基于移動物聯網的豬肉質量安全全鏈追溯系統研究

王 坤

（1.江蘇農牧科技職業學院， 江蘇 泰州 225300；2.泰州市農業物聯網工程技術中心，江蘇 泰州 225300）

基于移動物聯網的豬肉質量安全全鏈追溯系統研究

王 坤1，2

（1.江蘇農牧科技職業學院， 江蘇 泰州 225300；2.泰州市農業物聯網工程技術中心，江蘇 泰州 225300）

從豬肉供應鏈出發，深入分析豬肉質量安全全鏈關鍵控制點與信息標準[1]，以云追溯平臺為基礎，采用“云平臺+移動終端APP”模式，整合智能識讀、無線傳感器網絡、移動地理信息等移動物聯網技術[2]，構建了基于移動物聯網的豬肉質量安全全鏈追溯系統。系統基于J2EE-SOA技術構架，實現多用戶B/S服務[1]；采用二維碼與植入式無源RFID標簽[3]作為載體，兼容農業部追溯標準[1]。

移動物聯網；豬肉供應鏈；豬肉質量安全；全鏈追溯；追溯系統

民以食為天，食以安為先[1]。我國豬肉食品已成為老百姓日常生活中不可或缺的重要食品來源，豬肉質量安全問題自然而然地成為老百姓的關注焦點。豬肉質量安全事故的頻頻發生，不僅制約著我國豬肉產業發展，而且嚴重影響了老百姓的身心健康。加之職能部門對豬肉的養殖、生產加工、包裝運輸及批發零售環節的過程監管缺乏連貫性，無法進行全程監管與追溯。為此，江蘇省農委自2010年起開展了食用農產品質量安全追溯管理體系研究與探索[1，5]，2011年搭建了基于SaaS（軟件即服務）模式[1，3，5]的江蘇省農產品質量安全追溯管理平臺[1，5]，2012年制定了《食用農產品質量安全追溯管理規范 基本要求》省級地方標準，項目平臺已在全省范圍內推廣應用[1]。項目平臺總體架構支持“模塊熱拔插”的快速開發設計，為本系統的研發提供了堅實的基礎。本文將基于豬肉供應鏈深入分析質量安全關鍵控制點與信息標準，以項目平臺為基礎，采用“云平臺+移動終端APP”應用模式，整合智能識讀、無線傳感器網絡、移動地理信息等移動物聯網技術[2]，集成豬場物聯子網、屠宰廠物聯子網等，進而構建基于移動物聯網的豬肉質量安全全鏈追溯系統，為豬肉行業建立質量安全追溯管理體系提供有力的信息化保障。

1 基于供應鏈的豬肉質量安全全鏈追溯體系設計

1.1 豬肉質量安全供應鏈分析與全鏈追溯體系設計

眾所皆知，豬肉質量安全問題可能發生在豬肉供應鏈的各個階段[4]，必須對豬肉供應鏈全程進行危害與關鍵控制點分析[4]，進而建立全鏈追溯體系。如圖1所示，政府監管為兩段式監管，豬肉入市前涉及到的養殖、屠宰、運輸（倉儲）階段由農委監管部門負責全程監管；豬肉入市后批發階段、零售階段由食藥監管部門負責全程監管[1，5]。

豬肉供應鏈分為生產（加工）環節、儲運環節、流通環節三大環節[5]。結合各環節的運行過程，對豬肉質量安全從生產到銷售的全程實現控制與可追溯，可分為養殖、屠宰、運輸、批發、零售5個追溯階段，運輸階段的追溯貫穿全程[4]。各階段的追溯信息可以通過移動終端APP或者各物聯子網網關采集并同步到云追溯平臺，保證了全鏈追溯的連貫性與信息的完整性[4]。支持鏈式追溯模式、交叉式追溯模式、云平臺追溯模式及其混合追溯模式[6]，豬肉供應鏈各追溯主體根據自身情況自主選擇追溯模式。消費者可以通過消費時索要的小票或者掃描豬肉QR二維碼，查詢到豬肉的來源以及產銷過程，向政府監管部門進行投訴評價。當豬肉發生質量安全問題時，相關部門第一時間通過云追溯平臺找到豬肉消費的去向，降低了豬肉安全隱患，提高了豬肉質量安全[4]。

