RFID在蔬菜及生猪食品安全管理中解决方案

关键词：食品安全与溯源，RFID无线射频识别，RFID在水果、蔬菜跟踪与溯源，RFID生猪管理供应链，食品安全供应链信息平台,RFID电子标签、UHF手持式阅读器
　
摘　要：近年来，诸多的食品安全事件的频繁发生，严重威胁消费者的身体健康，引起了世界性的广泛关注，也影响了食品行业的健康、持续、稳定的发展。如何保证食品供应链的安全，已成为一个迫切需要解决的全球性课题。传统的对食品品质检验方法存在管理滞后、效率低下和较高的出错率等问题。利用RFID技术建立安全食品供应链体系可以有效解决以上问题。RFID系统可提供食品供应链中食品与来源之间的可靠联系，确保到达超市货架及厨房的食品的来源是清晰的，并可追踪到生产企业甚至是动物、植物个体及具体的加工操作人员。

　
　　“民以食为天，食以安为先。”RFID技术在安全食品供应链的应用，对企业来说，有助于食品企业加强食品安全方面的管理，稳定和扩大消费群，提升市场竞争力；从食品供应链角度看，为消费者营造了放心消费的环境，树立了良好的形象，切实提高了整条供应链的服务水平。虽然RFID在应用中还有一些问题需要解决，但是其应用前景是十分广阔的。
　
一、食品安全中的问题
　
　　近年来，我国进入食品安全事件频发期。食品安全问题被列为2009年中国商业十大热点问题之一。禽流感、口蹄疫、劣质奶粉、日本毒饺子事件以及近期发生的海南毒豇豆事件……“问题食品”之多、涉及范围之广、造成恶果之重，已到了令人谈“食”色变的地步。食品安全仍存在超标、法律法规缺失、检测及环保体系、监管追溯信息平台不健全等问题。消费者对任何一类食品安全性的信任度均较低。接二连三的食品安全问题，正在沉重地打击人们的饮食信心……中国的食品怎么了？明天我们还能吃什么？如何找到有效的跟踪、管理、追溯与评估方法保证安全，是中国目前在食品安全问题上急待解决的重要课题。
　　
1、食品安全问题造成的后果
　　影响国际贸易  食品安全是国与国进行食品贸易的重要条件,也是引起贸易纠纷的重要原因。据报道，我国每年都有大量的出口食品因食品污染、农药残留、添加剂不符合卫生要求等问题而被查扣。
　
　　影响企业的生存与发展  食品工业在我国国民经济中占有重要地位，食品安全是食品品牌的安身立命之本，是食品企业的生命，保证食品安全是食品企业生存与发展的第一位的永恒主题。一旦发生食品安全问题，企业便会立即陷入困境，难以为继。

