基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植及食品溯源系統(tǒng)

陸秋俊

摘要? ? 為了解決食品安全問題，需從控制食品生產(chǎn)的源頭種植開始，并對加工、存儲、運輸、銷售等過程進行全方位的監(jiān)控。使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)自動化設(shè)備，實現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。實現(xiàn)自動化控制種植過程，自動采集食品生產(chǎn)過程的信息，結(jié)合計算機信息網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建食品生產(chǎn)全過程監(jiān)控與溯源系統(tǒng)，以期為生產(chǎn)者提供科學(xué)的生產(chǎn)方式、為管理者提供現(xiàn)代化的管理手段、為消費者提供產(chǎn)品的生產(chǎn)信息，從而保障食品安全。

關(guān)鍵詞? ? 物聯(lián)網(wǎng);自動化控制;現(xiàn)代化農(nóng)業(yè);食品安全;食品溯源

中圖分類號? ? F322? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）22-0252-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

Abstract? ? In order to solve the problem of food safety，we should start from controlling the source planting of food production，and carry out comprehensive monitoring on the process of processing，storage，transportation and sales.Using the automation equipment related to Internet of things technology to realize modern agricultural production.Achieving automatic control of the planting process，automatically collecting information on food production processes，combined with computer information network，constructing food production process monitoring and traceability system，in order to provide scientific production methods for producers，to provide modern management means for managers，to provide production information for consumers，so as to ensure food safety.

Key words? ? Internet of things;automation control;modern agriculture;food safety;food traceability

由于近年來世界各國不斷出現(xiàn)食品安全問題，食品安全難以得到保障，使人們對食品的安全產(chǎn)生了不信任感，也使信譽良好的食品企業(yè)受損嚴重。計算機的出現(xiàn)、互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展等為解決食品溯源帶來了新希望。利用實時高效的計算機信息系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以構(gòu)建現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖基地，從食品源頭控制，記錄從種植（養(yǎng)殖）到最終上餐桌的食品生產(chǎn)過程，記錄包括食品生產(chǎn)的時間、地點、施藥、加工、檢驗、儲存、冷藏、運輸、銷售、食用、消費者信息等過程信息，建立溯源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

建設(shè)現(xiàn)代化的生產(chǎn)基地，采用先進技術(shù)確保食品質(zhì)量，建設(shè)食品可追溯體系。實現(xiàn)食品溯源能幫助企業(yè)監(jiān)控食品的整個生產(chǎn)過程，只有監(jiān)控物料流動全過程，記錄食品加工過程中的關(guān)鍵信息，才能解決食品安全問題，同時這也是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代化食品生產(chǎn)體系和食品溯源系統(tǒng)的終極目標。

1? ? 目前國內(nèi)外保障食品安全方面的措施

我國保障食品安全的措施已逐步實施。一方面，國家立法層面已經(jīng)出臺了食品安全監(jiān)管領(lǐng)域的相關(guān)法律法規(guī);另一方面，正在開發(fā)利用相關(guān)的技術(shù)和信息系統(tǒng)實現(xiàn)對食品生產(chǎn)、運輸和銷售的各個環(huán)節(jié)來實施監(jiān)管，特別是近幾年來興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開始應(yīng)用于食品安全領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)手段，其具有先進性和優(yōu)越性。首先，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過手機、電腦等居民常用手持設(shè)備即可查看食品生產(chǎn)過程中的原始信息，為食品安全監(jiān)督提供可靠保障。其次，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地也開始實施，提高了食品生產(chǎn)的自動化程度，進一步提高了食品質(zhì)量。目前，美國、日本和一些歐盟國家已經(jīng)開始建立食品溯源系統(tǒng)，對某些食品已經(jīng)開始強制實施安全追溯要求。一方面，消費者可以查詢詳細的食品信息;另一方面，如果有食品安全事故發(fā)生，則可以快速有效地切斷所產(chǎn)生的不良后果，提高對公共安全衛(wèi)生事件處理的快速反應(yīng)能力。

2? ? 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植及溯源系統(tǒng)

2.1? ? 幾種常用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1.1? ? 條形碼技術(shù)。計算機通過條形碼讀取設(shè)備，可以將數(shù)據(jù)自動輸入到計算機，速度快、效率高，在計算機信息處理過程中得到了廣泛的應(yīng)用，主要包括一維條形碼和二維碼。

2.1.2? ? RFID技術(shù)。食品生產(chǎn)及溯源主要涉及食品原料生產(chǎn)、食品加工過程、食品存儲、物流、銷售等眾多環(huán)節(jié)[1]。RFID能夠無線傳輸，可以方便地應(yīng)用在食品溯源系統(tǒng)中，具有唯一性，能夠記錄食品從原料到餐桌的加工全過程關(guān)鍵信息。

2.1.3? ? 光學(xué)字符識別技術(shù)及動態(tài)視頻監(jiān)控。光學(xué)字符識別OCR，利用圖像輸入設(shè)備，將圖像輸入到計算機，并對獲取的信息去噪、矯正、信息提取處理，得到所需信息[2]。視頻監(jiān)控則可以很好地動態(tài)記錄生產(chǎn)過程。

2.1.4? ? ZigBee技術(shù)。ZigBee是一種無線短距離通訊和控制技術(shù)，其是一種功耗消耗低、傳輸速率也比較低的無線技術(shù)，經(jīng)常應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)的測量和控制系統(tǒng)中。

