食品冷鏈追溯系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)研究

    近幾年，食品安全問題頻頻發(fā)生，在追溯事故源頭的時候困難重重，對于投資不菲的食品冷鏈，想要獲得冷鏈各環(huán)節(jié)的具體信息幾乎不現(xiàn)實。食品冷鏈安全不是一個環(huán)節(jié)就可以解決的問題，為了實現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌”的全過程冷鏈?zhǔn)称钒踩谋O(jiān)控，從田間地頭，到生產(chǎn)、養(yǎng)殖到肉食品加工、到流通環(huán)節(jié)建立全鏈數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建一個可追溯信息系統(tǒng)后，就能夠清楚地知道每個環(huán)節(jié)的詳細過程，這樣可以有效地加強食品冷鏈的安全。還應(yīng)該對食品冷鏈進行有效管理，改變國內(nèi)目前分散養(yǎng)殖的現(xiàn)狀，優(yōu)化生產(chǎn)組織模式，形成以加工企業(yè)或冷鏈物流配送中心為核心節(jié)點的食品冷鏈，解決農(nóng)業(yè)企業(yè)總體規(guī)模偏小、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)單一的問題，從而加強整個供應(yīng)鏈的競爭力。

一、食品冷鏈追溯系統(tǒng)建設(shè)的動因與瓶頸

1.1 目的與作用

    構(gòu)建追溯系統(tǒng)的主要目的在于，它能夠?qū)ψ罱K產(chǎn)品的產(chǎn)銷過程（包括從原料采購到食品加工、儲運、代理銷售直至消費者手中）進行無疏漏、全方位的跟蹤；給消費者提供關(guān)于食品生產(chǎn)流程每一個環(huán)節(jié)的詳細、可靠的信息，真正做到安全看得見，為廣大消費者提供更為安全的食品；使得食品供應(yīng)鏈每個環(huán)節(jié)做到標(biāo)準(zhǔn)清晰、責(zé)任明確，便于回溯追查與監(jiān)控，保障食品的安全。當(dāng)然，食品追溯系統(tǒng)的建立僅靠單獨的企業(yè)和個人的力量是無法實現(xiàn)的，如果食品冷鏈各運營商達成一致意見：用追溯的方式進行協(xié)調(diào)，將會更本質(zhì)、更輕松的反映出冷鏈運行中所暴露的不安全問題，包括不完善的合同問題，從而更加準(zhǔn)確有效地掌握食品在生產(chǎn)源頭和下游銷售的信息，更加有效地規(guī)避參與企業(yè)的風(fēng)險。

    總的來說，食品冷鏈追溯至少要實現(xiàn)兩項功能：跟蹤（Tracking） 和追溯（Tracing）。跟蹤是指從原材料采購至最終產(chǎn)品交付，在冷鏈中跟蹤保鮮產(chǎn)品自上游至下游運行路徑的能力；追溯則是指冷鏈中識別一個或一批產(chǎn)品自采購供應(yīng)至交付客戶手中，整條供應(yīng)鏈源頭的過程，核心是通過記錄、標(biāo)簽或標(biāo)識等載體回查任意環(huán)節(jié)中該實體的屬性、批號、應(yīng)用和發(fā)票數(shù)據(jù)等信息的能力。因此，食品冷鏈追溯系統(tǒng)可以達到以下的作用：（1）通過建設(shè)EAN·UCC系統(tǒng)（全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)），加強對食品質(zhì)量的監(jiān)督與控制；（2）通過食品冷鏈追溯體系的建設(shè)，實時查詢冷鮮食品的源頭信息，精準(zhǔn)定位各個節(jié)點產(chǎn)品質(zhì)量負(fù)責(zé)人，形成食品安全壁壘，迫使有安全隱患的企業(yè)退出市場，保護節(jié)點企業(yè)信譽，明確冷鏈各企業(yè)責(zé)任；（3）完善的檔案、數(shù)據(jù)管理便于企業(yè)屏蔽危害與風(fēng)險，增加鏈條透明度，通過追溯管理將冷鏈各環(huán)節(jié)風(fēng)險降低至最低水平；（4）消費者能夠通過終端查詢系統(tǒng)對食品的來源、種植、生產(chǎn)、加工、運輸?shù)惹闆r進行查詢，充分了解食品信息，并決定是否購買；（5）通過建立與國際接軌的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識體系，追溯系統(tǒng)實現(xiàn)對冷鏈各個環(huán)節(jié)的追溯，提高了食品來源的可靠性和信息傳輸處理速度，為企業(yè)信息化和電子商務(wù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1.2 制約食品冷鏈追溯系統(tǒng)建設(shè)的瓶頸

