基于RFID的蔬菜产地追溯精确度提高方案及应用.pdf

第 28 卷第 15 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.152342012 年8 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringAug.2012基于 RFID 的蔬菜产地追溯精确度提高方案及应用钱建平1,2，杨信廷1，张保岩3，吴晓明1，薛彬4（1.北京市农林科学院国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097；2.北京林业大学信息学院，北京 100083；3.天津市农业信息中心，天津 300201；4.天津市无公害农产品（种植业）管理中心，天津 300201）摘要：农民专业合作社为实现到基本生产管理单元的追溯提供了组织载体。该文采用 14 位数字对采收筐进行编号并以超高频无线射频识别（RFID）卡为载体对其进行标识，通过开发便携式蔬菜采收信息采集系统和升级蔬菜生产管理系统实现采收信息与生产信息关联及包装信息与采收信息关联，从而构建农民专业合作社模式下提高蔬菜追溯精确度的方案；将该方案应用于天津市某合作社的追溯管理中，结果表明该方案可实现追溯精确度的提高，在最小追溯单元、召回成本、检测成本等方面存在明显优势，但需额外投入设备、人力等成本。该研究可为在合理考虑成本效益的情况下利用信息技术提高追溯精确度提高参考。关键词：农产品，生产管理，信息系统，RFID，追溯，产地doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.15.037中图分类号：S24;TP29文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-15-0234-06钱建平，杨信廷，张保岩，等.基于 RFID 的蔬菜产地追溯精确度提高方案及应用J.农业工程学报，2012，28(15)：234239.Qian Jianping,Yang Xinting,Zhang Baoyan,et al.RFID-based solution for improving vegetable producing area traceabilityprecision and its applicationJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2012,28(15):234239.(in Chinese with English abstract)0引言农民专业合作社是在农村家庭承包经营基础上，同类农产品的生产经营者或者同类农业生产经营服务的提供者、利用者，自愿联合、民主管理的互助性经济组织1-3。合作社组织分散农户实行统一生产标准、统一操作规程、统一产品质量标准、统一农资供应，强化生产过程管理，全面落实农业标准化生产，其快速发展，不仅有力地促进了农业增效、农民增收，同时为农产品质量安全管理提供了组织载体4。可追溯性被定义为食品、饲料、畜产品和饲料原料，在生产、加工、流通的所有阶段具有的跟踪追寻其痕迹的能力5-7。农产品及食品追溯系统是促进生产信息透明化，提高农产品质量安全，增加农产品市场竞争力的重要措施8。国外对于农产品及食品追溯系统的研究和应用多限于动物及其产品领域9-11，国内对于蔬菜追溯的研究与应用与动物的追溯同步展开12-16。杨信廷等以蔬菜初级产品为研究对象，从信息技术的角度构建了一个以实收稿日期：2012-02-13修订日期：2012-07-09基金项目：国家 863 计划项目“农产品生产加工多源感知技术与装备”（2011AA100706）；天津市信息化项目“基于 RFID 技术无公害蔬菜质量安全监测系统”（1111202）作者简介：钱建平（1979），男，浙江湖州人，助理研究员，中国农业工程学会会员（E041200542S），主要从事果园精准管理与果蔬溯源技术研究。北京北京农业信息技术研究中心，100097。Email：通信作者：杨信廷（1974），男，山东人，研究员，主要从事农产品溯源与监管技术研究。北京北京市农林科学院国家农业信息化工程技术研究中心，100097。Email:现质量追溯为目的的蔬菜安全生产管理及质量追溯系统，系统已在北京市多家企业得到了应用17；张兵等将网络信息技术与蔬菜种植业实际相结合，应用 EANUCC条码为蔬菜产品标识，构建了一套蔬菜质量安全可追溯系统，实现对蔬菜产品质量的追溯管理18；王晓平等将果蔬类农产品的物流过程与信息追溯相结合，对果蔬类农产品信息追溯系统的系统构成进行了分析，提出了系统的设计方案19。在目前已有的针对蔬菜产品的追溯系统中，追溯的生产单元多为企业或合作社本身，这虽然与中华人民共和国农产品质量安全法中规定的责任主体相符，但不利于通过企业内部追溯进一步确定其产品来源、降低召回成本、提高追溯精确度。追溯精确度的概念最先是由 Golan 等提出的，根据可追溯体系自身特性的差异，Golan 等设定了衡量可追溯体系的 3 个标准，即宽度、深度和精确度，其中，精确度指可以确定问题源头或产品某种特性的能力20。本文采用无线射频识别（radiofrequency identification,RFID）对采收筐进行标识，通过以采收信息为中心向前及向后进行关联，构建农民专业合作社模式下提高蔬菜追溯精确度的方案，并将该方案应用于天津市某合作社的追溯管理中，验证该方案的效果。