引言近年來，瘋牛病、口蹄疫、豬鏈球菌感染、禽流感等重大rfidchina.org/application/special-129.html" target="_blank">食品安全事件的爆發引起了全世界的廣泛關注。隨著經濟的全球化，食品跨國界和跨地區流通越來越頻繁，各種食品安全事故和隱患呈迅速擴展和蔓延之勢llJ。如何確保肉品的安全性，已成為擺在當今政府部門、食品生產企業及食品科技工作者面前亟待解決的全球性課題。目前，歐盟、美國等國相繼立法來強制性實行食品安全追溯制度。食品安全追溯制就是對食品生產、流通過程中各關鍵環節的信息加以有效管理，通過對過程信息的監控管理，來實現預警和追溯，一旦出現問題可迅速追溯至源頭。為了實現信息的可追溯，各種先進的信息技術被研究和應用，如二維條形碼、地理信息系統（geographic information system，GIS） Web服務州、虹膜等，近年來快速發展的射頻識別技術成為當前各國建立跟蹤與追溯體系的最佳選擇。
在國外，無線射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術在食品藥品質量監管領域已得到廣泛研究。澳大利亞建立了一個畜牧標示和追溯系統，使用統一的電子耳標對牛羊進行識別管理[8]。日本自2001年起建立了食品身份證制度，即農產品履歷制度，用來實現對農產品產銷的追蹤[9]。美國Purdue Pharma制藥公司已將RFID標簽與單一藥瓶包裝生產線的流程成功整合，將RFID標簽貼在OxyConfin（一種麻醉止疼藥）藥品的包裝瓶上，對其進行流向追蹤及監控。北美最大的食品服務營銷和分配組織SYSC0公司，已完成低溫儲運系統的RFID與傳感系統集成測試，結果表明RFID在食品運輸過程中監控溫度、濕度等環境參數的能力很強，可有效保證食品品質和質量安全。
在國內的食品安全領域，食品識別多采用條形碼技術，RFID技術應用也逐漸成為研究的熱點。基于RFID技術的“安全豬肉監控追溯系統”2005年在上海正式投入使用，該系統將RFID標簽打在豬耳朵上，實時獲取生豬的飼料、病歷、喂藥、轉群、檢疫等信劇。
目前，國內的可追溯體系大多是針對養殖場或加工企業建立的，往往忽略了產品銷售階段的跟蹤和追溯。而產品銷售階段是假冒偽劣產品流入消費市場的入口，如果忽視了對該階段的產品信息監控，致使假冒偽劣產品流入消費市場，那么上游的養殖場和加工企業的追溯就失去了意義。因此深入研究肉品全生命周期的產品跟蹤追溯體系，對提高中國肉品的質量和安全水平，提高消費者對肉品的消費信心都具有深遠的社會意義。
本文以RFID技術和物聯網為基礎，提出基于RFID的物聯網架構下肉品銷售階段跟蹤追溯系統的基本原理，對其結構和功能進行了分析，利用RFID標簽來實現肉品的跟蹤追溯，并基于GIS技術實現了跟蹤追溯信息的可視化，大大提高了產品信息采集的準確性和便利性。
1 RFID與物聯網技術RFID技術，通過無線射頻方式進行非接觸式的全雙工數據通信，以實現對實物目標的自動識別。具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優點。
物聯網最早由美國麻省理工學院提出，經過多年的研究，現在的物聯網概念，更加寬泛。一切與物物相連，有別于人與人的移動通信網和互聯網的，統稱為物聯網。物聯網的類型是多種多樣的，其中以產品電子代碼（electronic product code，EPC）系統和互聯網整合的物聯網也被稱為“EPC網絡”（EPC network）。在這個網絡中，物品（商品）能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質是利用RFID技術，通過物聯網實現物品（商品）的自動識別和信息的互聯與共享。
