基于云计算和RFID技术的农产品追溯系统研究_刘红霞

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网络出版时间：2013-12-27 13:14

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基于云计算和RFID技术的农产品追溯系统研究

刘红霞

（榆林学院，陕西榆林，719000）

摘要：农产品质量安全是我国食品安全中的重要组成部分，为了增加农产品在生产加工流通全过程的透明度，本文在物联网

技术的基础上，结合云计算技术、RFID 射频识别技术，构建农产品追溯系统，提高农产品质量安全。关键词：云计算；RFID；物联网；农产品；追溯系统

Agricultural Products traceability System Based on Cloud Com-puting Technologies and RFID Technology

Liu Hongxia

（Yulin University，Yulin，719000，China）

Abstract：The agricultural product quality safety is an important part of our country food safety.In or-der to increase transparency in the whole process of production processing and marketing of agricultural products,on the basis of Internet of things technology,combined with cloud computing technology,RFID radio frequency identification technology,this paper build the agricultural products logistics information man-agement system,improve the quality safety of agricultural products. Keywords： Cloud computing;RFID;Internet of things;Agricultural products;Traceability system

近年来，农药残留超标中毒事件频发，涂药黄瓜、有毒豇豆、甲醛白菜、蓝矾韭菜，各种农药、兽药、激素、保鲜剂等农用药剂的超标，致使人们的担忧与日俱增。同时，在事故处理中，事故产生的具体环节往往无法精确定位导致安全问题不能消除。目前，很多发达国家已经形成较为完整的安全追溯制度，我国是一个农业大国，随着物联网等技术的发展，我国传统农业正在加快向现代农业转型。我国的农产品溯源体系也在不断建设中。该系统的建立增加了农产品生产加工流通全过程的透明度。在一定程度上保障了农产品的安全生产与流通。

本文即要提出利用云计算平台、RFID技术等先进信息技术构建农产品追朔系统，进而完善农产品质量安全溯源体系，充分降低物流成本，提升农产品的质量安全。

流程和知识管理于一体的信息平台都可充分应用云计算平台

的技术优势。云计算提供了新的技术手段，可以动用大量计算资源，以此为基础建设的追溯体系能做到高效、准确、丰富和直观。

1.2 RFID技术

1 技术基础

1.1 云计算平台

云计算( Cloud Computing)就是通过互联网直接提供的网络应用服务，接受服务的客户只要有一台能够上网的计算机，就可以使用云计算公司所提供的各种程序功能。随着云计算的快速发展和各行业的广泛应用，这种将利用网络把各种广域异构的计算资源整合为一个抽象的、虚拟的、可动态扩展的计算资源池，再通过网络向用户提供计算云、存储云等服务的新模式，同样带来了农产品加工与流通等领域的深刻变革。

食品质量安全的追溯，涉及食品生产、加工、流通、销售以及餐饮服务等多个环节，食品数量多、分布广、流通范围大、消费者分散、追溯时间性强，没有适用的技术手段进行支持，要进行高效农产品质量安全追溯是难以实现的。把农产品信息收集处理，进行交换共享，综合利用与科学决策，融信息处理、业务

RFID( Radio Frequency Identification )技术是一种

非接触式的自动识别技术，它通过无线射频信号自动识别目标对象并读取相关信息，结合数据库系统和网络体系，可以实现全球范围内物品的跟踪与信息共享。与传统的条型码、磁卡相比较，RFID具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用等特点。

RFID系统只有两个基本器件，一个是阅读器，另一个是标签。其基本工作原理是：阅读器以广播方式连续向周围发送携带能量的基准信号，感应到能量的标签通过调制电路信号以反射的方式向阅读器返回自身携带的数据，阅读器对接收到的数据进行解码，并传给主机进行处理。通过上述方式，RFID系统能够提供有效的身份信息(Identity)和地址信息(Location)。

目前，RFID技术正在越来越多地出现在大量的物联网应用中，包括物流管理、电子支付、RFID护照、安全访问控制、目标监测与追踪等．随着RFID的技术原理被进一步深入理解与发展，RFID技术将会在物联网应用中发挥越来越重要的作用。