　　影响社会经济发展  在任何社会的经济中，食品无疑都是最重要的商品之一，食品安全事件不仅可以直接造成严重的经济损失，而且因大量食源性疾病的发生，引发生产力水平下降、经济效益减少、医疗费用增加、国家财政支出上升，最终会导致国家经济发展受阻，威胁社会稳定和国家安全。
　
　　影响食品安全的公共卫生因素，食品自身携带，自然界中的动植物，有的天然成分就是有毒、有害的物质，人们吃进的各种食品在生产、加工、包装、储存、运输、销售等环节被有毒有害物质污染，人工添加一方面为改善食品品质、色、香、味以及防腐和加工工艺的需要而加入食品中的添加剂，其种类和数量繁多，存在滥用现象。一些不法之徒利益熏心，为牟取暴利，恶意掺杂使假。造成严重的食品安全问题。非法生产经营造成食品安全问题的重要隐患。
　
　　在目前的食品工业中，食品从生产到最终消费，需要经过一些列的加工，运输和储存环节，如果任何一个环节出现漏洞，就可能使食品处于不安全的状态，如接触到传染源或储存不当导致食品变质。RFID技术为解决这一问题提供了有效的技术途径，利用它可以实现食品安全管理、追溯和评估。
　
　　RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，结合有效的数据库系统及网络体系，可以实现全球范围内物品的跟踪与信息共享。RFID技术具有识别工作无需人工干预、批量远距离读取、对环境要求低、使用寿命长、数据可加密、存储信息科更改等优点，其应用将给食品安全追溯管理带来本质的变化。
　
2、RFID技术在国内外食品安全管理中的应用
　　很多发达国家都极其重视食品安全，除建立相关法律制度外，还采取高科技手段对食品安全进行管理，比如日本就建立了“食品身份证制度”产品履历和跟踪监视制度，要求生产、流通等各部门广泛采用RFID电子标签技术、条码技术用来详细记载产品生产和流通过程中的数据。
　
　　在欧洲已经建立了对牛的跟踪系统，1998年9月，英国宣布了牛的跟踪系统计划，到1999年底，欧共体各成员国都实施了这个系统计划，英国政府规定，2000年7月1日以后出生或者进口的牛必须采用识别系统，牛出生20天内必须安装RFID电子标签，记载每一头牛的出生、进口、活动、疫苗、疾病与死亡的全部情况。伴随着RFID技术在欧洲食品安全管理的应用所产生的经济效益，相继在2001年6月，欧洲客户开始强调生鲜农产品物流运输和可追溯的便利性，要求在包装上使用EAN/UCC-128条码，于2005年1月欧洲食品安全法令颁布，对生鲜食品提出可追溯性要求生效。新西兰猕猴桃获准于2005年在欧洲超市货架进行销售。2003年，英国实施对猪的识别标准。2008年1月1日欧洲规定强制性对绵羊进行电子识别。
　
3、我国在食品安全管理中RFID技术的应用
　
　　在我国，RFID技术也被应用于食品安全跟踪管理，并得到了众多地方政府的大力支持，2002年5月农业部发布“动物免疫标示管理办法”规定猪、牛、羊必须佩戴免疫耳标，建立免疫档案管理制度。在深港实施的《供港食品安全预警与产地全程溯源控制系统》，为确保供港食品安全，系统采用了RFID无线射频识别技术应用于供港食品养殖、生产、加工、运输、批发、口岸查验、零售等各环节。在食品的外包装上加贴RFID电子标签包含食品检测信息、食品生长、生产信息、储运封装信息，香港市民可通过电子标签阅读器，即可追溯到食品的源头等信息，购买食品时将更放心。在山东寿光蔬菜，在全省范围内，借助山东省质监系统的金质工程网络平台，建立全省食品安全质量数据库，为消费者提供动态、权威的食品质量追溯信息。四川生猪养殖、浙江水产品出口等都相继建立对食品安全管理的RFID溯源系统，有力地保证了当地食品安全监管。这些试点工程在很大的程度上促进了我国食品安全可追溯哦体系的建立。
　
二、食品安全实行质量追溯分析
　　目前，对食品供应链安全管理的手段还不是很多，传统的方法无法实现追溯管理，某些食品行业中用到了条形码技术以进行安全追溯。但这种方法一般均采用人工方法近距离读取条码，无法做到实时快速地获得大批食品的质量信息，而且在流通环节上也无法提供食品所处环境信息的实时记录。
　
　　为了消除食品安全隐患，追查出现漏洞的加工、运输或储存环节，需要对这些过程进行追溯。在具体应用中有两种实现食品安全管理的方法：
　
　　◎从上往下进行追溯
　
　　这种方法主要用于查找造成质量问题的原因，确定产品的原产地和特征；
　
　　◎从下往上进行追溯
　
　　消费者在POS销售点购买的食品发现了安全问题，可以向上层层，最终确定问题所在，这种方法主要用于问题产品的召回。
　
1、食品安全质量追溯的业务流程
　　1)在食品生产的源头，不管是畜类饲养过程中的饲料信息，还是蔬菜种植过程中的肥料信息，均可通过电子标签记录到食品安全数据库中，作为将来质量追溯的原始数据。
　　2)食品加工环节的厂家、操作员、加工方式和时间等信息也会记录到数据库的相应字段中。
　　3)在食品的流通过程中，每个环节都布置了集成多种传感器的读写器设备，可以试试记录该批食品的环境信息。
　　4)在运输过程中，安装在车门后的读写器每隔一段时间就会读取车内食品货箱的电子标签信息，连同传感器信息一起发送至食品安全管理系统中记录，由于车厢内的环境信息基本一致，因此在读写器而不是在电子标签上集成传感器有助于大幅度降低系统成本。
　　5)食品在运输到物流仓库时，也将被读取信息和记录入库时间，并有系统自动分配存货区。仓库中也布置有集成传感器的读写器，同样按照一定时间间隔读取标签信息和记录环境信息。
　　6)根据记录的环境信息，物流仓库的质量评估系统将发挥作用，自动对库存食品进行评估方法，而是根据环境信息综合判断，更有变质可能的食品应该先发货。
　　7)经过严格的流通过程，安全的食品将被运送到消费者手中，这样，不论是在餐桌旁还是在货架上，消费者不仅可以了解到自己所选购食品的原料产地、生产者、生产日期等信息，还可以根据食品安全评估系统对该食品进行认证，“享受放心食品”。
　　8)食品一旦变质，评估系统也会实时改变评估结果，提示消费者不要食用，或者通知零售商尽快将其撤下货架。
　　9)一旦发生紧急情况，不仅可以根据食品安全追溯系统找到每件食品的最终销售者，还可以找到流通或生产加工过程出现问题的环节，形成有政府统一管理、协调、高效运作的架构。这也是国际上食品安全追溯管理模式的发展趋势。
　
2、系统技术方案
2.1、工作原理
   电子标签阅读器1开始工作后，向天线2发出读标签3的指令，食品4上的电子标签3在接收到天线2发出的无线电波能量后，向天线2发出序号信息，天线2接收此信号，并把此信号传送给阅读器1，阅读器对接收到得信号进行相应的处理后埋在传送给集成在阅读器中的数据处理芯片5，于此同时，分布在本流通环节中的各个传感器6分别把测量的周围环境信息业发送给数据处理芯片5，数据处理芯片5对接收到得信息进行综合处理，然后通过通信网络7把处理结果发给食品安全数据库8.
 