    一方面，食品冷鏈追溯系統(tǒng)建設(shè)剛剛起步，功能不夠完善，缺乏配套的認(rèn)證體系和監(jiān)督體系，缺少相關(guān)體系的實施細則和管理要求（如預(yù)警和召回體系）。關(guān)于追溯認(rèn)證和監(jiān)督的建立、召回和預(yù)警等體系的完善，制度的確立和監(jiān)管，需要認(rèn)證、規(guī)劃和管理的各級政府部門或承擔(dān)政府職能的行業(yè)協(xié)會落實完成，或由政府主管部門授權(quán)由相應(yīng)研究機構(gòu)和科研院所來完成。

    另一方面，由于追溯系統(tǒng)的建設(shè)是個龐大的系統(tǒng)工程，相關(guān)成本較高，政府應(yīng)提供資金資助、技術(shù)支持、政策傾斜等優(yōu)惠措施，加強對試點企業(yè)的扶持力度。政府還應(yīng)完善有關(guān)食品安全方面的制度與法規(guī)，加強對食品行業(yè)的監(jiān)管，推進食品追溯信息體系的建立。此外，冷鏈物流過程中，溫度的精確控制、運輸時間的精確計算、貨物質(zhì)量的精確監(jiān)督，都鑄就了冷鏈物流高昂的成本，亦增加了物流過程中信息采集和處理的難度。

二、食品冷鏈追溯實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 條碼技術(shù)與EAN · UCC編碼技術(shù)

    冷鏈實現(xiàn)可追溯的前提條件是各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)與信息的易獲得性，同時這些信息能夠方便地被加工、處理、共享。條碼技術(shù)通過光學(xué)識讀，可以準(zhǔn)確地將條碼標(biāo)簽攜帶的信息加以識別、譯碼，最終轉(zhuǎn)換成機器語言輸入計算機進行數(shù)據(jù)處理，是目前最為成熟、成本較低的自動識別信息技術(shù)，包括一維和二維兩類。一維條碼的優(yōu)點是識別迅速、準(zhǔn)確率高、制作簡單、成本較低，相關(guān)的標(biāo)簽制作軟件、閱讀設(shè)備、打印設(shè)備比較成熟。一維條碼技術(shù)是冷鏈實現(xiàn)可追溯化最為經(jīng)濟實用的技術(shù)，為冷鏈追溯系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)提供了可行性。根據(jù)不同食品的包裝特點，在食品冷鏈各環(huán)節(jié)中，充分考慮極端的濕度和溫度條件對條碼標(biāo)簽的影響（脫膠、表面污損、模糊等），視情況選用簡易標(biāo)簽、不干膠、防盜扣或PVC條碼綁帶等標(biāo)簽（材質(zhì)適用于低溫環(huán)境），標(biāo)識個體或單元。POS最普遍地應(yīng)用了條碼標(biāo)簽，在進銷存各環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，特殊條碼標(biāo)簽在售出后可回收，大大地降低了成本。倉儲環(huán)節(jié)則可采用手持終端輔助作業(yè)，儲運單元標(biāo)簽?zāi)軌蚝芎玫亟鉀Q物流標(biāo)簽問題。但是，一維碼編碼來源受限、信息容量有限，標(biāo)簽一般尺寸較大，易受低溫、潮濕等復(fù)雜環(huán)境影響，一個階段到下一個階段追溯信息的追加成本較高，實時性也不是很強。

    新興的二維條碼技術(shù)用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形實現(xiàn)信息存儲和識別。二維碼具有編碼來源廣泛、信息容量大、加密與糾錯能力強、印制無特殊要求等優(yōu)點，能較好的彌補一維碼的不足。二維碼已經(jīng)在證照、電子憑證、商品交易、廣告推送、網(wǎng)站鏈接、數(shù)據(jù)下載、車輛管理等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，其應(yīng)用越來越普及?；谑謾C平臺開發(fā)的二維碼識別軟件，一方面使得二維碼的識讀更為便利，另一方面讓更多的消費者接收和使用基于二維碼所提供的信息和服務(wù)。

