农产品安全溯源物联网体系分析

2017-04-19吴建伟盛耀辉吴建辉鲁雨杨宝祝

现代农业科技 2017年5期

吴建伟+盛耀辉+吴建辉++鲁雨++杨宝祝

摘要为缓解农产品安全问题，综合分析了农产品安全监管与信息服务现状和国内外研究进展，并结合调查分析，制定农产品安全溯源物联网管理体系，涉及农产品全过程的数据采集、汇总、统计分析和监管查询等溯源管理，有助于实现农产品质量追溯到源头，使市民吃到放心菜，提升现代农民收入水平和改善居民安全农产品的消费现状。

关键词农产品；安全；溯源；物联网

中图分类号 S126 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）05-0282-03

Abstract In order to alleviate the problem of the safety of agricultural products，current situation and domestic and abroad study progress of agricultural products safety supervision and information service were comprehensively analyzed，combined with the investigation and analysis，to make the IOT system of agricultural product safety traceability，including data collection，summary，statistical analysis and monitoring query traceability，the application of research results can contribute to the realization of agricultural product quality traceability to the source，so that people can eat safe food，farmers′ income and the safe agricultural products consumption status of residents can be improved.

Key words agricultural product；safety；traceability；Internet of Things（IOT）

根据2014年中央农村工作会议精神和中央1号文件的有关要求，农业部制定了《国家农产品质量安全县创建活动方案》和《国家农产品质量安全县考核办法》，强调扎实开展农产品质量安全监测，健全农产品质量安全监管体系[1]。中国工程院院士汪懋华[2]指出，物联网要为居民餐桌上的食物提供原产地环境、产后储存加工、物流运输、营销供应链管理与品质安全的可追溯系统。农产品质量安全问题已成为全社会关注的焦点，造成农产品安全问题的一个重要原因就是消费者和监管部门对农业生产、流通过程缺乏有效的监控途径。随着各部门对于农产品安全问题的重视，农业信息技术将成为缓解农产品质量安全管理及溯源的核心支撑，农产品质量安全追溯体系将不断发展完善，并进一步促进信息技术与农业现代化的融合，对于保障农产品安全、改善生态环境等均具有重要意义。

1 国内外研究进展

1.1 国外研究进展

国外对农产品可追溯系统进行了深入研究。发达国家在动物个体标号识别、农产品包装标识及农产品物流配送等方面对RFID技术的应用非常广泛，如1998—2001年法国、德国、意大利、荷兰、葡萄牙和西班牙联合实施了家畜电子标识（IDEA）项目[3]。欧盟的农产品可追溯系统有效化解了 “疯牛病”事件所引发的危机[4]。美国农业部于2003年启动家畜追溯体系，通过完善相关信息记录，让家畜信息更加透明化[5-6]。日本于2004 年构建了农产品追溯试验系统，通过利用RFID 标签加强对农产品流通的管理[7]。2005年Spiessl Mayr等[8]运用 RFID 技术优化了猪肉的可追溯系统。发达国家不断提高运输技术、储藏技术、装卸技术、检验技术、加工技术等，并建立先進的物流技术系统，将计算机技术应用到配送中心，实现全程自动化操作。

1.2 国内研究进展

与发达国家相比，我国追溯管理引进和研究起步较晚，但发展较快，目前相关技术支撑着追溯管理工作的开展[9-11]。建立农产品质量安全追溯管理系统可分为硬件建设与软件开发应用2个步骤，其中涉及产品识别、产品编码、信息采集与传输、数据分析等关键技术，这些关键技术近年来都取得了一定突破。2003年设立了“饲料和畜禽产品数字化安全监控体系研究”专题，并应用到蔬菜、水产等产品的追溯中；提出了基于猪肉安全生产的物质流与信息流的跟踪与溯源流程，开发了集约化养猪场及散养模式下养殖、屠宰与销售环节数据记录系统。在北京、上海、天津等地采用条码技术、RFID 技术、IC 卡技术等建立了质量安全溯源系统。中国移动与农业部从 2006年11月起合作开发了动物标识溯源系统。通过该系统实现各环节一体化全程监控，达到动物养殖、防疫、检疫和监督的有机结合，从而对动物疫情与动物产品安全事件进行有效溯源和快速处理。北京派得伟业科技发展有限公司为北京市农业局、大兴农业技术推广站、中国水产科学研究院等研发过农产品质量安全与管理溯源系统，促进了农产品安全管理领域创新发展，有助于农业生产和食品安全领域信息化应用的推广，有效提升本市农产品品牌效应和农业生产附加值。国内相关研究分别从不同角度出发，以RFID 电子标签为主要载体，依托网络技术、移动通信技术和数据库技术等构建了农产品供应链各环节溯源信息数据管理系统，并面向消费者、企业和政府监管部门实现养殖、加工、销售、配送的全程跟踪与追溯[12-14]。2007年郭曼等[15]分析了农产品质量全程追溯系统流程与可追溯单元架构，提出了以数据网格与RFID相结合的方式构建基于数据网格的RFID农产品质量跟踪与追溯系统，实现广域范围的农产品跟踪与信息共享。2013年黄庆等[16]构建了由农资溯源防伪、农资调度和农资知识服务3个子系统组成的农资溯源服务系统。

