如何建立基于物联网技术的食品安全监控系统

□何建崎
“民以食为天”。近年来，屡屡发生的食品安全事故，让社会各界都强化了对食品供应安全的管理。如何利用物联网新技术，推进食品的供应链监控，正在成为一门新课题。
    近十年以来，我国食品质量安全问题十分突出，食品安全监控问题成为人们关注的焦点。被称为世界信息产业第三次浪潮的物联网，技术用途广泛，将其应用到食品安全领域，是人们关注的重要课题。物联网概念及其技术体系框架“The　Internet　of　things”是物联网的英文名称，在中国把物联网也称之为“传感网”。2005年11月27日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》的报告，正式提出了物联网的概念：“物联网是通过射频识别（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，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络”。
    目前,　物联网还没有一个广泛认同的体系结构，最具代表性的物联网架构是欧美支持的 EPCGlobal　“物联网”体系架构和日本的Ubiquitous　ID(UID)物联网系统。本文的物联网技术体系以EPC体系架构为基础。
    物联网技术体系包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术，可划分为应用层、网络层、感知层3个层次。感知层为收集信息的感知元器件，由最底端的EPC编码标签、传感器、摄像头以及传感器网络、传感器网关组成；网络层包括传感器网络、通信网络和互联网；应用层在网络层的基础上，将收集来的信息进行处理，转化成数字信号以视频、语音等方式对物品进行监控和调度，包含应用支撑平台子层和应用服务子层，实现物品的全程“可视化”运作；公共层技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都有关系，它包括编码标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量管理。
    基于物联网技术的食品安全监控系统框架
    食品安全监控系统的物联网在应用上分为三个层次：
    一个是传感网络。以EPC编码、RFID、传感器为主，食品从开始生产起，植入统一EPC编码标识，通过安装在食品生产企业重要工序岗位、流通企业关键物流点的读写器，实现“物”的识别。
    二是传输网络。物联网读写器自动记录食品在整个供应链从生产线到最终的消费者的流动记录，通过3S技术网络、互联网、广电网、移动通信网或者下一代互联网，通过物联网数据控制系统保留在互联网上的食品供应链信息平台。食品安全监控系统基于物联网技术的数据管理，支持海量存储和维护，提供一致、高效的数据查询机制，实现对历史监控数据的查询和分析。
    三是应用网络，即输入输出控制终端。通过基于物联网的食品安全监控系统的软件操作平台，供应链上的各企业和监管部门之间可实现“可视”的信息交互，企业在食品供应链信息平台上发布信息，监管部门则通过食品安全信息平台发布企业食品安全监控信息。消费者、媒体、第三部门根据各自的权限，通过食品供应链信息平台可对正处于生产、运输、储存、销售等环节的食品可通过互联网实现“可视化”观察和掌握食品“生命流程”，通过食品安全信息平台了解食品经营企业的食品质量安全状况信息。基于物联网技术的食品安全监控系统架构下图所示。
    基于物联网技术的食品安全监控系统功能
    一、数据采集和分析。在生产、销售等环节部署EPC编码数据和图像数据采集、传输、管理，通过物联网快速的反馈到食品监控系统，支持企业对其业务环节的全程监控，可将采集到的数据编制报表，作为跟踪、调度、决策依据。政府监管部门通过数据进行统计分析，建立食品安全检测与经营企业备案信息库，并进行业务实时监控，实现食品安全数据的效能监控和辅助决策。
    二、食品安全信息共享。系统以互联网为依托，可向政府、食品企业、社会公众、食品行业组织等第三方机构提供各类信息服务，实现各组织机构、消费者之间的信息互动。
    三、可视化远程监控。食品生产企业可通过电脑终端或3G手机连接基于物联网的食品安全监控系统的信息平台，随时随地观察和监控食品生产、加工现场由传感器传来的实际影像，并通过系统实现对现场各设备的远程控制；供应链上的各企业和监管部门之间则通过物联网实现“可视”的信息交互和监控。
    四、数据海量存储维护，食品安全信息可追溯。安装在食品工厂关键环节、配送中心仓库、销售商品货架、交通控制点上的读写器，能够自动记录食品在整个供应链从生产线到最终的消费者的流动记录，信息保留在支持海量存储和维护的物联网数据控制系统中，形成知识库，提供一致、高效的数据查询、追溯机制。
    五、建立错误预报警机制。在食品生产、加工环节，通过HACCP体系设置质量关键控制点，允许用户制定自定义的数据范围，生产加工现场温度、湿度、光照度等数据通过无线通讯网络传递给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统出现阈值告警，并自动控制相关设备进行智能调节，达到预报警目的。
    六、建立统一认证系统。在整个系统中，可实现统一认证、集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管理等功能。
    基于物联网的食品安全监控信息流程
    基于物联网的食品安全监控信息流程一般按以下步骤进行：
    第一，对食品的属性进行标识。属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在EPC标签中，EPC标签进入读写器的工作范围时,能自动向读写器发送自身的编码等EPC信息，动态属性需要先由传感器实时探测。
    第二，射频读写器接收到来自食品EPC标签或传感器发送的载波信息。对接收信号进行解调和解码后，将其信息送至中间件系统进行处理，将信息转换为适合网络传输的数据格式。
    第三，实时信息查询。读写器获取信息通过中间件系统转换为适合网络传输的数据，可通过网络传输到信息管理系统，提供用户完成实时查询.
    第四，历史信息跟踪追溯。适合网络传输的实时数据信息被传送到ONS服务器，完成相互请求和通信的相关计算，ONS服务器在产品信息数据库找到食品对应地址，将食品相关信息保存到产品信息数据库中。用户如需查询食品历史信息，可通过互联网由中间件系统、ONS服务器到保存着产品信息的产品信息数据库查找，获取食品历史数据，再通过互联网传送到用户手中，完成食品跟踪和可追溯性查询监控。
    食品安全监控系统的物联网运行机制
    食品安全的监控系统的物联网运行机制包括以下几个阶段：
    第一，食品 “可视”识别阶段。为满足食品安全监控的快速感知、可视化的需要，建设专用的无线传感网络，通过中间件技术，实现传感器网络与互联网、移动通信网互连互通。传感器网络系统集成，提供单一用户的接入应用，网络运营企业以运营传感器网络接入，提供远程通信服务。
    第二，协同处理阶段。物联网的感知层、网络层、应用层协同工作，以政府、企业、消费者满意的食品监控为目标，建立传感网、互联网、移动通信网融合标准，鼓励企业投资建设运营传感器网络，实现专用网络向大众服务网络的过度，提供多用户应用服务平台。
    第三，系统融合阶段。政府食品安全检测监管信息系统、企业内外服务管理系统与物联网运营服务网络系统高度融合，无线传感器网络、综合服务基站、超级计算中心等设施设备成为公共的网络基础设施，政府、企业、消费者通过互联网接入传感器网络公共平台，实现跨平台操作和点对点的“食品可视物”监控。（作者单位：湖南现代物流职业技术学院）