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基于RFID的农产品安全监控系统研究
作者：杨海东 周洺
来源：微计算机信息
日期：2008-05-09 18:28:14
摘要：RFID技术具有使用简便、识别工作无须人工干预、批量远距离读取、对环境要求低、使用寿命长、数据可加密、存储信息可更改等优点，结合有效的数据库系统及网络体系，可以帮助实现农产品从生产源头到最终消费者的监控。
1引言
近年来，由于农产品安全危机频繁发生，严重影响了人们的身体健康，引起了全世界的广泛关注。欧盟、美国等发达国家和地区要求出口到当地的农产品均必须能够进行跟踪和追溯。而在国内，农产品安全问题已成为农业发展新阶段亟待解决的主要矛盾之一。如何强化农产品的安全管理，建立农产品安全监控系统，实现其信息在整个供应链上的共享，实现农产品的可追溯能力，从而达到从“农田到餐桌”端到端的监控，已是非常紧迫！由于农产品生产与消费的日益分离，供给体系的复杂化，所涉及的生产、加工、运输、贮藏、包装、检测和卫生等各个环节众多。采用何种技术和方法来实现农产品的全程监控和可追溯能力，是一个非常重要的课题。
RFID技术具有使用简便、识别工作无须人工干预、批量远距离读取、对环境要求低、使用寿命长、数据可加密、存储信息可更改等优点，结合有效的数据库系统及网络体系，可以帮助实现农产品从生产源头到最终消费者的监控。因此，本文提出一种基于RFID技术的农产品安全监控系统，围绕“生产、监控、检测、监管”四条主线，以农产品生产环境、农产品生产、农产品加工、农产品流通、市场进入等环节为立足点，对农产品的生产环境、生产、加工、流动、销售实施实时监控。下面我们在业务流程分析的基础上，探讨在农产品流通的各个环节中如何使用RFID技术，重点研究系统架构，系统业务模型、系统功能及其实现。
2系统设计
基于RFID技术的农产品安全监控系统主要包括农产品生产监控模块、供应基地监控模块、农产品物流企业监控模块、农产品仓储监控模块、农产品消费点管理模块、农产品安全管理中心模块等。
（1）农产品安全管理部门（工商局或农产品主管部门）设立农产品安全管理中心，建立中心数据库，中心数据库和各生产、加工厂家、农产品仓库、以及各中途监控点进行实时通信。中心数据库具备监控、查询、统计、报表和计划等功能。农产品安全管理中心负责制定标签编码方案和号段分配，农产品经营主体备案管理，厂家身份鉴定资格审查、管理和取消，运输车辆资格审查、管理和取消，物流公司资格审查、管理和取消等工作。
（2）农产品生产、养殖基地模块：生产、种植、养殖基地（简称：生产基地）是农产品的生产地。当初级产品不需要加工时，由生产基地制作农产品电子标签、配送车辆电子标签和电子封条，将产品直接发送到农产品仓库；当初级产品需要加工时，则由生产基地制作农产品电子标签、配送车辆电子标签和电子封条，将初级产品直接发送到农产品加工企业。在初级产品发送前，生产基地将所有农产品信息实时传入到管理中心。
（3）农产品仓储监控模块：各农产品仓库作为地区性仓储中心，负责农产品接收、入库、存储和配送，各农产品仓库设本地数据库。在农产品入口处由RFID终端设备完成入库农产品的自动鉴别和商品信息输入功能。各商品在出库时要通过RFID设备完成包括商品去向目的地信息在内的配送信息。这些商品的入库、存储及出库信息由本地后台数据管理系统负责完成统计、分析、报表和管理工作，同时本地系统要及时和农产品中心数据库保持通信，进行数据和指令的交互。农产品仓库（简称仓库）接受来自加工中心的农产品，是本物流检查系统的终点。为保证农产品的安全，仓库内设置车辆货物检查点，对接受的农产品进行四重核对：① 核对车辆身份；② 核对车门上的电子封条是否完整；③ 核对车辆登记农产品和卸载农产品是否一致；④ 核对车辆登记农产品与管理中心数据库的数据是否一致。同时，仓库将卸货信息和检查结果上传管理中心。
