南　潮　丁志刚　郑树泉

1(上海市计算技术研究所　上海 200040)2(上海产业技术研究院　上海 201206)3(上海计算机软件技术开发中心　上海 201112)4(上海嵌入式系统应用工程技术研究中心　上海 201112)



基于物联网的猪肉制品追溯系统研究

南潮1丁志刚2,3,4郑树泉2,3,4

1(上海市计算技术研究所上海 200040)2(上海产业技术研究院上海 201206)3(上海计算机软件技术开发中心上海 201112)4(上海嵌入式系统应用工程技术研究中心上海 201112)

目前国内在肉品溯源方面的侧重点是政府主导和企业主体的监管模式，而消费者作为肉品安全的最重要利益相关者并不能很有效地参与其中。针对这种情况，提出方便消费者的肉品溯源方案。方案首先对猪肉食品供应链的流程、肉品信息编码的设计、系统总体架构等展开讨论，说明其可行性。然后重点对系统功能进行划分，并给出相关的数据交换模型、FSM模型。实验结果表明，消费者通过手机等智能终端扫描二维码标签即可得到该肉品的基本信息和追溯码，凭借该追溯码消费者还能获取更加详细的有关信息，极大地方便了消费者对肉品信息的获取。

物联网食品安全肉制品追溯

0　引　言

日前，爆出的上海福喜肉品安全事件严重损害了消费者的权益和生命健康，使广大消费者对食品行业的不信任和恐惧感愈发强烈，也再次将相关企业的担当和政府公信推到了风口浪尖。近年，在肉类食品安全方面，除了对食品监管体系，即体制、相关法律法规等逐步完善以外, 国内外的肉类食品安全溯源系统的研究与开发工作也一直在开展[1-3]。欧盟要求自2006年起欧盟国家的动物肉制品、饲料以及其他加入饲料或食品的物质等必须具备可追溯性；美国政府采用的猪肉质量保证体系系统以危害分析和关键控制点为基础，以监测关键控制点为工作重点，以期对整个猪肉食品供应链进行监控[4,5]；国家商务部实施建设的“全国肉类蔬菜流通追溯系统”，谢菊芳设计的工厂化猪肉安全生产溯源数字系统和安全猪肉全程可追溯系统等是我国在建立更加完善的肉类食品安全系统方面所做出的探索[6]。

可追溯模式主要可分为两大类：“向上一步”-“向下一步”追溯模式和全程可追溯模式，前者是可追溯的最低要求。肉类食品的溯源是指在供应链的各个环节(饲养、屠宰加工、配送以及销售等)中，肉制品及相关信息能够被追踪和回溯，使得肉制品的整个饲养经营活动处于有效地监控之中[5]。肉类食品溯源是一种以信息为基础的先行介入措施，即在肉类食品质量和其安全管理的过程中正确而完整地收集溯源信息，虽然溯源本身并不能提高肉类食品的安全性，但溯源信息能有助于发现问题、查明事故原因，将事故造成的损失大大减小。

总体来讲，目前我国在肉品溯源系统方面的侧重点是政府主导的食品安全监管模式和以肉品供应链企业作为主体的溯源系统研究，消费者作为最重要的利益相关者并未能很好地参与其中。本文提出一种基于物联网的肉类食品安全溯源系统解决方案，对猪肉制品从饲养、屠宰、配送、销售等全过程信息进行采集，并分别上传至中心平台；平台对数据进行整合、统计分析，采用预定的编码方案，生成肉品对应的二维码；消费者在零售门店购得肉品后，可凭手机等智能终端设备扫描该二维码获取其所需溯源信息，溯源平台也给予消费者便利、友好的查询途径，极大地方便消费者对猪肉制品肉供应链溯源信息的获取，使得潜在的肉品不安全因素给消费者带来的损失进一步降低。

1　需求分析

在目前的猪肉类食品供应链中，从“饲养场到餐桌”，需要经过饲养场、屠宰厂、配送中心(批发市场)和零售市场等4个流通节点。如果其中任何一个节点出现问题，就有可能是肉制品处于不安全的状态，导致事故发生。为了消除其饲养、加工、运输、销售等环节可能出现的安全隐患，可以采用两种方法来实现肉类食品的安全管理：一是从源头向消费端进行的追踪，全面掌握整个供应链的信息，对采集的数据进行分析处理(大数据)，以实现预警机制；另一种是从消费端往源头进行追溯，也就是消费者在零售市场购买猪肉制品后发现存在安全问题后，由追溯码向溯源平台提交查询请求，溯源平台对各个环节进行问题追溯，最终确定问题具体所在，这种方法也可以用于问题产品的召回。

