基于混合模式（RFID+條碼的）農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)集成設(shè)計

　　自20 世紀(jì)70 年代以來，食品安全問題日益突出，引起了人們的廣泛關(guān)注。實行農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)志及追溯管理，建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)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HACCP 技術(shù)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(biāo)簽和條形碼相結(jié)合的追蹤模式， 實現(xiàn)了對肉牛生長發(fā)育和牛肉生產(chǎn)的整個供應(yīng)鏈流程的追蹤。國內(nèi)陸昌華、謝菊芳、昝林森、葉春玲等人應(yīng)用SQL Server、VB.NET、ASP.NET 等技術(shù)實現(xiàn)了豬肉、牛肉、蔬菜等質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng) 。

　　一個完善的追溯系統(tǒng)應(yīng)該至少包含以下四個部分，即標(biāo)志系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳遞系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)。目前，各國應(yīng)用了以下技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品進行標(biāo)志：條形碼技術(shù)、RFID 技術(shù)、DNA 識別技術(shù)以及虹膜識別技術(shù);使用條碼識讀設(shè)備、RFID 天線等實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;采用電子表格交換、電子郵件、物理電子數(shù)據(jù)支持介質(zhì)及確切信息輸入等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

　　已實現(xiàn)的系統(tǒng)中系統(tǒng)架構(gòu)多數(shù)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法，該方法使用目前廣泛應(yīng)用的RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)及其他如數(shù)據(jù)庫和組件等技術(shù)，將標(biāo)志、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集和傳遞、信息查詢四部分進行有機集合以實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程進行管理，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)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(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的信息需求

　　質(zhì)量可追溯系統(tǒng)包含兩層含意，一方面是質(zhì)量相關(guān)信息的跟蹤，即對于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中主要環(huán)節(jié)的信息進行記錄存檔;另一方面為質(zhì)量危害的溯源，即能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)記錄信息逆向追溯到產(chǎn)品危害來源。農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)涉及多個主體，包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、加工商、銷售商和消費者。產(chǎn)品的相關(guān)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(xiàn)信息的有效采集與傳遞，針對不同的主體系統(tǒng)應(yīng)具有不同的體系架構(gòu)，采取不同的數(shù)據(jù)采集與傳輸方式。

　　a）農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商空間分布廣，企業(yè)信息化程度一般較低，同時農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，信息采集點分散且采集時間不固定;但農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商（如養(yǎng)殖場和種植農(nóng)戶）是農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的源頭，是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的第一關(guān)。以上特點要求系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品進行監(jiān)管和惟一標(biāo)志，但對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和傳輸速度要求不高。

　　b）農(nóng)產(chǎn)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(fù)雜，這導(dǎo)致系統(tǒng)對個體標(biāo)志信息的采集比較頻繁，信息采集量較大。同時農(nóng)產(chǎn)品在這一環(huán)節(jié)的聚合狀態(tài)經(jīng)常會發(fā)生變化（如經(jīng)歷分割或混合操作），追溯單元變遷復(fù)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(nóng)產(chǎn)品銷售商是產(chǎn)品進入消費者手中的最后一關(guān)，目前追溯系統(tǒng)中涉及的銷售商大多為大型超市。產(chǎn)品在此環(huán)節(jié)已經(jīng)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(xiàn)對產(chǎn)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(xiàn)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(yīng)具有易操作、免安裝、免維護、響應(yīng)速度快等特點。

　　1.2　農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的集成框架與技術(shù)選擇

　　目前農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接模式主要有兩種，分別為客戶端/服務(wù)器（C/S）模式和瀏覽器/服務(wù)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(jié)構(gòu)，即客戶端和服務(wù)器端。在此結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，用戶界面和業(yè)務(wù)邏輯在客戶端，數(shù)據(jù)維護在服務(wù)器端，由另一個獨立的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理的響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫為中心，HTTP 為傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器訪問Web 服務(wù)器和與其相連的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，其結(jié)構(gòu)為三個層次，即表示層、功能層和數(shù)據(jù)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(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)采用C/S 與B/S 相結(jié)合的混合架構(gòu)，具體實現(xiàn)為業(yè)務(wù)流程采用C/S 結(jié)構(gòu)，信息發(fā)布采用B/S 結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)以C/S 模式為基本框架，以B/S 結(jié)構(gòu)為補充，這種混合模式集兩種架構(gòu)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(shù)據(jù)安全等方面性能優(yōu)越。

