摘  要： 目前国内对畜产品的需求量比较大，但是存在不少分子为了牟取暴利将将不健康的肉食品来代替健康的肉食品进行售卖，这导致了国内的畜产品的安全问题比较严重，这就给为畜牧业发展带来较大压力。针对这种现象，在基于物联网技术的前提下，开发出了针对畜牧的追溯系统，为畜产品的安全和销售提供有力的保障。在分析设计需求和设计原则的基础上利用物联网技术对追溯系统的畜产品饲养、牲畜宰杀和加工、产品的物流运输、产品销售以及消费者维护等部分进行了设计，并实现了相应的功能。

关键词： 畜牧业;物联网技术;追溯系统;食品安全

中图分类号： TP391.44    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.06.031

本文著录格式：李治城. 基于物联网技术的畜牧业自动识别追溯系统设计[J]. 软件，2020，41（06）：147150+168

【Abstract】： At present， there is a large demand for livestock products in China， but many molecules will replace healthy meat products with unhealthy meat products to make huge profits， which leads to serious safety problems of domestic livestock products， which brings great pressure to the development of animal husbandry. In view of this phenomenon， under the premise of Internet of things technology， a traceability system for livestock was developed to provide a strong guarantee for the safety and sales of livestock products. Based on the analysis of design requirements and design principles， the application of Internet of things technology is used to design the parts of the traceability system， such as livestock product raising， livestock slaughter and processing， product logistics and transportation， product sales， and consumer maintenance， and the corresponding functions are realized.

【Key words】： Animal husbandry; Internet of things technology; Tracing system; Food safety

0  引言

肉制食品是日常生活的必需品，最近幾年国内对肉类食品的需求数量不断增加，而在这其中也伴随着诸多食品安全问题，一些不法份子将不健康的肉食品来代替健康的肉食品进行售卖，对许多人造成了巨大的经济损失以及健康损害。在这种背景下，需要结合信息技术完善相关的综合服务体系，基于畜产品的饲养源头出发，明确产品加工、产品存储、产品运输以及产品销售等阶段应实施的策略，建立健全科学的监管模式，满足消费者对高质量肉类产品的需求[1]。目前物联网技术已经比较成熟，利用物联网技术设计畜牧追溯系统建立基于物联网技术的畜牧追溯系统来实现对畜产品的安全监管是可行的。

1  物联网及物联网技术的核心技术在在畜产品可追溯系统中的应用

1.1  物流网

从本质上来说，物联网技术的原理在于实现物体的智能化，借助互联网，实现和物体之间的信息交流，对物体实施科学有效的管理，引导物体实施相应的操作，完成人与物体的远程沟通。

1.2  RFID技术

（1）RFID技术的概念

RFID是无线射频识别技术的英文缩写，这种技术通常被称为电子标签。这种技术利用微波射频信号来实现短距离的识别以及通信的。由于这种即使十分容易操作，并且能够准确的对多个运动中的物体信息进行有效的捕捉，故而这种技术在畜牧业、农业、物流业的应用前景十分的广阔[2]。

（2）RFID技术的基本原理

RFID技术的主要组成部分包括读写器、电子标签以及计算机。实践过程中，由读写器发射信号，然后由电子标签在指定的范围内对信号进行接受，并且对所接收到的信号做出反应，然后将手机接收到的信息向读写器传输，由读写器负责解码，并把解码后的信息传输给电脑，由电脑实施处理和计算。

（3）RFID关键技术

在本次设计中，RFID技术主要应用在对畜禽的身份标识实施监督和管理，做好畜禽饲养的工作，并记录疾病预防的信息，实时关注影响畜禽产品加工和生产以及销售的多个环节，确保畜产品的质量安全问题不受影响，给予全方位的保护。

