食品溯源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：本項(xiàng)目從食品的生產(chǎn)源頭開始，對(duì)每一具體食品經(jīng)過(guò)哪一工序，通過(guò)哪一環(huán)節(jié)到了消費(fèi)者手中，都能查詢到詳細(xì)記錄。本項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，充分應(yīng)用了RFID的最新成果，軟件系統(tǒng)基于S2SH框架來(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)企業(yè)決策進(jìn)行指導(dǎo)。應(yīng)用中，該系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：食品溯源；物聯(lián)網(wǎng)；Java EE；射頻識(shí)別

0 引言
食品安全關(guān)系到人民群眾的生命安全和身體健康，同時(shí)也關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展以及長(zhǎng)治久安的大局。這個(gè)問(wèn)題不僅是百姓每天關(guān)注的問(wèn)題，也是政府關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)也是合法守信企業(yè)進(jìn)行食品生產(chǎn)所關(guān)注的問(wèn)題。國(guó)家對(duì)所有食品生產(chǎn)企業(yè)實(shí)行食品質(zhì)量安全市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，要求企業(yè)對(duì)出廠合格食品加貼QS標(biāo)志，對(duì)食品安全進(jìn)行承諾。這一方法雖取得了一些成效，但是隨著三鹿奶粉事件等一系列的食品安全事件的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)這一方法并不能約束企業(yè)合法生產(chǎn)，不能打消人們對(duì)食品安全的顧慮。
從食品的生產(chǎn)源頭開始，每一具體食品經(jīng)過(guò)哪一工序，通過(guò)哪一環(huán)節(jié)到了消費(fèi)者手中，都能查詢到，這樣無(wú)疑能打消消費(fèi)者的顧慮，使得監(jiān)管部門能有效地監(jiān)督生產(chǎn)、流通和銷售，同時(shí)也給所有食品生產(chǎn)企業(yè)提供了一個(gè)公平競(jìng)爭(zhēng)的商務(wù)平臺(tái)。
食品溯源問(wèn)題存在的問(wèn)題表現(xiàn)在：在整個(gè)食品生產(chǎn)供應(yīng)鏈中，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。支持食品溯源系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)電子設(shè)備還不夠成熟，價(jià)格偏高，但隨著各項(xiàng)技術(shù)的逐步成熟，會(huì)逐步使實(shí)驗(yàn)方案更加完善。國(guó)內(nèi)有相關(guān)的產(chǎn)品，但大都停留在食品一般性的驗(yàn)證真?zhèn)紊?，在食品溯源鏈上開發(fā)不夠。根據(jù)食品溯源問(wèn)題的技術(shù)需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)一方面要考慮到食品生產(chǎn)和食品運(yùn)輸?shù)恼鎸?shí)情況，另一方面要考慮企業(yè)管理者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及消費(fèi)者的實(shí)際需求。整個(gè)系統(tǒng)以生產(chǎn)鏈條為主線，引入了二維碼、電子標(biāo)簽等信息化手段，采用CS／S和B／S構(gòu)架。系統(tǒng)包含了：原始信息采集、倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)和出庫(kù)管理、二次加工后產(chǎn)品信息采集、零售系統(tǒng)開發(fā)和溯源查詢、基于android系統(tǒng)的手機(jī)查詢平臺(tái)、基于Web數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式開發(fā)以及食品監(jiān)管應(yīng)用開發(fā)等模塊。

1 無(wú)線射頻技術(shù)原理
RFID又稱為電子標(biāo)簽，作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，它是當(dāng)前最先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID可以準(zhǔn)確遠(yuǎn)距離識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的貨物，并能同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，能大大提高工作效率。相比于一些常用的識(shí)別技術(shù)，如：條形碼、磁卡、IC卡，RFID卡信息載體較小、成本低、承載信息量大、可通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行讀寫操作、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、并且壽命較長(zhǎng)，是實(shí)現(xiàn)物品管理信息化的理想數(shù)據(jù)采集媒介。
RFID是一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，由電子標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分構(gòu)成。標(biāo)簽部分是一個(gè)做識(shí)別用的部分，由供電方式可分為有源標(biāo)簽、無(wú)源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽三種。閱讀器主要由控制模塊和射頻模塊組成。天線是閱讀器和標(biāo)簽信號(hào)和能量傳遞的中介，負(fù)責(zé)以一定的輻射范圍和角度向外發(fā)送和接收電磁信號(hào)。閱讀器和標(biāo)簽的所有操作都由軟件系統(tǒng)來(lái)完成。在應(yīng)用中，軟件部分向閱讀器發(fā)出指令，閱讀器響應(yīng)這些指令，按照指令完成閱讀器參數(shù)的設(shè)定，并實(shí)現(xiàn)閱讀器與軟件之間的數(shù)據(jù)交互。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)會(huì)在一些傳統(tǒng)行業(yè)如：物流、零售、制造業(yè)、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮出它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，帶來(lái)這些領(lǐng)域的技術(shù)更新。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為解決食品溯源問(wèn)題提供了技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的支持。當(dāng)前，作為物聯(lián)網(wǎng)基石之一的RFID技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，隨著移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的日益普及，RFID與互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)結(jié)合也是必然趨勢(shì)。RFID系統(tǒng)的引入使食品供應(yīng)鏈的透明度大大提高，我們開發(fā)的食品溯源系統(tǒng)將在此基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)。