1.2 各追溯階段主要關鍵控制點及信息采集設計

如圖1所示，全鏈追溯體系涵蓋養殖、屠宰、運輸、批發、零售五個追溯階段，運輸追溯階段貫穿到養殖、屠宰、批發等過程中，不單列分析。豬肉供應鏈各追溯階段主要關鍵控制點分布、追溯信息采集內容、個體標識載體、信息采集方式等詳細設計內容見表1。

1.3 豬肉供應鏈各追溯階段編碼設計（見表2）

2 豬肉質量安全全鏈追溯系統的設計

2.1 總體架構設計

如圖2所示，包括安全運維體系、技術架構體系。安全運維體系為整個系統總體架構提供安全可靠、長期有效的運行保障是基礎；技術架構體系為整個系統架構的核心，采用SaaS模式分層設計，基于J2EE-SOA技術構架，實現為多層B/S架構[1]。技術架構體系充分整合以智能識讀、無線傳感器網絡、移動地理信息等為代表的移動物聯網技術[8]，細分為基礎層、數據層、支撐層、應用層、展示層5個層次。其中：

表1 豬肉供應鏈各追溯階段主要關鍵控制點及信息采集表[4]

表2 追溯編碼規則[7]

1）基礎層。由溫度、濕度、二氧化碳等各種傳感器、視頻攝像頭組建成各種無線傳感器網絡WSN，如豬場物聯子網，屠宰物聯子網，實現數據的感知、采集與傳輸。

2）數據層。基于數據庫技術實現實時傳感數據、全鏈追溯數據、質量檢測數據、地理信息數據、農業業務數據的持久化管理。

3）支撐層。身份驗證系統負責系統的整體用戶訪問驗證；地理信息系統負責提供各類地圖圖層接口，方便各類追溯信息或者統計信息的可視化展示；數據交換系統負責提供各類數據的WEB服務接口，實現與質量安全檢測設備、移動智能終端設備、各類物聯子網網關之間數據交換的無縫對接。

4）應用層。支持“平臺+終端APP”模式，涉及到公共服務、政府監管、質量安全檢測、全鏈追溯管理、放心吃網等功能應用。

5）展示層。支持智能手機、PDA、電視、電腦、觸摸屏系統、監控大屏等多種方式查詢與展示。

2.2 功能架構設計

如圖3所示，基于項目平臺的總體架構，豬肉質量安全全鏈追溯系統功能包括追溯管理中心、政府監管子系統、質量檢測子系統、全鏈追溯子系統、放心吃網子系統、公共服務子系統[1]。其中：云追溯平臺功能包括追溯管理中心、政府監管子系統、質量檢測子系統、放心吃網子系統、公共服務子系統等，實現為WEB系統；全鏈追溯子系統實現為各類移動終端APP。

2.3 云追溯平臺功能設計

2.3.1 追溯管理中心

是云追溯平臺的核心，包括中心數據庫、數據中心和運維中心。中心數據庫增加了豬肉質量安全全鏈追溯信息庫，負責各類豬肉質量安全全鏈追溯數據的持久化；數據中心增加了豬肉質量安全全鏈追溯數據采集涉及到各類數據交換的WEB服務接口，實現與各類豬肉行業物聯子網、移動終端APP、豬肉檢測設備、視頻監控系統、業務系統等之間的數據交換集成；運維中心負責平臺基礎數據管理、租戶管理、定制管理、系統管理、企業認證、產品認證、產品投訴及召回管理、數據備份等功能。

2.3.2 政府監管子系統

圖1 豬肉質量安全供應鏈全鏈追溯體系[4]

圖2 基于移動物聯網的豬肉質量安全全鏈追溯系統的總體架構

圖3 基于移動物聯網的豬肉質量安全全鏈追溯系統功能架構

面向各級農委監管部門和食藥監管部門。基于政府監管網格，實現各級政府監管部門對轄區內的豬肉質量安全進行動態監管。通過對各種豬肉質量安全數據的組合查詢、規則分析等來實現預警與風險評估。如發現豬肉質量安全問題，可根據預警信息，立即進入糾偏程序，啟動全鏈追溯程序，查找豬肉生產日期，確定來源，分析成因，采取糾偏措施并進行糾偏后評估。

