糧食物流過程中質量安全追溯方法研究

彭遠，劉申，趙璧，董婷婷，張東暉

（1.航天信息股份有限公司，北京 100195；2.江蘇省糧油信息中心，南京 210008）

受中國自然地理影響，糧食種類及產量供需不平衡、產銷地分布不均勻，使得跨區域糧食運輸成為中國糧食流通的一大特點。目前，東北三省已經成為全國最大的糧食主產區和糧食流出地，而東南沿海各省是全國最大的糧食主銷區和流入地。今后很長一段時間內，北糧南運、農村產糧、城市消費的格局將成為常態，快速、便捷的物流條件是保障國家的糧食安全，維持市場供應穩定的關鍵［1］。

在散糧運輸途中，可能經過汽車、火車、船舶多次轉運，多次裝卸，運輸方式的變換、遠距離外部環境的變化等都會對糧食質量產生影響，很難獲得運輸過程中的信息，難以評估糧食質量變化風險。尤其多式聯運中不同運輸方式涉及不同的物流企業，信息更難銜接。因此，缺少糧食在途的質量、實時位置信息監控，導致糧食質量物流信息難以追溯。

中國糧食質量追溯領域研究起步較晚。國家糧食局于2015年5月5日發布了LS/T 1713-2015《庫存糧食識別代碼》，首先開創了追溯碼編碼技術在糧食流通領域的應用。鄭繼媛等［2］梳理了追溯體系在中國糧食質量安全管理中的意義，對糧食產業鏈上各主要節點的質量信息進行了采集分析；雷銀生等［3］在借鑒歐美發達國家追溯體系的基礎上進行糧食質量安全立法研究、糧食質量安全標準研究；王曉華等［4］則構建了完整的糧食質量安全追溯體系中的信息化體系。上述研究工作主要集中在較為底層的質量追溯業務邏輯和信息化框架方面，并沒有聚焦在實際的糧食物流業務場景下的解決方案。研究糧食物流過程中質量追溯方法，構建基于庫存糧食識別碼的糧食物流追溯信息系統，實現散糧物流信息可查詢、流向可跟蹤、質量可追溯，為倉儲加工企業、物流企業和銷售商等各類用戶提供詳細的在途糧食信息，有效解決散糧在途物流過程中的質量信息，追溯質量問題。

1 糧食質量安全追溯理念解析

目前關于糧食質量安全追溯的定義還沒有統一的權威定論。而食品追溯系統（food traceability system）是在以歐洲瘋牛病危機為代表的食源性惡性事件在全球范圍內頻繁暴發的背景下，法國等部分國家在CAC生物技術食品政府間工作組會議上提出的一種旨在加強食品安全信息傳遞、控制食源性疾病危害和保障消費者利益的信息記錄體系，主要包括記錄管理、查詢管理、標識管理、責任管理和信用管理5個部分［5］。

根據追溯信息特性的差異，美國學者Golan Elise設定了衡量食品可追溯體系的3個標準：寬度（breadth）、深度（depth）和精確度（precision）。其中，寬度指系統所包含的信息種類，深度指可以向前或向后追溯信息的環節數量，精確度指可以確定問題源頭或產品某種特性的能力。

雖然對于糧食質量安全追溯和廣泛認知的食品追溯系統的描述在外延范圍方面存在著一些差異，但其內涵均可概括為供應鏈管理、產品全過程跟蹤及其成分的正向跟蹤和反向追溯等特征。對于糧食質量安全追溯所能達到的效果，目前還沒有明確的標準與規定，下面將著重分析目前中國已有的糧食質量安全追溯案例。

2 糧食質量安全追溯案例研究

2018年江蘇省糧食和物資儲備局建設了好糧油品牌糧食追溯系統，該系統覆蓋種植企業從地塊規劃、種植、收獲、加工、包裝全部過程，該系統在糧食收獲入倉后，即賦予每一批糧食惟一標識碼，使用該編碼向前關聯所有種植環節的追溯信息，實現種植階段信息的追溯，收獲后的烘干、存儲、加工、包裝、分銷等業務階段產生的追溯信息則都以惟一標識碼作為跟代碼貫穿全部流程，從而實現從田地到餐桌的全流程追溯［6］。

2017年開始，福建省糧食和物資儲備局建設了福建省原糧追溯系統，該系統根據福建省糧食銷區的特點，主要考慮跨地域、跨主體的追溯。系統主要延續庫存糧食識別代碼的設計思路，基于庫存、倉房、廒間、貨位的四級結構生成每一批糧食的原糧追溯碼，可以與庫存糧食識別代碼相互映射。在福建系統中，重點考慮到糧食流通過程中，參與拍賣的往往是貿易商而不是最終加工糧食的轉化企業，造成糧食追溯鏈條斷裂。因此，特別設計了糧食出庫碼，每一次糧食銷售出庫，都會根據出庫單生成出庫碼，運輸司機或者貿易商可以把這個出庫碼傳遞給下一個實際的用糧企業，形成有效的追溯信息傳遞。