（4）农产品加工中心监控模块：各加工中心负责将农产品进行包装。各加工中心配备本地RFID系统，利用本系统对各包装单元进行编码并写入RFID标签，然后将标签贴到商品上，在装车的同时，将数据上传到农产品安全管理中心。车辆装载完毕时，将车上所有RFID标签标号一次性写入车辆配备的RFID车载电子标签中。农产品加工中心（简称加工中心）加工农产品并将加工好的农产品发送到各个农产品仓库。加工中心是物流运输的起点，负责制作要发送的农产品的电子标签、配送车辆电子标签和电子封条，并在发送前将这些电子信息传入到管理中心。
（5）农产品物流企业监控模块：物流公司将配送车辆相关注册信息发送给管理中心，管理中心对其进行资格审查和管理，以便于运送过程中对车辆进行核对。每个车辆配备一个RFID车载电子标签，这个标签作为车辆的身份标志，记录有本车身份信息和本车装运商品的RFID标签的信息，以便车辆和所载商品信息关联起来。车载电子标签要求采用有源标签（例如5.8G），以便能够存入大量的信息，并可以对车辆进行远距离识别，同时有源5.8G RFID标签可以与现有高速公路不停车收费系统统一起来。
（6）农产品销售点管理模块：消费点收到仓库配送过来的农产品时，读取并核对产品上的电子标签信息，实时将数据上传到管理中心和仓库数据库。
（7）农产品运输监测点模块：在车辆运输过程中，可以通过监测点的对车辆进行监测。监测点可以是执法人员通过人工手段进行监测，也可以通过安装固定设备进行自动监测，监测手段可以是手持式终端，也可以是固定RFID设备，监测点采集的信息可以通过GPRS无线方式，或者通过TCP/IP与农产品安全管理中心通信。管理部门可以设置固定的运输监测点和流动的人工运输监测点（简称监测点），对配送车辆进行合法性检查。
（8）农产品质量日常监管模块：包括① 产地环境、生产投入管理；对农产品质量安全进行管理，首先需要对农产品的产地环境、生产投入等相关因素进行日常监管。②农产品质量案件信息管理；③ 暂停农产品生产、销售；④ 恢复农产品生产、销售；⑤ 农产品及养殖户黑名单管理；⑥ 农产品停止生产、退出市场；⑦ 重点农产品划定；⑧ 重点农产品取消；⑨ 名优农产品；⑩ 名优农产品养殖企业。
（9）农产品安全公众服务信息模块。把农产品安全监控基本情况等通过Internet向公众发布，并利用WebGIS发布生产区域生态环境、污染情况和生产投入等空间信息及相关信息；把与农产品安全预警信息及时在网上发布，用户可通过系统了解有关的避防措施等。www.51kaifa.com
3 RFID技术实施策略
将RFID应用到农产品安全管理中，最主要的是应用RFID标签的特性来保证实现“源头”农产品追踪解决方案和在农产品供应链中提供完全透明度的能力。为了达到这一目的，在不同的阶段，不同的物流过程中选择不同的标签形式和标签阅读形式。
（1）生产环节：在生产环节大体包括下面几种生产方式，一种是生猪活禽等，是活体从养殖场运输到加工企业的农产品。需要在活体身上加装RFID电子标签。第二种生产方式是需要加工或不需要加工的蔬菜果品，一些需要加工的农产品。这两种农产品在生产的过程中需要对生产的过程进行详细记录，储存在本地数据库中，在农产品生产出以后，在运输农产品的托盘上加装RFID电子标签，记录这批产品的信息，并且和本地数据库中的信息相对应。在生产阶段，采用13.36MHz或125KHz无源电子标签，因为此种标签成本比较低，所以较容易应用到生产环节中去，标签上主要记录生产养殖的相关信息，如养殖场编号、运出时间等，而且这些信息要和生产企业自身的信息系统数据库相联系，以便查询生产过程的细节信息。在各个生产企业都设置RFID读写卡机具，可以实现农产品信息的写入。
