基于物联网的龙泉驿区果品质量安全信息平台方案的规划与设计1113.docx

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基于物联网的龙泉驿区果品质量安全信息平台方案的规划与设计1113

分类号：

密级：

盲评编号：

成都信息工程学院

硕士学位论文

论文题目：

基于物联网的龙泉驿区“果品质量安全信息平台”方案的规划与设计

申请学位类别

农业推广硕士

申请学位领域

农业资源利用

分类号：

论文的分类号UDC：

D10621-347-（2011）0501-0

密级：

公开编号：

Z08470112017

成都信息工程学院

硕士学位论文

论文题目

基于物联网的龙泉驿区

“果品质量安全信息平台”方案的规划与设计

姓名

学号

Z08470112017

学院

计算机学院

学位类型

□学术型■专业学位

门类（类别）

农业推广硕士

专业（领域）

农业资源利用

研究方向

基于网络的计算机应用技术

导师

校内

何嘉教授

校外

韩勇教授

答辩时间

年月日

基于物联网的龙泉驿区

“果品质量安全信息平台”方案的规划与设计

领域名称：

农业资源利用

摘要

食品安全监管体制是解决食品安全监管问题的关键所在，深入研究食品安全监管体制对食品安全问题的解决具有十分重要的意义，食品质量安全信息平台问题，则在食品安全监管体制中，具有重要的研究价值和探索意义。

电子标签（RFID）、产品电子码（EPC）和互联网（INTERNET）有效组合构成物联网。

在当今物联网热潮中，探索产业的发展特点和商业模式等问题变得非常重要，同时需要找到推动产业发展的关键应用，因此在物联网产业链中占有重要地位的电信运营商与移动通信终端设备商的发展机遇和面临的问题都值得深入研究。

本文以龙泉驿区现有果品质量安全体系为基础，利用物联网先进技术优势，对龙泉驿区“果品质量安全信息平台”进行规划和设计。

果品生产、流通每一环的相关信息都会输入到RFID芯片中，这些信息都采用一种标准化、可兼容的格式，被汇总到中央信息处理中心，再通过互联网实现信息的共享、更新和交换。

对于消费者来说，可以通过RFID读取装置扫描每个果品上的可追溯电子码，准确了解该果品的种植过程、施肥和用药情况、加工企业、加工日期、检验信息等各项数据，买到真正放心的食物；对于果品生产、加工、物流、销售企业来说，利用此平台可以进行集约管理，提高产品质量，降低成本；对于食品安全监管部门来说，可以更加方便、快捷的对果品追本溯源，科学便捷的进行监管。

关键词：

物联网，果品质量安全信息平台，食品安全监管，RFID芯片

ThePlanandDesignofLongquanyiDistrict"FruitQualityandSafetyInformationPlatform"ProgramBasedonInternetofThings

Author（Subject）HaijunGao

DirectedbyJiaHeProfessor

Abstract

Foodsafetysupervisionsystemisthekeytosolvingtheproblemsoffoodsafetysupervision,anin-depthstudyonfoodsafetysupervisionsystemoffoodsafetyissuesisofgreatsignificanceforresolving,informationplatformforfoodqualityandsafetyissues,foodsafetymonitoringsystem,withsignificantresearchvalueandexplorationsignificance.RFIDtag（RFID）andelectronicproductcode（EPC）andtheInternet（INTERNET）aneffectivecombinationofthings.Intoday'sInternetcraze,exploringthedevelopmentofindustriesandbusinessmodels,andotherissuesbecomeveryimportant,andneedstofindthekeytopromotingindustrialdevelopment,thereforehasanimportantplaceintheInternetindustrychainoftelecomoperatorsandmobileterminalsbusinessdevelopmentopportunitiesaswellastheissuesdeservein-depthstudy.ToLongquanyidistrict,theexistingfruitqualityandsafetysystemonthebasisofInternetofadvancedtechnology,constructionofLongquanyidistrict"fruitqualitysecurityinformationplatform",fruitproduction,circulationandeveryringwhichareinputtotheRFIDchip,whichuseastandardizedformat,compatible,arerolledupintoacentralinformationprocessingcenter,share,updateandexchangeofinformationthroughtheInternet.Forconsumers,youcanuseRFIDreaderscanseachfruittraceabilityofelectroniccodes,accurateknowledgeofthefruitcultivation,fertilizationanddruguse,thedateofprocessingenterprise,processing,testinginformation,andotherdata,buytherealrestassuredfood;Forfruitproduction,processing,logisticsandsalescompanies,usethisplatformtomakeintensivemanagement,improveproductquality,reducingcosts;ForfoodsafetysupervisionDepartment,tofruitcanbemoreconvenientandfastergettingat,scienceeasyforcontrol.