1蔬菜合作社管理流程分析农民专业合作社由合作社社员组成，合作社业务部负责进行业务指导与管理。蔬菜生产的基本管理单元为地块或设施温室，在农民专业合作社模式下由合作社对基本管理单元进行编号，采取统一农资供应与管理的方第 15 期钱建平等：基于 RFID 的蔬菜产地追溯精确度提高方案及应用235式，包括种子、农药、肥料等，一个社员一般管理多个单元；合作社社员按技术标准进行生产，记录下施肥、防治病虫害、采收等生产档案，并提交给合作社业务部门；在蔬菜采收时，用专用的容器装采收好的蔬菜，合作社业务部有专门的人员负责运输采收好的产品，一个管理单元分多次采收的现象较为普遍；产品进行统一收购时，先进行产品检测，对于检测合格的产品进行包装；产品包装好后进行销售。图 1蔬菜专业合作社现状管理流程示意图Fig.1Schema figure of actuality management flow in vegetableprofessional associations从图 1 中可以看出，在整个管理中存在着物流和信息流，在统一生产资料管理环节，现在一般都能记录下领用过程，这样物流和信息流是并存的；在生产档案记录环节，有统一的记录方式，且不存在物流，因此是单一的信息流；在产品采收环节，只涉及到物流；在统一收购时，现有的流程是在物流的同时未能将信息流传递，导致采收的产品与管理单元不能对应；在产品检测和产品包装时，由于统一收购时信息流的脱节，导致产品抽样检测时也不能与管理单元对应；在产品销售时，生产的信息被传递到下一环节或上传到追溯中心数据库，由于统一收购时信息流与物流脱节，因此虽然物流与信息流并存，但也不能实现到基本管理单元的追溯而只能追溯到合作社。由以上分析可见，正是由于采收和统一收购时物流和信息流的脱节，影响了合作组织内部物流与信息流并存闭环链的形成，从而导致追溯精确度的降低，即只能追溯到合作社本身而未能追溯到生产单元，进而使生产记录也不能与追溯的产品对应。2提高追溯精确度方案构建2.1总体框架追溯系统建立的 3 个基本要素是标识、信息记录和中央数据库21。影响目前合作社追溯精确度不高的主要原因是采收和统一收购时物流和信息流的脱节，因此提高追溯精确度应从标识与信息记录两方面着手。在标识方面，已有的追溯系统对基本管理单元标识和包装产品标识均有涉及22-23，本研究重点是对采收筐进行标识，采用标识码、基地代码和流水号相结合的编码方式，采用 RFID 标签作为采收筐编码的载体；在信息记录方面，重点是在采收时采集基本管理单元编号和采收筐编码，并结合采收产品、采收时间、采收量等记录形成采收信息；在检测和包装时通过读取采收筐编码并与生产记录对应实现到地块或设施温室等基本管理单元的关联，从而提高追溯精确度，如图 2 所示。图 2提高追溯精确度方案的框架图Fig.2Structure figure of solution of improving traceability precision2.2采收筐 RFID 标识对采收筐的编码采用 1 位标识码+9 位基地代码+4 位流水号的方式，共 14 位。考虑到合作社对基本管理单元也会进行编码管理，为了不与采收筺编码混淆，引入了 1位标识码，用于区分是对采收筺的标识还是对基本管理单元的标识，其中 1 代表是对基本管理单元标识、2 代表对采收筐标识；基地代码采用 6 位邮政编码+3 位流水号的形式；采收筺序号采用 4 位流水号，共可对 9999 个采农业工程学报2012 年236收筐进行标识，这对于合作社来说已经足够使用。其编码结构图如 3 所示。图 3采收筺编码示意图Fig.3Sketch map of collection bins encoding采收筐编码的载体是 RFID 标签，将上述编码存储在采收筺标识的 RFID 标签中。综合超高频 RFID 在易读性和方便性上的优势24-26，采用扎带型超高频 RFID 标签对采收筐进行标识。2.3采收信息与生产信息关联采收连接生产过程，而包装连接流通和追溯，这 2个环节的脱节导致不能实现到基本管理单元的追溯。在对采收筐进行 RFID 标识的基础上，基于 WinCE 嵌入式系统，开发一套便携式蔬菜采收信息采集系统，通过读取采收筺上 RFID 标签中的采收筺编号，结合采集的基本管理单元编号、采收时间信息形成采收批次，由此建立了采收信息与生产信息的关联。系统主要实现如下功能，如图 4a 和 4b 所示：1）采收筐 RFID 读取：该功能是整个系统运行的基础，通过便携设备内置RFID读写模块实现对超高频RFID的读取；2）采收信息采集：在读取采收筐 RFID 后，可采集基本管理单元编号、产品名称、采收数量、采收时间、采收管理者等信息，信息采集完成后，系统根据采收筐编号、基本管理单元编号、采收时间等生成采收批次，用于区分同一采收筐装不同时间采收的来自不同基本管理单元的产品；3）数据上传：系统提供远程数据上传和本地数据同步 2 种方式，远程上传采用 GPRS 方式，上传的数据主要是采集的采收信息。2.4包装信息与采收信息关联基于.Net 框架，在已有蔬菜生产管理系统的基础上8，升级与提高追溯精确度相关的功能，通过在产品包装时读取采收筺上 RFID 标签中的编号，调用对应的采收批次，根据采收批次生成对应的蔬菜追溯码，追溯标签被打印后贴制到产品包装上，由此建立了采收批次与产品追溯码的关系，从而实现采收信息与检测包装信息的关联。