1.1溯源业务流程分析

通过对目前的猪肉类食品供应链中进行分析(如图1所示)，其溯源业务流程大致如下[4-7]：

1) 在饲养环节，包括饲养场基本信息备案、种猪用药饮水信息登记、猪种饲料信息登记、数据上报至中心数据库等流程，其中上报信息包括饲养厂基本信息、猪种基本信息、健康状况信息等；

2) 在屠宰环节，包括进场经营者(货主、买主)备案、生猪进场登记、屠宰批次登记、宰前及宰后检疫检验登记、交易(出厂)相关信息登记、数据上报至中心数据库等流程，其中，上报信息包括屠宰厂基本信息、生猪进场信息、检疫检验信息以及肉品交易信息等；

3) 在配送中心(批发市场)环节，包括进场经营者(批发商、零售商)备案、肉品进场登记、肉品检测登记、肉品交易信息登记、数据上报至中心数据库等流程，其中，上报信息包括配送中心基本信息、肉品进场信息、肉品检测信息以及肉品交易信息等；

4) 在零售环节，包括供应商备案、索证(屠宰厂或批发市场交易凭证)验货、肉类包装标签(附追溯码)打印以及信息上报至中心数据库等流程，其中，上报信息包括零售商店基本信息、肉品进场信息和肉品销售汇总信息等。

图1　业务流程E-R图

1.2追溯码设计

流通节点包括饲养场、屠宰厂、配送中心(批发市场)、零售市场以及超市和产销对接核心企业等，而流通节点企业本身从事交易活动的，具有流通节点和经营者双重身份。这里的追溯码由主体码、肉类商品码和交易流水号等三部分共28位十进制数字组成[7,8]。其中主体码即用于猪肉类食品流通过程中识别主体身份的代码，其又可以分为经营者主体码和流通节点主体码。主体码由备案地行政区划代码和流通节点/经营者备案号两部分组成，其中行政区划代码采用GB/T2260的6位数字码，备案号即根据流通、经营节点的在主管部门的备案顺序号，7位数字组成，如图2所示。

图2　主体码示意图

本文猪肉商品码采用GB/T7635.1-2002中关于肉制品的分类代码，由8为数字组成，部分内容如表1所示[9]。

表1　肉类分类代码(部分)

交易流水号则是按照交易的时间顺序自动生成的一段7位的数字代码。追溯码总体结构如图3所示。

图3　追溯码示意图

2　架构设计

2.1系统架构图

基于物联网的猪肉制品追溯系统总体框架结构如图4所示。通过采集饲养场、屠宰厂、配送中心(批发市场)、零售市场等节点的饲养、生产加工、流通、销售等数据信息，建立溯源中心数据库，各个节点采集的源数据信息需与溯源中心数据库无缝对接，数据提交给溯源系统平台后，溯源系统平台由上述的追溯码生产相应的二维码[10,11]，消费者购得贴有二维码的肉类食品后，用手机等智能终端扫描该二维码，便可获得相关溯源信息。

图4　系统架构图

系统采用主从式数据库[12]，溯源中心数据库为主数据库，猪肉供应链上4个主要流通节点数据库为从数据库，每个从数据库实时记录本节点的信息，上传到主数据库，如此既方便了消费者对供应链各节点的溯源信息获取，也便于监管机构对相应企业进行监督。

从猪种由饲养场到消费者购得肉品的流程，称其为“肉品流”，是肉品从源头流向消费端的过程，也是溯源信息收集的路径，途经每一个流程的原始数据经本系统采集之后及时(1小时之内)上传至溯源中心数据库，相关源数据信息至少保留2年以上。

消费端发起查询请求到最终获取所需溯源信息的流程，称其为“溯源信息流”，系统平台从溯源中心数据库取得源数据，消费者购得肉品后，通过手机等终端与平台系统进行交互，获取所需溯源信息。

2.2消费者查询流程

消费者可以采用手机等具备二维码扫描功能的智能终端获取肉品的溯源信息。具体流程如图5所示，首先启动摄像头对准二维码，在手机等终端成功识别并解码后，将得到肉品基本信息和对应的追溯码，若消费者已得到所需信息，即可结束查询，否则可凭借追溯码向系统发出查询请求以获取更多的追溯信息，系统会校验消费者提供的追溯码并在验证通过后向消费者提供详细的追溯信息，以满足消费者对掌握其所购肉品信息的需求。