EPC系統主要由6個方面組成：EPC編碼、EPC標簽、讀寫器、神經網絡軟件Savant、對象名解析服務（objectnaming service，ONS）和實體標記語言（physical markuplanguage，PML）05]。其中Savant系統是RFID系統的神經系統，負責傳送和管理讀寫器識讀的信息流；ONS對象名解析服務的功能類似于互聯網域名服務，是對產品信息的存儲位置進行定位的服務器：PML實體標記語言，它基于可擴展標記語言（extensible markup language，xML）發展而來，提供描述物體、過程和環境的標準，供RFID系統中的軟件開發、數據存儲和分析所用；PML服務器用于存儲PML文件。系統構成如圖1所示。
EPC編碼體系是EPC網絡的重要組成部分，它對實體及實體的相關信息進行代碼化，是物品在物聯網中的唯一代號，通過統一規范的編碼作為通用的信息交換語言。EPC編碼是由版本號加上另外3段數據（依次為域名管理者、對象分類、序列號）組成的一組數字。通常情況下，根據標簽存儲信息的長度將EPC編碼分為3個版本：EPC.64，EPC.96，EPC一256，其中EPC.96是目前使用最為廣泛的一種編碼。EPC.96表示該編碼長度為96位（--進制），編碼體系如圖2所示。
2基于RFID的肉品企業資源平臺架構傳統制造企業資源平臺是企業各種信息系統集成運行的環境，包括企業資源計劃（enterprise resource plan，ERP）、產品數據管理（product data management，PDM）、計算機輔助制造（computer aided manufacture，CAM）等，其中PDM是企業資源的核心。肉品生產企業作為流程性制造企業，也需要構建一個統一的企業資源平臺架構，為各種信息系統提供可共享、可集成的信息。基于RFID的肉品企業資源平臺架構如圖3所示，分為數據層、業務層和客戶層。其中數據層包括平臺數據庫和業務數據庫。平臺數據庫提供基礎平臺的運行數據，業務數據庫提供業務數據。業務層提供系統的主要功能，主要由RFID標簽子系統、肉品生產子系統、肉品庫存子系統、肉品銷售子系統和肉品跟蹤追溯子系統五大子系統組成。客戶層提供用戶采用不同方式使用系統的界面，主要分為手機客戶端、瀏覽器／，ll鼴務器（Browser／Server，B／S）結構下的瀏覽器客戶端和客戶機／服務器（1ient／Server，C／S）構下的定制軟件客戶端。用戶分為消費者、管理者和監管者3大類。
EPC系統主要負責各子系統節點RFID數據的采集、過濾，通過網絡傳輸到各自的遠程PML數據庫進行保存和查詢等處理。肉品的生命周期，從屠宰到消費者手中，可分為幾個階段：屠宰、加工、庫存、運輸、銷售和消費。要實現肉品的跟蹤追溯，就是要把這幾個階段的信息進行識別、記錄管理和跟蹤，形成一個完整的肉品生命周期信息鏈。其中，屠宰、加工階段的肉品信息跟蹤追溯，本課題組已有論文予以論述。本文主要針對肉品銷售階段的信息進行跟蹤追溯處理。
3基于RFID的肉品銷售跟蹤追溯體系分析肉品在銷售階段的跟蹤體系是依照肉品的銷售網絡為基礎建立的，對產品的流通信息進行采集以完成產品的跟蹤。跟蹤體系以產品銷售網絡的每個節點DP（distribution point）作為數據采集點，在各數據采集點布置安裝一套EPC系統，由EPC系統對流入流出各個銷售網絡節點的產品進行數據采集并將其保存到各節點PML數據庫中。肉品追溯體系是跟蹤體系的逆過程，從產品零售商開始追溯到上級經銷商直至生產廠商的每一個產品流通節點獲取產品流通數據，將其與各節點的地理信息結合起來在GIS平臺中提供給用戶。以上兩者構成一個完整的肉品跟蹤追溯體系。下面將從這兩方面進行詳細討論。