2 农产品安全溯源物联网调查分析

近年来，我国层出不穷的食品安全问题（毒韭菜、毒豆角、三聚氰胺牛奶、硫磺姜、死猪肉等重大农产品安全事件频发，农业生产经营管理粗放、农业投入品使用不当、政府监管手段落后）在社会上引起了广泛的关注。为了比较全面地了解农产品安全溯源物联网系统的应用现状和需求特点，本研究在2015年3—9月间，对中国部分省市进行了相关调查研究。抽样分布充分考虑了数据的覆盖性以及不同研究层次之间数据的内在联系，选择北京市、河北省、山东省、辽宁省、吉林省和黑龙江省6个地区作为宏观研究对象，从这6个地区中选择了100个（发放调查问卷113份，回收有效反馈100份）农业企业、农业园区和农业技术推广服务机构作为研究对象。

从图1可以看出，市场对农产品质量安全溯源是有一定需求的，但限于成本等因素具备使用条件的企业或单位数量较少。如图2～4所示，被访者对质量安全溯源系统最应该实现功能的选择各有侧重，但普遍认为需要进行农业生产销售全过程的溯源，并且大部分被访者倾向于使用可以个性化定制的农产品质量安全溯源系统。

3 农产品安全溯源物联网技术体系

农产品质量追溯系统包含整个智慧农业的全流程跟踪管理，是主干道，涉及农户、合作社、生产企业、农资供销商、产品销售商、政府和消费者，贯穿了农产品生产基地管理、种植养殖过程管理、采摘收割、加工、储存、运输、上市销售、政府监管等各个环节。追溯平台涉及到的应用模块为智慧农业的某一环节服务，并将采集到的信息即时传送到追溯平台，最终在追溯平台上进行全流程的展现，实现“质量可监控，过程可追溯，政府可监管”（图5）。

3.1 农产品安全溯源物联网感知层

传感感知作为农产品质量安全溯源物联网感知层的核心应用，主要实现信息探测、识别、定位、跟踪等功能的感知终端，承载了将农产品物联网现场信息转换为可处理的应用信号。感知层涉及传感器技术、RFID技术、二维码技术等关键技术[17]，并形成了各类传感器、RFID设备、条码设备、摄像设备、定位设备等核心设备，能够对农产品安全从生产、加工、储存、运输到销售各个环节进行全面的信息感知。

3.2 农产品安全溯源物联网网络层

传输通讯作为农产品安全溯源物联网网络层的核心应用，传输通讯方式主要包括ZigBee、蓝牙、WiFi无线组网、宽带传输、3G/4G移动无线网络传输方式等。在农产品安全生产中常采用企业内部局域网技术，并与互联网、无线网络接口，并在不方便布线的生产现场采用无线局域网通讯；在农产品安全物流运输、车辆配货与调度管理环节通常采用互联网通讯与GPS技术相结合；在农产品安全仓储环节，常采用现场总线技术、无线局域网技术、局域网技术等网络技术进行通讯。

3.3 农产品安全溯源物联网应用层

分析处理作为农产品安全溯源物联网应用层的核心应用，面向终端应用用户，主要作用是对数据进行融合，对感知数据进行分析处理并制定科学管理决策，从而实现农产品安全的全过程信息服务应用。①农产品生产管理：对农产品的生产进行全过程监管，包括生长各阶段环境信息、视频信息、施肥施药信息、茬口信息等。②农产品加工管理：对农产品加工环节进行全过程监管，包括工商信息、加工过程信息、农产品监测报告信息等。③农产品物流管理：可以实现运输过程的可视化。④农产品仓储：可通过感知设备在农产品入库时进行感知，并实现各处仓库及生产点、销售点的无缝连接，准确掌握仓储的基本状态，并能够做出相应控制，实现仓储温湿度、CO2浓度等环境条件的智能调节，从而提高作业管理效率。⑤农产品质量监督：以区域农产品质量安全监督与指导为核心，实现日常管理、统计报表、档案存储、企业评估、科学指导、标识管理、追溯管理等功能。当农产品出现问题时，有利于政府部门发挥监管职能。⑥农产品质量追溯：实现“生产基地—流通加工商—销售商”从上到下的信息追溯，消费者购买问题农产品后，可以层层查找溯源，追究产品流通点及责任人，维护消费者自身权益。

4 结语

农产品安全溯源物聯网管理从概念及实用上都是对传统农业的一种全新突破，实现对农产品生产加工、包装仓储、安全检测、物流配送、销售等全过程开展监控管理[18]。未来的农产品区域流通将趋于频繁，农产品市场规模不断扩大和繁荣，促进农产品安全管理领域创新发展，有助于农业生产和食品安全领域信息化应用的推广，有效提升农产品的品牌效应和附加值，提高农业企业的管理及技术水平，并有助于保障市民食用农产品的安全，可为食品安全监管部门行使职能提供信息化支撑，以更广泛、更深入、更有效地服务于现代农业发展，从而辐射带动区域农业的整体发展[19-21]。

5 参考文献

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