息，如化學品的添加時間、添加量等，便于問題源頭的尋找。

5　總結和展望

本文從信息技術角度出發，以農產品為研究對象，分析包含生產環節、加工環節、配送環節、零售環節直至最終消費者在內的供應鏈流程；同時，分析物聯網系統與供應鏈管理的其他信息系統集成、協調過程，建立農產品供應鏈各個環節過程中的信息傳遞、信息預警，實現問題農產品食品的精確召回。本文全面覆蓋農產品供應鏈各個環節，構建嚴格基于物聯網技術的農產品質量安全體系，將物聯網技術與農產品質量安全監管體系相結合，真正實現了“下行跟蹤、上行追溯”的管理方式。為農產品質量安全管理體系構建提供了借鑒和參考，促進農產品生產企業增收并帶動農業及相關產業發展。

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(責任編輯沈蓉)

Study on Quality Safety Supervision System of the Agricultural Products in the Context of Internet of Things

Yan Bo，Wang Xinni

(School of Economics and Commerce，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Based on internet of things，and from the IT point of view，this paper analyzed the supply chain of agro-products，including processing sectors，distribution sectors，retail sectors and the and consumption.We researched the applications of internet of things in all aspects，and proposed the solutions based on the quality safety supervision system of the agricultural products.

Internet of things；Agricultural products’ safety；Supervision mechanism

廣東省軟科學研究計劃項目(2013B070206013，2015A070704005)，廣東省哲學社會科學“十二五”規劃項目(GD15CGL15)，廣東省科技計劃項目(2013B040500007，2013B040200057)，中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目(2015XZD14，2015KXKYJ02)。

2016-01-05

顏波(1970-)，男，湖南懷化人，華南理工大學經濟與貿易學院教授、博士生導師；研究方向：物聯網、物流工程、供應鏈管理等。

R155；F304.3

A