升级的蔬菜生产管理系统主要实现如下功能，如图4c 和 4d 所示。1）采收筐 RFID 读取：蔬菜生产管理系统通过连接桌面 RFID 读写器，实现采收筐 RFID 中编码的读取，在读取的基础上调用对应的采收批次；2）检测信息录入：将企业自检信息、政府抽检信息录入系统，并实现检测信息与采收批次的对应，改变以前检测产品来源不明的情况；3）追溯条码生成与打印：在获取采收批次信息后，系统自动关联对应的产品编号、基本管理单元编号、采收日期等，按追溯码编码规则生成追溯码，并调用条码打印控件打印追溯标签，从而实现追溯号与采收批次的映射。a.便携式系统首页b.便携式系统采收信息采集c.采收筐 RFID 读取d.追溯条码生成与打印图 4系统界面图Fig.4System interface3方案应用3.1应用流程将上述方案应用于天津市某蔬菜合作社中，其应用流程如图 5 所示。方案的应用流程主要包括温室采收和车间包装两部分。在温室采收环节，当蔬菜成熟采收时，管理人员采用移植有果蔬采收信息采集系统的便携式 RFID 读写设备对采收信息进行采集，采集时先读取采收筐 RFID，再选择或录入基本管理单元（温室）编号、产品名称、采收数量、采收时间、采收管理者等信息，采集完后将数据上传到包装车间的蔬菜生产管理系统中；包装车间移植有蔬菜生产管理系统的主机同时连接着桌面式 RFID 读写器、农残速测仪和条码打印机，装有产品的采收筐运输到合作社包装车间，先进行检测，检测取样时先读取采收筐 RFID，记录下取样的采收筐编号，在检测完毕后录入对应的检测结果；对于检测合格的产品，可以采收批次号为基础，生成追溯标签，并将标签贴制到产品外包装上。第 15 期钱建平等：基于 RFID 的蔬菜产地追溯精确度提高方案及应用237图 5应用流程Fig.5Flowchart of application3.2应用效果分析该方案从 2011 年 9 月开始在该蔬菜合作社应用，从近 3 个月的应用来看，系统界面友好、功能丰富、性能稳定。采收筐 RFID 的读取是影响系统应用的重要方面，除了在前期应用的半个月中由于使用人员操作不熟练导致读取率不高和存在一定的误读率外，在其他时间的应用中，采用便携设备读取率达 98%，而采用桌面式读写器读取率接近 100%。与已有的蔬菜追溯系统和方案相比，本方案在最小追溯单元、召回成本、检测成本等方面存在明显优势，但在设备投入、人力投入等方面存在一定劣势，两者比较如表 1 所示。在最小追溯单元方面，由于使用本方案后将采收信息与基本单元的生产信息进行了关联，而采收信息又与包装追溯信息进行了关联，因此本方案的最小追溯单元为地块或设施温室等基本管理单元；在召回成本方面，由于本方案可直接定位到最小追溯单位，从而减少召回产品的数量；在检测成本方面，由于本方案在检测取样时将采收筐编号与检测结果进行了绑定，针对统一采收批次的产品可只抽检一次，做到了取样的定位，减少了检测成本；在设备投入方面，由于本方案需表 1已有方案与本方案应用效果比较Table 1Comparison of application effect between existedsolution and that proposed in this research比较项目已有方案本方案最小追溯单元合作社或企业地块或设施温室召回成本高减少召回数量，召回成本低检测成本取样无法定位，成本高直接对采收筐取样，成本低设备投入一次投入低，但须长期投入 一次投入高，但可重复使用人力投入低高要投入 RFID 标签、RFID 读写器等设备，因此设备投入较已有方案高；在人力投入方面，需要额外投入采收信息采集的人员。以天津市该蔬菜合作社为例进一步分析本方案的成本效益。在成本方面，系统开发费用主要由政府承担，合作社需一次性投入设备等，主要投入的设备和耗材等（不考虑已有追溯方案需要的电脑、条码打印机等）以目前的市价计算，约为 2 万元人民币左右；使用本方案还需一个信息采集的技术人员，按现在农业企业技术人员的平均工资测算，每年约增加成本 3 万元人民币。在效益方面，由于检测信息与基本管理单元实现了关联，改变了以前批次混淆后要检测多次的问题，据测算每年可减少检测成本约 1 万元人民币，另一方面由于实现了追溯且与检测进行了关联，该合作社的蔬菜销量扩大、产品竞争力得到了提升，预计每年可增加收入约 10 万元左右（其中因使用该方案而新增的收入无法准确测算）；虽然在系统使用期间未发生因质量问题而发生召回事件，因此使用本方案的召回成本也不好测算，但由于使用本方案可直接追溯到地块或温室，可减少召回数量，从而大幅降低召回成本，这一点是很明确的。由以上分析可以看出，在该大型合作社中，使用本方案从成本核算来说是具有可行性的。4结论农民专业合作社为实施可追溯系统提供了良好的载体，利用 RFID 对采收筐进行标识，通过采收信息与生产信息和检测包装信息的关联，实现到基本管理单元的追溯，可提高追溯精确度。将提高追溯精确度的方案应用于天津市某蔬菜合作农业工程学报2012 年238社中，与已有的蔬菜追溯系统和方案相比，该方案在最小追溯单元、召回成本、检测成本等方面存在明显优势，但需要增加设备、人力等投入，对于大型合作社来说，该方案在成本核算上是可行的。本方案只是提出了一种提高精确度的方案，不同的合作社在生产规模、经营理念、品牌意识等方面存在着较大差异，在追溯系统的建设中，合作社可根据自身条件及投入产出比选择本方案或其他精确度低的方案。