3.1 肉品銷售跟蹤系統分析3.1.1銷售階段肉品數據采集肉品銷售信息跟蹤是對肉品在銷售網絡流通過程數據的管理。肉品銷售跟蹤系統以肉品出廠信息作為信息跟蹤源頭。肉品在出廠時給其包裝箱上附上RFID標簽，標簽中含有EPC編碼，實例如圖4所示，該EPC碼是作為產品流通過程中產品的唯一編號，由肉品生產廠商寫入標簽，在肉品流通過程中不能被修改，各節點RFID閱讀器只能對其進行讀取。
肉品銷售網絡的產品銷售結構如圖5所示，肉品通過這個銷售網絡，由生產廠家銷售到消費者手中。銷售階段信息的采集主要通過在各銷售節點DP上布置EPC系統。肉品節點數據采集布局如圖6所示。
下面結合某企業業務應用實例，詳細介紹如圖4所示的肉品數據采集步驟。
1）在肉品進入節點的時候，RFID讀寫器會根據到貨檢驗、裝卸搬運、入庫等物流作業快速讀取RFID標簽中的原始數據：86.0257A08.100167.20100608432，該數據經過數據過濾程序之后傳遞給本地Savant系統。
2）本地Savant系統將肉品EPC編碼傳送給本地ONS，轉換成EPC域名，然后將EPC域名傳遞給ONS基礎構架，請求與EPC域名相匹配的遠程PML服務器IP地址。
3）本地服務器通過獲得的IP地址與遠程PML服務器建立連接，請求肉品相關信息，生產廠商的PML服務器返回肉品的質量管理文件及相關交易記錄、物流紀錄。
4）本地服務器將遠程PML服務器返回的肉品信息（肉品名稱、類型、生產日期、有效期）與入庫質檢識讀器收集到的生產廠商、購進數量、購貨日期等項內容，生成驗收記錄，存入本地PML服務器，同時記錄肉品生產廠商PML服務器的IP地址。
在肉品銷售過程中，肉品物聯網的每個節點在肉品流通過程中根據以上步驟完成肉品數據采集，不斷在各節點生成肉品跟蹤的PML文件并保存，為追溯系統提供產品追溯數據。
3.1.2 RFID數據過濾通過RFID讀寫器采集到的標簽數據量十分巨大，而真正對用戶有意義的數據卻不多。如不將冗余的數據過濾掉，會帶來3方面的負擔：一是傳輸大量的標簽數據帶來的網絡負擔；二是處理大量的標簽數據帶來的數據處理器負擔；三是存儲大量額外的標簽數據帶來的存儲負擔。
因此本系統在RFID數據傳遞給Savant系統之前對標簽數據進行過濾（如圖6所示）以減少系統的負擔。假定RFID讀寫器采集到的標簽數據可以表示成
1）將肉品標簽數據放入一個哈希表（hash table）中，將產品標識碼86.0257A08.100167.20100608432作為哈希表的關鍵字。2）定義一個時間間隔tinterval如60 S。3）當讀取到一個新的標簽數據時，檢查在哈希表中是否存在相同的標簽，若存在且兩者的讀取時間差小于tinterval，則認為該標簽數據是重復讀到的標簽數據，過濾掉，同時更新哈希表中該標簽的讀取時間。若存在且兩者的讀取時間差大于tinterval則認為該標簽是新的標簽，輸出該標簽同時更新哈希表中該標簽的讀取時間。若不存在，則將其插入到哈希表中同時輸出該標簽。
3.1.3 RFID數據處理在基于RFID技術的信息系統環境中，信息量規模巨大，依靠現有數據庫技術和數據管理技術難以實現高效的RFID事件檢測和處理。本系統采用復雜事件處理技術中的獨立同步設備（stand alone synchronization equipment，SASE）事件語言對由過濾后的數據形成的基本事件進行處理。
復雜事件處理（complex events processing，CEP）是一項用于構建和管理信息系統的新興技術。復雜事件處理技術把需要進行處理的基本信息定義為事件，用戶可以根據自己的需要對事件進行自定義，如將企業應用系統中的操作作為一個事件或者將網絡上的數據傳輸作為一個事件，不同的事件定義取決于用戶所處的角色和觀察點。在簡單事件與簡單事件之間存在著各種各樣的關系，可以由多個簡單事件組合成一個復雜事件，又可以用多個復雜事件組合成“更”復雜的事件。CEP技術能夠通過檢測事件之間的關系，滿足用戶的不同需求、挖掘不同的事件意義[17]。
