□何建崎
“民以食為天”。近年來，屢屢發(fā)生的食品安全事故，讓社會各界都強化了對食品供應(yīng)安全的管理。如何利用物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，推進食品的供應(yīng)鏈監(jiān)控，正在成為一門新課題。
    近十年以來，我國食品質(zhì)量安全問題十分突出，食品安全監(jiān)控問題成為人們關(guān)注的焦點。被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的物聯(lián)網(wǎng)，技術(shù)用途廣泛，將其應(yīng)用到食品安全領(lǐng)域，是人們關(guān)注的重要課題。物聯(lián)網(wǎng)概念及其技術(shù)體系框架“The　Internet　of　things”是物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱，在中國把物聯(lián)網(wǎng)也稱之為“傳感網(wǎng)”。2005年11月27日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》的報告，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念：“物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)”。
    目前,　物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個廣泛認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu)，最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是歐美支持的 EPCGlobal　“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)和日本的Ubiquitous　ID(UID)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。本文的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系以EPC體系架構(gòu)為基礎(chǔ)。
    物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)，可劃分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層3個層次。感知層為收集信息的感知元器件，由最底端的EPC編碼標(biāo)簽、傳感器、攝像頭以及傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)關(guān)組成；網(wǎng)絡(luò)層包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用層在網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)上，將收集來的信息進行處理，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號以視頻、語音等方式對物品進行監(jiān)控和調(diào)度，包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層，實現(xiàn)物品的全程“可視化”運作；公共層技術(shù)不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個特定層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都有關(guān)系，它包括編碼標(biāo)識與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量管理。
    基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全監(jiān)控系統(tǒng)框架
    食品安全監(jiān)控系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用上分為三個層次：
    一個是傳感網(wǎng)絡(luò)。以EPC編碼、RFID、傳感器為主，食品從開始生產(chǎn)起，植入統(tǒng)一EPC編碼標(biāo)識，通過安裝在食品生產(chǎn)企業(yè)重要工序崗位、流通企業(yè)關(guān)鍵物流點的讀寫器，實現(xiàn)“物”的識別。
    二是傳輸網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)讀寫器自動記錄食品在整個供應(yīng)鏈從生產(chǎn)線到最終的消費者的流動記錄，通過3S技術(shù)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、移動通信網(wǎng)或者下一代互聯(lián)網(wǎng)，通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)保留在互聯(lián)網(wǎng)上的食品供應(yīng)鏈信息平臺。食品安全監(jiān)控系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)管理，支持海量存儲和維護，提供一致、高效的數(shù)據(jù)查詢機制，實現(xiàn)對歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)的查詢和分析。
    三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入輸出控制終端。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全監(jiān)控系統(tǒng)的軟件操作平臺，供應(yīng)鏈上的各企業(yè)和監(jiān)管部門之間可實現(xiàn)“可視”的信息交互，企業(yè)在食品供應(yīng)鏈信息平臺上發(fā)布信息，監(jiān)管部門則通過食品安全信息平臺發(fā)布企業(yè)食品安全監(jiān)控信息。消費者、媒體、第三部門根據(jù)各自的權(quán)限，通過食品供應(yīng)鏈信息平臺可對正處于生產(chǎn)、運輸、儲存、銷售等環(huán)節(jié)的食品可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“可視化”觀察和掌握食品“生命流程”，通過食品安全信息平臺了解食品經(jīng)營企業(yè)的食品質(zhì)量安全狀況信息。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)下圖所示。
    基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全監(jiān)控系統(tǒng)功能
    一、數(shù)據(jù)采集和分析。在生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)部署EPC編碼數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)采集、傳輸、管理，通過物聯(lián)網(wǎng)快速的反饋到食品監(jiān)控系統(tǒng)，支持企業(yè)對其業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的全程監(jiān)控，可將采集到的數(shù)據(jù)編制報表，作為跟蹤、調(diào)度、決策依據(jù)。政府監(jiān)管部門通過數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，建立食品安全檢測與經(jīng)營企業(yè)備案信息庫，并進行業(yè)務(wù)實時監(jiān)控，實現(xiàn)食品安全數(shù)據(jù)的效能監(jiān)控和輔助決策。
