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1、基于移动互联网的食品安全溯源系统设计XX一、绪论1、 背景及意义食品安全涉及国计民生，一旦出现问题危害很大。近年来，国内的“福寿螺” 、 “瘦肉精” 、 “三鹿奶粉”等事件，再次把食品安全问题推向风口浪尖。为此，世界卫生组织和联合国粮农组织以及世界各国政府都加强了食品安全工作，强化或调整了有关政策法规、监督管理条例和科技研究投入力度。食品安全涉及环节众多，有些原料可以直接用作食物,有些则需要经过加工，从农田到餐桌还要经过贮藏、包装、运输等很多环节，造成每个环节都可能影响到食品的安全。想从根本上保护食品安全、提高产品质量，在完善法律加强监管之外，实现从农田到餐桌的全过程控制，一个最为得力的举措应
2、该是建立食品的可追溯制度。溯源是指在供应链中通过标识的方法实现某个实体的来源、用途和位置等信息的记录和査询。建立食品溯源体系可以有效的对食品进行跟踪和溯源。食品溯源技术是应食品安全管理的生产过程监管、责任事故调查和召回，以及消费者对生产过程透明度和知情权的要求，为支持国家食品安全监督管理、打假冒伪劣、维护公平交易的技术需求而发展起来的一项溯源技术。针对食品销传范围分散的特点，溯源网络能够为质量监管部门提供全国范围内的产品质量统一监督管理，并对市场上发现的食品品质问题进行全网联动，确保及时发现、及时追查、及时控制，尽量减少食品安全问题的产生几率并降低其危害。溯源系统在一定程度上可以限制和约束违规
3、生产，杜绝和控制疫病的传播。目前发达国家可追溯系统主要应用在畜牧业。例如：澳大利亚牲畜标识计划，欧盟强制性的家畜和肉制品可追溯制度。加拿大强制性的牛标识制度，以及日本的肉牛可追溯系统等。而我国在食品可追溯性方面也开展了大量的研究工作，但是如何构建一套全流程追踪系统成为了制约可追溯系统研发的关键。随着互联网技术的出现，为建立食品安全可追溯系统提供了解决之道。构建一套基于互联网相关技术的食品安全追溯系统势在必行。不但能够为食品安全监督提供技术保障，而且能够促进我国互联网技术的应用发展。2、 国内外发展现状、发展趋势近年来，美国、欧盟、澳大利亚、加拿大、日本、韩国等国在“基于互联网的食品追溯”相关项
4、目上的进一步投入，使得其食品追溯工作得到了迅速发展。在中国，山东寿光绿色食品溯源、苏州大闸蟹及厦门动物食品溯源等项目的开展，为我国基于互联网进行食品安全追溯系统的研发已经积累了一定的经验。欧盟技术法规第 178 号(2002)要求自 2005 年 1 月 1 日起，欧盟范围内销售的所有食品必须能够在生产、加工和分销的所有环节进行溯源，否则不允许上市销售。美国的食品溯源体系研究成果主要体现在食品安全管理方面的法律和规范。 生物性恐怖主义法案中规定了防止美国食品供应链遭受恐怖袭击的具体措施。2004 年 5 月 FDA 颁布了食品安全迫溯条例,规定了食品物流配送和进口企业须保全食品流通全程记录信息
5、。日本于 2003 年 12 月 1 日开始实施牛只个体识别情报管理特别措施法 。2004 年 12 月开始实施牛肉以外食品的溯源制度，规定动物以山生时就赋予的 10 位识别号码为基础,建立从牧场到餐桌溯源体系。2008 年加拿大提出“品牌加拿人”战略，要求农业食品生产信息可追溯到源头，并于 2002 年 7 月 1 日起强制实施牛羊等畜产品标识制度，要求家畜采用经过认证的 RFID 耳标或条形码标识牛羊等家畜个体。2002 年起我国国内开始有研究人员对食品溯源体系进行研究，食品安全监管部门开始逐步制定相关的技术标准，初步研发了一些食品溯源信息体系和网络交换平台。国家质检总局颁布了出境水产品溯
