基于物联网技术的冷链食品安全追溯系统的分析与设计

基于物联网技术的冷链食品安全追溯系统的分析与设计内容摘要：

并将 反馈 提交给政府相关部门，以便于监管，同时也有利于社会舆论监督的展开 ，更加完善了我国 的冷链食品安全监管 体系。 可以预见， 基于物联网技术的冷链食品安全追溯系统 将为广阔的 食品 冷链物流发展空间提供理论与实践上的 强力支 持 ，对 食品冷链物流体系的完善，政府监管体系的完备，更新消费者消费观念， 顺应 冷链 食品发展的安全化变革都有 着非常重大 的意义。 研究现状 目前，国内对冷链食品安全追溯方面的问题已十分重视，许多研究早就已经开始进行了，应用到食品冷链物流的研究也日益增多。 国外对食品冷链物流方面的研究则起步较早，尤其是在欧美等发达国家对农产品的可追溯系统。 散见于国内外各类文献中一些研究成果和实践经验，对于本文的研究都具有十分重要的参考价值。 国内研究现状 物联网得以在食品冷链物流领域广泛应用，最主要还是得益于国 家对物联网相关技术的高度重视。 对比发达国家来说，我国的物联网相关产业还处在起步阶北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 绪论 4 段，这是因为我国的国民经济发展和各行各业的软件、硬件基础还远远没有达到支持物联网急速增长的水平，然而，毋容置疑的是，我国对物联网一直都是高度重视的，在许多发展规划报告中都将其列为重点研究领域。 [1]在社会各界的共同努力下，相关机构、专家以及企业合力攻克了大量的技术难关，许多企业也通过相关政府部门的帮助和引导，以及自身的努力，具备了相当的物联网产业基础。 而物联网技术在冷链食品安全追溯系统中的应用也卓见成效。 如今，在许多领域，物联 网技术都得到了充分的应用，而且都取得了非常不错的效果。 物联网拥有智能监控、传输通信、自动处理等功能，而把这些功能应用在食品冷链物流中，我们可以实时地监控冷链食品的各项数据，与此同时，通过控制的自动化与智能化，我们还能够自主调控冷链食品所处的环境温度，使食品冷链物流的质量得到提高 [2]。 随着食品冷链物流在全社会范围被广泛关注，物联网技术的高速发展以及其不断拓展的应用领域，广大医药、食品、农产品企业和机构的冷链物流能力逐渐成为其必备的重要能力之一，它们已成为物联网相关技术的最重要的应用领域。 因为社会各界、各个 企业的冷链能力不尽相同，因而如何去监控整个冷链物流全程，而不仅仅是冷链物流中的一部分，已成为整个行业被重点关注的焦点性问题。 在食品冷链物流中的物联网相关技术的应用，大多以其中的某一项关键技术为主要的研究切入点。 例如 RFID（ Radio Frequency IDentification）射频识别技术在食品冷链物流中的研究和应用过程中，我们通过 RFID 技术的引用，可以将整个食品冷链物流过程进行重新设定，由此，可以实时地获取冷链食品的生产、加工、贮存、装载、运输、卸载等一系列信息，并可以掌控冷链食品的数量、位置 等信息，以便迅速、及时地进行取货和补货。 食品冷链物流中 GIS（ Geographic Information System）相关技术的应用，在分析现有食品冷链物流配送的业务流程以及其存在的相关问题的基础之上，对食品冷链物流中配送的调度阶段进行了重点剖析，以食品冷链物流配送的合理化的判断准则为依据，与现有的需求结合，研究并探索了基于 GIS 的食品冷链物流配送调度的模型和有关智能配送的相关技术、方法等，完成了食品冷链物流智能配送原型系统的设计与实现。 而在基于物联网技术的食品冷链物流信息发布的信息系统的 WebGIS 方 面的研究应用中，通过 Google Map 和 GPS（ Global Positioning System）经纬度信息的结合，运用无线传感器网络来采集冷藏车的相关数据，在 B/S（ Browser/Server）模式下，就可以利用 Google Map 中所生成的相关属性数据向各个用户进行数据发布 [3]。 当各种物联网技术日益发展成熟，企业联盟的形式应运而生，这使得食品冷链物流中物联网技术的应用更加系统化、更加规范化。 2020 年 11 月 7 日 ， 在中国冷链物流万里行系列活动第十次会议“第三届中国冷链物流年会” 上 成立 了 中北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 绪论 5 国冷链物 流联盟 ，为我 国食品与冷链物流行业服务 是其 宗旨。 