Keywords:

InternetofThings,informationplatformoffruitqualityandsafety,foodsafetymonitoring,RFIDchips

目录

摘要3

Author（Subject）HaijunGao4

DirectedbyJiaHeProfessor4

Abstract4

第一章绪论6

1.1选题背景6

1.2研究的意义7

1.3国内外研究现状8

1.3.1我国食品安全研究现状8

1.3.2国外食品安全研究现状9

第二章物联网背景知识与龙泉驿区水果生产概况10

2.1物联网简介10

2.1.1物联网包含的关键技术——RFID10

2.1.2传感器网络与检测技术11

2.1.3智能技术12

2.1.4纳米技术13

2.2龙泉驿区水果生产简介13

第三章龙泉驿区果品质量安全方案的规划与设计15

3.1龙泉驿区果品质量安全问题及其监管现状15

3.2基于物联网的“果品质量安全信息平台”方案设计16

3.2.1龙泉驿区果品物联网的构建16

3.2.2基于物联网的果品质量安全信息平台的设计17

3.3基于物联网的果品质量安全信息平台的功能实现21

第四章结语22

4.1不足之处22

4.2展望22

参考文献23

致谢25

成都信息工程学院26

硕士学位论文原创性声明26

第一章绪论

1.1选题背景

食品安全是指食品及与食品相关的食物产品在食用过程中对人体的健康不构成现实的或潜在危害，也指食品的安全控制方法和措施。

随着人类社会的不断发展，保持和提高健康水平已成为人类的基本要求，食品作为人类生存的最基本需求，其安全就是基础中的基础。

纵观世界范围内，无论国家的经济水平的高低，食品安全事件都不可避免，食品安全问题一直在威胁人类的生存与发展，人们用于鉴别食品安全的精力和时间在不断的增加，从而浪费了大量的人力物力，而效食品安全问题却屡禁不止。

食品安全问题已经成为社会、政府关注的焦点之一，而且随着经济全球化的发展，食品在世界范围内流通，食品安全问题已不在是一个国家的问题，而是扩展到全世界，广大消费者对食品安全问题的关注和担忧也与日俱增。

食品安全，己经成为提高人民生活质量、社会经济管理水平和国际形象的的一个重要方面。

“国以民为本，民以食为天，食以安为先”，可见食品安全对人类的生存和发展是多么的重要。

食品安全问题不仅关系到人民的生活质量和生命安全，而且关系到社会的长治久安，还关系到国家的国际声誉与形象。

随着我国经济的不断发展，人民的生活水平有了显著的提高，因此人们群众对食品安全提出更高的要求。

与此同时，我国作为一个食品出口大国，食品安全问题是否能得到妥善解决关系到我国农业和食品工业国际竞争力的强弱，而且对我国能否实现全面建设小康社会和构建社会主义和谐社会的宏伟目标也有着重要的影响。

近年来，因为我国食品安全问题在国际市场上引起的纠纷屡见不鲜，而我国的食品出口贸易也受到了一定的限制。

近几年，我国国内爆发了一系列的食品安事件，如苏丹红事件、红心鸭蛋事件、三鹿牛奶事件等人为因素导致的食品安全问题，以及SARS、禽流感等自然因素导致的食品安全问题，不仅影响了人民群众的生命健康，而且也影响了我国出口贸易，造成了巨大的消极影响。

2009国家制定了《中华人民共和国食品安全法》，该法对规范食品生产企业的生产流程、企业诚信与行业发展起到了制约作用，而且该法的出台还有利于促进社会和谐发展，为公民维护自身的生命健康权有巨大的作用。