（4）RFID系统数据传输的过程

RFID系统在工作的过程中是存在数据的传输的，在传输的过程中需要遵循主从原则进行传输。读写器率先发射相应的射频信号，此时拥有电子耳标签的牲畜一旦进入接收范围，就会激活对应的电子标签，产生相应的信息，通过编码处理之后向读写器传输，在读写器接收到信息后实施解码处理，把解码的内容传输到计算机中去，最后相关管理人员根据计算机中所显示得信息进行针对处理[3]。整个过程如图1所示。

1.3  二維码技术

（1）二维码技术的概念

二维码技术在当前的诸多移动设备中得到了广泛的应用，它在一维码的基础商发展起来容量却远远的大于一维码，并且拥有十分强大的纠错能力以及抗损能力，采用二维码技术只需要花费较低的成本就能实现高效的追踪和详细的对物品进行描述。

（2）二维码技术的应用

畜产品的销售的过程中经常会进行小包装，虽然在小包装畜产品上采用RFID技术能够实现追溯功能，但是会造成比较大的经济负担。而在包装畜产品上采用二维码技术，消费者只需要用手机对二维码进行扫描和识别，就可以有效的对畜产品的相关知识进行了解，这就能够在对食品安全进行保障的同时降低成本[4]。

2  追溯系统的需求分析

2.1  项目需求

为了改善畜产品的养殖现状，建设现代智能化生态养殖基地，加强养殖牲畜的生长和生存环境、饲喂饲料数量和质量、牲畜本身的健康状况、繁殖状况等的管理，从而提高牲畜产品的产量，为市场创造高品质、高产出、高收益、高安全性的产品产出。主要有以下几个方面的需求。一是养殖环境智能化监测与控制的需求;二是建设信息化牲畜谱系、生长、繁育等智能档案的需求;三是养殖牲畜个体生理体征智能监测、识别、隔离的需求;四是统一养殖标准，加强养殖管理，建设智能生产管理系统的需求;五是保障牲畜产品质量，建设牲畜产品全程履历系统的需求[5]。六是提升园区管理与科普展示效果，建设监控中心系统的需求。

2.2  设计原则

本次系统的设计主要满足以下几个原则。一是满足牲畜各个生长阶段所需牲畜舍功能条件的要求，增强调控牲畜舍大环境、小环境的人工干预能力，最大限度地为牲畜生长发育、高产稳产、健康强壮创造舒适的环境条件;二是适应于规模化、标准化、智能化生产的需要，有利于集约化现代化牲畜养殖生产与管理;三是符合建筑质量和防火安全要求，有利于施工，节约成本、降低造价;四是有利于废物的排出及饲料、物质、牲畜产品的运输和销售安全;五是养殖场的布局要实现功能区的合理分区，场区道路实现消毒与卫生保障，脏道和净道合理布局不交叉[6]。

3  系统总体设计与实现

3.1  系统体系结构设计

在系统体系结构的过程中，应注意几个容易出错的问题，详情如下：

（1）体系结构合理性

追溯系统的体系结构设计，应基于多个角度进行考虑，系统的稳定性、扩展性、是否满足功能需求、是否满足非功能需求都是在设计过程中需要考虑的，只有从多个角度进行综合考虑，才能包装系统的基本运行。

纪要考虑设计出的系统的稳定性，也要对系统将来的扩展性。

（2）体系结构稳定性

设计追溯系统的结构，应关注其稳定性问题，因为数据库的设计、界面的设计等都是在体系结构的基础上进行的，只有体系结构是稳定的，整个系统才有可能能够正常稳定的运行[7]。

（3）体系结构可扩展

在对追溯系统进行开发的时候需要考虑系统将来的更新升级工作，确保系统在开发之后是能够进行二次开发的。如果一个系统具有比价良好的扩展性，那么它在将来的升级以及维度都会比较简单。

（4）体系结构可复用

研发追溯系统的代码时，需要关注其结构的复用性和可扩展性，这两点十分重要。系统复用性的好坏，可以从代码的简单程度进行分析，有助于后期的升级工作。

（5）系统的操作界面设计

系统的第一印象，应是界面的设计，用户对于系统的评价在很大程度上取决于对于操做截面的评价。正常情况下，用户比较倾向于操作界面简单便捷以及美观的系统，这样一来用户就能比较轻松的上手和拥有良好的视觉观。