采用CEP分析數據的流程如下：首先，在設計肉品流通的各個節點需求基礎上，對其RFID讀寫器的布局進行設計；其次，根據RFID讀寫器的布局對采集的基本事件進行定義；最后，使用SASE事件語言[18]對需要處理的復雜事件進行處理。
下面以肉品庫存節點的RFID數據分析為例，對采用CEP的RFID數據分析過程進行說明。
1）肉品地區銷售中心是肉品流通的主要環節，需要的功能有：銷售肉品信息、在庫肉品信息、過期產品信息等。
根據肉品地區銷售中心需要的功能分析可知，需采集的信息有：銷售中心倉庫存有的肉品，銷售中心銷售的肉品，銷售中心倉庫中過期的肉品。因此需要在倉庫內部、倉庫出口、倉庫結算點布置RFID讀寫器，如圖7所示。
2）在銷售中心庫存節點上定義的3種基本事件有：WAREHOUSE-READING，CHECK—OUT-READING，EXIT-READING，其中WAREHOUSE.READING表示的是倉庫內部的RFID讀寫器（如圖7中的R1，R2，R3，R4）對倉庫中肉品信息的讀取事件；CHECK OUTREADING表示的是肉品出貨時結賬點讀寫器（如圖7中的Rcheck out）對標簽的讀取事件。EXIT-READING表示的是肉品離開倉庫時倉庫出口讀寫器（如圖7中的Rout）對標簽的讀取事件。
3）銷售中心庫存節點上復雜事件的處理，下面以肉品銷售為例說明SASE事件語言處理的方法。
肉品銷售作為一個復雜事件在銷售中心節點模型中表現為：肉品到達出貨結賬點，再到達倉庫門口，在基本事件集上表現為同一件產品的CHECK OUT.READING和EXIT-READING 2個基本事件的順序發生，并且在規定的時間范圍內完成。在出現這一復雜事件后，將返回它的EPC碼和出庫時間，并將這些信息存入事件數據庫的產品出庫表中。
結合如圖4所示的肉品實例，該肉品銷售的復雜事件處理，即為檢查該肉品標簽EPC碼86.0257A08.100167.20 100608432，是否順序出現在CHECK OUT-READING和EXIT-READING 2個基本事件中，且時間間隔tinterval小于1 h，若為真，則認為該肉品完成銷售出庫。
3.2肉品銷售追溯系統分析國際食品法典委員會（codex alimentarius commission，CAC）與國際標準化組織（international standardsorganization，ISO）把可追溯性定義為“通過記錄的標識，對某個實體的歷史、用途或位置予以追蹤的能力”，也就是利用已記錄的標識（這種標識應該是唯一的，與被追溯對象一一對應）追溯產品的歷史、應用情況、所在位置或類似產品、活動的能力。因此就本文而言，肉品銷售追溯系統是根據肉品物聯網各節點采集的產品流通數據對肉品的流通進行溯源操作。
肉品追溯步驟如下：1）由用戶在追溯系統終端（如圖3所示的B／S系統客戶端、C／S系統客戶端、手機客戶端等）輸入所要追溯產品的EPC碼，追溯系統將該EPC碼發送到ONS服務器；2）ONS服務器查找存有該EPC碼對應產品信息的EPC IS（EPC Information Service）的IP地址（PML服務器的IP地址）；3）追溯系統分別與各節點PML服務器進行連接并獲得該產品相關流通信息；4）將所獲得的信息與各個節點的地理信息結合起來，在GIS系統中表現出來，給用戶直觀、便利的產品追溯體驗。
本肉品追溯系統用戶包括普通消費者和行業監管部門，二者的需求是存在差別的。就普通消費者而言，其對肉品追溯系統的要求是獲得基本的產品生產信息、產品流通信息及其相關單位信息；而監管部門對追溯功能的要求是在普通消費者功能的基礎上增加了某件產品的同批次產品的流向查詢，這樣是為了對問題產品的同批次產品能及時進行召回。
