基于混合模式（RFID+條碼）的農產品質量可追溯系統(tǒng)集成設計

自20世紀70年代以來，食品安全問題日益突出，引起了人們的廣泛關注。實行農產品安全標志及追溯管理，建立農產品質量安全可追溯系統(tǒng)是有效解決食品安全問題的重要措施。各國研究人員相繼研究建立了若干追溯系統(tǒng)：Lachance利用GPS、條碼和HA*技術建立了食品安全可追溯系統(tǒng)；Moretti等人建立了漁業(yè)可追溯系統(tǒng)，美國、法國的研究人員采用電子射頻（RFID）標簽和條形碼相結合的追蹤模式，實現了對肉牛生長發(fā)育和牛肉生產的整個供應鏈流程的追蹤。國內陸昌華、謝菊芳、昝林森、葉春玲等人應用SQL Server、VB.NET、ASP.NET等技術實現了豬肉、牛肉、蔬菜等質量安全可追溯系統(tǒng)。

一個完善的追溯系統(tǒng)應該至少包含以下四個部分，即標志系統(tǒng)、數據存儲系統(tǒng)、數據采集和傳遞系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)。目前，各國應用了以下技術對農產品進行標志：條形碼技術、RFID技術、DNA識別技術以及虹膜識別技術；使用條碼識讀設備、RFID天線等實現數據采集；采用電子表格交換、電子郵件、物理電子數據支持介質及確切信息輸入等方式實現數據傳遞。

已實現的系統(tǒng)中系統(tǒng)架構多數采用C/S或B/S模式，但是單一采用C/S或B/S模式有其不足之處。C/S模式的系統(tǒng)只適用于局域網而且需要耗費大量的人力去對客戶端進行維護和升級；而B/S模式的系統(tǒng)運行速度較慢、數據不安全，對硬件的操作性較差。本文提出一種基于C/S和B/S混和模式的農產品質量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法，該方法使用目前廣泛應用的RFID技術、條形碼技術及其他如數據庫和組件等技術，將標志、數據存儲、數據采集和傳遞、信息查詢四部分進行有機集合以實現對農產品生產全過程進行管理，實現農產品質量安全可追溯。

1基于混合模式的可追溯系統(tǒng)框架

1.1農產品可追溯系統(tǒng)的信息需求

質量可追溯系統(tǒng)包含兩層含意，一方面是質量相關信息的跟蹤，即對于農產品生產過程中主要環(huán)節(jié)的信息進行記錄存檔；另一方面為質量危害的溯源，即能夠根據產品生產記錄信息逆向追溯到產品危害來源。農產品可追溯系統(tǒng)涉及多個主體，包括農產品生產商、加工商、銷售商和消費者。產品的相關信息在可追溯系統(tǒng)各個節(jié)點被采集，并在上述主體之間流動，形成了追溯流程。各主體具有不同的特點，要實現信息的有效采集與傳遞，針對不同的主體系統(tǒng)應具有不同的體系架構，采取不同的數據采集與傳輸方式。

a）農產品生產商空間分布廣，企業(yè)信息化程度一般較低，同時農產品生產周期長，信息采集點分散且采集時間不固定；但農產品生產商（如養(yǎng)殖場和種植農戶）是農產品供應的源頭，是保證農產品質量安全的第一關。以上特點要求系統(tǒng)對農產品進行監(jiān)管和惟一標志，但對數據傳輸的實時性和傳輸速度要求不高。

b）農產品加工商一般采用流程化作業(yè)模式，加工環(huán)節(jié)較多、過程復雜，這導致系統(tǒng)對個體標志信息的采集比較頻繁，信息采集量較大。同時農產品在這一環(huán)節(jié)的聚合狀態(tài)經常會發(fā)生變化（如經歷分割或混合操作），追溯單元變遷復雜。以上特點要求系統(tǒng)自動、快速辨識個體，并對其精確跟蹤。

c）農產品銷售商是產品進入消費者手中的最后一關，目前追溯系統(tǒng)中涉及的銷售商大多為大型超市。產品在此環(huán)節(jié)已經包裝完畢、不會再次分割，因此系統(tǒng)的重要功能之一是實現對產品去向的跟蹤。

d）消費者是追溯系統(tǒng)的終端，針對消費者系統(tǒng)主要實現信息查詢功能。消費者具有分布范圍廣、需求及偏好差別大等特點，因此查詢系統(tǒng)應具有易操作、免安裝、免維護、響應速度快等特點。

1.2農產品可追溯系統(tǒng)的集成框架與技術選擇

目前農產品可追溯系統(tǒng)網絡連接模式主要有兩種，分別為客戶端/服務器（C/S）模式和瀏覽器/服務器（B/S）模式，這兩種模式各有其優(yōu)缺點，單一采用任意一種模式均有其局限性。C/S模式的系統(tǒng)通常為兩層結構，即客戶端和服務器端。在此結構的應用中，用戶界面和業(yè)務邏輯在客戶端，數據維護在服務器端，由另一個獨立的數據庫管理系統(tǒng)程序來完成。采用C/S模式的系統(tǒng)具有客戶端安全性高、數據處理的響應速度快、數據的動態(tài)交互性強等優(yōu)點，同時C/S模式的系統(tǒng)在操作硬件方面具有優(yōu)勢。