    以條碼技術(shù)為核心的 EAN · UCC系統(tǒng)編碼體系給每一個產(chǎn)品賦予的全球惟一的EAN· UCC代碼，可以對食品冷鏈全過程中的每一個節(jié)點進行有效的標(biāo)識，包括產(chǎn)品屬性（批次、有效期、保質(zhì)期等）、食品冷鏈中各個環(huán)節(jié)及參與方（物流、終端銷售、廠商等）。這樣就建立了實施追溯的基礎(chǔ)——以條碼為基礎(chǔ)的標(biāo)簽，為各個環(huán)節(jié)實施信息傳遞和交換提供依據(jù)。例如，在食品領(lǐng)域，在食品生產(chǎn)源為食品分配條碼，在食品生產(chǎn)過程中，食品生產(chǎn)商與質(zhì)量認(rèn)證機構(gòu)分別為采集食品詳細信息、認(rèn)證狀況等；并將二維碼制成標(biāo)簽，粘貼在食品包裝上；稽查人員使用二維碼專用設(shè)備，可以方便地進行抽樣檢查。消費者購買產(chǎn)品時，只需借助手機軟件掃碼或編輯碼號發(fā)短信，即可隨時隨地查詢食品源信息與質(zhì)量認(rèn)證等信息，并可及時舉報虛假、錯誤信息，實現(xiàn)360°全程追溯。這樣可有效地解決條碼閱讀器攜帶不便、標(biāo)簽信息量小、追溯時效性差等冷鏈追溯難題。

2.2 無線射頻識別技術(shù)（RFID）

    RFID是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是基于電磁理論，利用無線射頻信號在閱讀器（信號接收機）和標(biāo)簽（信號發(fā)射機）之間進行數(shù)據(jù)傳輸，無源標(biāo)簽（被動式標(biāo)簽）進入磁場后，產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲得能量，發(fā)送存儲的信息；有源標(biāo)簽（主動式標(biāo)簽）能夠主動發(fā)送特定頻率的信號，閱讀器接收信息、解碼后，傳輸至計算機信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)加工處理。與條碼技術(shù)相比，射頻技術(shù)具有標(biāo)簽使用壽命長、讀取速度快、信息存儲量大、自動化程度高等特點。在食品冷鏈中，將RFID技術(shù)與條碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等集成，各種技術(shù)互補，對食品進行有效的標(biāo)識，把分散的信息集成起來，實現(xiàn)信息采集和傳輸，能夠有效地提高信息處理的效率，為全鏈條的追溯提供了可行性。以生鮮豬肉冷鏈為例，為了實現(xiàn)生肉供產(chǎn)銷有據(jù)可查，追溯系統(tǒng)需要在豬肉冷鏈的各關(guān)鍵節(jié)點——養(yǎng)殖場（養(yǎng)殖戶）、道口、屠宰場、批發(fā)市場、商超、菜市場等——設(shè)置控制點，使用射頻標(biāo)簽記錄追溯所需的數(shù)據(jù)或信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)，消費者借助電子商務(wù)平臺或終端設(shè)備，實現(xiàn)全程追溯查詢。RFID是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心技術(shù)，規(guī)避了條碼技術(shù)的一些局限性，但是其成本較高，某些技術(shù)不是很成熟，標(biāo)準(zhǔn)化方面也有待進一步提高。

2.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

    冷鏈可追溯實現(xiàn)的基礎(chǔ)是信息數(shù)字化，良好的追溯信息系統(tǒng)離不開高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫，從食品的源頭數(shù)據(jù)獲取到終端零售的數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用是重要的根基和支撐。結(jié)合各類標(biāo)簽技術(shù)，在食品冷鏈追溯系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計中，可以采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫。例如，以RFID為核心技術(shù)，粘貼于產(chǎn)品上的小標(biāo)簽（HF）數(shù)據(jù)或信息處理的基本流程是： PC端上的與廠家數(shù)據(jù)庫相連的小標(biāo)簽初始化裝置讀取小標(biāo)簽的UID號，從廠家數(shù)據(jù)庫獲取產(chǎn)品信息及PID號并寫入，綁定信息后再回存入廠家數(shù)據(jù)庫。類似的步驟可以將信息更新于大標(biāo)簽（UHF，用于外包裝），其他冷鏈環(huán)節(jié)的做法同出一轍，最終達到對產(chǎn)品相關(guān)信息的全面記錄。這樣，消費者就可以通過查詢標(biāo)簽信息實現(xiàn)對冷鏈全過程的追溯了。

