引言
近年來，瘋牛病、口蹄疫、豬鏈球菌感染、禽流感等重大食品安全事件的爆發(fā)引起了全世界的廣泛關注。隨著經(jīng)濟的全球化，食品跨國界和跨地區(qū)流通越來越頻繁，各種食品安全事故和隱患呈迅速擴展和蔓延之勢llJ。如何確保肉品的安全性，已成為擺在當今政府部門、食品生產(chǎn)企業(yè)及食品科技工作者面前亟待解決的全球性課題。目前，歐盟、美國等國相繼立法來強制性實行食品安全追溯制度。食品安全追溯制就是對食品生產(chǎn)、流通過程中各關鍵環(huán)節(jié)的信息加以有效管理，通過對過程信息的監(jiān)控管理，來實現(xiàn)預警和追溯，一旦出現(xiàn)問題可迅速追溯至源頭。為了實現(xiàn)信息的可追溯，各種先進的信息技術(shù)被研究和應用，如二維條形碼、地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS) Web服務州、虹膜等，近年來快速發(fā)展的射頻識別技術(shù)成為當前各國建立跟蹤與追溯體系的最佳選擇。
在國外，無線射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)在食品藥品質(zhì)量監(jiān)管領域已得到廣泛研究。澳大利亞建立了一個畜牧標示和追溯系統(tǒng)，使用統(tǒng)一的電子耳標對牛羊進行識別管理[8]。日本自2001年起建立了食品身份證制度，即農(nóng)產(chǎn)品履歷制度，用來實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷的追蹤[9]。美國Purdue Pharma制藥公司已將RFID標簽與單一藥瓶包裝生產(chǎn)線的流程成功整合，將RFID標簽貼在OxyConfin(一種麻醉止疼藥)藥品的包裝瓶上，對其進行流向追蹤及監(jiān)控。北美最大的食品服務營銷和分配組織SYSC0公司，已完成低溫儲運系統(tǒng)的RFID與傳感系統(tǒng)集成測試，結(jié)果表明RFID在食品運輸過程中監(jiān)控溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的能力很強，可有效保證食品品質(zhì)和質(zhì)量安全。
在國內(nèi)的食品安全領域，食品識別多采用條形碼技術(shù)，RFID技術(shù)應用也逐漸成為研究的熱點?；赗FID技術(shù)的“安全豬肉監(jiān)控追溯系統(tǒng)”2005年在上海正式投入使用，該系統(tǒng)將RFID標簽打在豬耳朵上，實時獲取生豬的飼料、病歷、喂藥、轉(zhuǎn)群、檢疫等信劇。
目前，國內(nèi)的可追溯體系大多是針對養(yǎng)殖場或加工企業(yè)建立的，往往忽略了產(chǎn)品銷售階段的跟蹤和追溯。而產(chǎn)品銷售階段是假冒偽劣產(chǎn)品流入消費市場的入口，如果忽視了對該階段的產(chǎn)品信息監(jiān)控，致使假冒偽劣產(chǎn)品流入消費市場，那么上游的養(yǎng)殖場和加工企業(yè)的追溯就失去了意義。因此深入研究肉品全生命周期的產(chǎn)品跟蹤追溯體系，對提高中國肉品的質(zhì)量和安全水平，提高消費者對肉品的消費信心都具有深遠的社會意義。
本文以RFID技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)為基礎，提出基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下肉品銷售階段跟蹤追溯系統(tǒng)的基本原理，對其結(jié)構(gòu)和功能進行了分析，利用RFID標簽來實現(xiàn)肉品的跟蹤追溯，并基于GIS技術(shù)實現(xiàn)了跟蹤追溯信息的可視化，大大提高了產(chǎn)品信息采集的準確性和便利性。
1 RFID與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
RFID技術(shù)，通過無線射頻方式進行非接觸式的全雙工數(shù)據(jù)通信，以實現(xiàn)對實物目標的自動識別。具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。
物聯(lián)網(wǎng)最早由美國麻省理工學院提出，經(jīng)過多年的研究，現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)概念，更加寬泛。一切與物物相連，有別于人與人的移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的，統(tǒng)稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的類型是多種多樣的，其中以產(chǎn)品電子代碼(electronic product code，EPC)系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)整合的物聯(lián)網(wǎng)也被稱為“EPC網(wǎng)絡”(EPC network)。在這個網(wǎng)絡中，物品(商品)能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質(zhì)是利用RFID技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品(商品)的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。