以《食品安全法》及其《食品安全法实施条例》为核心，以《环境保护法》、《农产品质量安全法》等法律为辅助，从而形成了我国食品安全的法律体系。

该体系涵盖食品产地环境、农产品安全、食品进出口的安全等多方面的内容，并且在食品安全全程和科学监管方面也有重要的帮助。

它提高了食品安全监管的效果和效率，为提升我国食品安全发挥了重要的作用。

但是，随着我国经济水平的不断提高和人民生活水平的不断改善，人民群众对食品的安全也有了更高的要求。

因此需要引入更为科学和先进的方式，来提高食品安全生产和监督，只有这样才能不断提高我国食品安全。

1.2研究的意义

食品安全监管体制是解决食品安全监管问题的症结所在，进一步深入研究食品安全监管体制对食品安全问题的解决具有十分重要的意义，食品质量安全信息平台问题，则在食品安全监管体制中，具有重要的研究价值和探索意义。

首先，加强食品安全监管体制研究，对于保障食品安全，保护人民群众健康和生命安全具有十分重要的意义。

食品安全是关系人民群众生命健康安全的大事，建立严格的食品安全监管体制对于严把食品安全关具有决定性意义。

其次，加强食品安全监管体制研究有利于维护市场经济秩序。

人们在选择食品时往往会倾向选择价格低廉的食品，这样一来，质量低劣、存在安全隐患但成本低、价格便宜的食品就会挤占成本高、价格高、质量优的产品市场，最终会破坏公平竞争的市场秩序。

建立完善的食品安全监管体制，严格市场准入制度和检测检疫制度，将不安全食品拒之食品市场大门外，对于保障食品市场经济的健康有序发展具有十分重要的意义。

再次，加强食品安全监管体制研究有利于保障社会稳定。

食品和人们的口常生活息息相关，近年来频繁爆发食品安全事件给人们造成巨大的心理阴影，很多人开始怀疑即使经过国家相关部门的检测检疫的食品就一定安全吗？

开始怀疑政府的公信力，长此下去，必将影响社会整体的稳定。

因此，我们必须建立合理高效的食品监管体制，合理划分政府部门的权限，做到分工合理、权责明确，提高政府的公信力，维护社会的稳定与和谐。

最后，加强食品安全监管体制研究，保障食品安全有利于改善我国在国际贸易中的形象，从而提高我食品生产企业在国在国际贸易中的竞争力。

我国食品贸易在国际贸易中的重要组成部分，但是由于我国近年来食品安全问题频发，所以由食品安全带来的国际贸易纠纷也呈上升趋势。

这些贸易纠纷不但使我国食品生产企业蒙受巨大的经济损失，而且还影响到了我国在国际贸易中的国际形象。

此外，一些国家还以食品安全问题为借口，设置了种种的贸易壁垒，这些问题无疑削弱了我国的企业的国际竞争力。

1.3国内外研究现状

温家宝总理在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时指出，要大力发展传感网，掌握核心技术，“把传感系统和3G中的TD技术结合起来”。

第八届中国国际软件合作洽谈会于2010年4月18日至21日在成都市举行。

继计算机和互联网之后，物联网是世界信息产业的第三次浪潮，也是目前国际上各国投入巨大的最新研究探索领域，而云计算则是软件产业的前沿技术。

1.3.1我国食品安全研究现状

食品安全涉及到所有国家、地区以及整个人类的切身利益，食品安全监管问题逐渐受到企业、政府、学术界的广泛关注。

为了解决食品安全监管中存在的大量问题，国内外学者、专家从不同立场、角度对食品安全问题做了大量研究。

（1）对食品安全监管中消费者与生产者行为的研究

关于消费者行为，发达国家学者进行了深入的研究，研究结果显示，消费者为能确保食品安全可靠，愿意付出包括费用、精力等代价；消费者食品安全意识的高低受到以下几个因素的影响：

消费者的年龄、受教育程度、所处的家庭环境以及所在的国家地区等；消费者掌握关于食品安全相关的知识对保护自身安全的基本权利十分重要。

约瑟夫·斯蒂格利茨在《食品的收入价格与食品的收入弹性》一文中研究了消费者的安全知识对食品安全的需要，提出在具有完全信息的竞争市场和不完全信息但是企业十分信用的市场，市场能够为知识型的消费者提供高效安全的食品，由十市场信息存在信息不对称现象，从而影响了支付意愿水平。

安特尔在《食品安全的经济学分析》一文中结合成本函数模型对美国的鸡肉、肥牛肉和生猪肉屠宰加工厂的产品生产和产出、产品质量等控制相关联的成本进行了估算和研究。

假定市场是完全竞争性市场结构，产品的生产成本与产品质量的提高成正比，就是说加强食品安全质量监管必然导致产品成本的提高，因此，对生产者的食品安全行为进行监管将导致食品价格的上涨。