2 Struts2+Soring+hibernate構(gòu)架
基于B／S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)是當(dāng)前的主流方法?；赟2SH框架的Java EE輕量級(jí)開發(fā)是當(dāng)前Web開發(fā)中較為流行的解決方案。它是一個(gè)開源的框架，具有三層MVC結(jié)構(gòu)，層次非常清晰，便于開發(fā)，S2SH成為當(dāng)前Java EE開發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
Struts2框架采用MVC模式，只需對(duì)Struts．xml文件進(jìn)行配置就能實(shí)現(xiàn)視圖、控制和模型各組件之間的松耦合，為系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)帶來(lái)了方便。Struts2在創(chuàng)建Web應(yīng)用程序時(shí)能很容易分離表示層和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)性能得以大大提升。Struts2主要用于實(shí)現(xiàn)用戶交互功能，而Hibernate則主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持久化。因?yàn)橛辛薍ibernate的支持，使得Java EE開發(fā)專注于進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆治?、設(shè)計(jì)和開發(fā)。Spring用于Jave EE的各層解決方案，而不是僅僅專注于某一層的方案，Spring貫穿于表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和持久層，它使用基本JavaBean來(lái)完成以前只可能由EJB完成的事情。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文給出一個(gè)完整的系統(tǒng)構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