参考文献1钱建平，杨信廷，刘学馨，等.信息技术条件下的农民专业合作组织管理模式J.农机化研究，2008(6)：69.Qian Jianping,Yang Xinting,Liu Xuexin,et al.Managementpatterns of farmer professional associations based on informationtechnologiesJ.Journal of Agricultural Mechanization Research,2008(6):69.(in Chinese with English abstract)2王曙光.论新型农民合作组织与农村经济转型J.北京大学学报：哲学社会科学版，2010，47(3)：112117.WangShuguang.NewRuralCooperativesandRuralEconomicalJ.Transition.Journal of Peking University:Philosophy and Social Sciences,2010,47(3):112117.(inChinese with English abstract)3国鲁来.农民合作组织发展的促进政策分析J.中国农村经济，2006(6)：411.4胡定寰.“农超对接”怎么做？M.北京：中国农业科学技术出版社，2010.5Pinto D B,Castro I,Vicente A A.The use of TIC s as amanaging tool for traceability in the food industryJ.FoodResearch 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Bin4(1.National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture,Beijing 100097,China;2.Department of Information,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;3.Tianjin Agricultural Information Center,Tianjin 300201,China;4.Tianjin Pollution-free Agri-Products(Crop Planting)Management Center,Tianjin 300201,China)Abstract:Specialized farmer cooperatives provided organization support for implementing the traceability to essentialproduction management unit.In this paper,14 digits were adopted for encoding collection bins and ultra high frequencyRFID was to identify the bins.The relationships of harvest information and production information,package informationand harvest information were established by developing portable record-keeping system for vegetable harvest andupgrading vegetable production management system.Based on the identification and information recording,a solutionwas designed to improve traceability precision on the mode of specialized farmer cooperatives.The solution was appliedin the traceability management of one specialized farmer cooperatives in Tianjin.The results showed that the solutioncould improve the traceability precision.Comparing with the existed traceability solution,the solution had obviousadvantages of basic traceability unit,recall cost and check cost,but needed additional investment for equipments andstaff.Key words:agricultural products,production control,information systems,RFID,traceability,producing area