基于RFID的蔬菜质量溯源系统的设计与实现

於文刚

摘要：为了提高蔬菜质量溯源系统信息的实时性、准确性和可靠性，本文介绍了无线射频识别技术（RFID），提出了基于RFID的蔬菜质量溯源系统架构，详细分析了蔬菜销售过程的信息流程，设计了基于RFID的蔬菜质量溯源系统。与基于条形码的系统相比，采用基于RFID的蔬菜质量追溯系统，具有数据采集过程更智能、速度更快、识别率更高的优点。

关键词：RFID；蔬菜；溯源；系统；物联网

中图分类号：TP79，TN92 文献标志码：A

Abstract：In order to improve the information real-timing、 accuracy and reliability of vegetable quality traceability system， this paper introduces the radio frequency identification technology （RFID）. After that， vegetable quality traceability system architecture is proposed based on RFID， information flow of vegetable sales process is also analyzed in detail， vegetable quality traceability system based on RFID is furtherly designed. Compared with the system based on barcode， the vegetable quality traceability system based on RFID has the advantages such as smarter and faster data collection， as well as higher recognition rate.

Key words：RFID；Vegetables；trace to the source；System；Internet of things

0 引言

随着人们生活水平逐渐提高，在注重食品营养的今天，人们对蔬菜消费需求已逐步由数量型向质量型转变，不但要求数量充足、品种齐全，而且更加注重蔬菜的营养成份。围绕蔬菜安全生产的话题消息也随即成为全社会参与关注的热点与焦点。

在国外，无线射频识别技术（radio frequency identification，RFID）在蔬菜质量监管领域已然获得高度重视与广泛研究[1]。美国加利福尼亚州的Oxnard草莓种植户早在2006年就安装了一套由Climate Minder研制的物联网系统，用于实时监测草莓的生长过程。这套系统能够通过采集空气和土壤的实时数据，自动保持大棚内最佳的生长环境，如喷水、喷雾、调整温度等。Mizunuma等[2]通过配置温室的无线局域网（WLAN）用于监测蔬菜的生长，并实现了生长系统的远程控制，研究结果表明这种远程控制系统能够大幅提高生产力并减少人工劳动。

在国内的食品安全研究领域，食品识别多数采用条形码技术[3]，RFID技术应用也已于近期迅速成为学界潮流。蔡文青、梁斌基[4]利用RFID技术监测对奶牛场的原料奶以及奶牛场的管理进行监测，充分借助于互联网溯源管理模式最大程度地成功制止不合格的奶制品进入市场。

综上所述，本文即以RFID技术和物联网为基础，提出基于RFID的物联网架构下蔬菜销售阶段跟踪追溯系统的基本原理，对其结构和功能进行了分析，并利用RFID标签来实现蔬菜的跟踪追溯，从而显著提升了产品信息采集的准确性和便利性。

1 RFID技术介绍

RFID（射频识别）技术，又称电子标签技术，不同于条形码，是一种非接触式的自动识别技术，可以实现多个标签的同时快速读写，操作快捷，安全性高，且具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上可以实现数据加密和存储、存储信息可以自行编辑等优点[5]。

RFID的基础组成包括两部分即软体与硬体 [6]。其中，电子标签、读取器与天线属于硬体部分，而软体部分包括的则是中间件系统。在此基础上，进一步给出无线射频技术的工作原理，具体如图1所示。

图1-1 RFID系统组成结构图

Figure 1-1 Composition structure of RFID system

由图1可知，将 电子标签置于监测对象中，利用无线电波技术把采集的信息数据输送给读写器，再借助于射频信号的空间耦合技术，在不接触的情况下把相关的数据输送给pc终端的应用系统；此后，对传送过来的数据进行分析处理，并最终实现对信息的有效判定与识别。

2基于RFID的蔬菜质量溯源系统的设计

2.1 方案设计

依据决策支持技术体系，项目方案的设计课分为5个层次。实际过程中，是以实际需要为基础，各层次通过有机互联、协同配合，从而完成蔬菜质量管理信息系统的整体构建。首先是数据库操作系统的设定，如Web服务系统；第2个层次是决策支持系统的设计，其中主要由专家系统、知识库、数据库以及模型库系统部分组成；第3个层次是种植应用系统，这部分由以下5个因素整合实现，即4个系统（监测、控制、管理以及销售），一个标准（控制标准）；第4个层次是自动控制与业务办公体系，这部分由HACCP预警、质量溯源这2个系统以及办公自动化与数据交换平台组成；第5个层次是信息处理与发布系统，包括了农业科技部门和海关出口检疫部门以及病虫害防疫、质量监管、质量安全溯源等相关因素，此外还涵盖有电子商务平台。本系统的构建研究中是以实际的需要为基础，同时融合以B/S、C/S技术的专业高效模式，连同这5个层次的智能联通结合，因而能够对蔬菜的选种、种植以及田间管理、采摘、储存、配送等环节进行全程可靠监测。