　

2.2、系统架构
　
　　系统由电子标签、天线、阅读器、检测外界环境参数的传感器、食品安全数据库、食品安全评估算法和相应的服务网络组成，其突出特征是，粘贴于食品包装上的电子标签；温度、湿度、关照度等传感器；利用RFID公共服务体系构成食品安全管理系统，基于食品质量信息和环境数据的质量评估系统和追溯系统。
　
　　RFID食品安全管理系统架构示意图。电子标签粘贴在食品或食品包装箱上，阅读器与天线相连，传感器与阅读器集成，其读取的数据包通过网络传送到食品安全管理数据库中，而食品供应链中各环节的厂商及产品信息注册到RFID公共服务体系中，基于食品安全管理数据库，通过供应链信息整合，系统提供食品信息服务，食品安全追溯、食品质量评估等多种应用服务。
 
　　食品安全管理数据库是系统实现功能和服务的基础，它为每个电子标签对应的食品都建立了一条数据记录，用来描述其在食品加工运输和仓库等各流通环节中的操作人员、环境参数、加工方式和时间等信息。
　
　　食品在原料生产过程中，牧场饲养畜类记录饲料、疫苗等信息，农场种农产品记录品种、施肥等信息，这些信息均通过网络传送到食品安全管理系统中，写入数据库。
　
　　食品在生产及加工过程中，在其表面或包装材料上嵌入具有唯一性的RFID电子标签，其编码格式和位数有国家食品安全标准确定，生产商通过阅读器对电子标签进行读取，通过网络向食品安全数据库中写入能够影响该食品质量的各种信息，如原材料来源、加工工艺、加工者姓名、产品质量信息、建议食用期、食用方法等。
　
2.3、应用服务
　　基于食品安全管理数据库和食品供应链信息的整合，系统可以提供以下多种服务。
　　（1）食品信息服务
　
　　用户通过查询可以享受到食品信息服务。餐桌上，可以获得每道菜的原料产地、生产（加工）者、生产日期、厨师、烹饪方式等信息；超市购物，可以获得所购食品的流动信息和安全信息
　
　　（2）食品安全追溯
　
　　一旦爆发疫情，通过食品安全管理系统可以迅速查找到产品销售地、责任人和产品原产地等信息，不仅可以根据食品安全追溯系统找到每件食品的最终的消费者，还可以找到流通或生产加工过程中出现问题的环节，采取相应措施。
　
　　（3）终端查询系统
　
　　超市作为消费者购买食品的主渠道，消费者可以在超市或厂家提供的RFID电子标签查询终端上，查看所购买食品的信息。
　
三、RFID在蔬菜供应链中的应用
　　1、蔬菜供应链中各环节
　　蔬菜供应链和大多数农产品供应链一样，也包括生产、加工、仓储、运输和销售等几个环节，提交新鲜蔬菜供应链效率的关键也是如何协调几个环节及如何提高每个环节的效率。目前国内新鲜蔬菜供应量示意图如图
 