6、源规定 ，以使我国出口的水产品符合国际贸易规则，规定要求所有出口水产品及其原材料必需按照规程规定标识，以加强溯源体系的推广力度。在欧盟溯源技术体系的研究经验的基础上，中国物品编码中心制定了牛肉制品溯源指南 。刘学聲等构建了基于养殖流程的水产品编码体系以 HACCP 管理体系为指导原则，通过分析水产养殖业务流程，建立了国内首个水产养殖质量溯源技术体系，并研究了基于 TD-SCDMA 质量追溯系统，将主要的生产操作管理和消费者追溯等功能基于 TD-SCDMA 网络的智能手机实现。李文勇等研究了农产品追溯码加密算法设计，实现了一种基于嵌入式平台的农产品追溯码加密算法。孙传恒等研究了基于嵌入式 Lin
7、ux 技术的农产品流通追溯系统，建立了农产品在流通阶段的质量追溯系统。云南农业大学的赵金燕等研究了基于 RFID 的食品安全可溯源系统，并设计了基于 2.4G 微波芯片的有源电子标签及其读写装置。西北农林科技大学庞超等基于 RFID 和 WSN 的奶牛养殖溯源信息采集传输方法，通过自行组建 WSN 网络实现信息传输, 华中农业大学张小波等研究了 DNA 溯源技术，给出了利用 SNPs 标记猪肉的方法。中国农业科学院的罗清亮等研究了基于甚高频的 RFID 生猪居宰数据采集方案。北方民族人学丁红胜等研究了清真畜产品质运溯源系统，但尚未给出具体方案。二、需求分析本项目产品的市场定位是一套面向食品安全
8、认证监管单位和大型食品生产企业的优秀的食品安全追溯系统。该系统与目前市场上流行的耳环等“电子标签”系统相比较，由于融合了互联网技术，具有更低的建设成本和更好的扩展性及性能。同时该系统充分考虑了与目前系统上已经运行的其他食品安全系统和监管系统的网络互通和兼容。基于 Web 在线实时生成二维码标签，应用于实际食品原材料的采集、包装及物流各个不同环节，实现进行食品安全信息自动识别与存储，对不同区位采用不同的通讯协议，最终构建一个逻辑层的业务融合网络及食品安全追溯时空数据中心，应用 Web Services 技术建立食品安全追溯微服务系统。本项目的目标客户分两类，一类是食品安全追溯系统客户，另一类是食
9、品安全溯源终端使用客户。其中，全国各省级、盟市级、县级的食品安全监管单位是食品安全追溯系统的主要客户，而各个食品生产企业、食品原材料生产厂（场）站及生产人员和监管单位的稽查人员。因此，目标客户群是非常庞大的。食品安全是民生之本，任何与食品有关的企业或者个人都是食品安全的潜在市场，因为基于互联网构建食品安全追溯系统的市场空间是非常广阔的。互联网技术在食品安全领域的应用可以说是一个难得的推动契机，将有更多的领域会逐步接受这样一个新型技术或者说是新兴应用，互联网技术可能还有更大范围的普及和技术的提升，这些才是对这个行业中的企业具有更大意义的事情。三、研究内容基于互联网技术，可以采集生长、物流、加工及
10、流通销售过程中的数据，建立食品溯源数据中心。消费者和稽查人员不但可以实时的通过互联网连接至后台追溯数据中心，了解食品的前世今生，而且可以及时反馈虚假、错误信息。本课题主要研究突破下面几个方面的内容。1、项目的技术关键，包括技术难点、创新点（1） 在线实时生成追溯信息 Web 二维码；（2） 研发针对食品安全领域的专用二维码编码算法；（3） 设计适合食品安全信息的加密机制和策略；（4） 设计 Web 二维码生成算法及开发套件；（5） 支持混合网络协议在逻辑层的智能融合传输机制；（6） 支持食品安全追溯业务对食品数据的时空属性序列化要求；（7） 提供异构终端鉴权接入的统一食品安全查询微服务平台。2
11、、主要方法、技术路线和措施食品生产源为食品分配二维码，在食品生产过程中，食品生产商与质量认证机构分别采集食品详细信息、认证状况等食品安全数据，存入食品安全追溯数据中心；并利用二维码在线生成系统，打印标签，粘贴在食品包装上；稽查人员使用二维码识读系统，可以方便的进行抽样检查。消费者购买产品时，只需手机扫码或编辑短号发短信，即可随时随地查询食品源信息与质量认证等信息，并可及时举报虚假、错误信息。系统流程如图 1 所示。整个流程的参与者包括生产者、监管机构、物流企业、食品加工者、市场和消费者。图 1 系统流程图（1）多层体系架构整个系统采用分层架构模式来实现，分别由数据采录层、融合网络层、时空数据引