（2）关于食品安全信息不对称及其规制的政策选择

乔治·阿克洛夫在其论文《柠檬市场：

质量不确定性和市场机制》一文中指出当产品的卖方比买方拥有更多的食品质量方面的信息时，就会出现销售劣质产品的现象，从而导致低质量产品驱逐高质量产品，最终造成整个产品市场上的产品质量持续下降。

安特尔在《食品安全政策的选择和效率》一书中把食品安全信息分为不对称不完全信息和对称不完全信息，并认为在市场机制下，食品安全法律规制的效能的高低取决于合适的信息制度。

这些制度包括企业的声誉形成机制、食品质量认证体系、标签管理、各种标准战略及消费者教育。

所以，需要国家的干预来保证卖方最大限度地传达的真实、准确的食品安全信息，合适的信息制度决定着食品安全监管之效能高低。

（3）对食品安全的政府监管模式研究

国外发达国家大多都建立了适应本国国情的食品安全管理体制，大概包括两种模式：

以加拿大、欧盟为代表的单一部门统一监管模式和以美国为代表的多部门共同监管模式。

纵向实行从田头到餐桌全过程监管，横向管理以建立完善的危害分析与关键控制点（HACCP），开展食品安全控制、检测检疫和管理为特征的预防性控制措施。

在管理手段上强调制度手段与行政手段等多种手段相结合。

制度手段包括：

制定完善的食品安全标准、实行严格的市场准入制度、建立检验检测体系、规定严格的法律责任等。

行政手段包括：

采取监督检查强制措施、生产操作培训、食品安全宣传教育等。

1.3.2国外食品安全研究现状

在西方政府干预理论的大框架下，国外学者开始对食品安全监管进行了一系列的研究，这种研究是建立在完善发达的市场经济基础之上的，主要表现为企业的自律性较强，这是食品监管工作发挥积极作用的基础和背景。

但是对于这种监管形式，学者又表现出一定的忧虑，因为监管者很容易被被监管者腐蚀，从而丧失监管功能。

对此，要不断创新监管方式，比如增强对监管者的教育和提供信息的尝试等等。

IBM提出的“智慧地球”发展战略，受到美国政府的高度重视。

其核心是：

无处不在的智能对象，被无处不达的网络与人连接在一起，再被无所不能的超级计算机调度和控制。

美国奥巴马总统就职以后，在和工商领袖举行的圆桌会议上对于“智慧地球”的概念给予了积极的回应，其中也包括许多专家建议美国要形成智慧型的基础设施。

物联网就是这些所谓智慧型基础设施中间的一个概念。

发达国家以无线传感器网络为核心的技术已经应用到农业精准作业管理中，随着农产品和食品质量安全问题日趋受到关注，物联网技术在农产品和食品安全领域的应用也将得到进一步重视。

国际上诸多大型IT跨国企业除了对RFID芯片本身从实用性、安全性（用户隐私性）、规模化等多方面加大研发力度外，还对RFID芯片所采集的数据信息流进行传送和管理的Savant系统的研发也不断加大力度，进而保证物联网系统可产业化应用的发展道路。

第二章物联网背景知识与龙泉驿区水果生产概况

2.1物联网简介

1999年美国麻省理工大学首次提出EPC（ElectronicProductCode）系统，即物联网概念，电子标签（RFID）、产品电子码（EPC）和互联网（INTERNET）有效组合构成物联网。

从整个产业链的角度看，物联网的产业链和通信网络产业链是基本相同的，唯一的不同点在于物联网相对于通信网络而言，上游新增了RFID和传感器，而在物联网的下游又增设了物联网运营商。

其中RFID和传感器的作用是给食品贴上身份标识和赋予其一定的智能感知能力，物联网运营商变成了海量数据处理和信息管理服务提供商。

从规模上看，政府支持力度不断加大，已经有较多的行业开始涉足和应用。

目前世界各主要发达国家都已开始重视物联网的建设，各种关于物联网的新技术被研发和应用，目前的物联网产业己经成重要新兴产业并且在经济发展中扮演越来越重要的角色。

作为一种新型产业，物联网产业已经成为当前我国应对国际经济危机冲击，促进经济持续健康发展的重要举措，同时也成为我国提升产业核心竞争力、构建现代化产业体系和实现我国社会主义市场经济以及小康社会可持续发展的必然选择。

