基于RFID技术的食品安全监管系统设计毕业论文.doc

毕 业 论 文 题 目基于RFID技术的食品安全监管系统设计指导教师 学生姓名 学 号 200901901163 专 业 国际经济与贸易 教学单位 德州学院经济管理系二O一三年五月二十日基于 RFID 技术的食品安全监管系统设计 摘 要： 无线射频识别技术（RFID）作为一种新兴的自动识别技术，近年来在国内外已经得到了迅速发展。本文详细介绍了RFID技术的概念、系统组成、工作原理和流程等，并且列出了RFID与其他追踪技术比较的八大优势及RFID在食品供应链管理系统中存在的六大问题，详细介绍了基于RFID技术的食品安全监管系统设计过程，最后对RFID技术的前景与展望进行了讨论。关键词： RFID； 食品安全； 电子标签；无线射频识别技术引言食品的质量安全不仅关系到人民群众的身体健康和生命安全，还关系到经济发展和社会稳定。近年来诸多食品安全事件频繁发生，严重威胁到消费者的身体健康，引起了全世界的广泛关注，也影响了食品行业的健康、持续、稳定的发展。如何确保食品供应链的安全，已成为一个迫切需要解决的全球性问题。党中央、国务院始终把保护人民群众的身体健康和生命安全放在第一位，高度重视食品安全监管控制工作。对食品质量的传统检验方法存在监管滞后、效率低下和高出错率等问题，利用RFID技术建立一个安全的食品供应链系统可以有效地解决上述问题。一 RFID技术及其在食品行业中的应用（一） RFID技术介绍1.无线射频识别技术的概念无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），也称无线射频或无线电射频技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别无线电通信技术，其基本原理是电磁理论，利用无线电波对记录媒体进行读写，并利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。RFID技术的应用已经渗透到商业、工业、运输业、物流管理、医疗保险、金融和教学等众多领域。2.RFID系统的基本组成部分RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但最基本的RFID系统都由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）三大部分组成。（1）电子标签（Tag，即射频卡）：由耦合组件及芯片组成，每一枚标签都有唯一的电子代码，附着在物体上标识目标对象；（2）阅读器（Reader）：读取（在读卡器中还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；（3）天线（Antenna）：在标签和阅读器间传递射频信号。有些系统经由阅读器的RS232或RS485接口与上位机主系统连接，进行数据交换。1读卡器天线RFID阅读器应用系统电子标签图1 RFID系统简图3. RFID工作原理与流程（1）工作原理读写：标签进入磁场后收到阅读器发出的射频信号，从而发出标签中存储的信息解码：读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理写入：中央处理器经过分析后，通过阅读器对标签发出命令或写入数据（2）具体流程数据管理阅读器标签接口模块控制模块射频模块天线天线控制模块存储器收发模块图2 RFID基本原理框图编程器提前将数字信息录入电子标签中阅读器通过天线发射无线电的载波信号当射频标签进入发射天线工作区中的时候，无线射频标签被激活后就将自身信息经天线发射出去系统的接收天线接收射频标签发出的载波信号，经无线的稳压器传递给阅读器，阅读器将接收的信号进行解调和解码，送到后台计算机计算机控制器根据逻辑操作确定射频标签的合法性，针对不同的设置做出适当的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作执行机构按计算机的指令行动由一个计算机通信网络将每个监控点连接起来，构成总控制信息平台2（二）RFID技术在食品行业中的应用1.