物联网在食品安全上的应用

物联网在食品安全方面的应用陈璐（上海电机学院电子信息学院，上海200240）摘要：在我国食品安全监管中，工作效率和食品安全是必须考虑的两个重要问题，物联网可以很好地解决这些问题，但是物联网在食品安全监管上广泛应用也面临着一些实际困难。本文参照一些食品企业的实际生产流程，借鉴国内外物联网技术在食品安全领域应用的相关成果，通过研究基于物联网的食品生产应用、食品流通应用、食品监管应用、食品追溯系统应用等方案，提出了一些新的系统设计思想、观点和建议，希望能对我国的食品安全管理贡献绵薄之力。关键词：食品安全；物联网；系统设计；食品流通；食品追溯ApplicationoftheInternetofthingsinthefieldoffoodsafetychenlu（SchoolofElectronicsInformation，ShanghaiDianjiUniversity．Shanghai200240，China）Abstract：InthefoodsafetysupervisioninChina,theworkefficiencyandfoodsafetyaretwoimportantissuesthatmustbeconsidered,theInternetofthingscansolvetheseproblems,buttheInternetofthingsinthefoodsafetysupervisionapplicationisalsofacingsomepracticaldifficulties.Accordingtotheactualproductionprocessofsomefoodenterprises,profitsfromthedomesticInternetofthingstechnologyinthefieldoffoodsafetyrelatedapplications,basedonIOToffoodproductionandapplication,fooddistribution,foodsupervision,applicationofapplicationoffoodtraceabilitysystemapplicationprogram,putforwardsomenewsystemdesignideas,viewsandsuggestions,hopingtofoodsafetymanagementcontributionstoourcountry.Keywords:foodsafety;network;systemdesign;food;foodtraceability.1.引言我们一辈子都在和食物打交道，俗话说的好病从口入，所以想让我们有一个好的身体保证我们的健康我们就要做好食物安全的工作。“我们盼望在2012年，不要再用我们的肠胃来检测我们吃下去的东西是否有毒”，在此间举行的广东省政协十届五次会议上，政协委员余庆安用短短一句话道出了无数人对食品安全的担忧。近年来，食品问题不断被曝光，食品安全成为人们心中的“痛”。比如毒奶粉，地沟油等，让我们对我们的生活产生了很大的疑问。物联网技术将给食品安全监管提供一种新的途径，可以实现食品的全程追溯，一旦出现问题，监管人员就能够通过该系统判断企业是否存在造假行为，企业内部也可借助该系统查找是哪个步骤发生了问题、责任人是谁，避免了由于资料不全、责任不明等给事故处理带来的困难，从而使问题得到更快解决，确保食品安全。2.物联网的概述2009年8月，温家宝总理提出“感知中国”概念,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,写入“政府工作报告”,物联网在中国受到了全社会极大的关注,其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。物联网(InternetofThings)这个词,国内外普遍公认的是MITAuto-ID中心Ashton教授1999年在研究射频识别（RFID）时最早提出来的。在2005年国际电信联盟(ITU)发布的同名报告中,物联网的定义和范围已经发生了变化,覆盖范围有了较大的拓展,不再只是指基于RFID技术的物联网。物联网的概念与其说是一个外来概念,不如说它已经是一个“中国制造”的概念,他的覆盖范围与时俱进,已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围,物联网已被贴上“中国式”标签。目前比较常用的对物联网的定义,是指通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这种定义有两种含义,第一,物联网是互联网的延伸和扩展,其核心和基础仍然是互联网,第二,其用户端不仅仅是个人,还包括任何物品。3.物联网在食品安全的应用3.1物联网的基本原理1.RFID技术物联网中非常重要的技术是RFID电子标签技术。RFID系统由三部分组成:电子标签、天线和读写器。其中,电子标签芯片具有数据存储区,用于存储待识别物品的标识信息;天线用于发射和接收射频信号;读写器是将约定格式的待识别物品的标识信息写入电子标签的存储区中。2.云计算技术当前物联网数据处理中的一个重要技术就是云计算,即通过互联网向用户提供分时的硬件服务和分空间的硬件服务技术,实现为用户提供托管服务和配置的计算资源。云计算有三大优势,第一,用户端不需购买计算机;第二,用户端不必购买昂贵的计算机软件;第三,计算机硬件和软件会不断升级。3.传感器与传感网技术传感器是能感知制定的被测量信息,并能按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器网络一般是由在空间分布的和独立的网络节点组成的。节点包含有传感器来监控节点的物理或环境条件,如温度、声音、震动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他无线设备通信设备以通过网络把传感数据传输给数据库和其他用户。