（2）加工环节：加工环节分两种情况，一种是从生产基地直接运送过来的农产品到加工企业进行加工，一种是外国农产品通过本地加工企业进口然后进入农产品供应链。
对于从生产基地直接运送来的农产品，加工企业在读取农产品上的RFID信息后，将这些信息保留在标签中，并且将农产品的加工信息进一步添加到加工后的农产品电子标签中，农产品电子标签的使用和生产环节一样，在价值较高，对环境要求比较严格的农产品上应用单个的RFID电子标签，而在价值较低的产品上，对运输的托盘和大包装上应用标签，而对单个农产品应用条形码技术。
（3）运输环节：物流公司将配送车辆相关注册信息发送给管理中心，管理中心对其进行资格审查和管理，以便运送过程中对车辆进行核对。
在农产品运输过程中，只有经过农产品管理中心认证的物流企业才能从事农产品的运输。因为安全的需要，在运输过程中采用集装箱运输，所以在运输环节对RFID电子标签的安装有严格的要求。
首先要求对每一次运输的农产品信息做读取，然后在集装箱上安装的RFID电子标签上详细记录，封条一般安装在集装箱门把手上，或者安装在车厢壁上，这样可以防止在运输过程中农产品发生意外。
对于集装箱运输采用的RFID电子标签，我们将采用900MHz或者2.45GHz有源电子标签，这样可以保证记录数据的信息量大，数据内容包括集装箱内农产品信息，运送车辆信息和运送时间等。这些信息和物流企业本地数据库相关联。
在运输检测点和运输过程结束时，检查人员要比对集装箱上安装的有源电子标签内的信息和管理中心传来的数据是否一致。
（4）仓储环节：在仓储环节，需要对运送来的装有RFID电子标签的农产品进行储存，这样就需要在仓储入口处设置自动判断进出库农产品和记录农产品信息的RFID读写设备，在仓库内安装多个读写设备对不同区域的农产品进行记录。在清点货物或者查询货物的时候，可以用手持读卡机具直接查询货物信息。
在仓储环节对RFID的应用偏重于RFID信息的读取和信息的管理。在仓库内部在叉车或者工作人员身上佩带RFID电子标签，可以有效的利用资源，使得仓储过程更加高效快捷。
（5）消费环节：在消费环节，对于RFID的应用主要集中在消费点配备的RFID读写机具对于仓库运送过来的食品进行信息验证，对于验证合格的食品信息，消费点可以进行销售，如果信息不吻合，就要向管理中心报告货物异常，同时拒绝这些货物进入消费点。在消费点售卖农产品时，用RFID读卡器对每一件售卖食品信息进行记录。所以在这个环节，RFID的应用主要就是信息的确认。
4应用实例
以珠海市斗门区水产品安全监控为例，养殖环境查询可按地区，时间段、电子标签编号对水产品养殖的生产投入、养殖环境进行追踪。一旦发现水产品安全出现质量问题，就可以通过此系统追溯产生问题的原因。通过选择农产品电子标签编号、统计范围、投入时间，对水产品养殖过程中的养殖环境、鱼苗、饲料、药物的使用情况进行查询\。
5结论
RFID技术的应用为实现农产品的安全监控提供了一种可行、高效的途径。在本文所介绍的系统中，通过为农产品及加工产品加贴RFID电子标签，设立农产品安全管理中心数据库和在各地农产品仓库设本地数据库，实现了对农产品的生产、运输、加工、储存和销售各环节的全方位跟踪。通过本系统的建设，不仅可以追溯种养殖与加工业的疫病与污染问题，还可以追溯种养殖过程中滥用药、加工过程中超范围超限量使用添加剂，改变以往对农产品质量安全管理只侧重于生产后的控制，而忽视生产中预防控制现象。