2.2 蔬菜生产流通数字化过程控制

对蔬菜的生产过程以及流通环节实行数字化控制，其涉及技术的数学模型主要由以下方面组成：1）生长生态环境控制工作流模型；2）RFID二维条码、存储模型；3）测土配方、农药控制模型；4）HACCP预警分析模型；5）专家系统诊断推理模型。

2.3蔬菜生产流通全程监管专家诊断系统

2.3.1 知识库管理

知识库中蕴藏着海量丰富信息，包括产品的选购、成本预算、前期计划、技术支持、相关病虫害预防以及应对措施、销售环节等全方位的技术内容，并附有生动图片信息以及真实案例可供用户参考使用。并且，知识库的信息也是实时更新的，就是要即时补充新的信息和技术。此外，还设置有多种形式的智能检索方式，可为各类用户群体发挥客观规则效应作用。

2.3.2 专家诊断系统

系统运行中，可使行业专家不再为时间和地区所囿，足不出户就可以借助现代通讯工具、网络技术等等直接指导用户。相应地，用户也可以把实际状况通过语言描述并发现彩信、视频等方式与专家最快速度取得联系，把信息全面反映给专家，及时发现问题的原因，并釆取措施，解决问题。如遇困惑疑难也可发挥互联网作用，全球范围求助，来规避风险，减少损失。

3 基于RFID的蔬菜质量溯源系统的实现

以淮扬菜数字化农场蔬菜质量溯源系统为例，完善实施和示范推广全方面的蔬菜生产数字化技术与相关的农村科技服务技术，借助于现代数字化技术对蔬菜的生产过程进行全面、有效控制，最大程度地监控其安全，同时带动农业生产效率提升达到增收的目的，这也将有助于加速农村科技信息的普及覆盖，并最终保障农产品的质量与安全。

3.1 实施基础

3.1.1 确立淮扬菜数字化农场蔬菜生长标准体系

建立淮扬菜数字化农场蔬菜生长标准体系，再按照蔬菜生长标准和“蔬菜E控”平台的相关要求，在每个示范基地中选取3～5个地方品牌蔬菜品种，明确质量控制点，并将蔬菜生产标准体系实现数字化控制。

3.1.2 农户蔬菜采摘收购终端系统

蔬菜经销商随身携带移动终端系统来到田间进行蔬菜的采购，此终端系统可以把农产品的资料、数量以及农户信息等等资料借助于现代网络技术完整传递到公司的终端系统中，并可以打印出电子标签。蔬菜经销商只要把电子标签粘贴在农产品的包装上，就实现了收购活动。

3.1.3 公司端仓储加工入库车间管理系统

利用条码技术可以有效、全面地监测农产品的加工、储存以及入库筛选等系列环节，并产生电子条码，在此基础上又充分利用服务器、计算机网络等技术就可以全局精准掌握蔬菜加工的整个过程。

3.1.4 淮扬菜数字化农场蔬菜生长、溯源平台

研究中，淮扬菜数字化农场蔬菜生长、溯源服务体系的建立与设计，这个体系需要具备信息发布、专家在线指导以及产品溯源服务等功能，可以为农业生产者普及最新的农产品知识和技术以及市场供求状况。该体系使消费者能够实现溯源追踪，只需要利用溯源码就能够在系统内了解到蔬菜的生产、加工以及配送的全方位信息。就现在的技术而言，在蔬菜产品的包装上粘贴二维标识安全码后，向消费者提供查询入口，查询内容包括蔬菜的生产情况、质量安全、保质时间等类别分项，消费者利用相关手机终端下载“蔬菜E控”平台溯源系统（手机终端），就可以完成设定的查询工作，消费者也可以借助于互联网、电话、短信等手段进行查询，甚至利用网络还可以得到更为详细的蔬菜田块场景、生产过程图片等。