图5　消费者查询流程

3　系统关键功能实现

3.1溯源系统功能设计

(1) 基础数据模块

本模块主要由管理员进行操作，即对饲养场、屠宰厂、配送中心(批发市场)以及零售市场采集的数据进行收集、验证以及存储等，录入信息包括写入到电子标签的生猪有关信息，和各流通节点主动上传到溯源中心数据库的数据。

(2) 信息统计分析模块

本模块主采用一些数理统计算法和数据挖掘计算基础数据模块采集来的数据进行分析、处理，得到准确又及时的统计结果和有一定广度、深度的统计分析报告，另外，本模块为发布公示模块提供数据源。

(3) 信息查询模块

消费者在购买肉类食品后，用手机扫一扫超市、菜场等零售门店提供的二维码，便可得到该肉品的来源、类别、保质期等一些基本信息和相应的追溯码，另外如需更加详细信息，消费者可登录系统，凭此追溯码发出查询指令，溯源系统平台即将与该肉品相关的详细信息反馈给消费者。

(4) 信息发布公示模块

根据信息统计分析模块产生的结果形成统计报表，并以友好的方式呈现给消费者。同时也会根据消费者提供的意见和建议，将消费者感兴趣的信息动态实时地发布出去。

(5) 投诉建议模块

消费者在购买猪肉制品后，如发现质量问题，可登录系统进行投诉，管理员会根据消费者填写的投诉表单，核实情况后，立即做出合理决策，以确保将消费者的损失降至最低。同时也会收集用户的意见和建议等反馈信息，让消费者吃上“放心肉”。

(6) 系统管理模块

本模块包括管理员管理和注册用户管理，管理员分为超级管理员和普通管理员，普通管理员的权限由超级管理员来分配并对其管理，用户注册信息的审核和相关权限的设置由管理员完成。

3.2猪肉制品溯源信息交换模型

为了实现溯源中心数据库与各节点数据库的溯源信息及时、方便地交换，本文采用独立于软件和硬件并具有自我描述性的XML语言描述溯源信息并建立溯源信息交换模型。在猪肉制品供应链各个流通节点业务流程的基础上，将溯源信息按流通节点、节点信息层次关系划分成树形结构[13]，图6所示是溯源信息树的部分内容。

图6　溯源信息树(部分)

“良构”的XML还需要通过DTD、XMLSchema等验证才能保证其“合法性”，相对于DTD，XMLSchema更完善、功能更强大，本系统采用XMLSchema来定义猪肉制品溯源信息交换数据格式。按照图6所示的溯源信息结构，定义不同层次的元素、属性、子元素、子元素次序、子元素数目、元素和属性默认值和限定值等。顶层的是根元素，为详细溯源信息，并且拥有追溯码属性，该属性唯一且必须，声明语句[13]如下：

根元素下面有饲养场、屠宰厂、配送中心、零售市场等4个复杂类型的子元素，即流通节点元素，每个流通节点包含该节点所需上传的信息构成的子节点元素，依次层层递推。以肉品交易信息下的肉品信息元素为例，肉品交易信息包含肉品名称、肉品编码、肉品重量、肉品单价等4个子元素，声明片段如下：

…

3.2.3 进样精密度与重复性 取“2.4.6”项下中间浓度对照品溶液，按“2.2”项下方法进行检测，连续进样6次，计算硫酸盐峰面积的RSD为0.4%（n=6），表明仪器精密度良好。取注射用硫酸核糖霉素适量，按“2.4.3”项下制备供试品溶液，共6份，同法检测，计算硫酸盐峰面积的RSD为1.1%（n=6），表明重复性良好。

…

各个流通节点需将采集的数据信息按照以上的XMLSchema定义的文档结构生成XML数据文档，XML经网络传输到溯源数据中心后，再按照规则将XML文档数据转换，存到溯源中心数据库。

3.3猪肉制品追溯系统FSM(有限状态机)模型

溯源系统平台采用B/S结构，与传统的基于顺序控制流程的应用系统不同，Web应用系统[14]是由用户提交表单和向服务器发出请求等驱动的，而用户的某些预料之外的操作可能会打乱之前定义的程序逻辑。本文通过分析用户查询溯源信息的流程，给出了肉品溯源系统FSM模型处理消费者请求和服务器响应事件，以更好地响应消费者对溯源信息的查询请求，同时也为进一步探索肉类食品追溯系统业务逻辑的完备性和用户行为描述提供理论支持。