2 国内外研究现状

在国RFID技术在食品药品质量监管、产品生产控制等领域己经得到了广泛的应用。

在欧盟，畜产品可追溯系统通过一个法律框架向消费者提

基金项目：陕北小杂粮加工及质量安全信息系统平台开发---榆林市2012年科学技术研究与发展项目（Ny12--19）

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供足够清晰的产品标识信息，同时在生产环节对牛建立有效的验证和注册系统，采用统一的中央数据库对信息进行管理，主要应用在牛的生产和流通领域。2003年韩国政府已颁布农畜产品追溯制度的相关法律，并且强制执行生产必须安装RFID自动追溯系统，各企业已基本于2004年底前完成了设施配套安装。

在国内，RFID技术也己经得到了很大的发展。2007年天津市率先建成了“猪肉安全可追溯性平台”，广大消费者能够通过该平台查询到养殖场、加工厂、销售商户的信息。2009年天津市又进一步加强了养殖业信息化工作，大力普及RFID电子标签技术在食品安全领域的应用，不断加大奶牛、生猪肉、无公害蔬菜等食品“可追溯”的覆盖力度。给每头奶牛都将建立了

“电子身份证”。在“猪肉可追溯”领域，也开展了RFID相关试点工作，逐步取代了二维条码标识。由于RFID系统相对于传统的二维条码具有识别率高、非接触扫描、信息量更大等特点，将进一步提高食品的“可追溯”效率，提局食品安全质量。

集相关农产品或车辆运输信息后存储到数据库，形成农产品物流云。生产加工厂商是农产品追溯体系的信息源头，在该节点RFID标签应写入相应产品的EPC码附在农产品上，包括产品出库时间地点、产品过期监测等农产品信息。分销商是生产加工厂商和零售商之间的连接桥梁，其主要工作是对流入和流出节点的农产品信息进行记录。如产品入库、出库、产品过期监测、退货等。零售商是农产品销售给消费者的最终流通节点，主要工作也是对流入和流出节点的农产品信息进行记录，包括农产品销售、农产品过期监测等。只有各个流通环节准确记录、完整保存产品信息，才能方便各节点信息的及时查询与获取，从而保证农产品溯源的快捷、实时、准确可靠。

3.2.2 RFID数据处理技术

RFID的数据采集系统中包含了多个RFID读写器，它们各自按照预先设定方式对标签数据自动采集，每读取一次标签即产生一组数据，由于RFID读取速度较快，标签的同一状态可能会被多次读取，产生冗余数据。目前的新一代EPC标准使得标签读写速度达到1800次每秒，这就意味着所有读写器采集的RFID数据汇集在一起将是海量的RFID原始数据，而这些RFID原始数据仅仅是夹杂着大量冗余甚至错误的简单数据，不同读写器采集的数据之间隐含的内在关系信息没有被充分挖掘，应用程序很难快速从这些海量数据中找到所需的数据。因此，如何有效去除RFID冗余数据并尽可能从RFID原始数据中提取抽象有意义的事件、从海量的数据中提取有用的知识是RFID数据采集系统的焦点。

3.2.3海量信息处理农产品具有数量多、分布范围广、流通范围大、流通速度快、消费者分散、追溯时间性强的特点，云计算正符合物联网对信息处理能力的要求，其供应链上所有分布式异构资源都可在云平台进行汇集，并且可通过动用大量计算资源统一建模、统一描述来实现农产品有效的标识与管理。以云计算平台技术构建的农产品追溯信息系统，能够随时接收各节点的各种数据，通过优化计算将海量信息按实际需求进行整合，以此为基础建设的追溯体系做到了高效、准确、丰富和直观，大大提高了信息管理效率。大规模的数据中心以及功能强劲的服务器来处理大量的农产品物流数据，农产品生产加工商、销售商、消费者都能够及时收集信息、反馈信息，共同参与管理农产品的生产、运输、销售等各个环节。同时消费者能够非常便利地通过电脑、手机等上网工具实时查询农产品质量安全的相关信息。

3 构建农产品追溯系统

现代农业中云计算可以在农业生产、农产品流程、销售、售后信息追踪、农业商务体系、农业信息服务等多个环节得到实际的应用。为了适应农业行业的特点，应当建立满足农业需要的云计算应用系统。