2.2? ? 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的延伸。物聯(lián)網(wǎng)是物物相連、人物相連的一張大網(wǎng)，包羅萬象、應(yīng)用廣泛。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、現(xiàn)代化，采用傳感器測量土壤的溫度、濕度等大地數(shù)據(jù)，也可以通過其他傳感器獲取生物信息，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制，對農(nóng)作物的生長環(huán)境自動監(jiān)測和控制，促使農(nóng)作物良好生長。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)自動化，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品運輸過程的智能化監(jiān)測和控制，實現(xiàn)食品溯源的過程控制，也可以利用電子商務(wù)完成農(nóng)產(chǎn)品的交易過程。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動錄入，利用數(shù)據(jù)庫分析數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源。由電子標簽、條碼、傳感器、計算機信息交互網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)建食品追溯系統(tǒng)，將農(nóng)產(chǎn)品信息輸入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)相關(guān)企業(yè)之間或消費者之間的共享。

2.3? ? 食品溯源的要求

對于食品溯源來說，可追溯性的含義主要指可以追溯食品原材料、食品生產(chǎn)的過程、食品的運輸溫濕度環(huán)境、運輸線路以及食品銷售的相關(guān)部門、價格、時間、地點等。食品溯源必須記錄食品從原料到加工、再到餐桌全過程中形成的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，使加工企業(yè)能對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和管理，消費者能夠查詢食品加工過程形成的主要記錄[3-4]。

2.4? ? 利用ZigBee構(gòu)建的農(nóng)業(yè)種植測控系統(tǒng)

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)使用普通的、不連網(wǎng)的機械和電氣設(shè)備，主要依靠人來判斷、監(jiān)測農(nóng)作物的生長環(huán)境和生長狀況。ZigBee廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。采用各種參數(shù)測量傳感器和Zi-gBee傳輸、控制網(wǎng)絡(luò)后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸可以實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)遠程控制和智能化控制。利用ZigBee組成的網(wǎng)絡(luò)將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到中央控制設(shè)備并可由計算機程序作出輔助決策，供農(nóng)民參考。

2.5? ? 物聯(lián)網(wǎng)食品溯源系統(tǒng)

采用物聯(lián)網(wǎng)3層總體架構(gòu)，利用相關(guān)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、種植大棚生產(chǎn)環(huán)境控制設(shè)備、數(shù)據(jù)信息和控制信息傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)庫軟件、網(wǎng)站設(shè)計軟件等，完成系統(tǒng)的設(shè)計和實施。本系統(tǒng)涉及的參與者有生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)檢部門、銷售、銀行、消費者等。在分析溯源需求后，確定應(yīng)用系統(tǒng)包括6個基本模塊，即生產(chǎn)、檢驗檢疫、加工、超市銷售、付費管理、溯源等，各功能模塊如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品溯源系統(tǒng)中，依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的3層模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)食品生產(chǎn)的特點，利用電氣自動化中的硬件設(shè)備和軟件技術(shù)，構(gòu)建基本的食品溯源框架：①測量參數(shù)和記載相關(guān)信息的傳感器設(shè)備，例如溫濕度傳感器、RFID標簽、一維碼、二維碼等;②傳輸信息的通訊設(shè)備及信道，例如ZigBee網(wǎng)絡(luò)、Wifi網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等;③執(zhí)行及控制機構(gòu)，例如溫濕度控制器等。

3? ? 優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在食品安全追溯中，可以實現(xiàn)食品產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)信息采集、傳輸和分析處理，建立食品溯源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)食品溯源[5]。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在食品溯源中具有一定的優(yōu)勢：一是可以對生產(chǎn)、存儲、超市等食品加工及運輸過程中各個關(guān)鍵節(jié)點的食品信息作實時的全程記錄，達到有據(jù)可查的效果，相比手工輸入數(shù)據(jù)，具有實時和存儲數(shù)據(jù)量巨大的優(yōu)勢。二是采用RFID、Zigbee等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使各環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)錄入和讀取，避免數(shù)據(jù)丟失或人為干預(yù)，保證食品安全信息的可靠性。三是可以及時查詢網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中食品生產(chǎn)的過程控制信息，并能夠加強食品生產(chǎn)過程監(jiān)管，區(qū)別于以往的管理方式。四是對出現(xiàn)安全問題的食品進行溯源分析，加強食品安全監(jiān)管的時效性，并可以有選擇性地回收有問題的食品。五是食品安全監(jiān)管可以細化到具體的一件食品或者一個控制點，提高了監(jiān)管效率和效果，減少了監(jiān)管的耗費。六是使用食品溯源的預(yù)警功能，監(jiān)管部門可以把有限的人力和物力使用在特定時間、地域內(nèi)，集中在容易發(fā)生狀況的特定食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

4? ? 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于食品生產(chǎn)、安全監(jiān)測和追溯有很大的優(yōu)勢，可實現(xiàn)先進的監(jiān)管理念，即由農(nóng)場到餐桌全程監(jiān)控。依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的3層技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、生產(chǎn)加工基地，利用相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息錄入設(shè)備將食品生產(chǎn)、加工、儲存、運輸以及銷售過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，最后通過溯源系統(tǒng)可以查詢相應(yīng)的食品溯源數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)食品安全溯源功能。

5? ? 參考文獻

[1] 徐強.淺析無線射頻識別技術(shù)（RFID）在食品安全追溯中的應(yīng)用[J].物流科技，2015（3）：101-103.

[2] 賴文，李長珍，任紅宇.農(nóng)產(chǎn)品溯源體系研究現(xiàn)狀[J].四川農(nóng)業(yè)科技，2014（1）：51-53.

[3] 焦玉聰，張立新，黃慶林，等.基于RFID及二維碼的肉制品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（5）：215-218.

[4] 崔濤.淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)積累與發(fā)展前景[J].數(shù)碼世界，2017（6）：112.

[5] 高浩天，朱森林，常歌，等.基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室系統(tǒng)架構(gòu)與實現(xiàn)[J].農(nóng)機化研究，2018（1）：183-188.