基于物联网的林产品可追溯系统设计

摘 要：为加强林产品质量安全管理，实现林产品生产加工及流通过程的标准化及透明化，解决目前林产品对可追溯信息网络的需求，提出建立林产品可追溯系统。本文主要针对可食用林产品，确定追溯系统的体系架构，对追溯系统进行的设计，以及对林产品的生产、加工、销售等环节的研究，利用二维码技术、数据库技术、RFID技术等物联网技术将林产品纳入追溯网络，建立林产品可追溯系统。该系统可以较好地解决林产品来源和质量安全问题，维护消费者权益，并且强化政府对企业的监管能力、提高企业生产产品时的质量和自我约束能力，同时也为其他产品溯源提供基础。

关键词：林产品；可追溯系统；物联网；质量安全；追溯

中图分类号：S661；TP311 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2018）05-0114-07

Abstract： In order to enhance safety management of forest products， and to achieve standardizing and hyalinizing on forest products planting， processing， transporting and other procedures， meet the needs of forest product requirement on the traceability information network， we brought up the forest products traceability system. This paper mainly works on the edible forest products， by establishing the structure of traceability system， designing the traceability system， and studying on producing， processing， selling and other links of the forest products， using two dimensional code technology， database technology， RFID technology and other Internet of Things technology to bring the forest products into tracing network and establish the forest products traceability system. The system can better solve the problem of forest product source and quality safety， safeguard consumer rights， strengthen the government’s ability to supervise the enterprise， improve the quality and self-discipline ability of the company when producing products， and provide the basis for traceability of other products.

Keywords： Forest products； traceability system； Internet of Things； quality and safety； tracing

0 引言

隨着人民生活水平的不断提高，人们对各种产品的质量要求也在不断提高。我国是林产品生产大国，林产品市场十分景气，但林产品市场也存在很多不和谐因素，特别是林产品的安全问题备受人们关注，如产地环境、土壤重金属含量超标、农药残留、违规使用保鲜剂、防腐剂等添加剂和包装材料、不按规定建立和保存生产记录等[1]。

针对我国林产品的生产现状以及存在的问题，可以借鉴数据库技术、RFID技术和二维码技术等已有农林产品质量安全追溯系统的研究成果，实现对林产品追踪溯源。黄梅芳提出将RFIC技术、NFC技术与其他物联网技术用于林产品尤其是森林木材的追根溯源[2]；叶祥根提出要以林产品标准化生产管理数据库为基础，移动二维码技术为依托，通过二维码所采集编码信息为入口，通过物联网技术，实现随时随地溯源管理[3]；林宇洪等人研究开发了基于二维码技术的“农超对接”追溯系统，让消费者参加并监督农产品的生产质量[4]。林产品可追溯系统，既可以让政府监管部门实时监督林产品生产经营情况，又可以在林产品质量出现安全问题时，快速准确地追踪到问题环节，及时召回问题产品，避免事件升级[5]，危害到更多消费者的权益。通过建立的林产品可追溯系统，最终实现提高林产品整体质量水平的目的。

1 追溯系统总体架构

林产品生产各个环节复杂，参与者众多，为提高追溯系统的准确性，采用面向服务的体系架构（Service-oriented Architecture，SOA）。林产品可追溯系统总体架构如图1所示，分为设备层、数据层、支撑服务层、应用层、用户层和展示层6层结构。

（1）设备层。设备层位于系统架构的最基层，为系统运作提供初始数据。系统数据主要来自于工作人员录入信息和使用联网设备自动收集两种途径，系统通过为林产品供应链上的各单位开放信息录入渠道来获取一定的原始数据。该层以无线二维码扫描仪、电子标签打印机等为数据采集终端[6]。

（2）数据层。数据层是系统的数据库，用于存储系统数据，为应用层提供数据支撑，是系统运行的基础。在本系统中，追溯系统的数据库主要分为企业数据库、生产数据库、产品数据库以及其他数据库等[7]。这些表均以产品信息表为核心，同时又各自彼此独立。对数据库的此类设计，可以保证不同数据库之间的独立性与完整性，同时提供了较强的可操作性，实现从种植、采摘到产成品的正向追踪及其过程的逆向追踪，实现消费者、企业、政府之间的信息共享[8]。

（3）支撑服务层。支撑服务层是整个追溯系统的核心，其强大的信息综合能力是整个追溯系统的基础，为设计基于林产品可追溯系统业务和信息处理提供技术保障，主要包括：面向对象的设计和开发架构、网络组件服务、数据通信、权限管理服务等[9]。