国内外的应用现状近几年来发生的震惊世界的疯牛病、口蹄疫等社会公共事件，不仅给人类带来了无法估量的灾难和经济损失，而且使食品安全问题成为全球关注的焦点问题之一。因此，西方发达国家对于食品的安全追踪提出了更高的要求，他们对于RFID在这方面的应用也有了超前的发展。目前，国外很多养殖场都已经运用RFID电子标签识别技术来全程检测禽畜动物的基本状况（如生长、健康、流通过程等），从而形成一条完整的产业链的食品安全监管和控制系统。RFID技术在食品行业中的第一例应用在澳大利亚出现。Moraitis公司和IBM公司联合使用RFID跟踪系统。RFID系统每天提供Moraitis运出的西红柿的详细信息，如产地、包装日期、种类、质量和大小。全北美最大的食品销售和调派组织SYSCO公司已经结束了低温存储系统的无线电频率（RFID）和传感器系统试验。试验证明RFID在食品运输过程中监测温度和环境条件的能力，在保证工程质量和食品安全方面又进了一大步。在英国，Trenstar和Scottish Courage Brewing公司示范了使用RFID标签，以实现对盛酒桶更好的跟踪。葡萄酒的生产制造商也可以使用传感器技术的RFID标签监测可以影响葡萄酒质量的酒桶所在环境温度的变化。3在防伪方面，由于葡萄酒不能现场开包查验其真实行，这就为仿造者创造了条件。Sassicaia的生产制造商为防止仿造品带来的冲击，正在考虑将RFID芯片加入到葡萄酒瓶的标签中。在中国RFID技术也被用于跟踪和管理食品安全。例如：浙江省水产局、杭州市技术监督管理局和国家环境保护总局有机食品发展中心，联合国内水产业界首次推出鱼类产品智能防伪卡千岛湖“淳牌”有机鱼身份认证，实现了从水体到餐桌全过程的质量追踪与管理。42.差距及应对措施和国际先进的溯源体系平台相比，中国在RFID应用上存在明显差距，主要表现以下几个方面：（1）根据中国的小农经济与食品供应系统的业务实体的组织程度低具体情况，提高生产经营者的组织化程度是引入信息追溯系统的一个重要条件；（2）对于可追溯系统引入过程中由于技术的限制所造成的信息传递过程中不及时不够有效的情况，应加强信息的采集和传输技术的改进；（3）统筹政府监管、行业自律和社会监督，加强以法制和道德约束为主的食品安全信用体系建设，以确保信息的准确性；（4）鉴于消费者对食品安全的需求还没有达到普遍较高的水平，应优先在大城府导入可追溯系统；（5）鉴于中国目前的可追溯系统的引入基本上都是企业的自主行为，首先应针对大型超市里的特定产品，逐步实施强制引入；（6）对于中国的食品安全管理法规的有效实施，进一步完善的可追溯系统是前提。二 基于RFID技术的系统优势和问题分析（一）RFID与其他追踪技术的比较 RFID技术囊括在自动识别技术的范围之中，是一种高度自动化的信息和数据捕获技术。它解决了手工数据录入的速度慢、错误率高、劳动强度大、工作简单、高度可重复性等问题，为计算机进行数据信息采集与输入提供了快速、准确、高效的方法。5同其他识别技术相比，RFID有以下优势：1数据的记忆容量大RFID标签的最大容量可以达到几万亿字节。伴随记忆载体的发展，数据容量有不断扩大的趋势。未来物品须携带的资料信息会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。2穿透性和无屏障阅读在被覆盖的情况下，RFID阅读器可以透过纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材料，进行穿透性通信，而条码读取时需要能够被清楚地看到。63抗污染能力和耐久性由于RFID标签是将数据置于芯片中，因此可以免受污损，而且抗水、抗油、抗各种化学药品，可以工作于恶劣的作业环境下，使用寿命较长。74读取数量多、读取距离范围大RFID阅读器可同时辨别读取多个RFID标签资料，而一般的识别技术每次只能读取一张标签资料。此外，同其他识别技术比较具有更大的读取距离范围。