三、食品冷鏈追溯系統(tǒng)的構(gòu)建

    為解決這些問題，保證社會的食品安全問題，建立低成本、可行性強的基于回溯追查功能的冷鏈信息系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。為了方便各節(jié)點企業(yè)、監(jiān)管部門、消費者進行追溯查詢，食品冷鏈追溯系統(tǒng)需要對全過程中的食品冷鏈信息進行采集、傳輸、存儲、加工和維護。因此，該系統(tǒng)的主要功能模塊應(yīng)包括：標(biāo)簽管理、安全檢測、溫度控制、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、電子商務(wù)查詢系統(tǒng)、車輛定位等。為保證冷鏈全過程追溯的連續(xù)性，在整個冷鏈，各個環(huán)節(jié)均采用信息技術(shù)（如標(biāo)簽技術(shù)、射頻技術(shù)），各節(jié)點按照系統(tǒng)設(shè)定的格式詳細記錄產(chǎn)品（食品）的原料采購、進出貨、加工、包裝等信息，嚴(yán)格管理各環(huán)節(jié)產(chǎn)品的批號、批次，包括產(chǎn)品從生產(chǎn)基地（或農(nóng)戶）發(fā)貨直到消費者收貨為止的整個流程的批號。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，追溯技術(shù)越來越具有實用性、經(jīng)濟性，能夠滿足整個追溯系統(tǒng)對于低成本、可行性強的要求。

    基于回溯追查的冷鏈信息系統(tǒng)（物流和信息流程為例）設(shè)計思路為：基于RFID和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將食品屬性、產(chǎn)地、批號、包裝、運輸車輛等信息寫入射頻標(biāo)簽，生成初始信息，然后在原料庫、工廠、配送中心、運輸車輛、港口碼頭、收費站、經(jīng)銷點等不同站點安裝閱讀器，自動掃描途經(jīng)的RFID標(biāo)簽，識別、更新并綁定相關(guān)的信息，并存入監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫。啟用關(guān)聯(lián)的GIS軟件，實時顯示食品的來源、種類、數(shù)量、去向等信息，可以查看車輛行駛軌跡，跟蹤定位冷藏車運行，并實時監(jiān)控車廂內(nèi)的溫度變化，形成動態(tài)的溫度變化曲線，方便監(jiān)管人員管理，從而實現(xiàn)對整個食品冷鏈的全過程管理。當(dāng)運輸過程中出現(xiàn)突發(fā)事件時，可以通過車輛上預(yù)裝的GPS/GSM遠程控制模塊，通知司機進行應(yīng)急處理，改變射頻標(biāo)簽中存儲的信號量值，監(jiān)控中心通過基站檢測到該增量信號時發(fā)出警報，并突出顯示在電子地圖上。同時，追溯系統(tǒng)需要集成互聯(lián)網(wǎng)、免費電話、短信、手機二維條碼，建設(shè)一體化的電子商務(wù)綜合查詢平臺或多媒體查詢終端，這個平臺能確保食品冷鏈中各節(jié)點企業(yè)與消費者之間的信息共享，使得消費者方便、清楚地掌握保鮮食品的生產(chǎn)加工、包裝、保管、運輸、質(zhì)量檢查等信息，有效地滿足消費者對食品追溯信息的知情需求。

四、食品冷鏈追溯系統(tǒng)的應(yīng)用實例

    肉類在食品中占據(jù)重要位置，在肉類供應(yīng)鏈中應(yīng)用冷鏈追溯系統(tǒng)對于確保肉類食品安全具有重要意義。以某豬肉食品廠為例，具體的應(yīng)用流程為：在養(yǎng)殖源頭，牲畜在出生時植入一個電子耳標(biāo)，牲畜的所有人將牲畜信息通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到數(shù)據(jù)庫中。

