基于物联网的食品安全追溯系统设计与研究.docx

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基于物联网的食品安全追溯系统设计与研究

1、项目提出的背景、意义及必要性

近年来，英国的疯牛病，比利时的二噁英，丹麦、苏格兰等国家和地区的沙门氏菌和大肠杆菌污染事件，国内的“福寿螺”、“瘦肉精”、“三鹿奶粉”、“皮革奶”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。

食品安全涉及国计民生,一旦出现问题危害很大,无论是国外的疯牛病、二恶英,还是国内的三聚氰胺、苏丹红、毒饭盒等事件无不造成了恶劣的后果。

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。

目前,国内外很多人士都提出要进行食品可追溯体系的建设。

如全国人大代表、十一届全国人大华侨委员会委员王守初[1]认为国家应建立食品安全追溯制度,严惩危害食品安全的单位和个人；马汉武等[2]认为实现食品可追溯能协助企业有效地监控食品的生产过程,还可以准确追溯到问题发生的根源;修文彦等[3]提出农产品追溯制度建设是实现农产品质量安全的主要方向;杨安荣等[4]认为只有物料流动全过程包含的信息都清楚了,产品的可追溯问题才能解决;Regattieri等[5]认为构建一套行之有效的追溯体系的关键是构建可以追溯系统平台。

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该是建立食品的可追溯制度。

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[6]。

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。

随着物联网技术的出现，为建立食品安全可追溯系统提供了解决之道。

构建一套基于物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，而且能够促进我国物联网技术的应用发展。

赛迪顾问研究显示：

2012年中国物联网产业市场规模将达到3000亿元，至2015年，中国物联网整体市场规模将达到7500亿元，年复合增长率超过30%，市场前景将远远超过计算机、互联网、移动通信等市场。

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“基于物联网的食品追溯”相关项目上的进一步投入，使得其食品追溯工作得到了迅速发展[1]。

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，为我国基于物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[2]。

2000年欧盟出台了（EC）No1760/2000和（EC）No1825/2000号法规，美国2002年发布的“公共安全和生物恐怖主义防备和反应法案”也要求对食品的生产、加工、包装、运输、分销、接收等供应链环节建立记录保存的法律要求，以实现食品的可追溯性。

2003年6月日本国会立法通过了称之为“牛肉生产履历表”的牛肉销售履历表制度，并于2003年12月1日正式实施。

要求2003年12月1日起在日本各大小超市，所有牛肉包装必须具有八大内容的履历表。

这八项内容为：

牛肉所属性别、出生年月、饲养地、加工者、零售商、无疯牛病病变说明、检验合格证等[3]。

针对食品安全可追溯性的法律要求，国际物品编码协会（GS1）开发了采用现有的全球统一标识系统（EAN·UCC系统）跟踪与追溯食品、饮料、牛肉产品、水产品、葡萄酒、水果和蔬菜的应用，并相继出版了《牛肉产品追溯指南》、《生鲜农产品追溯指南》、《鱼类产品追溯指南》、《香蕉供应链追溯指南》、《葡萄酒供应链追溯指南》、《GS1可追溯性实施指南》以及《GS1可追溯性标准》等可追溯性应用指南和标准[4]。

目前，全世界已有40多个国家和地区，采用EAN·UCC系统对食品的生产过程进行跟踪与追溯，获得了良好的效果。

联合国欧洲经济委员会（UN/ECE）已经正式推荐EAN·UCC系统用于食品的跟踪与追溯。

欧盟采用EAN·UCC系统对食品进行跟踪与追溯的方法被称为UN/ECE追溯标准，并采用WSN等技术构建了一系列的追踪系统。

二、项目立项的必要性及市场需求分析

1、项目研究开发的必要性

近年来，经历了“福寿螺”、“瘦肉精”等食品安全事件之后，“三鹿奶粉”、“皮革奶”等事件再次把食品安全问题推向风口浪尖。

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该是建立食品可追溯制度。

2009年6月1日起，我国实施了14年的《食品卫生法》废止，《食品安全法》正式出台，有了“《食品安全法》”食品真的安全吗？

地沟油，苏丹红，皮革奶等食品安全事件屡禁不止！

如何保证人民的身体及财产安全，食品追溯系统成为必然，食品追溯最关键的是建立行之有效的追溯系统。

受到技术很大制约，而今天随着物联网的出现，一切都不再是设想。

应用物联网技术，可以轻松实现食品的安全追溯，食品直接通过网联网连接微服务系统即可查看后台信息。

因此，构建一套基于物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，而且能够促进我国物联网技术的应用发展。