（4）应用层。应用层是系统的最高层和核心层，由数个功能合并成一个系统完整的功能。应用层的主要任务是在实现多个功能模块信息交流的同时，完成一系列工作需要的任务，把系统的功能整体展现给企业或者终端用户[10]。针对林产品质量安全追溯系统的关键环节和核心内容，按照林产品供应链流程以及管理单位，划分为生产管理、企业管理、政府管理及其他管理。整个系统能够实现数据的多维输入和供应链全程追溯[11]。

（5）用户层。指林产品可追溯系统涉及到的所有用户，包括：消费者、管理员、政府监督部门人员、企业人员和基地人员等。基地人员通过基层终端负责原材料数据收集、转运监测、向政府监管人员索取标识并打印标识；企业人员可以通过生产管理终端实施对生产环节的控制与管理；管理员和监管部门人员可以通过监督终端实施对基地人员工作和生产管理工作监督；消费者使用查询终端如手机、个人电脑等用于查询溯源信息[12]。

（6）展示层。为系统用户提供人机交互界面，用户可根据自身需要，通过网页、手机、个人电脑、PAD等多种渠道完成交互。对于企业内部，提供的是一个林产品生产管理系统，方便企业获得与林产品生产相关的信息，为企业更好地管理和组织林产品生产；对政府监管部门来说，提供的是监管系统，监管部门人员可利用权限实时对林产品生产进行审核、监督和管理；对消费者来说，该系统提供的是一个林产品信息查询网站，消费者可通过输入追溯码或者扫描二维码的方式来获取林产品生产档案信息，包括其种植、加工、运输和配送等各个环节的信息，保障消费者知情权[13]。

2 系统设计

林产品可追溯系统的工作流程如图2所示。

林产品从种植地开始，经过采摘、检验、生产、运输、仓储和销售等环节，每到一个节点或是在运输过程中都需要记录大量的信息，所以需要一个完整的数据库来记录。为方便系统的维护和信息的收集，按不同的功能为系统设计子系统，并且按照节点信息的流动方向为系统设计数据库表。详细内容如下：

（1）系统功能结构设计。基于物联网的林产品可追溯系统是以二维码及与之对应的追溯码作为标识码，针对林产品从种植采集到销售各个环节的信息及时收集和上传，给产品建立档案数据库，为生产者对林产品的管理提供依据，同时也为监管部门提供有效的林产品质量安全机制[14]，为最终消费者提供准确的林产品质量安全追溯查询服务。当消费者购买的林产品出现质量问题时，可以向政府监管部门进行反映和投诉，实现种植、生产、加工和销售全过程的闭环管理。将整个系统的主要功能模块分为七个部分，基地注册子系统、生产加工信息子系统、企业销售信息子系统、运输信息子系统、仓储信息子系统、监管部门子系统和用户查询子系统，各系统之间的数据传输流程如图3所示。每个子系统也可分为多个小的模块，针对于不同的相关主体录入和采集信息，这样就组成了一个完整的林产品可追溯系统。

（2）系统数据库设计。服务器：操作系统WINDOWS 2000 Advance Server以上；数据库服务器端SQL server 2010以上版本， Framework 3.5。结合数据库设计原则并根据实地的调研和分析，创建如下数据库表：企业信息表（company.info）、基地信息表（base.info）、质量检测表（test.info）、生产加工档案表（productfile.info）、种植分布表（plantingdistribution.info）、运输信息表（transporting.info）、销售信息表（sell.info）、标识信息表（id.info）和用户信息表（user.info）等。数据库表之间的关联关系如图4所示。整个数据库围绕林产品可追溯系统的主体，记录了从种植到销售全过程详细的信息，为林产品建立电子信息档案，实现了对林产品生产履历信息的统一管理。

（3）标识的选择。林产品标识设计要考虑成本问题和不同场景下的实用效果。如RFID标识虽然可以做到非接触实现射频自动识别，并且可以适应多重恶劣环境，但其成本较高，尚未达到大规模推广应用；条形码标识仍然是使用最广泛的标识[15]；二维码能够做到储存信息量大，信息密度高，容错能力强且可以根据定义的要求给信息加密[16]，所以为了实现标识设计的低成本、易用性、可靠性和分类性等目标，本系统建议选择快速响应二维码技术。如在种植基地，生产环境恶劣，自然天气对标识的影响较大，但是采用RFID的成本较高，可以采用二维码，虽然易损，但是可以定期更换，成本也相对较低；而在运输环节及仓储环节统一使用二维码可以方便系统的整体管理；在生产加工过程中，每一批次的商品需要记录大量必要的数据，使用二维码可以存储的数据较多，而且也可以跟随产品进入后续环节，也方便商品在销售时的信息增删。