本文作者的创新点是：充分利用射频识别技术（RFID），结合信息化的智能网络体系，围绕农产品“生产、监控、检测、监管”四条主线，以农产品生产环境、农产品生产、农产品加工、农产品流通、市场进入等环节为立足点，对农产品的生产环境、生产、加工、流动、销售实施实时监控，实现农产品的可追溯能力，从而达到从“农田到餐桌”端到端的监控。
近年来，由于农产品安全危机频繁发生，严重影响了人们的身体健康，引起了全世界的广泛关注。欧盟、美国等发达国家和地区要求出口到当地的农产品均必须能够进行跟踪和追溯。而在国内，农产品安全问题已成为农业发展新阶段亟待解决的主要矛盾之一。如何强化农产品的安全管理，建立农产品安全监控系统，实现其信息在整个供应链上的共享，实现农产品的可追溯能力，从而达到从“农田到餐桌”端到端的监控，已是非常紧迫！由于农产品生产与消费的日益分离，供给体系的复杂化，所涉及的生产、加工、运输、贮藏、包装、检测和卫生等各个环节众多。采用何种技术和方法来实现农产品的全程监控和可追溯能力，是一个非常重要的课题。
RFID技术具有使用简便、识别工作无须人工干预、批量远距离读取、对环境要求低、使用寿命长、数据可加密、存储信息可更改等优点，结合有效的数据库系统及网络体系，可以帮助实现农产品从生产源头到最终消费者的监控。因此，本文提出一种基于RFID技术的农产品安全监控系统，围绕“生产、监控、检测、监管”四条主线，以农产品生产环境、农产品生产、农产品加工、农产品流通、市场进入等环节为立足点，对农产品的生产环境、生产、加工、流动、销售实施实时监控。下面我们在业务流程分析的基础上，探讨在农产品流通的各个环节中如何使用RFID技术，重点研究系统架构，系统业务模型、系统功能及其实现。
2系统设计
基于RFID技术的农产品安全监控系统主要包括农产品生产监控模块、供应基地监控模块、农产品物流企业监控模块、农产品仓储监控模块、农产品消费点管理模块、农产品安全管理中心模块等。
（1）农产品安全管理部门（工商局或农产品主管部门）设立农产品安全管理中心，建立中心数据库，中心数据库和各生产、加工厂家、农产品仓库、以及各中途监控点进行实时通信。中心数据库具备监控、查询、统计、报表和计划等功能。农产品安全管理中心负责制定标签编码方案和号段分配，农产品经营主体备案管理，厂家身份鉴定资格审查、管理和取消，运输车辆资格审查、管理和取消，物流公司资格审查、管理和取消等工作。
（2）农产品生产、养殖基地模块：生产、种植、养殖基地（简称：生产基地）是农产品的生产地。当初级产品不需要加工时，由生产基地制作农产品电子标签、配送车辆电子标签和电子封条，将产品直接发送到农产品仓库；当初级产品需要加工时，则由生产基地制作农产品电子标签、配送车辆电子标签和电子封条，将初级产品直接发送到农产品加工企业。在初级产品发送前，生产基地将所有农产品信息实时传入到管理中心。
（3）农产品仓储监控模块：各农产品仓库作为地区性仓储中心，负责农产品接收、入库、存储和配送，各农产品仓库设本地数据库。在农产品入口处由RFID终端设备完成入库农产品的自动鉴别和商品信息输入功能。各商品在出库时要通过RFID设备完成包括商品去向目的地信息在内的配送信息。这些商品的入库、存储及出库信息由本地后台数据管理系统负责完成统计、分析、报表和管理工作，同时本地系统要及时和农产品中心数据库保持通信，进行数据和指令的交互。农产品仓库（简称仓库）接受来自加工中心的农产品，是本物流检查系统的终点。为保证农产品的安全，仓库内设置车辆货物检查点，对接受的农产品进行四重核对：① 核对车辆身份；② 核对车门上的电子封条是否完整；③ 核对车辆登记农产品和卸载农产品是否一致；④ 核对车辆登记农产品与管理中心数据库的数据是否一致。同时，仓库将卸货信息和检查结果上传管理中心。