3.2  追溯系统的总体架构

分析追溯系统的流程结构，应从五个角度出发，具体包括以下内容：

（1）用户层

用户层是面向系统用户的层次，这个层次主要是让消费者、管理人员、工作人员进行使用的。

（2）监控层

监控层的功能在于监督和管理系统的业务，确保网络系统发挥重要的作用。监控层可以对业务实施多方位的监控，监督业务处理流程的各个环节，有助于良好监督管理机制的建设和升级;而监控层进行网络监控则是监控层为了保证系统安全稳定的运行来对用户从和应用层之间的网络进行监管[8]。

（3）应用层

应用层实际上是系统运行的核心部分，该部分包括移动端业务管理、后台业务管理、追溯系统三大部分。应用层在工作的时候对用户层发送过来的请求进行处理并向用户层发送处理结果。

（4）数据层

数据层是对系统的数据进行存储的部分。一般而言，数据层存储数据的方式是集中存储，并且利用复制和快照等功能建设统一标准的数据存储池，配合系统平台完成数据和信息的共享和传输。

（5）基础层

基础层包括基础数据和信息的采集，完善系统接口的功能，对每个流程的基础构件实施配套处理，确保系统业务不受影响。

3.3  追溯系统的功能设计

本次设计的系统主要是由六大部分组成的，这六个部分分别是饲养、畜产品的宰杀和加工、产品的物流运输、产品的营销、消费者的维护以及产品质量的监督管理。

（1）养殖部分

养殖部分负责采集相关的信息和数据，并对数据和信息实施统一管理。牲畜的养殖，应把带有RFID芯片的电子标签安置于牲畜的耳朵中，然后通过读写器就可以全程的对个体牲畜生长的全过程进行有效的掌握，阻止携病牲畜进入市场中危害人的身体健康[9]。

（2）宰杀加工部分

宰杀加工部分负责对比活体信息与牲畜屠宰后信息，确保肉产品的安全问题。在屠宰过程中加入规范化生产流程，屠宰前使用RFID读写器读取RFID耳标信息，记录和调取将要屠宰牲畜的所有信息，并将信息使用二维码表示，牲畜的每个屠宰过程都应记录到数据库中，并加入操作员的相关信息，致使最后得到的每块肉的二维码都应该包含有相应的批次编号、所属部位、肉品等级和操作员编号等信息，规范化操作能给企业降低风险，并且给外界带来很好的口碑，使更多人容易接受[10]。

（3）储存运输部分

畜产品的存储和运输，应最大化降低其他因素的干扰，通常借助读写器对RFID内的信息进行读写，从而确认畜产品存储运输过程中的信息是否存在不合法的地方，如果存在这信息不合法的线性，RFID技术就会自动的发出报警信号，这样一来就能够比较有效的杜绝不合格的畜产品流入市场[11]。

（4）贸易部分

贸易部分主要是指利用互聯网以及手机移动终端进行网上交易来解决农产品存在的销售难得问题。农产品生产者与消费者通过平台实现线上交易，在减少了中间交易环节的同时减少了中间交易环节所产生的费用，生产者可以降低销售成本，而消费者可以降低购买成本。在交易平台中生产者可以发布农产品的详细信息以及与消费者完成在线交易，而消费者可以在在线交易的过程中实现在线支付、对商务进行评价与投诉。

（5）消费者部分

消费者可以利用手机等移动设备扫描包装上的二维码，快速获取畜产品销售的相关信息，还可以利用移动设备对购买的牲畜产品进行评价。

（6）监督管理部分

监督管理，负责畜产品供应过程中的数据信息采集，确保畜产品质量和安全问题进行有效的监督和管理;二是分析与处理消费者购买后填写的评价信息，针对消费者的评价做出适当的调整，从而促进畜产品行业的改进[12]。