 
　　从蔬菜供应链整体可以看到，通过使用RFID技术，能够方便地把整个供应链中各个环节的信息读入公共数据库，各个环节也可以方便地增加相应环节的数据。消费者和相关主管部门也可以通过通信网络和终端进行查询和追溯。
1.1、生产环节
 

　　生产环节主要指较具规模和规范的蔬菜种植基地，此类生产基地一般实行规模化种植、集约化经营，具有采用RFID技术的条件。
 

品名

洋葱

编号

NO.4325466

产地

福建

电话

0591-9894523

化肥明细

尿素

农药明细

吡啶碱

种植时间

2010年1月15日

收割时间

2010年3月10日

特征描述

 

其他

 

  

　　可为每一个地块或一个品种设定一个标签，对该地块或该品种蔬菜从种植到打包实施的整个过程中的必要信息通过读入或输入设备进行及时初始信息的录入，如蔬菜品种、生长时间、喷施农药的名称及次数，使用的化肥、收割时间等，甚至包括该品种的特点描述，根据农产品编码标准，对每一类蔬菜设置一个编号作为其身份的唯一标识。这样在该品种蔬菜完成供应链的第一个环节时，该电子标签已经存储了其所有基本信息。当收购企业对任何一个地块的蔬菜品种收购时，通过采用数据采集器对农产品以及农产品进行信息采集，不仅加快了收购速度，降低了出错率，而且为农产品加工企业提供了POS系统、EDI（电子通关系统）、药物残留测试系统、电子商务等系统的基础数据，为产品溯源提供源头数据。以某地某种植基地的洋葱为例，其电子标签包含的内容如图
　
1.2、加工环节
　　由于电子标签可以方便地添加信息，因此在加工环节中，可以首先读得电子标签包含的信息，加工企业可以根据本身需要和相关主管部门的要求添加必要的信息，如加工单位、加工日期、加工过程使用的添加剂、包装重量等。经过加工企业的数据充实后，产地信息和加工环节信息都已经存储在该电子标签中，终端消费者在零售或批发市场通过查询终端查询该产品信息时，便可以对其相关信息一缆无余，对于事故后追溯哦也变得容易可行。 
　
1.3、仓储环节
　　蔬菜作为一种时令产品，其对仓库环境要求高，尤其是在仓库环境欠佳的情况下，更应该减少蔬菜在仓库的存放时间，对于需要入库保存的蔬菜，在入库前通过电子标签数据读取，其包装规格、包装重量扥自动读入计算机，由计算机处理后根据仓库特点形成库存信息，并输出入库区位、货架、货位的指令。盘点时，终端读取蔬菜包装上的电子标签，并实时记录盘点的数量。现场清点完毕后，盘点人员确认清点的数量并上传至后台数据库中。后台数据库根据实时上传的资料与系统中的资料进行比较，数量若有诧异，则系统将自动生成盘点清单差异表，然后将数据提交上级或指示终端重复盘点，出库时也无须过多的人工参与就可以对库存数据自动更改。RFID技术的使用，在大大加快出入库及仓库盘点速度、降低错误率的同时，也为使用计算机进行库存管理、提高仓库管理的自动化程度提供了方便。
　
1.4、运输环节
　　RFID技术在新鲜蔬菜运输环节中的应用主要体现为在途货物的监控、跟踪及口岸检查。把RFID技术和GPS结合起来，可以为物流公司提供实时监控和跟踪服务，同时对业主而言也可以通过计算机网络方便地知道自己的货物到达了什么位置，在经过口岸接受检查时，检查单位无需拆开蔬菜包装，只要通过手持式阅读器就可以知道包装产品的具体内容，大大提高了口岸检查速度并缓解口岸拥挤压力。
　
1.5、销售环节
　　RFID技术在零售环节中的应用体现为零售商店或超市内单位包装蔬菜防盗、蔬菜有效期监控和临时销售等。RFID防窃技术就是将电子标签置入商品包装，由计算机系统通过现场的阅读器等配套设施实时监控商店中各种商品的标签。这样，零售商就能放心地开架销售，RFID电子标签能够对某些具有时效性的商品的有效期进行监控，如对某食品进行跟踪，一旦超过了有效期，标签就会发出报警。
　
　　RFID技术在新鲜蔬菜供应链中的应用不但可以确保该供应链的高质量数据交流，而且还能实现食品“源头”跟踪以及蔬菜供应链的万全透明。这是因为RFID系统通过为每件蔬菜产品提供单独的识别身份及储运历史记录，从而提供了一个详尽而具有独特视角的供应链，确保到达超市货架及餐馆厨房的蔬菜产品的来源是清晰的。
　
3、系统主要设备介绍
3.1、RFID阅读器
　　VF-447N是一款高性能阅读器，采用ARM双核处理器，集成TCP/IP网络通讯接口，可以外接最多4个天线，可方便的组成RFID读取识别网络。
 