EPC系統(tǒng)主要由6個方面組成：EPC編碼、EPC標簽、讀寫器、神經(jīng)網(wǎng)絡軟件Savant、對象名解析服務(objectnaming service，ONS)和實體標記語言(physical markuplanguage，PML)05]。其中Savant系統(tǒng)是RFID系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)，負責傳送和管理讀寫器識讀的信息流；ONS對象名解析服務的功能類似于互聯(lián)網(wǎng)域名服務，是對產(chǎn)品信息的存儲位置進行定位的服務器：PML實體標記語言，它基于可擴展標記語言(extensible markup language，xML)發(fā)展而來，提供描述物體、過程和環(huán)境的標準，供RFID系統(tǒng)中的軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)存儲和分析所用；PML服務器用于存儲PML文件。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
EPC編碼體系是EPC網(wǎng)絡的重要組成部分，它對實體及實體的相關信息進行代碼化，是物品在物聯(lián)網(wǎng)中的唯一代號，通過統(tǒng)一規(guī)范的編碼作為通用的信息交換語言。EPC編碼是由版本號加上另外3段數(shù)據(jù)(依次為域名管理者、對象分類、序列號)組成的一組數(shù)字。通常情況下，根據(jù)標簽存儲信息的長度將EPC編碼分為3個版本：EPC．64，EPC．96，EPC一256，其中EPC．96是目前使用最為廣泛的一種編碼。EPC．96表示該編碼長度為96
位(--進制)，編碼體系如圖2所示。
2基于RFID的肉品企業(yè)資源平臺架構(gòu)
傳統(tǒng)制造企業(yè)資源平臺是企業(yè)各種信息系統(tǒng)集成運行的環(huán)境，包括企業(yè)資源計劃(enterprise resource plan，ERP)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(product data management，PDM)、計算機輔助制造(computer aided manufacture，CAM)等，其中PDM是企業(yè)資源的核心。肉品生產(chǎn)企業(yè)作為流程性制造企業(yè)，也需要構(gòu)建一個統(tǒng)一的企業(yè)資源平臺架構(gòu)，為各種信息系統(tǒng)提供可共享、可集成的信息。基于RFID的肉品企業(yè)資源平臺架構(gòu)如圖3所示，分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和客戶層。其中數(shù)據(jù)層包括平臺數(shù)據(jù)庫和業(yè)務數(shù)據(jù)庫。平臺數(shù)據(jù)庫提供基礎平臺的運行數(shù)據(jù)，業(yè)務數(shù)據(jù)庫提供業(yè)務數(shù)據(jù)。業(yè)務層提供系統(tǒng)的主要功能，主要由RFID標簽子系統(tǒng)、肉品生產(chǎn)子系統(tǒng)、肉品庫存子系統(tǒng)、肉品銷售子系統(tǒng)和肉品跟蹤追溯子系統(tǒng)五大子系統(tǒng)組成?？蛻魧犹峁┯脩舨捎貌煌绞绞褂孟到y(tǒng)的界面，主要分為手機客戶端、瀏覽器／,ll鼴務器(Browser／Server，B／S)結(jié)構(gòu)下的瀏覽器客戶端和客戶機／服務器(1ient／Server，C／S)構(gòu)下的定制軟件客戶端。用戶分為消費者、管理者和監(jiān)管者3大類。
EPC系統(tǒng)主要負責各子系統(tǒng)節(jié)點RFID數(shù)據(jù)的采集、過濾，通過網(wǎng)絡傳輸?shù)礁髯缘倪h程PML數(shù)據(jù)庫進行保存和查詢等處理。肉品的生命周期，從屠宰到消費者手中，可分為幾個階段：屠宰、加工、庫存、運輸、銷售和消費。要實現(xiàn)肉品的跟蹤追溯，就是要把這幾個階段的信息進行識別、記錄管理和跟蹤，形成一個完整的肉品生命周期信息鏈。其中，屠宰、加工階段的肉品信息跟蹤追溯，本課題組已有論文予以論述。本文主要針對肉品銷售階段的信息進行跟蹤追溯處理。
3基于RFID的肉品銷售跟蹤追溯體系分析