B/S模式以訪問Web數據庫為中心，HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器訪問Web服務器和與其相連的數據庫服務器，其結構為三個層次，即表示層、功能層和數據層。采用B/S模式系統(tǒng)客戶端只需安裝瀏覽器，無須安裝客戶端，系統(tǒng)的擴展及升級非常容易。

農產品追溯系統(tǒng)采用C/S與B/S相結合的混合架構，具體實現為業(yè)務流程采用C/S結構，信息發(fā)布采用B/S結構。整個系統(tǒng)以C/S模式為基本框架，以B/S結構為補充，這種混合模式集兩種架構的優(yōu)點于一體，在運行速度、信息承載、信息采集傳輸自動化程度、數據安全等方面性能優(yōu)越。

1.2.1基于RFID技術的個體標志及數據采集傳遞方案

RFID的基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。與傳統(tǒng)的條形碼識別技術相比較，RFID具有以下優(yōu)勢：掃描快速、體積小、形式多樣化、穿透力強、數據的記憶容量大及安全性好等特點。RFID系統(tǒng)通常由識讀器和電子標簽組成，而識讀器又分為移動式和固定式。方案采用RFID技術實現農產品在生產、加工環(huán)節(jié)的個體標志和信息傳遞，針對供應鏈不同主體和不同的農產品，采取不同的個體標志方式與不同的數據采集、傳遞方案。

1）個體標志：在農產品生產環(huán)節(jié)預先對產品進行編碼，并制作包含編碼及其他必要信息的RFID標簽用以標志個體。例如對于**等畜類采用耳標的形式標志個體；蔬菜水果等農產品則給農戶或地塊制作RFID卡片標簽來標志個體。在農產品加工環(huán)節(jié)，根據實際情況確定追溯的單位（批次、個體、部位），同樣使用RFID卡片標簽標志追溯個體?？ㄆS產品移動，當產品聚合狀態(tài)（分割或混合）發(fā)生改變時，通過對卡片標簽信息進行讀寫、復制操作來達到標志個體的目的。

2）數據采集與傳遞：一般而言，農產品生產商分布范圍廣、場地面積大，而生產過程中的數據采集在時間和空間上均相對分散，故使用移動式RFID識讀設備（手持機）進行數據采集并傳輸。農產品加工商處信息設施齊全，加工環(huán)節(jié)緊湊，數據采集類型固定且頻率很高，故此處采用能遠距離快速讀寫的固定式RFID識讀設備（天線及識讀器）對標簽進行數據讀寫操作。

1.2.2基于組件技術的軟件集成方案

組件技術是一種軟件開發(fā)中的末端技術，組件是一個獨立發(fā)布、可替換的功能部分，可以通過它的接口實現服務。軟件組件是僅有契約式的指定接口和上下文關系所構成的單元，是一種可部署軟件的代碼包，其中包括某些可執(zhí)行模塊。組件具有四個特點，即服務性、可部署性、合成性及上下文依賴性。組件單獨開發(fā)并作為軟件單元使用，它具有明確的接口，軟件通過這些接口調用組件所提供的服務。采用組件技術可以降低軟件開發(fā)、測試和維護成本，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

實現追溯單元的標志、數據采集和傳遞是實現整個系統(tǒng)追溯功能的前提。為了提高上述功能的可重用性，降低開發(fā)的難度，本文使用組件技術進行開發(fā)。各功能模塊被構建成不同的組件，并明確定義各接口，使用者通過其接口得到服務，無須調用組件的內部方法。系統(tǒng)實現其基本功能主要涉及三個組件，分別為RFID讀寫組件、二維碼生成組件、打印組件，需調用10個動態(tài)庫文件和兩個配置文件。

a）RFID讀寫組件主要用于操作RFID天線與接收器，實現系統(tǒng)與RFID標簽的數據交互。系統(tǒng)功能模塊通過預定義的接口與組件相連，對RFID標簽數據進行讀出和寫入操作，同時返回操作結果。

b）二維碼生成組件用于生成二維碼圖片。系統(tǒng)相應功能模塊將追溯碼、圖片大小、像素等參數發(fā)送到組件，組件讀取配置文件、動態(tài)庫文件，生成二維碼圖片保存在預設路徑。

c）打印組件實現系統(tǒng)與工業(yè)打印機的交互，通過更改配置文件來設置標簽大小、字號、打印速度、對比度等參數，同時打印模塊程序將打印內容、圖片路徑等參數發(fā)送給打印組件。組件根據配置文件調用需要的動態(tài)庫對打印機進行操作，實現標簽打印功能。