5体积小型化、形状多样化所有RFID标签在读取上并没有受到尺寸大小和形状等局限性的影响，不需要为了读取的准确性而协调纸张的尺寸与印刷质量。另外，RFID电子标签还可以向体积小型化与形态多样化发展，并运用于不同产品中。86可重复使用RFID标签可以重复地新增、修改、删除芯片内储存的数据，方便信息的更新。RFID技术可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体。7安全性高、资料正确性高由于RFID标签承载的是电子信息，因此其数据内容可以做数字加密保护，使其不容易伪造。RFID标签内的资料全部是通过电磁波传递，可以在很大程度上降低因人工读取造成的人为错误的可能性。 8读写时间短RFID电子标签读、写数据所需的时间短，降低了人工成本。表1给出几种当前应用的识别系统之间的比较，显示了无线射频识别系统和其他自动识别系统的优点和缺点。9表1各种识别系统优缺点比较条形码光学符号别语音识别生物识别IC卡射频识别系统典型的数据量（字节）110011001664K1664K数据密度小小高高很高很高机器阅读的可读性好好费时间费时间好好个人阅读的可读性受制约容易容易困难不可能不可能灰尘/潮湿的影响很严重很严重无影响光遮盖的影响失效失效可能无影响方位的影响很小很小一个插入向一个插入方向用坏/磨损有条件的有条件的可能无影响购置费很少一般很高很高一般工作费用很少很少无无一般无未许可的复制/修改容易容易可能不可能不可能不可能阅读速度低4s低3s很低5s很低510s低4s很快0.5s作用距离050cm1cm050cm直接接触直接接触05m微波目前，对食品供应链管理的手段还不是很多，传统的技术很难对整个系统进行实时监控。结合RFID应用于食品供应链中的特殊要求，RFID标签具有更广泛的适用性。（二）系统优势分析基于RFID技术的食品供应链管理系统具有以下优势：利用RFID的特性，该系统可以实现对食品的安全和可追溯管理的目的，相比记录档案追溯方式更高效、实时、便捷，并能在食品供应链中提供完全透明的管理，确保食品安全全过程可视化控制、监控和追溯。不仅相关的工作人员可以学习到食品“从农场到餐桌”的全过程，通过网络，消费者也可以查询所购买食品的全程跟踪信息。该系统不但可以全面监控种植、养殖污染源，而且能及时、真实、准确地反映生产加工过程中的添加剂，一旦食品中掺人了有害物质或在流通过程中隐含安全风险，都可以及时传送到监控中心，及时得到响应，采取适当措施消除安全风险。 运用RFID跟踪和追溯系统，通过搜集、综合后的数据可以经由互联网做到实时、精确递送，以便于快捷高效地做更深入的研究和分析。在这基础上，此系统不但可以快速处理意外事故，而且可以根据历史数据，对可能存在的食品安全风险和威海进行高效评价，并为科学的预警提供现实依据，从而预防与控制相结合，以保证食品的安全。10 综合来讲，基于RFID技术的食品供应链管理系统实现了食品“从农场到餐桌”全过程的透明化和可控化，同时也可以对食品需求变化做快速反应，提高食品供应链系统的信息集成效率。（三）RFID在食品供应链管理系统中存在的问题RFID技术在食品供应链管理系统中应用可以带来许多优势，但是也存在一些制约其在食品安全领域中的推广应用的问题： 1.成本问题。价格是影响RFID大规模应用的一个关键因素，主要分为两个方面：一是RFID配套设备的价格昂贵，其先进性和复杂性决定了安装配置必须由专业人员进行，这成为溯源系统普及的主要障碍之一；二是标签价格较高，因为食品行业中的大多数商品的价格低且数量多，而电子标签不可能像条形码一样便宜到可以基本忽略成本，做到小的单件产品像蔬菜、鸡蛋都贴有RFID标签势必行不通，难以实现大规模应用。这是阻碍RFID系统在食品安全行业中发展中的瓶颈。2.信息链问题。采用RFID技术能够对食品供应链中的产品及其相关信息、参加方信息等进行有效的标记。进行食品跟踪和追查，要求在食品供应链中的每一个加工点，不但要标识自己加工成的产品，而且要采集食品原料已有的标识信息，并将其所有信息标识在已加工成的产品上，以备下一个加工者或消费者使用。