    在屠宰環(huán)節(jié)，當(dāng)牲畜運送到屠宰場時，每頭牲畜都在離開卡車時接受掃描，其信息隨即上傳到屠宰場的追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。之后，牲畜按照屠宰場要求被分別歸入不同的待宰圈。屠宰場的到貨信息可以上傳到國家數(shù)據(jù)庫中，表示該牲畜已經(jīng)被屠宰場接收。在此階段，可以收集的信息包括：操作員編號、銷售員姓名、寄養(yǎng)場名稱、待宰圈編號、畜種、品種、潔凈程度與疑病體、卡車編號等。在屠宰箱環(huán)節(jié)，安裝有一個射頻耳標(biāo)讀取器和一個觸摸終端設(shè)備。牲畜在這一環(huán)節(jié)將被分配一個生產(chǎn)線編號和一個畜體編號。這些編號將一直跟隨整個生產(chǎn)過程并用于日后追溯。如果動物帶有射頻耳標(biāo)，在這一環(huán)節(jié)將予以錄入?；蛘?，使用最新的技術(shù)——激光碼，在檢驗檢疫環(huán)節(jié)進行激光灼刻，包括檢疫合格字樣以及檢疫具體時間，匹配后續(xù)的帶有編碼的消費小票，即可更安全便捷地實現(xiàn)追溯。

    在加工階段，屠宰加工信息被及時寫入標(biāo)簽，一段時間的冷凍排酸之后，進入冷凍評估階段。冷凍評估員通過掃描射頻讀取器掃描胴體條形碼并輸入脂肪厚度、顏色、紋理、密實度等信息。裝箱稱重工作站的工作人員選擇被包裝產(chǎn)品，隨后打印出一張裝箱標(biāo)簽，標(biāo)明箱內(nèi)所裝產(chǎn)品，這些信息同時傳遞到數(shù)據(jù)庫并更新數(shù)據(jù)庫。條形碼標(biāo)簽上的內(nèi)容包括，箱號，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)日期同時又和生產(chǎn)線編號相連接。

    在物流環(huán)節(jié)，當(dāng)需要出載時，定單便傳遞到運輸部門。裝箱產(chǎn)品隨即接受射頻掃描，信息隨即錄入數(shù)據(jù)庫。當(dāng)所有產(chǎn)品全部掃描完畢運輸完成，系統(tǒng)會生產(chǎn)一套運輸總結(jié)，它會顯示所運輸產(chǎn)品的概要信息和詳細信息。

    最后的終端消費環(huán)節(jié)，肉品在賣場儲藏、銷售的詳細信息被存入賣場數(shù)據(jù)庫。通過多媒體查詢終端（借助帶有編碼的小票或標(biāo)簽），消費者可以方便地查詢到關(guān)于他購買到的肉品的整個供應(yīng)鏈的信息，實現(xiàn)全程追溯。

    綜上分析，在消費者購買之前，保鮮食品各環(huán)節(jié)的安全均至關(guān)重要，其質(zhì)量監(jiān)控涉及采購、生產(chǎn)加工、包裝、儲存、送貨等一系列環(huán)節(jié)，實現(xiàn)整個冷鏈的追溯是食品安全的重要保障。由于涉及面廣，監(jiān)管成本很大，責(zé)任的連帶又不易確定，造成了各個參與者相互博弈，食品監(jiān)管往往效果不佳。如何協(xié)調(diào)各方利益，全員參與，注重整個鏈條監(jiān)管與發(fā)展，確保食品信息的安全、可靠，是實現(xiàn)追溯、食品安全的難點。這就需要建立核心企業(yè)為主、多方合作的系統(tǒng)管理體制，讓企業(yè)們充分意識到追溯系統(tǒng)對產(chǎn)品的監(jiān)控、質(zhì)量提高、風(fēng)險控制的作用，使環(huán)環(huán)相扣的鏈條不致斷裂，方可實現(xiàn)追溯。集成條碼、RFID、傳感等技術(shù)，以標(biāo)簽為載體，圍繞食品冷鏈物流，形成物聯(lián)網(wǎng)，開發(fā)和構(gòu)建食品冷鏈追溯系統(tǒng)，進而建成覆蓋整個冷鏈的食品安全查詢和監(jiān)管體系，為冷鏈監(jiān)管部門、各節(jié)點企業(yè)、消費者提供系統(tǒng)、可靠、透明的食品安全保障。后續(xù)的系統(tǒng)建設(shè)、運行和維護發(fā)展的關(guān)鍵是RFID標(biāo)簽的成本、識讀的便利性和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等問題。畢竟，大部分生鮮食品的本身價值并不大，由于使用各項先進的信息技術(shù)（含標(biāo)簽、閱讀器等）所增加的成本相比之下顯得過高。

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