    二、食品安全信息共享。系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)為依托，可向政府、食品企業(yè)、社會公眾、食品行業(yè)組織等第三方機構(gòu)提供各類信息服務(wù)，實現(xiàn)各組織機構(gòu)、消費者之間的信息互動。
    三、可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控。食品生產(chǎn)企業(yè)可通過電腦終端或3G手機連接基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全監(jiān)控系統(tǒng)的信息平臺，隨時隨地觀察和監(jiān)控食品生產(chǎn)、加工現(xiàn)場由傳感器傳來的實際影像，并通過系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場各設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；供應(yīng)鏈上的各企業(yè)和監(jiān)管部門之間則通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“可視”的信息交互和監(jiān)控。
    四、數(shù)據(jù)海量存儲維護，食品安全信息可追溯。安裝在食品工廠關(guān)鍵環(huán)節(jié)、配送中心倉庫、銷售商品貨架、交通控制點上的讀寫器，能夠自動記錄食品在整個供應(yīng)鏈從生產(chǎn)線到最終的消費者的流動記錄，信息保留在支持海量存儲和維護的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中，形成知識庫，提供一致、高效的數(shù)據(jù)查詢、追溯機制。
    五、建立錯誤預(yù)報警機制。在食品生產(chǎn)、加工環(huán)節(jié)，通過HACCP體系設(shè)置質(zhì)量關(guān)鍵控制點，允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，生產(chǎn)加工現(xiàn)場溫度、濕度、光照度等數(shù)據(jù)通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如果傳感器上報的參數(shù)超標(biāo)，系統(tǒng)出現(xiàn)閾值告警，并自動控制相關(guān)設(shè)備進行智能調(diào)節(jié)，達到預(yù)報警目的。
    六、建立統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)。在整個系統(tǒng)中，可實現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證、集中管理控制，包括用戶管理、設(shè)備管理、認(rèn)證管理、權(quán)限管理等功能。
    基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全監(jiān)控信息流程
    基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全監(jiān)控信息流程一般按以下步驟進行：
    第一，對食品的屬性進行標(biāo)識。屬性包括靜態(tài)和動態(tài)的屬性，靜態(tài)屬性可以直接存儲在EPC標(biāo)簽中，EPC標(biāo)簽進入讀寫器的工作范圍時,能自動向讀寫器發(fā)送自身的編碼等EPC信息，動態(tài)屬性需要先由傳感器實時探測。
    第二，射頻讀寫器接收到來自食品EPC標(biāo)簽或傳感器發(fā)送的載波信息。對接收信號進行解調(diào)和解碼后，將其信息送至中間件系統(tǒng)進行處理，將信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。
    第三，實時信息查詢。讀寫器獲取信息通過中間件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⒐芾硐到y(tǒng)，提供用戶完成實時查詢.
    第四，歷史信息跟蹤追溯。適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)信息被傳送到ONS服務(wù)器，完成相互請求和通信的相關(guān)計算，ONS服務(wù)器在產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫找到食品對應(yīng)地址，將食品相關(guān)信息保存到產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫中。用戶如需查詢食品歷史信息，可通過互聯(lián)網(wǎng)由中間件系統(tǒng)、ONS服務(wù)器到保存著產(chǎn)品信息的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫查找，獲取食品歷史數(shù)據(jù)，再通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到用戶手中，完成食品跟蹤和可追溯性查詢監(jiān)控。
    食品安全監(jiān)控系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)運行機制
    食品安全的監(jiān)控系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)運行機制包括以下幾個階段：
    第一，食品 “可視”識別階段。為滿足食品安全監(jiān)控的快速感知、可視化的需要，建設(shè)專用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過中間件技術(shù)，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)互連互通。傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成，提供單一用戶的接入應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)運營企業(yè)以運營傳感器網(wǎng)絡(luò)接入，提供遠(yuǎn)程通信服務(wù)。
    第二，協(xié)同處理階段。物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層協(xié)同工作，以政府、企業(yè)、消費者滿意的食品監(jiān)控為目標(biāo)，建立傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)融合標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵企業(yè)投資建設(shè)運營傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)專用網(wǎng)絡(luò)向大眾服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的過度，提供多用戶應(yīng)用服務(wù)平臺。
    第三，系統(tǒng)融合階段。政府食品安全檢測監(jiān)管信息系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)外服務(wù)管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)運營服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)高度融合，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、綜合服務(wù)基站、超級計算中心等設(shè)施設(shè)備成為公共的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，政府、企業(yè)、消費者通過互聯(lián)網(wǎng)接入傳感器網(wǎng)絡(luò)公共平臺，實現(xiàn)跨平臺操作和點對點的“食品可視物”監(jiān)控。（作者單位：湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院）