规格描述

 

产品型号(订购代码)

VF-447N

物理特性

尺寸

110(长)*185(宽)*40(高)mm

重量

1KG

环境

工作温度

-10°Cto 55°C

存储温度

-20°Cto 80°C

湿度

10% to 95%

防护等级

IP-40

天线数量

2 SMA (VT-447N))/ 4 SMA (VT-447N))

电源

外接110 - 240 VAC 电源适配器

频率范围

902 - 928 MHz (可根据需要定制)

射频输出功率

20-30dBm

空中接口协议

EPC Class 1 Gen 2

通讯接口

RJ45/RS232
 
3.2、RFID手持终端阅读器
 　　VH-70可以实现移动阅读，产品性能稳定工业级设计，可以满足室内外全天候工作，可应用于对产品的抽检、信息采集等环节。该产品自带WinDowsCE操作系统，并集成蓝牙、WIFI、GPS、一维条码等多种模块。
 

 

规格描述

产品型号(订购代码)

VH-70

物理特性

尺寸

190(长)*80(宽)*25(厚)mm

重量

400g

环境

工作温度

-15°Cto 50°C

存储温度

-20°Cto 60°C

湿度

5% to 95%

防护等级

IP-54

跌落规格

可承受1.2m

内置可选模块

HF高频、UHF超高频、一维、二维条码

内置

支持蓝牙、WiFi、GSM/GPRS通讯

读写距离

与天线有关(读距离:>0. 5m;写距离:>0.2m)

频率范围

902 - 928 MHz (可根据需要定制)

射频输出功率

20-30dBm

空中接口协议

EPC Class 1 Gen 2

通讯接口

RS232;蓝牙Class2 V1.1;无线网符合IEEE802.11b/g标准; GSM/GPRS通信模块

电源

3.7V 3200mAh锂离子电池

操作系统

Windows CE 5.0 操作系统(多语言)

微处理器

SAMNSUNG 400 MHz CPU

存储器

Flash 64/128MB; RAM 64/128MB

SD插槽

最大支持1GB FLASH RAM

显示屏

3.5inQVGA (240*320像素)64K色

键盘

25+1子母数字背光键盘/支持手写输入

其他

集成测温、测振传感器，可用于工业巡检/点检

配件

USB数据线;车载充电线;皮革背包;屏幕保护膜
 
3.3、VMID-1000自助终端机
　　VMID-1000是一款工业级电脑，可以作为RFID信息显示、查询操作终端。
 

产品外形

 