12、擎层、业务应用层四层组成，技术架构图如图 2 所示。（2）技术路线平台采用先进的 SpringMVC3N 层体系架构进行设计，依托强大的开发平台，利用 Spring3+Hibernate3+Freemarker 技术架构进行开发。易于维护、良好的开放性和可扩展性是本平台的主要特色；. 基于 Java 技术开发，继承其强大、稳定、安全、高效、跨平台优点，支持 MySQL、 Oracle、 SQLServer 等数据库；. 能实时根据不断变化的需求对应用进行调整与修正；. 安全性，保证所开发的应用及数据是安全的；. 方便的维护和管理；. 良好的开放性和可扩展性；. 在设计上自身预先做了搜索引擎优化
13、,增强对搜索引擎的友好性。融 合 网 络 层产 品 名 称 产 品 类 别 质 量 认 证 产 品 生 产 信 息 产 品 加 工 信 息 产 品 包 装 信 息 数 据 采 录业 务 应 用基于物联网的食品追溯系统技术路线图生 产 商 家产 品 运 输 信 息I n t e r n e t 节 点E t h e r n e t 节 点G P R S 节 点 3 G 节 点网 络 接 口 节 点时 空 数 据 引 擎基 于 数 据 仓 库 提 供 各基 于 数 据 仓 库 提 供 各种 分 析 产 品种 分 析 产 品基 于 时 空 智 能 引 擎 提基 于 时 空 智 能 引 擎 提供 各
14、种 分 析 产 品供 各 种 分 析 产 品瞬 时 数 据 库瞬 时 表 n属 性 数 据 库 / 数 据 仓 库统 计 分析 表 n作 业 / 调 度 模 块触 发 器 模 块产 品 反 馈 信 息 产 品 发 布 信 息图 2 系统层次结构图（3）系统安全安全平台是建立在一系列相关国际标准之上的、以公钥算法为核心的一个开放式安全应用开发平台。基于安全平台可以开发、构造各种安全产品或安全应用系统，如用于文件加解密的安全工具、安全网关、公证系统（CA）及其它的需加强安全机制的用户应用系统。安全平台除了内核的管理模块外, 同时向上为应用系统提供开发接口，向下提供统一的密码算法接口及各种 IC 卡
15、、安全芯片等设备的驱动接口。由于网络安全体系很复杂, 本系统中提及的只是有关信息系统在电子商务中所应用的安全性,并不涉及安全策略、物理网络及访问控制（如防火墙、安全访问级别等） 。本系统拟采用的数字摘要、数字签名和数字时间戳的流程如图 3 示： 信息 数 字签 名 信息被确认信息摘 要 摘 要摘 要数 字签 名SHA加 密 Private Ky加 密 发 送 Public Key解 密SHA加 密 比 较 二 者若 一 致发 送 方 接 受 方图 3 数据安全认证流程本系统采用协议标准实现数字证书与认证中心，具体流程如图 4 示：明文 数 字签 名摘 要DES加 密 密 文通 用密 钥 RSA
16、加 密 已 加 密 的 通用 密 钥B公 司 的公 用 密 钥认 证 中 心RSA加 密A公 司 的私 人 密 钥SHA加 密 认 证 中 心数 字签 名 RSA解 密A公 司 的 公用 密 钥 摘 要密 文已 加密 的通 用密 钥 RSA解 密B公 司 的私 人 密 钥 通 用密 钥DES解 密 明 文 摘 要SHA加 密信息 信息比 较 二 者 是 否 一致 ， 若 一 致 则 信息 被 确 认A公 司 B公 司56 978 516971414发送图 4 数据安全策略四、实例分析以肉类为例，从源头上对食品进行监控，以实现对食品安全的追踪和监控。1、数据采集系统在农场中安装视频监控器，对每天的饲料进行监控。将采集下来的数据传递到服务器上，然后由服务器端的专业人员进行分析。判断饲料是不是含有激素等有害物质，并将结果保存到数据库中，方便以后查阅。2、运输过程监控系统加工完成之后，会对肉进行运输。对运输过程中的卫生条件也要监控，用GPS 对食品的运输过程进行监控，把温度、卫生等