　　1.2.1　基于RFID 技術(shù)的個體標(biāo)志及數(shù)據(jù)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(xiàn)對被識別物體的自動識別。與傳統(tǒng)的條形碼識別技術(shù)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(shù)據(jù)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(biāo)簽組成，而識讀器又分為移動式和固定式。方案采用RFID 技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工環(huán)節(jié)的個體標(biāo)志和信息傳遞，針對供應(yīng)鏈不同主體和不同的農(nóng)產(chǎn)品，采取不同的個體標(biāo)志方式與不同的數(shù)據(jù)采集、傳遞方案。

　　1）個體標(biāo)志：在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)預(yù)先對產(chǎn)品進行編碼，并制作包含編碼及其他必要信息的RFID 標(biāo)簽用以標(biāo)志個體。例如對于牛羊等畜類采用耳標(biāo)的形式標(biāo)志個體;蔬菜水果等農(nóng)產(chǎn)品則給農(nóng)戶或地塊制作RFID 卡片標(biāo)簽來標(biāo)志個體。在農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)，根據(jù)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(biāo)簽標(biāo)志追溯個體?？ㄆS產(chǎn)品移動，當(dāng)產(chǎn)品聚合狀態(tài)（分割或混合）發(fā)生改變時，通過對卡片標(biāo)簽信息進行讀寫、復(fù)制操作來達到標(biāo)志個體的目的。

　　2）數(shù)據(jù)采集與傳遞：一般而言，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商分布范圍廣、場地面積大，而生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集在時間和空間上均相對分散，故使用移動式RFID 識讀設(shè)備（手持機）進行數(shù)據(jù)采集并傳輸。農(nóng)產(chǎn)品加工商處信息設(shè)施齊全，加工環(huán)節(jié)緊湊，數(shù)據(jù)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(shè)備（天線及識讀器）對標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)讀寫操作。

　　1.2.2　基于組件技術(shù)的軟件集成方案

　　組件技術(shù)是一種軟件開發(fā)中的末端技術(shù)，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(xiàn)服務(wù)。軟件組件是僅有契約式的指定接口和上下文關(guān)系所構(gòu)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(wù)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(diào)用組件所提供的服務(wù)。采用組件技術(shù)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(xiàn)追溯單元的標(biāo)志、數(shù)據(jù)采集和傳遞是實現(xiàn)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(shù)進行開發(fā)。各功能模塊被構(gòu)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(wù)，無須調(diào)用組件的內(nèi)部方法。系統(tǒng)實現(xiàn)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(diào)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(xiàn)系統(tǒng)與RFID 標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)功能模塊通過預(yù)定義的接口與組件相連，對RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)進行讀出和寫入操作，同時返回操作結(jié)果。

　　b）二維碼生成組件用于生成二維碼圖片。系統(tǒng)相應(yīng)功能模塊將追溯碼、圖片大小、像素等參數(shù)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(yù)設(shè)路徑。

　　c）打印組件實現(xiàn)系統(tǒng)與工業(yè)打印機的交互，通過更改配置文件來設(shè)置標(biāo)簽大小、字號、打印速度、對比度等參數(shù)，同時打印模塊程序?qū)⒋蛴?nèi)容、圖片路徑等參數(shù)發(fā)送給打印組件。組件根據(jù)配置文件調(diào)用需要的動態(tài)庫對打印機進行操作，實現(xiàn)標(biāo)簽打印功能。

　　2　基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)實現(xiàn)

　　作為農(nóng)產(chǎn)品的一種，蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡氖称分?，其質(zhì)量安全直接影響人們的身體健康。本文在調(diào)研蔬菜企業(yè)實際業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)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(biāo)志、信息采集與傳遞等作了相關(guān)研究，應(yīng)用此集成方法設(shè)計并實現(xiàn)了基于C/S 和B/S 混合模式的蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。