这好比一个环环相扣的链条，任何一个环节断了，整个链条就脱节了，而供应链中跨环节之问的联系比较脆弱，这是实施跟踪与追溯的最大问题。11一个架构良好的食品供应链信息平台对信息链的完整和执行到位将起到重要作用。3.准确性问题。由于液体和金属制品等对无线电信号的干扰很大，而在食品行业不可避免使标签处于一些特殊的条件下：如电子标签贴于饮料或有金属包装的商品上。这些情况下标签的读写性能和准确性会受较大影响。12在识别距离上由于无源标签可识别范围比较小，在货物尺寸比较大时会出现识别不了的情况。4.数据安全问题。由于当前广泛使用的无源标签还没有非常可靠的安全机制，无法对数据进行很好的保密，标签内的数据还容易受到攻击，易感染传播病毒，并且RFID芯片在读或者写数据的过程中都很容易被别人所利用。135.标准问题。RFID技术的应用缺乏统一标准，将使市场上食品质量参差不齐，人们无法辨认食品安全性，也可能导致供应链的关键环节的溯源出现问题。由于编码、频段不统一，RFID技术的引入也无法给读写、查询和回溯带来很大的便利，甚至带来更大的问题与不便。146.经济效益问题。RFID生产商总是单纯强调RFID标签的成本问题，实际上由于RFID系统通常包括电子标签、阅读器和软件三个组件，而一个操作系统又会有若干个站点需要用到这些组件，因此整体设备的投资成本不会很低，RFID生产商如果不增加经济效益方面的筹码，企业对RFID的评价肯定永远都是经济效益远小于成本。15所以只有让市场了解到RFID所能带来的经济利益，制约这个产业腾飞的问题才能得到解决。食品供应链管理系统中存在的问题成本问题信息链问题准确性问题数据安全问题标准问题经济效益问题图3 食品供应链系统中存在的问题因此，RFID在食品安全领域今后的发展将主要朝着降低标签成本，开发多功能标签，架构良好的食品供应链信息平台，开发适合食品工业中特殊条件下工作的标签（高温，高压，潮湿，辐射），增加标签数据安全性，制定统一行业标准，正确衡量和评价标签推广应用的经济效益问题等方向发展。可以预见，在不久的将来随着RFID技术的不断改进和人们逐渐积累的应用经验，RFID技术应用将日趋成熟。三 基于RFID技术的食品安全监管系统设计（一）食品安全监管系统分析食品安全监管是指监管机构根据我国的食品安全法和其他相关法律制度，在食品生产过程中，对食品中存在可识别的食品安全风险因素进行督察、监测和评估，并进行风险评估和控制，以确保食品的安全保证。利用RFID技术将食品的生产信息和所存在的隐患及时告知消费者以建立健全的召回机制。其核心内容是对存在有害物质的食品进行风险分析和控制，利用RFID技术进行管理，最终实现食品安全风险的可控制操作。食品安全监管模式由六个部分组成，即监管的支持要素、技术支持、监管阶段、监管内容、监管对象和食品安全信息反馈。其相互关系如图4所示。参考模型表明，食品安全的监管工作建立在监督支持要素和技术支持的基础上，在监管工作的各阶段配合各项监管内容，对监管对象进行监督和管理，通过食品安全信息反馈以确保食品生产的每一个阶段的安全性达到预期的目标，并且可以将信息及时地反馈给消费者以及各生产阶段的监管人员。食品产业链具有生产环境恶劣、流通环节复杂、产品形式多样、销售方式灵活等特点，在安全系统中，其主要是食品的可溯源性，这一方面需要采用RFID相关技术整合产业链上下游数据流，解决大规模数据高效存储备份和网络传输、食品产业链数据多途径溯源等难点问题；另一方面，需要针对产业链上各环节的特点，实现复杂环境下RFID数据的采集传输、食品标签编码设计、食品物流跟踪、多部门网络食品安全监管和政府决策等核心技术。建立整个食品安全系统时，首先应针对食品复杂、恶劣的生产和加工环节，设计出高可靠性的RFID识别和数据采集相关设备，形成设计生产链；其次，要研究大型数据存储分析算法和食品信息安全模型，实施并部署食品安全溯源核心软件系统；第三，研究高性能计算环境下数据中心相关技术，设计数据压缩算法、高性能计算分析模型、数据备份和恢复模型，建立高性能数据处理和分析解决方案并实际部署；最后，要建立一个食品安全监管和市场风险预警的决策模型，实现多部门食品安全联合监督和政府决策，建立针对食品安全的RFID应用模式，最终形成基于RFID的食品安全溯源体系。