赛迪顾问研究显示：

2012年中国物联网产业市场规模将达到3000亿元，至2015年，中国物联网整体市场规模将达到7500亿元，年复合增长率超过30%，市场前景将远远超过计算机、互联网、移动通信等市场。

2、项目的市场需求分析

本项目产品的市场定位是一套面向食品安全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，由于融合了物联网技术，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WebServices技术建立食品安全追溯微服务系统。

本项目成果同样是一套融合了物联网的食品安全追溯解决方案，并且更好的考虑了与现有企业信息系统和食品安全监管单位认证系统的互通和融合，更好的考虑系统的可运营、可管理方面的特性。

目前市场上尚未出现同类竞争产品，本项目成功可以预期必将在市场上取得巨大的成功。

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。

从市场空间来讲，美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比１，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。

而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，因为基于物联网构建食品安全追溯系统的市场空间是非常广阔的。

物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，物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、主要研究内容

1、主要研究内容

基于物联网技术，可以采集生长、物流、加工及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物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。

2、项目的技术关键，包括技术难点、创新点

●在线实时生成追溯信息Web二维码；

●研发针对食品安全领域的专用二维码编码算法；

●设计适合食品安全信息的加密机制和策略；

●设计Web二维码生成算法及开发套件；

●支持混合网络协议在逻辑层的智能融合传输机制；

●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；

●提供异构终端鉴权接入的统一食品安全查询微服务平台。

3、主要方法、技术路线和措施等

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。

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、时空数据引擎层、业务应用层四层组成，技术架构图如图3所示。

图3系统层次结构图

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；

1.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；

2.能实时根据不断变化的需求对应用进行调整与修正；

3.安全性，保证所开发的应用及数据是安全的；

4.方便的维护和管理；

5.良好的开放性和可扩展性；

6.在设计上自身预先做了搜索引擎优化,增强对搜索引擎的友好性。

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、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下：

图4数据安全认证流程

本系统采用ＳＳＬ协议标准实现数字证书与认证中心，具体流程下：

图5数据安全策略

主要经济指标

本项目总投资52万元，系列产品的产业化建设完毕后，在正常稳定生产年度，预计销售可实现年均销售收入210万元，年均总成本140，年均经营成本21，年均利润总额60，年均所得税15万，年均净利润45，投资回收期为3个月。

同时建成精良的产品研发中心以及设施完善的客户服务体系。

四、经济、社会效益分析

1、经济、社会效益分析

通过前面对本项目市场需求结果的分析，可以看出本项目经济效益较好，投资回收期较短，盈亏平衡点较低，项目具有较强的抗风险能力和较好的经济效益。

2、推广应用前景分析（产业化可行性）

由市场需求分析得知，食品安全追溯系统的市场空间很大，研究价值很高，并且食品安全是从国家到地方各级政府都非常关切的问题。

因此，基于物联网技术，构建食品安全追溯系统具有远大的推广应用价值。

五、计划实施年限、经费预算及来源渠道

1、年度计划

2、经费预算（单位：

万元）

申请资助金额

20

支出科目

论证调研费

科研业务费

设备购置费

劳务费

图书资料费

论文版面费

评审鉴定费

3、经费来源

4、组织管理的措施

人力资源保证：

课题组拥有众多的高素质科技人员，在人力和技术上完全可以满足课题的需要。

自筹资金保证：

本课题若申请成功，将保证自筹资金的到位。

研发流程管理保证：

课题组具有自己独特的高效率研发管理方式。

在项目管理和调动员工积极性上具有丰富的管理经验。

项目的实施将在严格的管理之下进行，确保项目按期完成，通过验收。

5、组织实施的方案

项目组织结构如图6所示。

包括总体协调小组、项目经理、项目总工、项目管理经理、系统小组、开发小组和测试小组等组成部分。

图6项目组人员构成

六、其它说明

七、推荐部门意见（并加盖公章）