促进我国食品企业与冷链物流企业之间交流与合作、信息沟通、协调关系，在企业和政府间发挥桥梁与纽带作用，推动行业发展，维护企业的合法权益，提高食品流通管理水平、人员素质、经济效益和社会效益，促进我国冷链物流事业发展，服务政府、服务行业、服务企业的冷链物流专属组织 [4]。 2020 年 4 月 21 日，第一版《中国冷链物流分布图》 由中国冷链物流联盟组织编撰，并于 中国冷链物流万里行系列活动 的第十一次会议，第四届中国冷藏运输及冷藏库高峰论坛的上海站上举行了发布仪式 [5]。 中国冷链 物流联盟为帮助冷链物流行业 整合资源，企业了解现有资源分布状况，规范市场竞争，引导新兴科技在冷链行业的应用 ，搭建 了 资源信息交流平台，促进区域资源 的 互动 做出了巨大的贡献。 而对于冷链食品安全追溯系统的研究，我国早在 2020 年，就开始逐步制定了相关的一些规范和标准，推进了冷链食品安全追溯系统的研究。 2020 年，国家质检总局、山东省潍坊市及寿光市质量监督局等部门共同合作，在寿光田苑蔬菜基地系统地进行探索。 时至今日， 面对一系列 冷链 食品安全事件和人们对于“入口安全”的强烈需求，“追溯体系建设” 已 成为眼下 冷链 食品安全的最 热门话题。 2020 年 ，雨润集团率先建立起了一整套完整的可追查体系，为我国食品追溯制度的建立和完善做出了积极探索和尝试，并提供了一个可供借鉴的样本。 黑龙江省的规划报告中指出， 2020 年以前 ， 通过清理整顿、兼并重组等方式 ，该 省 的生猪定点屠宰厂数量将由 2020 年的 623 家减少到 200 家以内 ， 猪肉产品安全可追溯体系在县城以上城区覆盖面将达 80%[6]。 国内对于冷链食品可追溯系统的研究中，对猪肉类产品的研究较为多见，本文所研究的冷链食品安全追溯系统也是基于冷链猪肉的。 国外研究现状 物联网技术作为新一 代 信息技术的重要组成部分 ，其概念最早是在 1999 年在由 美国召开的移动计算和网络国际会议 被提出的。 2020 年，美国《技术评论》杂志中指出，未来，作为影响人们日常生活的十大技术之首的将会是物联网技术[8]。 而物联网的概念正式被提出则是在 2020 年，在突尼斯 举行的信息社会世界峰会（ WSIS）上 ，出自由 国际电信联盟（ ITU）发布的一篇报告， 《 ITU 互联网报告 2020：物联网》 [9]。 该报告指出，在物联网技术普及的未来时代，人们的各种日常生活用品都将会被植入一种无线收发设备，这样，人们与信息系统的沟通北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 绪论 6 过程就可以达到 一个全新的高度，完全实现了人与人、物与物、人与物的随时随地的无障碍沟通。 近些年来，物联网开始逐渐随着传感技术的迅猛发展而不入人们的日常生活。 2020 年的金融危机作为一个触发点，使全世界各国都开始高度重视物联网技术的应用。 目前 为止 ， 世界上对 物联网 仍然 没有一个广泛认同的体系架构，具 有 代表性的物联网 体系 是欧美支持的 EPC Global 物联网 体系架构 及 日本的 Ubiquitous ID（ UID）物联网系统。 EPC Global 是由美国统一代码协会 (UCC)和国际物品编码协会 (EAN)在 2020 年 9 月 一 同成立的非营 利性 研究 组织， 1999 年 10 月 1 日在美国麻省理工学院成立的非营利性组织 AutoID 中心 是它的 前身。 AutoID 中心以创建“物联网” (The Inter of things)为 目标 ，与众多成员企业共同制订一个统一的开放技术标准。 EPC Global 和 UID 中心 (Ubiquitous ID center)都是为推进RFID 标准化而 成 立的国际 性 标准化团体，我国也 很 积极 地 参与了上述物联网体系 的研究，并在 积极 地 制定符合我国发展情况的物联网架构和标准 [10]。 作为物联网技术的应用的组成部分， M2M（机器对 机器的通信）已受到国外各大运营商的普遍关注。 一些实力雄厚的运营商已就其长远发展，明确了战略方向，如法国电信专注于医疗领域； Doo（ 日本最大的移动运营商 ）则关注的是 M2M 的协议；欧洲的运营商们也纷纷加强了 M2M 的市场部署； Orange（ 法国电信运营商 ）看好车队管理市场； TMobile（德国的 跨国移动电话运营商 ）与设备商合作开发解决方案；沃达丰（ 跨国性的移动电话运营商 ）推出了 M2M 全球服务平台 [11]。 