2.3.3 質量檢測子系統

本調查屬于橫斷面調查，調查對象為某地區海勤人員。調查對象均為未婚年輕人員（18～26歲），且以男性為主（81.21%），平均入伍年限為（2.52±0.82）年。由于部隊的特殊環境，該人群作息較為規律，平均睡眠時間集中在每天 6～8 h，且調查前 2 周內的患病率（9.40%）和近半年內患慢性病發病率（4.03%）均較低。

包括質量檢測中心管理、檢測設備控制、檢測設備接口三部分。通過檢測設備接口實現與豬肉質量安全檢測設備之間的數據集成，進而實現豬肉質量安全檢測數據的自動采集、上傳與管理。

2.3.4 放心吃網子系統

對豬肉行業企業或者個人進行誠信等級評價，選擇等級優秀的企業或者個人采用在線推介、主題介紹等進行在線推廣，支持在線電子商務[1]，有效實現市場逆向控制下的全鏈追溯。

2.3.5 公共服務子系統

此子系統面向廣大消費者，消費者可以根據銷售標簽或者小票進行防偽追溯，查看購買豬肉的全鏈各追溯階段的關鍵質量安全信息、質量檢測記錄及產品認證情況，也可以查閱與豬肉質量安全相關的新聞公告、供求信息、三品信息、企業誠信等級、品牌推介等，支持向有關部門進行在線投訴[1]。

2.4 移動終端APP設計

全鏈追溯子系統由生豬養殖追溯APP、屠宰加工追溯APP、豬肉批發追溯APP和豬肉零售追溯APP組成，基于豬肉供應鏈實現豬肉質量安全從養殖、屠宰、運輸、批發和零售的全程追溯。具體如下：

2.4.1 生豬養殖追溯APP

養殖場（戶）首先在云追溯平臺上進行基本信息備案。備案通過后，生成養殖主體碼（格式見表2），下載并安裝生豬養殖追溯APP，手工或自動采集養殖階段涉及到進欄、飼養、防疫、出欄和銷售運輸、環境監控等關鍵控制點追溯信息（具體內容見表1），通過無線網絡上傳到云追溯平臺。其中，幼豬一旦斷奶后立即植入無源RFID標簽（圖4）[3]或者懸掛耳標（圖5），實現豬只個體識別；銷售運輸時自動生成與銷售運輸批次、無源RFID標簽或耳標關聯的銷售運輸標簽（圖6），用于運輸過程中的追溯及屠宰單位對生豬的驗收。

2.4.2 屠宰加工追溯APP

圖4 植入性無源RFID標簽

圖5 二維碼耳標

圖6 銷售運輸標簽

圖7 一體化追溯稱重秤

屠宰廠（場、戶）在云追溯平臺上進行基本信息備案。備案通過后，生成屠宰單位編碼（格式見表2），下載并安裝屠宰加工追溯APP，通過APP掃描銷售運輸標簽，對養殖場送來的生豬進行驗收，驗收通過后自動導入健康生豬數據。開展宰前檢疫，一旦檢疫結果不合格則將生豬退回到養殖場，待檢疫合格后才可以正式進入屠宰階段。工作人員采用APP手工或自動將宰前檢疫、屠宰加工、宰后檢疫、銷售運輸、環境監控等關鍵控制點追溯信息上傳到追溯云平臺。其中，生豬在剝皮前采用植入式無源RFID標簽標識，在屠宰加工時采用加工批次號與掛鉤RFID標簽內容組合作為胴體標識[6]，并建立關聯關系。對胴體分割的豬肉進行檢疫，檢疫合格后，生成豬肉標簽。同樣銷售運輸時生成與銷售運輸批次、胴體標識、豬肉標簽關聯的銷售運輸標簽，用于運輸過程中的追溯及豬肉批發單位對豬肉的驗收。

2.4.3 豬肉批發追溯APP

豬肉批發單位在云追溯平臺上進行基本信息備案。備案通過后，生成批發單位編碼（格式見表2），下載豬肉批發追溯APP，通過APP掃描銷售運輸標簽，對屠宰單位送來的豬肉進行驗收，驗收通過后自動導入豬肉數據，進行豬肉的入出庫和銷售運輸。采用手工或者自動的信息采集方式，通過APP遠程將追溯信息同步到云追溯平臺。在銷售運輸時，自動生成銷售運輸批次與豬肉標簽關聯的銷售運輸標簽，用于后續的零售單位對豬肉的檢驗入庫和運輸過程的追溯。