　　2.1　蔬菜可追溯業(yè)務(wù)流程

　　為蔬菜企業(yè)實際業(yè)務(wù)流程，企業(yè)的經(jīng)營模式為公司+聯(lián)營種植戶的形式。種植戶負責(zé)蔬菜的日常生產(chǎn)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(biāo)合格，則通知種植戶收獲企業(yè)要求的數(shù)量并送至生產(chǎn)部門。生產(chǎn)部門接收種植戶的蔬菜，合格部分經(jīng)清洗、雜質(zhì)檢驗、分揀包裝，最后在外包裝上粘貼追溯標(biāo)簽后分發(fā)到各訂貨超市。

　　2.2　蔬菜可追溯系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：a）由個體編碼方案、RFID 標(biāo)簽和二維碼標(biāo)簽組成的標(biāo)志系統(tǒng);b）中央數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理程序構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng);c）由RFID 天線和識讀設(shè)備、手持機、相應(yīng)應(yīng)用程序構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng);d）由條碼識讀設(shè)備、觸摸一體查詢機及蔬菜質(zhì)量安全追溯網(wǎng)站組成的信息查詢系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行初期，對所有農(nóng)戶和地塊進行編號，同時為所有農(nóng)戶和員工制作標(biāo)志身份的RFID 標(biāo)簽對其惟一性進行標(biāo)志。任何關(guān)鍵信息采集之前，系統(tǒng)均需識別RFID 標(biāo)簽。

　　根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(wù)子模塊，分別對應(yīng)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(biāo)簽，并將其附在盛放蔬菜的容器外。蔬菜在各環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)時，系統(tǒng)通過RFID 天線無接觸地從標(biāo)簽中存取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)蔬菜信息的采集和傳遞;特別當(dāng)蔬菜聚合狀態(tài)發(fā)生變化時，通過復(fù)制RFID 標(biāo)簽或?qū)⑿滦畔懭霕?biāo)簽實現(xiàn)產(chǎn)品與信息的同步流動。當(dāng)完成所有加工后，系統(tǒng)根據(jù)RFID 標(biāo)簽中數(shù)據(jù)生成追溯碼，并打印出帶有二維條碼的紙質(zhì)標(biāo)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(biāo)簽打印等系統(tǒng)主要模塊時使用組件技術(shù)。以實現(xiàn)追溯碼標(biāo)簽的預(yù)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(yīng)位置;c）把組件中相關(guān)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(shè)定組件運行需要的相關(guān)參數(shù)。經(jīng)以上操作，系統(tǒng)即可根據(jù)實際獲得的參數(shù)生成帶有二維碼圖片及其他相關(guān)信息的追溯標(biāo)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(shù)據(jù)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(jié)果顯示系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)蔬菜從進廠、加工一直到打印標(biāo)簽、包裝出庫的整個生產(chǎn)流程，最終完成蔬菜信息可追溯功能。

　　3　結(jié)束語

　　本文通過對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)進行研究，提出了一種基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)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(gòu)架系統(tǒng)，使追溯系統(tǒng)既具有強壯的數(shù)據(jù)操縱能力和數(shù)據(jù)安全性，又具有開放性。通過將RFID 技術(shù)、條形碼技術(shù)和組件技術(shù)等進行有機集成，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各主體間信息傳遞的有效連接。以蔬菜為例，在實地調(diào)研企業(yè)實際業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用此方法開發(fā)了蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。試驗運行結(jié)果顯示系統(tǒng)實現(xiàn)了蔬菜質(zhì)量信息的跟蹤和溯源，既滿足了消費者對質(zhì)量信息透明的要求，又為企業(yè)構(gòu)筑了一個生產(chǎn)管理平臺。由于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上與質(zhì)量安全相關(guān)的信息種類繁雜，目前的追溯系統(tǒng)還只是針對關(guān)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(nèi)提高可追溯信息的準(zhǔn)確度。