猪肉制品追溯系统的运行状态由查询消费者的操作行为和服务器的响应状态改变，本文定义的系统运行状态和驱动事件如表2所示。

表2　系统状态/事件描述

M=(K,∑,f,q0,Z)

其中：

K={q0,q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7}

∑={i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8}

Z={q0}

f由如下状态转换方程组定义：

f(q0,i1)=q1;f(q1,i2)=q2;f(q1,i8)=q7;f(q2,i3)=q3

f(q3,i6)=q4;f(q3,i7)=q5;f(q4,i5)=q3;f(q5,i4)=q3

f(q5,i8)=q7;f(q3,i6)=q6;f(q6,i8)=q1

图7给出了对应的状态转换图,通过该图对肉品溯源系统的描述，有利于处理好系统规范和设计之间的关系。

图7　状态转换图

3.4应用实例

本文以无皮鲜或冷却片大猪肉(肉品商品码21113014)为例展示实际溯源过程。溯源系统平台调取生猪饲养、屠宰加工、配送、零售等环节上传至溯源中心数据库的溯源数据后，对肉品进行标签编码，消费者购得所需肉品后，会得到如图8(a)所示的二维码标签。

消费者利用智能手机等带二维码扫描功能的设备扫描该二维码即可得到如图8(b)所示的肉品基本信息和追溯码。凭此追溯码，消费者可向溯源系统平台发出查询详细溯源信息的请求。系统对溯源码进行解析后，首先在数据库中查询该产品数据存在与否。若无则返回报错信息，说明该肉品为假冒伪劣产品，消费者可拒绝购买；若存在，系统会根据不同请求提取该追溯码对应的溯源信息反馈给消费者。

4　结　语

通过对猪肉食品供应链的全流程分析，设计了符合猪肉制品行业的追溯码，并对系统架构展开分析，对系统的功能模块进行划分，详细描述了系统查询功能，并给出了猪肉制品追溯系统的信息交换模型和FSM模型，以期对系统的完备性提供理论支持。系统突出了消费者在食品安全体系中的主体地位，在智能手机普及的时代，消费者通过手机便能方便实时地获取肉品的溯源信息，应用前景较好。但如何使得获取的源信息更加客观、数据的时效性更好以及各流通节点之间信息沟通更加有效仍然需要进一步的研究和改善。

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STUDYONPORKPRODUCTSSOURCE-TRACINGSYSTEMBASEDONINTERNETOFTHINGS

NanChao1DingZhigang2,3,4ZhengShuquan2,3,4

1(Shanghai Institute of Computing Technology,Shanghai 200040,China)2(Shanghai Industrial Technology Institute,Shanghai 201206,China)3(Shanghai Development Center of Computer Software Technology,Shanghai 201112,China)4(Shanghai Embedded System Engineering Research Center,Shanghai 201112,China)

Atpresent,theemphasisintermsofmeatproductstraceabilityinChinaistheregulatorymodeofgovernmentguidingandenterprisesbeingmainentities,buttheconsumersasthemostimportantstakeholdersofmeatsafetycannoteffectivelyinvolvedin.Inviewofthissituation,weproposedthemeatproducestraceabilityschemetofacilitateconsumers.Inthescheme,theporkproductssupplychainprocess,thedesignofmeatproductsinformationcodesandtheoverallsystemarchitecturearediscussedfirsttoillustratethefeasibilityoftheprogram.Thenwefocusedonthedivisionofsystemfunctions,andpresentedthecorrelateddataexchangemodelandFSMmodelofthesystem.Experimentalresultsshowedthat,consumerscouldimmediatelygetthebasicinformationandtracingcodesofthemeatproductsbyscanningtheirtwo-dimensionalcodelabelswithsmartterminalssuchasmobilephonesandothers,withthetracingcodetheconsumerscouldobtainmoredetailedinformation,whichgreatlyfacilitatedconsumers’acquisitiononmeatinformation.

InternetofthingsFoodsafetyMeatproductTraceability

2014-11-03。上海市科委重大项目(13DZ1512100)。南潮，硕士生，主研领域：物联网。丁志刚，研究员。郑树泉，高工。

TP311

ADOI:10.3969/j.issn.1000-386x.2016.03.021