2.4.4 豬肉零售追溯APP

豬肉零售單位必須進行基本信息備案，備案通過后，生成零售單位編碼（格式見表2），下載豬肉零售追溯APP，通過APP掃描批發市場的銷售運輸標簽，手工錄入豬肉的入出庫追溯信息并同步到云追溯平臺，利用一體化追溯稱重秤（圖7）自動將豬肉銷售數據同步到云追溯平臺。一體化追溯稱重秤支持小票打印。

3 應用與結語

在泰州市農委的大力支持下，系統以泰州市地區為試點地區，試點應用范圍覆蓋了生豬養殖場、屠宰廠、豬肉批發市場、零售市場及超市等單位。試點應用結果表明，系統基本實現了豬肉質量安全從養殖到銷售全程的監管與追溯，通過移動終端APP實現養殖、屠宰、批發、零售等關鍵點追溯數據的采集，從數據層面防止病死豬或者不合格豬肉流入市場，消費者也可以通過云追溯平臺對豬肉進行掃描追溯，吃上”放心肉”，也極大地方便了監管人員對轄區內豬肉質量安全的動態監管[1，5]。當然在試點過程中也暴露了一些問題，如工作人員素質跟不上[8]，移動APP錄入大批量數據時不太方便，現有企業物聯設備廠商的數據共享意愿度不高，物聯設備集成難，與現有政府主推的其他業務系統存在部分數據二次錄入等。針對這些問題，應加強政策引導，制定相應法規，規范企業執行；同時進一步優化系統，設計出大批量數據導入定制界面，提高錄入效率；定期組織系統操作培訓，提高企業工作人員的操作水平；制定并公開系列物聯網設備接口數據標準，鼓勵設備廠商支持或對接接口標準；積極與政府相關業務系統主管部門對接，尋求與相關業務系統之間的數據集成，減少二次錄入現象。

本文研究了一種基于移動物聯網技術的豬肉質量安全全鏈追溯應用系統及體系架構，不僅可以廣泛應用于跨不同地域之間的豬肉供應鏈，而且也為牛、羊等大型動物個體的供應鏈追溯[2，3]提供了參考途徑。

[1] 王坤，白紅武，王富國，等． 基于SaaS模式的江蘇省農產品質量安全追溯管理系統研究[J]． 江蘇農業科學，2014，42(12)：414-418．

[2] 范琦． 淺談基于移動物聯網技術的牛羊養殖產業質量安全追溯管理系統的設計[J]． 電信網技術，2014(11)：38-40．

[3] 楊奉陽，秦興，陳浩，等． 基于云平臺和體溫標簽的豬肉質量安全追溯系統[J/ OL]． 江蘇農業科學，2016，44(10)：414-419．

[4] 趙雅萍，郝慶升． 吉林省豬肉質量安全追溯體系概念模型的建立——基于軟系統方法論[J/OL]． 黑龍江畜牧獸醫，2016，(16)：38-42．

[5] 王坤，周晶． 江蘇省農產品質量安全追溯管理創新與成效[J]． 農產品質量與安全，2014(4)：72-76．

[6] 鮑曉成． 基于物聯網的豬肉食品供應鏈可追溯體系研究[D]．長沙：長沙理工大學，2013．

[7] 楊耀臻． 基于移動物聯網的蜂產品質量安全追溯系統研究[D]．杭州：杭州電子科技大學，2015．

[8] 蔡元，張成虎． 豬肉質量安全可追溯系統的研究現狀及發展前景[J]． 豬業科學，2013，30(8)：36-38．

2017-08-12）

江蘇省農產品質量安全專項(編號:2130109);公益性行業(農業)科研專項(編號:201303088)。作者簡介：王 坤(1975—)，男，副教授、高級工程師，泰州市農業物聯網工程技術中心副主任，江蘇省農產品質量安全專家組成員，江蘇省農產品質量標準化專業委員會委員，深圳安鑫寶農產品質量標準研究院研究員，研究方向：信息系統構架與農業物聯網技術。