 

 

操作系统：

Microsoft Windows CE.NET4.2

处理器：

Intel PXA255,400MHz

SDRAM：

128MB On Board

显示屏：

8.4" TFT,SVGA 800*600

外接I/O界面：

CF Type Ⅱ插槽；SD/MMC插槽（记忆卡）；USB Host Ports（2个）；

USB 1.1Client/RS232 接口；红外端口；

内置I/O界面：

内置UART接口，可使用长距离射频模块及蓝牙模块

电池：

可充电锂电池4400mAh（7.4V）

充电器：

输入AC90V—265V，47——63Hz，输出12V

重量：

1.6kg（含电池）

工业标准：

IP54，1.2米防摔

认证：

CE，FCC
 
四、RFID在生猪管理中的应用解决方案
　　最近10多年以来，全世界的动物疫情不断爆发，如疯牛病、口蹄疫、禽流感等，给人们的身体健康和生命带来了严重危害，沉重地打击了全世界的畜牧业，从而引起了世界各国的高度重视，对动物的RFID的识别与跟踪成为重大措施之一。动物识别与跟踪是指利用特定的标签，以某种技术手段与拟识别的动物相对应，并能随时对动物的相关属性进行跟踪管理的一种技术。
　
　　在动物身上安装RFID电子标签，并写入代表该动物的ID代码。当动物进入RFID固定式阅读器的识别范围，或者工作人员拿手持式阅读器靠近动物时，阅读器就会自动将动物的数据信息识别出来。将阅读器的数据传输到动物管理信息系统中，就可以实现对动物的跟踪。养殖场不仅可以监控养殖产品的健康状况，追查养殖产品患病或死亡原因，还可以利用RFID实现养殖产品的选育、繁殖、喂养等过程的科学化管理。
　
1、动物安装电子标签的基本方法
　　动物安装电子标签的基本方法包括颈圈式、耳牌式、注射式和药丸式电子标签。
 
　
2、RFID生猪管理解决方案
　　随着市场的开放，生猪和猪肉市场也不可避免地产生了一些列问题，如市场混乱、缺乏统一管理、卫生问题严重。这些问题的存在严重阻碍了猪肉市场的健康发展。动物跟踪与识别时利用特定的标签，以某种技术手段与要识别的动物相对应，可以随时对动物的相关属性进行跟踪与管理的一种技术。生猪管理系统式动物跟踪与识别的一个应用，它为加强牲畜的饲养，定期检查牲畜的健康提供了绝佳的条件。
　
3、系统组成
　　系统主要由硬件设备、系统软件和其他设备组成，硬件设备包括耳标、数据采集器、数据传输器；系统软件包括数据采集、信息发布、数据库、其他设备包括计算机、打印机等
4、系统简介
　　生猪管理系统工作原理如图所示，它有饲养场、屠宰场和销售三个部分 。方案按照现代化管理要求设计，实现对牲畜的来源、日常饲养、接种免疫等相关方面的全方位的计算机管理。它的目标在于提高牲畜的管理作业效率，提高牲畜的质量。
 
　
（1）饲养场管理模块负责牲畜的健康管理和日常管理。
　　它的主要功能如下。
　　指定条件（牲畜编号、饲养员编号、出生时间、畜养时间、出栏时间）浏览查询。
　　指定条件（牲畜编号、饲养员编号、出生时间、畜养时间、出栏时间）打印相关的数据统计报表。
　　支持规模不同的饲养场。
　　支持牲畜的日常管理。
　　可进行牲畜的日常查询和健康咨询等。
（2）屠宰场管理模块主要负责对生猪屠宰之后的管理操作。
　　强调以卫生安全为主的管理模式。
　　生猪出场之后，每一步操作要求有详细的记录。
　　生猪猪肉的等级管理。
（3）销售管理模块提供销售时间查询、销售的猪肉等级、重量查询，生产日期查询，出场时间查询等。
 

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