2基于混合模式的農產品可追溯系統(tǒng)實現

作為農產品的一種，蔬菜是人們日常生活不可或缺的食品之一，其質量安全直接影響人們的身體健康。本文在調研蔬菜企業(yè)實際業(yè)務流程的基礎上，對蔬菜種植及加工過程中所涉及的追溯個體的劃分與標志、信息采集與傳遞等作了相關研究，應用此集成方法設計并實現了基于C/S和B/S混合模式的蔬菜質量安全可追溯系統(tǒng)。

2.1蔬菜可追溯業(yè)務流程

為蔬菜企業(yè)實際業(yè)務流程，企業(yè)的經營模式為公司+聯營種植戶的形式。種植戶負責蔬菜的日常生產管理及信息記錄。企業(yè)采購部接到辦公室通知后對種植戶的蔬菜進行采樣檢驗，如各項指標合格，則通知種植戶收獲企業(yè)要求的數量并送至生產部門。生產部門接收種植戶的蔬菜，合格部分經清洗、雜質檢驗、分揀包裝，最后在外包裝上粘貼追溯標簽后分發(fā)到各訂貨超市。

2.2蔬菜可追溯系統(tǒng)設計與實現

系統(tǒng)由四部分構成：a）由個體編碼方案、RFID標簽和二維碼標簽組成的標志系統(tǒng)；b）中央數據庫及數據處理程序構成的數據存儲系統(tǒng)；c）由RFID天線和識讀設備、手持機、相應應用程序構成的數據采集與傳輸系統(tǒng)；d）由條碼識讀設備、觸摸一體查詢機及蔬菜質量安全追溯網站組成的信息查詢系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行初期，對所有農戶和地塊進行編號，同時為所有農戶和員工制作標志身份的RFID標簽對其惟一性進行標志。任何關鍵信息采集之前，系統(tǒng)均需識別RFID標簽。

根據企業(yè)生產管理和蔬菜種植加工的流程，將追溯系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)管理、種植數據管理、人員管理、地塊管理、加工管理、日常管理、信息查詢等七個功能模塊。以加工管理模塊為例，本模塊包含樣品檢驗、蔬菜入廠、蔬菜包裝、蔬菜出庫、加工記錄五個業(yè)務子模塊，分別對應加工流程各個環(huán)節(jié)。蔬菜入廠時，系統(tǒng)自動生成包含地塊、入廠日期、檢驗員等信息的蔬菜RFID標簽，并將其附在盛放蔬菜的容器外。蔬菜在各環(huán)節(jié)流轉時，系統(tǒng)通過RFID天線無接觸地從標簽中存取數據，實現蔬菜信息的采集和傳遞；特別當蔬菜聚合狀態(tài)發(fā)生變化時，通過復制RFID標簽或將新信息寫入標簽實現產品與信息的同步流動。當完成所有加工后，系統(tǒng)根據RFID標簽中數據生成追溯碼，并打印出帶有二維條碼的紙質標簽粘貼于蔬菜外包裝上，顧客可以通過追溯碼查詢蔬菜信息。

在開發(fā)RFID讀寫、二維碼生成及標簽打印等系統(tǒng)主要模塊時使用組件技術。以實現追溯碼標簽的預覽與打印為例，a）將生成二維碼圖片的兩個動態(tài)庫文件及打印需要的動態(tài)庫文件單建文件夾放于C盤根目錄下；b）將生成二維碼的組件和打印組件分別添加到代碼中相應位置；c）把組件中相關動態(tài)庫文件的引用目錄修改成新建的文件夾所在位置；d）設定組件運行需要的相關參數。經以上操作，系統(tǒng)即可根據實際獲得的參數生成帶有二維碼圖片及其他相關信息的追溯標簽并將其打印。

系統(tǒng)在Windows 2003 Server操作系統(tǒng)下進行開發(fā)，使用語言為C#，數據庫選用MS SQL Server 2005.系統(tǒng)在實驗室測試通過并已在合作企業(yè)安裝并試驗運行，結果顯示系統(tǒng)可以很好地實現蔬菜從進廠、加工一直到打印標簽、包裝出庫的整個生產流程，最終完成蔬菜信息可追溯功能。

3結束語

本文通過對農產品供應鏈各環(huán)節(jié)進行研究，提出了一種基于混合模式的農產品質量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法。采用C/S +B/S的混合模式來構架系統(tǒng)，使追溯系統(tǒng)既具有強壯的數據操縱能力和數據安全性，又具有開放性。通過將RFID技術、條形碼技術和組件技術等進行有機集成，實現了農產品供應鏈各主體間信息傳遞的有效連接。以蔬菜為例，在實地調研企業(yè)實際業(yè)務流程的基礎上，應用此方法開發(fā)了蔬菜質量安全可追溯系統(tǒng)。試驗運行結果顯示系統(tǒng)實現了蔬菜質量信息的跟蹤和溯源，既滿足了消費者對質量信息透明的要求，又為企業(yè)構筑了一個生產管理平臺。由于農產品供應鏈上與質量安全相關的信息種類繁雜，目前的追溯系統(tǒng)還只是針對關鍵信息進行追溯。下一步的工作重點將研究更多種類的信息納入可追溯范疇，并在合理的范圍內提高可追溯信息的準確度。