3．2 RFID原始信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
在食品生產(chǎn)的初級(jí)環(huán)節(jié)，比如種豬，配置相應(yīng)的電子標(biāo)簽，記錄其編號(hào)、品種、飼料的品牌、出生日期、產(chǎn)地編碼、使用藥物情況、出欄日期、出售價(jià)格等信息，同時(shí)將相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。讀卡器讀取電子標(biāo)簽的信息，不斷收到一連串的EPC碼，系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是傳送和管理這些數(shù)據(jù)。將通過(guò)后端的中問(wèn)件系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，并通過(guò)C／S方式傳送并保存到當(dāng)?shù)氐腤eb數(shù)據(jù)庫(kù)中。RFID系統(tǒng)框架分為閱讀器和電子標(biāo)簽以及相應(yīng)的與計(jì)算機(jī)通信的中間件系統(tǒng)。系統(tǒng)同時(shí)提供基于RFID讀卡器或手持機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式將數(shù)據(jù)傳遞給Web數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換方式。
3．3 倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)和出庫(kù)管理系統(tǒng)和二次加工后的產(chǎn)品信息采集
食品所經(jīng)歷的流通領(lǐng)域也是食品溯源系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)之一。RFID技術(shù)掃描迅速、讀取方便、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長(zhǎng)、安全、體積小型化、形狀多樣化。在軟件支持下，并不需要對(duì)單個(gè)進(jìn)行掃描，一一入庫(kù)。為此開發(fā)一個(gè)入庫(kù)管理模塊，如圖1所示，將按照原始食品的電子標(biāo)簽進(jìn)行批量入庫(kù)，系統(tǒng)采用C／S框架，以串口數(shù)據(jù)傳遞給當(dāng)?shù)氐腤eb數(shù)據(jù)庫(kù)，并記錄物品存放地點(diǎn)和存放方式。出庫(kù)采用跟入庫(kù)相同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)食品進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)后，將原料信息進(jìn)行采集，有的可直接從RFID上讀取，有的則需要從上一級(jí)Web數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取。生產(chǎn)的下一級(jí)產(chǎn)品被賦予新的RFID號(hào)，將相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)入電子標(biāo)簽和Web數(shù)據(jù)庫(kù)，并記錄上一級(jí)的Web地址。后一級(jí)依然包含了倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。
3．4 零售系統(tǒng)開發(fā)
食品在物流和倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)是整箱大包裝的，上架前需要拆箱，由于每個(gè)食品包裝上都有RFID標(biāo)簽，所以拆箱后可以隨意擺放。用戶只需用智能手機(jī)對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行掃描，就可以通過(guò)GPRS訪問(wèn)到此食品的來(lái)源。有的企業(yè)考慮成本的原因，到用戶零售環(huán)節(jié)可能會(huì)選擇二維碼，手機(jī)可以通過(guò)二維位碼掃描訪問(wèn)相關(guān)的Web服務(wù)器，查詢到這件商品的來(lái)源，其中涉及到商品編碼向二維碼的轉(zhuǎn)換研究。二維碼的編碼具有密度高、信息容量大、編碼范圍廣、容錯(cuò)能力強(qiáng)、譯碼可靠性高、成本低、易于制作、條碼符號(hào)形狀以及尺寸大小比例可變等特點(diǎn)，適合于智能手機(jī)進(jìn)行讀取。一般而言，食品是不允許退貨的，但也有一些特殊的退貨情形，這就要求在當(dāng)退回食品經(jīng)過(guò)某種處理后，相關(guān)信息也將被調(diào)整，并通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)基于android系統(tǒng)的手機(jī)查詢平臺(tái)。3G智能手機(jī)掃描識(shí)別RFID標(biāo)簽，進(jìn)行遠(yuǎn)端服務(wù)器的訪問(wèn)。GPRS可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使手機(jī)處于連接狀態(tài)，其傳輸數(shù)據(jù)速率10倍于GSM，而且實(shí)現(xiàn)了分組發(fā)送和接收，并按流量收費(fèi)，是一種非常理想的通信方式。
3．5 行政監(jiān)管系統(tǒng)
開發(fā)和研究針對(duì)食品安全進(jìn)行事故溯源處理和應(yīng)急響應(yīng)，對(duì)過(guò)期食品進(jìn)行行政監(jiān)管。納入食品溯源的食品，若沒(méi)有電子標(biāo)簽或二維碼將禁止在正規(guī)渠道進(jìn)行銷售，若某一商品在其下游節(jié)點(diǎn)查不到其母節(jié)點(diǎn)，其銷售將是非法的，零售商也不可能隨意修改其生產(chǎn)日期，一旦有過(guò)期食品，監(jiān)管部門將勒令其下架。若在銷售中發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問(wèn)題的食品，可以很容易追溯到上游生產(chǎn)廠家，并對(duì)其流通渠道很方便地進(jìn)行控制，以快速將損失降到最低。在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中形成大量數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)對(duì)食品鏈上的生產(chǎn)、運(yùn)輸和零售企業(yè)都有很好的指導(dǎo)作用。
本系統(tǒng)能夠?yàn)槠髽I(yè)提供商品銷售預(yù)測(cè)，哪種食品在哪個(gè)商店需求量大，需求檔次等等，以及價(jià)格跟蹤等服務(wù)，為企業(yè)進(jìn)行成本核算提供了必要依據(jù)。同時(shí)有利于物價(jià)監(jiān)管部門對(duì)食品價(jià)格進(jìn)行必要的監(jiān)督。通過(guò)分析不同人群的購(gòu)物習(xí)慣，合理利用庫(kù)存資源，優(yōu)化庫(kù)存結(jié)構(gòu)。同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，把大量的客戶分成不同的類，每個(gè)類里的客戶具有相似的屬性，不同類別的客戶屬性各不相同，這樣企業(yè)可以針對(duì)不同類別的客戶提供不同的有針對(duì)性的產(chǎn)品和服務(wù)，來(lái)提高用戶的滿意度。

4 結(jié)語(yǔ)
食品安全是關(guān)系人民身體健康和國(guó)家長(zhǎng)治久安的大問(wèn)題，針對(duì)食品生產(chǎn)、銷售和監(jiān)管方面的難題，本文采用了基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)食品溯源系統(tǒng)。系統(tǒng)充分考慮了食品溯源在我國(guó)實(shí)施的具體情況，解決了一系列難題，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于S2SH框架的Web系統(tǒng)，充分利用智能手機(jī)和無(wú)線通信技術(shù)，較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。