庫存糧食識別代碼首先開創了追溯碼編碼技術在糧食流通領域的應用［7］。在江蘇系統和福建系統中，庫存糧食識別代碼起到了指導和標準的意義。在江蘇系統重點追溯一個種植企業內部，從種植到包裝成品的全過程追溯，其系統主要目的在于支撐優質糧食的品牌價值。福建系統則重點在于跨地域、跨主體的追溯，其監管重點在于保證糧食流通過程中，責任主體都可追溯，發生風險事件時可以向上追溯源頭，向下追蹤流向。上述系統都關注在糧食處于不同節、點的追溯信息，對于糧食物流過程的銜接方式及物流過程中的信息采集方式考慮不足［8］。

3 糧食物流追溯可行性研究

本研究討論設計了一種能夠適用于真實糧食商貿流通業務場景的基于庫存糧食識別代碼的糧食物流追溯體系，以下簡稱“糧食物流追溯體系”，必須從數據標準、數據類型、采集方式、傳輸方式4個方面進行研究。

3.1 數據標準

考慮到糧食物流過程中，有多個環節，多個參與主體［9］。在傳統的線下業務中彼此并沒有關系，必須通過平臺系統將糧食物流過程中的追溯體系，應該沿用庫存糧食識別碼的設計理念與數據規范，有針對性的設計物流追溯碼。庫存識別代碼的設計理念是指，在不同的業務主體之間并不建立硬性的業務銜接關系，而是通過統一的編碼規則進行編碼，上傳到平臺后再進行追溯的一種松耦合業務關系；數據規范是指庫存糧食識別代碼中規范糧食業務關聯的數據標準及類型，現階段在建的和已經建成的糧食信息化系統都已經遵循該規范設計數據庫表結構，因此，沿用庫存識別碼的數據規范設計新的糧食物流追溯體系是可行的。

3.2 數據類型

在糧食物流追溯體系中，不同的糧食物流階段、節點會產生或關聯不同的業務數據，其中會影響到糧食質量安全的信息主要有：（1）糧食包裝信息，如散糧運輸、袋裝、集裝箱運輸等；（2）糧食位置信息，如在途的定位信息、港口、車站的裝卸信息；（3）糧食運輸方式信息，包括汽運情況下的車牌、車輛、司機信息，船運情況下的船號、提單、船務公司信息等；（4）物流過程中糧情信息，如在途的集裝箱內溫濕度信息，在途環境溫濕度信息等［9］；（5）物流主體信息，如承運主體的工商信息、失信信息等。

3.3 采集方式

信息采集方式應分為3類，物流追溯碼攜帶數據、物流主體上傳業務關聯數據、傳感器采集數據［10］。物流追溯碼攜帶數據是指，設計物流追溯碼本身應帶有明確的業務屬性信息，且每個主體上傳的追溯碼應保證惟一性，通過物流追溯碼解析即可獲得部分可讀信息。且可使用物流追溯碼查詢到物流主體上傳的業務管理數據。物流主體上傳的業務管理數據，是指在物流追溯碼本體可讀信息外，每個物流服務主體還應存儲并提供業務關聯信息。傳感器采集數據，是指在糧食物流過程中通過硬件傳感器采集的溫度、濕度、位置、時間戳等信息。

3.4 傳輸方式

在糧食物流追溯體系里，整個追溯體系的構成應該至少包括Web端應用，用于物流服務主體上傳業務數據及平臺化查詢追溯信息；移動手持設備，用于掃碼讀取物流追溯碼、獲取定位、時間戳等；移動網關，用于在運輸設備上實時采集糧情、定位等信息。因此，傳輸方式可以包括以太網、移動互聯網、NB-iot、WIFI。

4 糧食物流追溯體系框架設計

糧食物流追溯體系包括糧食物流追溯碼、專用物聯網網關、物流追溯信息采集手持設備和糧食物流追溯平臺。

首先，應基于庫存糧食識別代碼設計糧食物流追溯碼。糧食物流追溯碼是在糧食物流過程中不同的承運主體生成的并賦予每一個單位的物流追溯碼。使用物流追溯碼可以關聯到糧食在一個承運主體運輸期間所發生的所有業務數據。

其次，設計專用物聯網網關和糧食追溯信息采集手持設備。專用物聯網網關，是安裝在運輸工具上，用于采集運輸過程中的糧情變化；手持設備則是用于在物流過程節點掃描讀取物流追溯碼，并生成新的物流追溯碼。