物联网 技术在食品冷链物流中的应用和 发展主要集中在欧美等发达国家 ， 农产品可追溯系统 的 应用 在欧盟 最早，尤 其是活牛和牛肉制品可追溯系统。 美国在2020 年 5 月 FAD 公布了《食品安全跟踪条例》，要求所有涉及食品运输、配送和进口的企业要建立并保存相关食品的流通的全过程的记录 [12]。 RFID 系统 及传感网络 在美国、英国、德国、日本、瑞典、瑞士 和 南非 等 目前均有较为先进且成熟的 的应用。 美国方面， Intel、 TI 等美国集成电路 生产 厂商目前都在 RFID 领域投入巨资进行芯片 的研 发。 Symbol 等已经 开 发出 了 可以同时阅读条形码和 RFID 的扫描器。 IBM、 Microsoft 和 HP 等也在积极开发相应的软件 和应用 系统来支持 RFID 和传 感网络 的 使用。 在 美国 ，智能交通 、仓储管理及物资跟踪 、 生产线自动化 与 控制、身份识别等领域己经开始逐步应用 物联网 技术。 在物流 领域 ，美国已有 100 多家企业支持 RFID 技术的 应用，其中包括：零售商 巨头 沃尔玛 公司 ； 大型 制造商吉列 公司 、强生 公司 、宝洁 集团 ； 世界上最大的快递承运商与包裹递送公司 UPS 及政府方面 在 国防部的物流应用。 日本 在 一北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 绪论 7 些运送 贵重的 酒类 和 食品和 的货车中，往往会放 1 到 2 个 RFID 标签 ，随时监测车厢内部在送货过程中的 温度变化 情况， 保障其安全性；在医疗卫生 领域 ， RFID技术 主要用来跟踪医疗废弃物等有污染危害的 医 用 垃圾 [13]。 与药品冷链物流过程相似的食品冷链物流，基于物联网技术的冷链物流系统在发达国家已基本建成，对局部技术的改善，追求新技术的运用和改良，环保、节能、安全成为研究的重点： （ 1） 食品信息的可追溯性高。 食品物流中的温度追踪法取得了很大发展，特别是对易腐食品，在有效期内实行全程温度监控的好处已得到了普遍的认同，测量与监控设备也被广泛采用。 物品标签上贮存了食品整个生命周期的信息，建立了消费者对产品的信赖关系。 （ 2） 标准化管理得到执行。 政府监管部门在冷链领域标准化方面取得了很大的进步。 冷链都有相关标准可 以引用，如冷库、冷藏车（容器）、冷柜、速冻设备和温度记录等。 欧美发达国家甚至对冷链食品从生产到消费各个环节的温度限制进行了立法。 值得注意的是，发达国家的食品生产实现了高度现代化，即使是生鲜食品，也都采取冷链物流的形式运送到消费者终端，在整个食品链上各类主体的组织化程度很高。 所以，国外对冷链物流的研究也是以企业为单位的，食品在生产与流通中的生物特性及其消费特性引起了国外学者的重视，使得大家对食品冷链物流的研究各有侧重。 本节主要阐述了本文的研究方法及论文结构，本文运用调查法在项目的初期对 整个冷链物流链上的各个企业经行实地的调研， 并对调查搜集到的大量资料进行分析、综合、比较、归纳 ，并在此基础之上运用软件工程的相关理论和方法对需要设计的系统进行需求分析、功能分析等一系列工作。 研究方法 本文 基于现实的项目，在前期进行了大量调查问卷，理论综述后进行探索性的系统设计与实现，从而构建了本文的冷链食品安全追溯系统。 文章撰写的思路如图 11 所示： 北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 绪论 8 图 11 研究方法 Figure 11 Research method 本文运用 软件工程的相关理论和方法 ，在 冷链 企业信息化实践经验的基础上 ， 结合物联网技术在食品冷链物流过程中的应用模式和规律，为创新物联网及冷链物流理念，拓展物联网 工作的空间范围，探索 物联网的应用模式和 发展道路，以及 物联网技术 如何更好地服务于 冷链企业，消费者和政府监管部门 ，提供 了 理论 和实践 指导。 论文结构 本文以“ 北京市食品冷链物流关键技术研发与示范 ”的实际项目为研究背景，对现行 食品冷链物流的 现状进行分析， 发掘整个食品冷链物流中存在的安全隐患，并在此基础上，结合物联网的相关技术，完成冷链食品安全追溯系统的设计。 主要研究内容如下： （ 1） 结合 食品 冷链物流相关企业的实 际情况，对现行的 食品 冷链食品的物国 内 冷 链 食 品 安 全 追 溯 系 统 的 研 究现 状国 外 冷 链 食 品 安 全 追 溯 系 统 的 研 究现 状总 结 国 内 外 的 相 关 研 究 对 本 文 的 借 鉴 意 义。