（4）农产品加工中心监控模块：各加工中心负责将农产品进行包装。各加工中心配备本地RFID系统，利用本系统对各包装单元进行编码并写入RFID标签，然后将标签贴到商品上，在装车的同时，将数据上传到农产品安全管理中心。车辆装载完毕时，将车上所有RFID标签标号一次性写入车辆配备的RFID车载电子标签中。农产品加工中心（简称加工中心）加工农产品并将加工好的农产品发送到各个农产品仓库。加工中心是物流运输的起点，负责制作要发送的农产品的电子标签、配送车辆电子标签和电子封条，并在发送前将这些电子信息传入到管理中心。
（5）农产品物流企业监控模块：物流公司将配送车辆相关注册信息发送给管理中心，管理中心对其进行资格审查和管理，以便于运送过程中对车辆进行核对。每个车辆配备一个RFID车载电子标签，这个标签作为车辆的身份标志，记录有本车身份信息和本车装运商品的RFID标签的信息，以便车辆和所载商品信息关联起来。车载电子标签要求采用有源标签（例如5.8G），以便能够存入大量的信息，并可以对车辆进行远距离识别，同时有源5.8G RFID标签可以与现有高速公路不停车收费系统统一起来。
（6）农产品销售点管理模块：消费点收到仓库配送过来的农产品时，读取并核对产品上的电子标签信息，实时将数据上传到管理中心和仓库数据库。
（7）农产品运输监测点模块：在车辆运输过程中，可以通过监测点的对车辆进行监测。监测点可以是执法人员通过人工手段进行监测，也可以通过安装固定设备进行自动监测，监测手段可以是手持式终端，也可以是固定RFID设备，监测点采集的信息可以通过GPRS无线方式，或者通过TCP/IP与农产品安全管理中心通信。管理部门可以设置固定的运输监测点和流动的人工运输监测点（简称监测点），对配送车辆进行合法性检查。
（8）农产品质量日常监管模块：包括① 产地环境、生产投入管理；对农产品质量安全进行管理，首先需要对农产品的产地环境、生产投入等相关因素进行日常监管。②农产品质量案件信息管理；③ 暂停农产品生产、销售；④ 恢复农产品生产、销售；⑤ 农产品及养殖户黑名单管理；⑥ 农产品停止生产、退出市场；⑦ 重点农产品划定；⑧ 重点农产品取消；⑨ 名优农产品；⑩ 名优农产品养殖企业。
（9）农产品安全公众服务信息模块。把农产品安全监控基本情况等通过Internet向公众发布，并利用WebGIS发布生产区域生态环境、污染情况和生产投入等空间信息及相关信息；把与农产品安全预警信息及时在网上发布，用户可通过系统了解有关的避防措施等。www.51kaifa.com
3 RFID技术实施策略
将RFID应用到农产品安全管理中，最主要的是应用RFID标签的特性来保证实现“源头”农产品追踪解决方案和在农产品供应链中提供完全透明度的能力。为了达到这一目的，在不同的阶段，不同的物流过程中选择不同的标签形式和标签阅读形式。
（1）生产环节：在生产环节大体包括下面几种生产方式，一种是生猪活禽等，是活体从养殖场运输到加工企业的农产品。需要在活体身上加装RFID电子标签。第二种生产方式是需要加工或不需要加工的蔬菜果品，一些需要加工的农产品。这两种农产品在生产的过程中需要对生产的过程进行详细记录，储存在本地数据库中，在农产品生产出以后，在运输农产品的托盘上加装RFID电子标签，记录这批产品的信息，并且和本地数据库中的信息相对应。在生产阶段，采用13.36MHz或125KHz无源电子标签，因为此种标签成本比较低，所以较容易应用到生产环节中去，标签上主要记录生产养殖的相关信息，如养殖场编号、运出时间等，而且这些信息要和生产企业自身的信息系统数据库相联系，以便查询生产过程的细节信息。在各个生产企业都设置RFID读写卡机具，可以实现农产品信息的写入。
（2）加工环节：加工环节分两种情况，一种是从生产基地直接运送过来的农产品到加工企业进行加工，一种是外国农产品通过本地加工企业进口然后进入农产品供应链。