3 林产品质量追溯各环节及各系统的应用

（1）林产品种植采集环节。原产地是林产品的初始环节，是林产品的质量和安全的保证，基地注册子系统主要应用于种植基地，负责人及单位给种植区域安置摄像头、GPS、温湿度传感器、光强传感器和红外传感器等感应设备以在系统内记录产地信息，方便监测环境并且产地应负责记录对此区域产品的肥料、农药维护保养信息，以及采摘信息，并上传相应的视频；产品在种植时就划分好区域，配以对应的条形码标识，以便于以后负责单位申请追溯码，将信息寫入追溯码对应的记录[17]。

（2）林产品运输及仓储环节。进入运输环节时，每辆运输车专门配置与系统匹配的GPS，记录物流运输过程中产品的流通轨迹。同时，在车上应装配RFID标签，在货车出入库并装卸货时，通过读写器读取RFID标签中的信息，上传至运输信息子系统，并详细记录货物运输的装卸货时间、车辆信息、运输路线、运输时间等信息和完成信息的传递。

（3）林產品生产加工环节。在工厂进行加工环节时，工厂在生产加工信息子系统中记录该批次货物的工厂信息、产品的生产加工时间、生产批次和出入库时间等信息。此处的设置可以更加方便政府管理，不仅可以保证工厂生产的质量，也可以在资金上更方便监管。

（4）林产品仓储环节。仓库管理者在库内放置多种传感器以记录仓库仓储环境，如温度等。仓储信息子系统主要利用二维码将林产品在仓储环节内的林产品批次等信息、生产信息和包装信息等进行录入和存储，并根据产品相关信息安排产品的库区、货架以及货位等，二维码能够大大缩短不必要的时间，实现对林产品的快速盘点并自动生成清单录入仓储信息子系统。通过以上信息，根据订单需求决定货物是否出库。

（5）林产品销售环节。销售环节是供应链的最终环节。销售方在商品进行售卖时，跟踪记录配送信息，产品根据物流信息或零售商记录等方式结束销售环节，并将销售信息上传至企业销售子系统。林产品大多是以零售的方式到达消费者手中，这也是最重要的消费方式，林产品在销售环节中的停留时间也会影响到产品质量，并且消费者对于产品质量的信任也主要取决于零售商，因此所有的这些重要信息都应该被记录处理，作为追溯的依据。

系统在每进入一个环节时都要更换标签，重新写入二维码标签内信息，产品除在商品上留有价格条码外，也需要在确定单件商品的所有信息之后，在包装上粘贴二维码以及与二维码所包含信息对应的追溯码，以方便客户查询追溯信息；消费者如果想了解所购买林产品的情况，则可以用电脑到指定的查询网站利用信息查询子系统查询，或是用手机扫描二维码查询，以获取产品从种植到销售之间所有环节的可能对质量有影响的信息；当产品出现问题时，政府监管部门可以利用其监管系统，根据追溯码提供的信息进行溯源，可以很容易和快速地定位其他产品，并及时查封和销毁，而消费者也可以快速检查自己所购买的产品是否属于问题产品。

4 追溯系统模拟展示

查询网站基于Eclipse开发平台建设，浏览器可以采用IE浏览器、360浏览器和谷歌浏览器等。用户可以在电脑上登陆查询网站，进入登录界面，保存个人信息以及个人购买林产品的信息，登录界面如图5所示。点击自助查询可以进入根据用户在查询页面输入在包装上写有的追溯码获取对应的查询信息。查询到的信息按照追溯流程中的各个环节和路线排列，点击各个环节的链接可以获取该环节的产品信息、节点信息和运输信息等。地图选择用百度地图API制作的系统内置地图，在查询到追溯过程当中记录的各个环节及路径时将节点及路径坐标按照相应的位置在百度地图内进行标记，查询结果如图6所示。

5 结束语

在借鉴现有研究成果基础上，从物联网的角度出发，综合运用了二维码技术、数据库技术，以及各种物联网技术，构建了基于物联网的林产品物流追溯系统。该系统是由物联网技术与林产品物流相结合产生的，用户利用终端设备如手机或电脑等对追溯码进行扫描即可获得林产品从种植、生产一直到上架销售整个过程的追溯信息。系统可以有效解决市场上林产品来源信息不完善的问题，从根本上解决林产品来源和质量安全问题，保证林产品各个环节的公开化和透明化，维护消费者权益，并且强化政府对企业的监管能力、提高企业生产产品时的质量和自我约束能力，促进产品质量的提升，以满足电子商务飞速发展的同时，对林产品物流信息方面的需求，同时也为其他产品溯源提供基础。

【参 考 文 献】

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