3.1 农产品追溯信息系统的组成

通过云计算平台、RFID 技术等现代信息技术，该农产品追溯信息系统设计分为信息采集部分、信息传输部分和信息发布3个部分，整体框架如图 1 所示。本系统采用RFID标签作为农产品的标识码，为了实现农产品流通过程中的全程信息跟踪采集，把农产品流通的每一个节点作为数据采集点，安装布置RFID数据采集系统，将各个节点的RFID电子标签数据采集存储并通过Internet进行连接，从而形成一个整体的农产品流通追溯数据库系统为农产品追溯系统提供数据。这样就实现了通过全程的信息采集进来完成农产品跟踪追溯。当农产品出现质量问题时用户就能够根据农产品流通阶段跟踪采集到的信息，对农产品进行溯源，从而快速、方便、准确的查找问题的根源；除此之外，监管部门和消费者也可以根据农产品的电子标签对产品的流通信息进行查询。实现对农产品“从农田到餐桌”的整个农产品流通信息的可追溯性，这样不仅提高了消费者对农产品质量和安全的信心，也也有利于相关监管部门对食品问题进行有效监测，提高农产品流通的管理水平。

4 结语

本文在物联网技术的基础上，结合云计算技术、RFID 射

频识别技术，构建农产品追溯系统，不仅方便消费者对农产品信息的查询，提高了消费者的安全感，同时也有利于食品安全监管部门对食品问题进行有效监测。

参考文献

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图 1农产品追溯系统总体设计图

3.2 农产品追溯系统的特点

农产品追溯系统主要具有如下的技术特点：3.2.1 数据采集目前，大多RFID的应用系统中的数据采集采用的都是RFID数据采集的中间件。它主要包括了读写器接口，数据处理和应用程序接口三个部分。该RFID数据采集中间件都是一次性从RFID标签中提取产品相关的信息，比如：产品ID、产品名称、生产日期、厂商信息等。

在农产品流通的各个阶段，包括生产加工厂商、分销商、零售商、运输车辆收费站、仓库、、等地安装 RFID 读写设备，采

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作者简介

刘红霞（1981-），女，陕西榆林人，硕士，讲师。研究方向：信息技术教育软件工程，物联网应用研究。

（上接第272页）

由各输入模糊子集的个数可知，一共可建立7×7=49条模

糊规则。建立UI，U2模糊控制规则表如表1和表2所示。

表1 UI

模糊控制规则表

表2 U2

模糊控制规则表

图8 解耦前后塔顶温度阶跃响应曲线

4 面向精馏过程的专用Mamdani型模糊解耦控制器

设计精馏塔塔顶和塔底两个温度控制环节的模糊解耦控制系统图如图6所示。此系统由模糊控制环节和解耦环节组成。模糊控制环节包含两个独立的模糊控制器。其中解耦环节利用相干系数的原理，根据实验经验选择解耦系数来实现控制系统解耦的目的。

萃取精馏温度控制系统是一个双输入双输出控制系统，其中，两个输入变量T1，T2是塔顶温度和塔底温度的设定值，Y1，Y2为塔顶和塔底温度的实际测量值。Ke1，Ke2，Kc1，Kc2均为量化因子，Ku1,Ku2为比例因子，E1，E2为误差值，EC1，EC2为误差变化率，U1，U2为控制器第一级输出量。

该模糊解耦控制器的串接解耦装置D(S)是将解耦装置串接在控制器和执行器之间的补偿装置。而双变量萃取精馏塔仿真模型中的精馏塔数学模型采用文献[3]中给出的比较接近精馏塔温度相关特性数学模型如（1）所示。

（1）

图9 解耦前后塔底温度阶跃响应曲线

由仿真结果可以看出，添加解耦环节的控制系统稳定性和调节质量明显提高。控制输出超调量小、稳定时间快。

6 结束语

模糊解耦控制系统是解决精馏塔此类强耦合和建模困难的工业对象控制问题较为适合的方法。通过仿真实验结果表明，把模糊解耦控制运用到精馏塔的塔顶和塔底温度控制中，控制效果良好。

参考文献

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5 模糊解耦控制系统仿真研究

对精馏控制系统进行解耦即是对控制对象进行解耦，然后对解耦而成的各单变量进行模糊控制系统设计。模糊解耦控制的解耦环节利用相干系数原理，其参数采用经验法确定的。设定精馏塔塔顶温度60℃，塔底温度100℃，根据精馏塔的温度控制的多变量和强耦合特性，建立仿真模型如图7所示。

其中，仿真系统选取:Ke1=8, KC1=1, Ke2=8,Kc2=1, Ku1=6, Ku2=6, G11、G12、G21、G22四个解耦系数，需要不断地修正。在阶跃信号下，塔顶和塔底温度在Simulink中仿真结果如图8和图9所示。

作者简介

田彦彦（1987-），女，河南驻马店人，硕士，主要研究方向为智能控制技术。