最后，所有的追溯碼數據和過程業務數據都匯聚到糧食物流追溯平臺，平臺根據追溯碼逐級溯源，查詢物流過程中的業務數據、溫濕度數據，判斷糧食物流過程中是否存在質量安全風險。

5 糧食物流追溯碼設計

物流追溯碼使用擴展巴氏范式可以更加規范化地表示一個實體與其下一級的實體或元素間的關系，便于系統實現。與子元素的表示法不同，擴展巴氏范式用“，”代替子元素的“+”表示“與”的關系，｛｝中均使用該元素的短名，并以“；”作為表達式的結尾。物流追溯碼編碼采用統一建模語言（UML）描述事業和元素之間的關系［11］。用UML中類的概念表示實體，用UML類的屬性概念表示元素。糧食物流追溯代碼是在庫存識別碼的基礎上，附加編碼組，用以表示貨位為單位的糧食在運輸、倒倉等物流過程中所處位置、運載方式、包裝方式等信息的識別碼。

物流追溯碼由代碼標識、當前位置碼、在途狀態碼和時間戳組成。其中，代碼標識來自于該批糧食的庫存識別碼中有且惟一的一組代碼標識，是必選元素。當前位置碼，是一個子集，是糧食當前狀態的標識，是必選元素。在途狀態碼是糧食在途狀態的表示，是一個子集，屬于非必須（圖1）。

圖1 物流追溯碼結構

5.1 代碼標識（identificationOfICSG，idICSG）

運輸中糧食來自于該批糧食的庫存識別碼中惟一代碼標識，即組織機構代碼（企業組織機構代碼9位或個人有效身份證號18位）、貨位編碼（11位）、貨位封倉時間（12位YYYYMMDDhhmm）無縫連接組成的惟一標識符［11］，用代碼標識作為物流追溯碼與庫存識別碼實現關聯。

5.2 當前位置碼（PresentLocationCode，PLCd）

當前位置碼，用于標記糧食的位置，也標記糧食是否在途的運輸狀態。如果在狀態碼標記糧食在途，則必須要有在途狀態碼。

5.3 在途狀態碼（TransportCode，TsCd）

如果在當前位置碼中標記了在途狀態，則必須有在途狀態碼。在途狀態碼由在途數量、運載單位碼、業務號、包裝方式、運輸方式、前序碼組成。其中，包裝方式和運輸方式是子集。

在途狀態碼中，在途數量僅代表該物流追溯碼下的運輸數量，例如一個汽車運輸公司給10輛車生成10個物流追溯碼，則一個物流追溯碼僅代表當前這一輛車的運輸數量。運載單位碼，是物流承載單位的組織機構代碼，為該單位識別代碼，由物流承載單位的統一社會信用代碼的9到17位組成。業務號，是物流承載單位為該筆業務設定的惟一業務號，業務號將會轉化為下一個物流追溯碼的前序碼。包裝方式是一個子集，包含包裝類型和包裝編碼信息。運輸方式也是一個子集，包含載具類型和載具編碼信息。包裝方式和運輸方式是糧食物流最終載體的信息，用于在平臺系統查詢其他關聯信息。前序碼，是發生多程聯運狀態下，由上一個物流追溯碼生成當前物流承載單位新物流追溯碼時，將前一個業務號作為當前的前序碼進行銜接。

6 糧食物流信息采集設備

6.1 專用物聯網網關

糧食物流過程糧情信息采集專用物聯網網關將安裝在火車車廂、汽車掛車、集裝箱、散裝貨輪貨艙內。網關硬件部分主要由高性能嵌入式工控主板、開關電源、電源控制模塊、電池組、NB-iot模組、BDS/GPS雙模接收機模塊、信號轉換板、LED顯示面板組成（圖2）。

圖2 專用物聯網網關結構

軟件部分主要包含嵌入式WINDOWS操作系統、webservice服務程序等，該設備通過可切換的232/485接口，接收現場各種設備的數據，以及對現場溫濕度傳感器連續數據采集，在糧食物流過程中持續監控糧情變化。網關通過GPS模塊/北斗模塊可以獲取糧食在物流過程中的地理位置信息，有效追溯糧食的物流軌跡。上述信息通過J45網口經網絡上傳到后端平臺。在糧食運輸過程中，鏈路不通的情況下，自動切換為使用NB-iot窄帶網絡，將GPS定位數據及部分關鍵協議數據上傳到后端平臺；當鏈路聯通后，再將全部的協議數據上傳到后端平臺。