对于从生产基地直接运送来的农产品，加工企业在读取农产品上的RFID信息后，将这些信息保留在标签中，并且将农产品的加工信息进一步添加到加工后的农产品电子标签中，农产品电子标签的使用和生产环节一样，在价值较高，对环境要求比较严格的农产品上应用单个的RFID电子标签，而在价值较低的产品上，对运输的托盘和大包装上应用标签，而对单个农产品应用条形码技术。
（3）运输环节：物流公司将配送车辆相关注册信息发送给管理中心，管理中心对其进行资格审查和管理，以便运送过程中对车辆进行核对。
在农产品运输过程中，只有经过农产品管理中心认证的物流企业才能从事农产品的运输。因为安全的需要，在运输过程中采用集装箱运输，所以在运输环节对RFID电子标签的安装有严格的要求。
首先要求对每一次运输的农产品信息做读取，然后在集装箱上安装的RFID电子标签上详细记录，封条一般安装在集装箱门把手上，或者安装在车厢壁上，这样可以防止在运输过程中农产品发生意外。
对于集装箱运输采用的RFID电子标签，我们将采用900MHz或者2.45GHz有源电子标签，这样可以保证记录数据的信息量大，数据内容包括集装箱内农产品信息，运送车辆信息和运送时间等。这些信息和物流企业本地数据库相关联。
在运输检测点和运输过程结束时，检查人员要比对集装箱上安装的有源电子标签内的信息和管理中心传来的数据是否一致。
（4）仓储环节：在仓储环节，需要对运送来的装有RFID电子标签的农产品进行储存，这样就需要在仓储入口处设置自动判断进出库农产品和记录农产品信息的RFID读写设备，在仓库内安装多个读写设备对不同区域的农产品进行记录。在清点货物或者查询货物的时候，可以用手持读卡机具直接查询货物信息。
在仓储环节对RFID的应用偏重于RFID信息的读取和信息的管理。在仓库内部在叉车或者工作人员身上佩带RFID电子标签，可以有效的利用资源，使得仓储过程更加高效快捷。
（5）消费环节：在消费环节，对于RFID的应用主要集中在消费点配备的RFID读写机具对于仓库运送过来的食品进行信息验证，对于验证合格的食品信息，消费点可以进行销售，如果信息不吻合，就要向管理中心报告货物异常，同时拒绝这些货物进入消费点。在消费点售卖农产品时，用RFID读卡器对每一件售卖食品信息进行记录。所以在这个环节，RFID的应用主要就是信息的确认。
4应用实例
以珠海市斗门区水产品安全监控为例，养殖环境查询可按地区，时间段、电子标签编号对水产品养殖的生产投入、养殖环境进行追踪。一旦发现水产品安全出现质量问题，就可以通过此系统追溯产生问题的原因。通过选择农产品电子标签编号、统计范围、投入时间，对水产品养殖过程中的养殖环境、鱼苗、饲料、药物的使用情况进行查询\。
5结论
RFID技术的应用为实现农产品的安全监控提供了一种可行、高效的途径。在本文所介绍的系统中，通过为农产品及加工产品加贴RFID电子标签，设立农产品安全管理中心数据库和在各地农产品仓库设本地数据库，实现了对农产品的生产、运输、加工、储存和销售各环节的全方位跟踪。通过本系统的建设，不仅可以追溯种养殖与加工业的疫病与污染问题，还可以追溯种养殖过程中滥用药、加工过程中超范围超限量使用添加剂，改变以往对农产品质量安全管理只侧重于生产后的控制，而忽视生产中预防控制现象。
本文作者的创新点是：充分利用射频识别技术（RFID），结合信息化的智能网络体系，围绕农产品“生产、监控、检测、监管”四条主线，以农产品生产环境、农产品生产、农产品加工、农产品流通、市场进入等环节为立足点，对农产品的生产环境、生产、加工、流动、销售实施实时监控，实现农产品的可追溯能力，从而达到从“农田到餐桌”端到端的监控。