3.2 实现过程

如图21所示，展现了新鲜蔬菜供应链流程图。运用电子标签完成数据更新，易于操作，过程较为简单，且在拓展实现上也具相当优势。

3.2.1 生长过程

以淮扬菜数字化农场的速冻蔬菜来举例说明，对大棚内的温度进行有效地控制，利用传感技术对蔬菜的生产环境，如光、温度、湿度以及空气质量等等进行动态监测，借助于数据采集器来完成大棚内各项数据的采集工作，采集的数据有大棚内1.5m高度中空气的湿度和温度、二氧化碳含量以及蔬菜的光合作用状况，每10秒进行一次数据采集，每30min存储一次平均值。建立实时环境数据动态变化数据库，可据此发出蔬菜生产实时栽培管理指导。根据光合有效辐射探头、温度、湿度和CO2浓度传感器采集的数据可得出作物在生长周期内每个时间段的辐射、温度、湿度和CO2浓度变化图，如图3～6所示。

3.2.2 加工过程

由于电子标签能够及时地添加各种信息，就使得在加工环节中，工作人员需要依据一定的规范对相关信息进行更新，包括时间、地点、包装材料以及防腐剂的使用状况等等。过程效果是：消费者在购买蔬菜时就可以借助查询终端具体了解到产品生产的整个过程。

3.2.3 储存过程

也就是智能仓库技术的使用。实现时，是通过电子标签来得到产品的资料，并依据设定标准把产品储存在一定的场所。提取产品时，会有对应信息自动录入系统，这一活动可以通过阅读器来更新电子标签的信息，库存信息也会随之发生联动变化，保证信息的及时性与准确性，尽量减少蔬菜周转次数、保证蔬菜质量。

3.2.4 运输过程

在蔬菜的配送环节，选用了GPS定位技术来实现蔬菜的定位，可随时自由获取蔬菜所在位置。同时也方便了职能部门的检查，在不破坏包装的情况下就可以对蔬菜进行彻底清查，为蔬菜配送以及缓解交通拥堵现象提供了基础便利条件。

3.2.5 销售过程

在蔬菜销售的过程中，把电子标签粘贴于蔬菜的包装上，该系统将对阅读器进行自动操作就可以完成对产品的监测与管理，达到防窃的目的。一些无线射频技术标签还拥有监控蔬菜有效期的功能。假如某款产品在有效期限内还未销售出去，系统会自动发出警示信号告知该产品已过期。由此可知，无线射频技术就是通过为农产品提供独一无二的身份识别号码，从而针对流通到消费者手中的蔬菜，切实保证了其来源的确定性以及产品质量的安全性。

4 结束语

蔬菜的安全生产已成为引发全社会关注的民生重点事实。造成生蔬菜品质量问题的主要原因之一是生产企业还不曾具备全面系统的质量监督和溯源技术发展机制。因为蔬菜从生产到销售是一个长期的过程，中间还要经过加工、运输等各个环节，其中的每个环节以及过程都很难有效地掌控并实施及时的监督检测，对其完整的信息以及各项指标也并未纳入妥善、灵活的管理之下。就现在的技术水平而言，对于企业蔬菜质量实施数字化控制在实现上仍存在一定难度，所以，构建与时代发展相一致的蔬菜安全生产管理与控制体系，对生产过程以及生产环境等各方面信息进行及时、有效地采集，并做到精确地管理和协同耦合决策，在企业的蔬菜标准化生产体系中至关重要。而且，毋庸置疑的是，也必将有利于我国蔬菜在国际市场上竞争力水平的提升，同时进一步加强国内企业的整体实力。

参考文献

[1]任守纲，徐焕良，黎安，周光宏. 基于RFID/GIS物联网的肉品跟踪及追溯系统设计与实现[J]. 农业工程学报，2010，26（10）：229-235.

[2]MIZUNUMA，KATOH，HATA S. Applying IT to farm fields a wireless LAN[J].NTT technical review.2003，（2）：99-104.

[3]王虎虎，徐幸莲.畜禽及产品可追溯技术研究进展及应用[J].食品工业科技，2010，31（8）：413-416.

[4]蔡文青，梁斌. 基于 RFID 技术的原料奶安全溯源管理的研究及实现[J]. 湖北农业科学，2011，50（7）：1473-1475，1487.

[5]吴正大，魏俊荣，张继新. RFID 中间件设计技术初探[J].邮电设计技术，2006，11（8）：39-42.

[6]颜波，石平，黄广文. 基于RFID 和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台开发[J].农业工程学报，2013，29（15）：172-183.