網關使用電源管理模塊，在有源狀態下使用220 V電源驅動，同時對電池充電進行管理。在無源狀態下，使用電池供電。在電池供電的情況下，設計使用NB-iot窄帶物聯網技術，可以在運輸過程中持續傳輸數據，并依托NB-iot低功耗的特點，可在電池供電的情況下保證一段時間的信息傳輸，最大限度保證糧食質量追溯數據的連續采集。同時，網關支持脫機工作模式，在沒有信息的情況下，可以設置使用NB-iot連接的頻率以及上傳數據的規則，當網關與后端平臺斷開連接后，可按照預先設定的方式與外部設備數據交換，同時將獲取的數據在本地存儲，待網絡連通后再上傳，在該模式下，即使運輸船舶航行到沒有信號的區域，也可以保持連續的質量追溯信息采集（圖3）。

圖3 專用物聯網網關工作示意

6.2 信息采集手持裝置

糧食物流追溯信息采集手持設備是一種專用的在糧食物流環節采集追溯信息的終端設備，可以獲取定位信息；可以采集、傳遞糧食物流追溯碼；可以使用轉換模塊對接不同廠家、不同通訊協議的設備，采集各種傳感器發來的數據，統一轉換為終端設備可以識別的協議數據傳遞給終端設備。終端設備使用移動互聯網將數據上傳給糧食物流追溯平臺，并接受平臺的消息打印物流追溯碼，實現物流追溯信息的傳遞。

手持設備所提供的終端設備+轉換模塊硬件可以在糧食物流過程節點由工作人員操作，可采集糧食定位信息，可以讀寫糧食物流追溯碼，可以通過轉換模塊對接傳感器硬件獲取糧情信息，為糧食質量安全追溯提供信息補充的工具

7 糧食追溯物流平臺

糧食物流追溯平臺由企業信息采集系統和糧食物流追溯平臺主體兩部分組成。企業信息采集系統部署在物流服務主體端，支持企業端顯示、查詢物流追溯碼，同時從物流企業的信息管理系統獲取糧食業務關聯數據，上傳到糧食物流追溯平臺。糧食物流追溯平臺是追溯信息匯總的地方，平臺完成物流追溯碼記錄、校驗，追溯碼查詢、追溯信息分析、風險預警等功能（圖4）。

圖4 網絡拓撲

企業信息采集系統部署在物流服務主體端，實現三項主要功能：（1）進行接口配置，將物流企業自有系統中的糧食物流業務單數據以及糧食業務關聯數據同步到企業信息采集系統；（2）維護物流服務主體基本信息，可以給物流業務單進行物流追溯碼的關聯或生成新的物流追溯碼；（3）與糧食物流追溯信息采集手持設備配套使用，一線操作人員可以用手持設備掃描、傳遞物流追溯碼，采集物流追溯信息。

糧食物流追溯平臺是所有追溯數據匯總的地方，平臺主要有4個作用。（1）為保證企業生成的物流追溯碼有效且不可篡改，物流追溯碼在生成上傳到平臺后會進行格式校對、歷史信息校對，確認有效后會存儲在平臺；（2）根據物流追溯碼，追溯糧食物流過程中的關聯信息，形成每一個追溯鏈條的質量檔案；（3）質量安全追溯數據沉淀在平臺以后，就可以配置風險預警模塊，實時監控糧食物流過程中的質量安全風險；（4）面向糧食貨主，出具一個批次的糧食質量評價報告；面向監管機構出具一個物流企業的糧食物流服務評價報告。

8 糧食物流追溯信息追溯方法

在糧食物流的過程中，貨權單位即上游賣方企業和下游買方企業使用庫存識別碼給自有的貨物賦碼。當上游企業發運貨物時，上游企業將庫存識別碼傳遞給汽運公司，汽運公司則在庫存識別碼的基礎上編制物流識別碼，當汽運公司將貨物運輸至鐵路站臺，由鐵路局承運，則鐵路局應編制當前階段的物流識別碼，依次類推。最終，糧食被運抵下一個貨權單位即下游買方企業時，則可以根據物流識別碼中的代碼標識信息關聯到物流源頭的庫存糧食識別碼從而實現庫存糧食識別碼的銜接，同時又可根據物流識別碼中在途狀態碼查詢到每一個物流環節的信息（圖5）。

圖5 基于物流追溯碼的追溯方法

9 小結

隨著人民生活水平的提高，糧食產品安全問題越來越受到消費者的關注。與此同時，近年來農業供給側改革也在穩步推進，糧食產業升級也是勢在必行，恰好是糧食質量安全追溯工作落地實施的最好時機。2017年以來，航天信息股份有限公司參與了福建省、江蘇省的糧食質量安全追溯體系建設工作，在實際工作推進中，一邊給涉糧企業推廣糧食質量安全追溯的理念，一邊不斷改進糧食質量安全追溯的信息化系統。基于實踐經驗，針對糧食物流業務特點，設計了包括追溯編碼規則、信息采集硬件、平臺軟件、數據處理流程，可以適用于糧食汽車、船舶運輸的全流程追溯，所論述部分功能也已經得到實際應用。