4基于RFID／GIS的肉品銷售跟蹤追溯系統的實現綜上分析，基于RFID／GIS的肉品銷售跟蹤追溯系統，是肉品企業資源平臺架構下的一個子系統，需要與其他子系統進行集成，以共享信息。基于RFID／GIS平臺的肉品銷售追溯子系統如圖8所示，采用統一的肉品企業資源平臺三層架構。本項目采用Visio Studio 2005工具軟件進行開發，部署環節Web應用服務器采用Tomcat，應用服務器采用JBoss，數據庫系統采用SQL Server 2005。系統在實驗室模擬環境下，工作良好，與采用條形碼的系統相比，數據采集過程自動化程度高，識別率更高，數據采集速度提高l倍以上。隨著肉品數量的增加，優勢更加明顯。
普通消費者的肉品追溯功能實現如圖9所示：用戶輸入其購買肉品的EPC碼，通過追溯終端的讀寫器輸入到系統，點擊產品追溯，即可獲得產品從生產廠商到零售商所經歷的產品流通路徑，同時在GIS系統上可以獲得各產品流通節點的相關信息和產品信息。
監管部門的產品追溯功能實現如圖10所示：首先，監管部門通過身份驗證，系統進入監管部門產品追溯模式；其次，監管部門輸入要查詢產品的EPC碼；最后，得到該產品的流通路徑、同批次的產品的EPC碼、同批次產品的流向，同時可以在GIS系統上得到各節點信息以及該節點所包含的要追查的產品的EPC碼。
5 結論和討論5.1結論肉品企業資源平臺是一個包含客戶層、業務層和數據層的層次式體系架構，本文的設計與實現表明：
1）采用統一的肉品企業資源平臺層次式體系架構，開發肉品銷售跟蹤追溯系統，是可行的。
2）在肉品銷售環節，主要涉及倉儲、運輸、銷售等過程，肉品本身不需再進行分割組合等活動，特別適合使用無線射頻識別標簽進行標識，本文的系統設計與實現，對此進行了驗證。
3）與基于條形碼的肉品跟蹤追溯系統對比，結果表明基于RFID／GIS的肉品銷售跟蹤追溯系統具有數據采集過程更加自動化、采集速度更快、識別率更高、信息顯示更直觀等特點。
5.2討論無線射頻識別標簽具有高效、便利的特點，而當前制約RFID標簽大范圍使用的原因是它的高價格，隨著科技的進步，使用規模的擴大，RFID標簽價格將不斷下降，應用范圍也將不斷擴大。肉品企業可以將系統與企業的決策管理、企業資源計劃等功能結合在一起，提高企業資源利用率和競爭力。但尚須進一步研究的工作還有：
1）RFID數據采集與處理：在肉品全生命周期管理中，基于銷售業務過程關鍵節點（key point，KP）的RFID數據采集與處理，通過產品電子代碼系統，實現了物聯網環境下的肉品信息跟蹤與追溯。但系統需要確保數據流的有效性，業務過程上的每一個KP必須與肉品生產企業的實體標記語言服務器連接，獲取相應的信息，若一個環節數據無法更新，則無法保證跟蹤追溯的信息完整性。而無線射頻識別標簽與讀寫器需要在一定的電磁環境下，設計相應的性能和技術參數，才能滿足工作要求。本項目主要采用高頻／超高頻無線射頻識別技術，并通過流程優化和數據庫后臺控制來確保信息lE確的采集和過濾。如何確保設備穩定運行，快速準確的采集和處理數據，具有很高的工程挑戰性，需要進一步研究探討。
2）RFID數據安全：RFID數據采集采用無線射頻的方式，雖然具有無源、非接觸、快速等特點，但同樣受制于電磁通信的不足，如易受電磁干擾；無源RFID標簽中的數據難以加密；在同一RFID無線射頻識別讀寫器有效作用范圍內，若出現多個標簽，則讀寫內容難以確定順序，難以對其中特定標簽進行寫入。本項目主要采用流程優化、數據庫后臺數據控制等措施來確保數據安全可靠。但最佳方式還是基于前端解決方案來確保肉品RFID標簽中的信息安全，這也是RFID系統應用必須解決的難題，需要進一步研究。
3）多用戶多終端設備的可視化平臺：本文的肉品跟蹤追溯信息可視化平臺是基于GIS實現的，同時在三層架構下，需要支持多用戶、多終端設備的可視化顯示，這就要求在不同終端都要安裝相應的GIS軟件。不同終端設備軟硬件環境差別很大，如何根據終端的特點，定制合適的GIS軟件功能，需進一步探討和研究。