4  追溯系统功能的实现

4.1  牲畜产品全程绿色履历追溯系统

牲畜产品全程绿色履历追溯系统通过获取牲畜的品种、生长阶段、防疫情况、屠宰运输等数据信息，形成对牲畜的全程追溯，确保牲畜生产过程的安全性，把握好各个生产环节。所使用的服务软件有绿色履历平台、绿色履历二维码数据生成服务、绿色履历在线客户端。该系统通过各类自动采集设备获取的数据，形成牲畜的追溯信息及平台界面，使消费者通过扫描二维码标签获悉所购买的牲畜产品的追溯信息[13]。

4.2  农事管理签到系统

通过上级主管在平台上发布最新农事工作计划和规定，饲养员可以通过手机短信和平台通知收到指令，在牲畜舍院内设置RFID阅读器，在每个饲养员手中下发不同操作性质的RFID标签，饲养员每次进牲畜舍进行饲养管理时，都将通过刷卡进行签到，表示已经在进行工作，此方法不仅确保饲养员每天都能 按时进行饲养，同时也加强了对饲养员的管理。通过网络上传至平台，生成牲畜的饲养记录，为牲畜追溯和其他管理提供数据支持，同时记录饲养员考勤。

4.3  牲畜饮水监测系统

在水槽两侧安装栏杆，控制进入水槽饮水牲畜的数量，保证水 槽处只有一只牲畜，这样就可以通过RFID阅读器采集牲畜的编号信息，并产生前来饮水的记录。通过常规轮询扫描数据库饮水记录，若发现有肉牲畜多天未前来 饮水，将产生报警信息，通过平台、邮件或短信方式发送到管理员手中，使管理员前去查看该肉牲畜是否患有疾病或者其他特殊原因。

4.4  农产品质量安全追溯系统

农产品实现可追溯，是以认证农产品（无公害农产品、绿色食品、有机食品）标准为依据、以规范化电子档案为前提、以农产品质量安全数据库为基础、以现 代化的信息网络为纽带、以农产品质量安全监管信息平台为载体，通过产地认定、 产品认证、生产过程监管、产品质量检验、分级包装挂标上市、产地准出、市场准入等相关制度的实施，引进农产品编码技术、电子识别技术及电子标签技术， 把各环节的相关信息汇总成农产品质量安全数据库，形成完整的从农田到市场的追溯链条[14]。本平台是以物联网感知与追溯系统相结合的高科技信息管理技术平台，它贯穿了农产品生产、加工、运输、销售、检验、监管和消费各个环节，建立了“从农田进超市到餐桌”产品信息跟踪和追溯机制，一旦发生食品安全问题，可以有效地追踪到食品的源头，及时召回不合格产品，将安全风险以及经济损失降至最低。同时，在此过程中提取了生产、加工、流通和消费等供应链环节消费者关心的公共追溯和防伪要素，有效建立食品安全信息数据库，从源头上提供了食品安全透明度，保障了消费者的合法权益。

5  系统的社会经济效益

农业物联网技术实现了食品安全溯源、农业生产管理的精准化、远程化和自动化及农产品智能储运等技术应用功能，这些技术功能具有一定的社会经济效益。在经济效益方面，主要表现在其有利于提高生产效率、降低循环流转成本、节约能源资源投入成本、增加农产品附加价值、带动农业物联网技术相关设备和软件产业的发展等;在社会效益方面，主要表现在其有利于保护生态环境、保障食品安全、节约能源资源、引导产业结构均衡发展和实现“人”的进一步“在场”解放[15]。

6  结论

本文设计的基于物联网技术的畜牧追溯系统能够实现对畜牧产品全过程的追溯和畜牧产品“从养殖到餐桌”的全透明化管理，全面保障了畜牧产品的食品安全，有重要的社会效益和经济效益。同时还可建立信息发布和展示平台，定期向社会发布生畜牧产品质量信息，增强市民对畜牧产品质量的信心，也可向政府部门传输有效数据，共同推进畜牧业的健康发展。

参考文献

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