这样,传感器网络可以用于数据收集(DataCollection)、目标跟踪(Objecttracking)以及报警监控(Alarmmonitoring)等。4.中间件技术中间件是一种独立的系统软件或服务程序,分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源,中间件位于客户机服务器的操作系统之上,管理计算资源和网络通信。在操作系统和数据库市场格局早已确定的情况下,中间件发展尤为重要。物联网产业的发展为物联网中间件的发展提供了新的机遇。物联网中间件处于物联网的集成服务器和感知层、传输层的嵌入设备中。５．物联网的工作流程物联网的基本工作流程由四部分组成，即由信息采集系统（RFID系统）、PML信息服务器、产品命名服务器（ONS）和应用管理系统[1]。物联网的系统结构如图1所示。它们的功能分别如下：（1）信息采集系统信息采集系统包括RFID电子标签（tag）、二维码、阅读器（Reader）以及数据交换和管理系统软件，主要完成产品的识别和产品的EPC（ElectronicProductCode）码的采集和处理。图1物联网系统结构（2）产品命名服务器（ONS）产品命名服务器ONS（ObjectNameService）主要实现的功能是在各个信息采集点与PML信息服务器之间建立关联，实现从物品电子标签EPC码到产品PML描述信息之间的映射。（3）PML信息服务器PML（PhysicalMarkupLanguage，实体描述语言）信息服务器中的数据定义规则由用户创建并维护，用户根据事先规定的规则对物品进行编码，并利用XML对物品信息进行详细描述。在物联网中，PML服务器主要用于以通用的模式提供对物品原始信息的规则定义，以便于其他服务器访问。（4）业务管理系统业务管理系统通过获取信息采集软件得到的EPC信息，并通过ONS找到物品的PML信息服务器，从而可以以Web的形式向Internet用户提供诸如信息查询、跟踪等功能，用户也可以通过手机或无线PDA实时了解物品的状态。3.2物联网运用的实现１．食品生产物流跟踪食品生产企业在生产某种食品的同时，会设计包含对应EPC代码的射频识别标签。在食品正式入库前，质检部门会对每批产品进行质量检查。在入库和储存过程中发生装卸搬运操作、货位仓位变化等情况时，Savant系统会将货物实际变化情况与对应PML文件信息相匹配。当食品以大包装的形式出库时，射频识读器将它收集到的该种食品的EPC传递给本地服务器中的Savant软件。随后Savant进入工作状态，将射频识读器识别到的食品信息记录到本地EPC信息服务器，EPC信息服务器将收集到的信息与研发、设计、生产阶段存储在数据库里具有相同序列号的食品信息相匹配，随后按照PML规格重新写入交易、出库记录，形成新的PML文件并存入PML服务器。在将食品交易、出库信息记录到本地PML服务器的同时，将该食品EPC编码和PML服务器IP一块注册到对象名解析服务器（ONS服务器）使其在ONS基础构架中产生对应关系。通过Internet保障全国各地的Savant系统可以随时发出询问并读取该食品的相关信息。2．食品销售物流跟踪当这批食品运送到食品批发企业时，射频识读器会根据到货检验、装卸搬运、入库等物流作业快速读取EPC标签中的代码，并将数据传递给本地Savant系统。本地Savant系统将识读到的食品EPC编码传送给本地对象名解析服务器。本地对象名解析服务器将该食品EPC编码转换成EPC域名，并把EPC域名传递给ONS基础构架，请求与EPC域名相匹配的PML服务器IP。ONS基础构架中的Savant系统负责将这一请求与食品生产企业的PML服务器相匹配，并连接通讯。本地服务器通过Internet与远程PML服务器通讯，请求服务器中食品相关信息。食品生产企业的PML服务器返回食品的质量管理文件及相关交易记录、物流纪录。本地服务器将远程PML服务器返回的食品信息（食品品名、类型、规格、批准文号、有效期）与入库质检识读器收集到的生产厂商、购进数量、购货日期等项内容，生成验收记录，存入后台的PML服务器。同时本地Savant系统将记录食品生产企业PML服务器的IP地址。在食品经过各级批发到达销售终端--食品零售企业和超市时，伴随入库、存储、出库产生的食品流通物联网工作流程是相类似的。在食品销售的整个过程中，食品流通物联网的每个节点一直在通过自己的识读器识别、确认食品货物的相关信息，并通过Savant系统与PML服务器和对象名解析服务器（ONS服务器）建立连接，不断生成每个环节的食品跟踪PML文件。在食品销售物流流程的每个环节上，只要通过射频识读器就可检验货物，而不需要开包验收，这样，就能提高物流作业效率，还能够保证各环节准时地了解到食品仓位的详细情况。３．食品回收物流跟踪超市和食品零售企业面对的是最终消费者，当超市里的消费者或售货员取走货架上的食品并最终付款时，货架上的射频识读器会通过食品包装上的EPC，辨认出食品的信息。然后，通过超市的Savant系统更新本地的库存信息并在食品流通物联网中的EPC信息服务器(EPC-IS)和对象名解析服务器（ONS）更新信息，如将信息数据库中对应的产品信息加入“处于消费阶段”一项。直到消费者消费完毕，原本装盛食品的食品包装容器进入回收领域时，回收中心的识读器和Savant系统再次认出包装上的食品生产企业名称、地址等有用信息，通过EPC网络反映到食品生产企业的本地EPC信息服务器(LocalEPC-IS)中，然后食品生产企业会注销已经消费掉的食品的信息，并通过回收中心提供的信息进行食品包装容器的回收。食品批发企业的情况相类似，不过对于批发商而言，消费周期可能更短，食品包装容器可以更快的进入回收环节。4．结论与展望物联网作为一项新兴的、前沿的技术，目前在国内外还没有大规模应用的先例，同时在发展中也出现了频率标准不统一、标签识别准确率不够以及应用成本较高等一些问题，因此当前在我国食品安全监管中实际应用也必然会面临许多困难。但是迫切的需求以及广阔的应用前景是这项技术发展的最大动力，可以相信随着研究的逐步加深、技术的不断