我国政府己经把物联网建设列入全国六大战略性新兴产业发展规划中，标志着我国物联网产业进入全面、快速发展的国家战略高度。

在未来十年中，我国物联网产业将在应用创新，技术创新和服务创新3个方面快速发展，逐渐成长为具有5万亿超大规模的产业。

物联网的发展是要靠大规模的应用来推动的，具备应用的集成和推广能力的企业将成为行业发展的关键，终端企业和电信运营商属于这类关键推动企业，但是在现阶段他们单独主导产业链有较大难度，经研究表明运营商定制业务将会是有效拉动产业链的方式。

2.1.1物联网包含的关键技术——RFID

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的信息与数据，在识别过程中实现无人操作，而且不受自然环境的影响。

RFID技术在识别标签时，不受物体运动速度的限制并且可同时识别多个标签，同时这种操作又十分简单易学。

RFID技术与国际互联网和无线通讯等技术相结合，可实现对物品进行全球范围内的跟踪与信息共享。

射频识别（RFID）电子标签是一种新型无源电子卡片，它是把天线和IC封装到塑料基片上；具有以下一些优点，例如小巧轻便、数据存储量大、防水、防磁、无线无源、安全防伪和使用寿命长等特点；RFID技术是近几年研究创新的具体应用，同时也是未来代替条形码的关键技术之一。

电子标签和之间的工作原理是二者通过电磁场感应，从而进行时序、能量和数据的无线传输。

在PCD机（阅读器）天线的接收范围内，可能会同时出现多张PICC卡（电子标签）。

如何准确识别每张卡，这涉及到另一项关键技术，就是防冲突技术。

RFID的技术指标主要由IEC和ISO制定。

到目前为止，可供射频卡使用的射频技术标准有四种，分别是ISO／IEC10536、ISO／IEC14443、ISO／IEC15693和ISO/IEC18000。

其中应用最广泛的是ISO/IEC14443和ISO／IEC15693，这两个标准都由射频功率和信号接口、物理特性、传输协议以及初始化和反碰撞等4部分组成。

RFID的组成可以大体分为三部分：

1、标签（Tag）：

是附着在物体上标识目标对象，它由耦合元件及芯片组成，其中每个标签的电子编码都具有唯一性；

2、阅读器（Reader）：

是读取标签信息的显示设备，它包括手持式和固定式两种；

3、天线（Antenna）：

是用于在读取器和标签间传递射频信号的装置。

1D技术存在以下几个方面的难点与问题，可以概括为：

I）信号的安全与隐私问题；2）如何选择工作频率；3）如何使用RFID天线的问题；4）RFID反碰撞防冲突问题．

2.1.2传感器网络与检测技术

传传感器相当于机器感知物质世界的“感觉器官”，可以感知到包括光、热、力、声、电、位移等同时把其转换为信号，为网络系统的传输、处理、分析和反馈这些信息提供最原始的数据。

随着人类技术的进步，传感器的发展朝着网络化、信息化、智能化、微型化的方向发展。

WSN（无线传感器网络）网络信息系统集分散式信息采集、传输和处理技术于一体，具有组网灵活、成本低廉、微型化、功耗低下以及移动方便等特点，是关系国计民生，国家经济发展和国家安全的战略性技术。

遍布在世界各地和物体上的特殊传感器以及由它们组成的网络，就是我们的物联网。

传感器网络节点由以下几个单元组成，包括：

由传感器和模数转换功能模块组成的传感单元；包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等在内的处理单元；由无线通信模块组成的通信单元；以及电源。

此外，还有其他功能单元可供选择，包括：

移动系统、定位系统以及自供电源系统等。

在组建传感器网络的过程中，每一个节点可以通过人工布置或飞机布撒等方式，将节点大量布置在被感知对象的周围或者是内部。

这些节点通过一定的组织方式有序的构成无线网络，以协作的方式实时采集和处理目标区域中的相关信息，并通过无线网络将整个区域内的数据传输到远在千里之外的控制管理中心。

2.1.3智能技术

智能技术是为了有效地达到某种预期的目的，利用知识所采用的各种手段和方法。

通过对目标物体植入智能系统，就能够使得物体主动或被动的实现与用户的沟通，这也就是说，物体带有了一定