肉品在銷售階段的跟蹤體系是依照肉品的銷售網(wǎng)絡為基礎建立的，對產(chǎn)品的流通信息進行采集以完成產(chǎn)品的跟蹤。跟蹤體系以產(chǎn)品銷售網(wǎng)絡的每個節(jié)點DP(distribution point)作為數(shù)據(jù)采集點，在各數(shù)據(jù)采集點布置安裝一套EPC系統(tǒng)，由EPC系統(tǒng)對流入流出各個銷售網(wǎng)絡節(jié)點的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)采集并將其保存到各節(jié)點PML數(shù)據(jù)庫中。肉品追溯體系是跟蹤體系的逆過程，從產(chǎn)品零售商開始追溯到上級經(jīng)銷商直至生產(chǎn)廠商的每一個產(chǎn)品流通節(jié)點獲取產(chǎn)品流通數(shù)據(jù)，將其與各節(jié)點的地理信息結(jié)合起來在GIS平臺中提供給用戶。以上兩者構(gòu)成一個完整的肉品跟蹤追溯體系。下面將從這兩方面進行詳細討論。
3．1 肉品銷售跟蹤系統(tǒng)分析
3．1．1銷售階段肉品數(shù)據(jù)采集
肉品銷售信息跟蹤是對肉品在銷售網(wǎng)絡流通過程數(shù)據(jù)的管理。肉品銷售跟蹤系統(tǒng)以肉品出廠信息作為信息跟蹤源頭。肉品在出廠時給其包裝箱上附上RFID標簽，標簽中含有EPC編碼，實例如圖4所示，該EPC碼是作為產(chǎn)品流通過程中產(chǎn)品的唯一編號，由肉品生產(chǎn)廠商寫入標簽，在肉品流通過程中不能被修改，各節(jié)點RFID閱讀器只能對其進行讀取。
肉品銷售網(wǎng)絡的產(chǎn)品銷售結(jié)構(gòu)如圖5所示，肉品通過這個銷售網(wǎng)絡，由生產(chǎn)廠家銷售到消費者手中。銷售階段信息的采集主要通過在各銷售節(jié)點DP上布置EPC系統(tǒng)。肉品節(jié)點數(shù)據(jù)采集布局如圖6所示。
下面結(jié)合某企業(yè)業(yè)務應用實例，詳細介紹如圖4所示的肉品數(shù)據(jù)采集步驟。
1)在肉品進入節(jié)點的時候，RFID讀寫器會根據(jù)到貨檢驗、裝卸搬運、入庫等物流作業(yè)快速讀取RFID標簽中的原始數(shù)據(jù)：86．0257A08．100167．20100608432，該數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾程序之后傳遞給本地Savant系統(tǒng)。
2)本地Savant系統(tǒng)將肉品EPC編碼傳送給本地ONS，轉(zhuǎn)換成EPC域名，然后將EPC域名傳遞給ONS基礎構(gòu)架，請求與EPC域名相匹配的遠程PML服務器IP地址。
3)本地服務器通過獲得的IP地址與遠程PML服務器建立連接，請求肉品相關信息，生產(chǎn)廠商的PML服務器返回肉品的質(zhì)量管理文件及相關交易記錄、物流紀錄。
4)本地服務器將遠程PML服務器返回的肉品信息(肉品名稱、類型、生產(chǎn)日期、有效期)與入庫質(zhì)檢識讀器收集到的生產(chǎn)廠商、購進數(shù)量、購貨日期等項內(nèi)容，生成驗收記錄，存入本地PML服務器，同時記錄肉品生產(chǎn)廠商PML服務器的IP地址。
在肉品銷售過程中，肉品物聯(lián)網(wǎng)的每個節(jié)點在肉品流通過程中根據(jù)以上步驟完成肉品數(shù)據(jù)采集，不斷在各節(jié)點生成肉品跟蹤的PML文件并保存，為追溯系統(tǒng)提供產(chǎn)品追溯數(shù)據(jù)。
3．1．2 RFID數(shù)據(jù)過濾
通過RFID讀寫器采集到的標簽數(shù)據(jù)量十分巨大，而真正對用戶有意義的數(shù)據(jù)卻不多。如不將冗余的數(shù)據(jù)過濾掉，會帶來3方面的負擔：一是傳輸大量的標簽數(shù)據(jù)帶來的網(wǎng)絡負擔；二是處理大量的標簽數(shù)據(jù)帶來的數(shù)據(jù)處理器負擔；三是存儲大量額外的標簽數(shù)據(jù)帶來的存儲負擔。
因此本系統(tǒng)在RFID數(shù)據(jù)傳遞給Savant系統(tǒng)之前對標簽數(shù)據(jù)進行過濾(如圖6所示)以減少系統(tǒng)的負擔。假定RFID讀寫器采集到的標簽數(shù)據(jù)可以表示成
1)將肉品標簽數(shù)據(jù)放入一個哈希表(hash table)中，將產(chǎn)品標識碼86．0257A08．100167．20100608432作為哈希表的關鍵字。2)定義一個時間間隔tinterval如60 S。3)當讀取到一個新的標簽數(shù)據(jù)時，檢查在哈希表中是否存在相同的標簽，若存在且兩者的讀取時間差小于tinterval，則認為該標簽數(shù)據(jù)是重復讀到的標簽數(shù)據(jù)，過濾掉，同時更新哈希表中該標簽的讀取時間。若存在且兩者的讀取時間差大于tinterval則認為該標簽是新的標簽，輸出該標簽同時更新哈希表中該標簽的讀取時間。若不存在，則將其插入到哈希表中同時輸出該標簽。
12