图4 食品安全监管模型（二）食品安全监管系统设计食品安全监管体系通过信息采集平台收集、整理和分析物流信息，对食品生产、加工、运输、储存、销售的整个冷链过程进行追踪和信息记录，加工企业实行食品生产基地冷链物流配送中心给最终消费者的全过程监控，实现食品的可追溯性和信息的透明度，以满足食品安全要求。系统中会用到食品信息采集系统、冷链质量特性识别、冷链物流实时追踪技术和数据传播系统等关键技术的数学模型。1.食品信息采集系统食品自动识别系统安装在食品生产区、收费站、港口、码头、仓库、车库等场所，收集相关食物或车辆信息进行跟踪。信息采集系统是食品供应链监管的核心，是数据管理和数据交换的基础。主要解决食品供应链监控电子设备、阅读器或数据接收设备、中间件、现场管理、区域管理，以及对整个食品供应链信息的收集和管理。2.冷链品质特征识别与数学模型应用现代物理和化学分析技术、数据挖掘技术，采集农产品物流动态过程中生命体存亡和产品腐坏的数据特点，分析关键因素，专注于挖掘与鲜艳度高度相关的质量特性，建立动态监测过程冷链存储和货物运输（如鲜活农产品）的质量与储存和运输环境的数学模型。3.冷链物流实时跟踪技术基于食品物流动态生命过程、质量和地域的差异，集成射频识别技术（RFID）、GPS定位技术、GPRS卫星通信和其他无线网络传输技术、多渠道信息采集技术，建立实时监测与跟踪网络的冷链物流，实时采集各种信息传输到监控中心，实现冷链存储和运输货物质量、标识、地域的实时监控和跟踪。4数据发布系统主要包括GIS地理数据单元、信息传播单元食品安全可追溯单元、物流公司跟踪单元等功能。系统提供WEB站点、WebService接口、短信、电子邮件通知等多种方式，用户可根据自己的特殊点，选择适当的查询服务。食品安全监管系统信息采集系统冷链品质特性识别冷链物流实识追踪数据发布系统信息采集系统是食品供应链监管的核心，是数据管理和数据交换的基础。应用现代物理和化学分析技术、数据挖掘技术，建立动态监测过程冷链存储和货物运输的质量与储存和运输环境的数学模型。通过集成射频识别技术、GPS定位技术、GPRS卫星通信和多渠道信息采集技术，建立实时监测与跟踪网络的冷链物流。主要包括GIS地理数据单元、信息传播单元食品安全可追溯单元、物流公司跟踪单元等功能。图5 食品安全监管系统组件四 前景与展望虽然已经过去了很多年，但用于产品识别和追踪的RFID标签（包括智能存储芯片和微型射频天线）却始终在目标市场上裹足不前。但现在情况开始转变。技术的发展、标准的制定和不断降低的标签价格使很多人趋同于将RFID引入一个广阔的应用市场：供应链管理。RFID技术的支持者声称，不久的将来RFID将替代条形码技术作为一个更有效的追踪产品（从制造环节开始贯穿整个分销环节）的手段。商品条码食品标签已被广泛应用于发达国家，其便利性、规范性和全球统一的特性，在帮助中国食品行业打破国外贸易壁垒，扩大出口量方面起到非常关键的作用。中国加入WTO后，随着市场经济的不断发展，不断有更多的食品出口到欧盟、美国、日本以及其他国家和地区。为了契合欧盟食品质量安全方面的跟踪和追溯标准，更好地服务于出口，促进中国食品质量的改善，提高食品的国际竞争力，针对对外出口食品使用食品安全跟踪和追溯系统已迫在眉睫。16结束语虽然RFID技术的广泛应用仍需要突破许多安全、成本和技术的瓶颈，但总体来说，RFID技术是目前最适合应用于食品安全监测全过程的技术，基于RFID技术的食品供应链管理系统具有进一步优化的价值。参考文献：1刘铮铮.RFID技术在安全食品供应链中的应用J.物流技术，2011，（07）：10152付雄新.基于RFID的食品安全监管系统J.科学技术与工程，2009，（03）：20253刘俊华.国外农产品质量快速溯源的现状和启示J.物流技术，2009，（02）：3033. 4宋预晓.RFID在农业中的应用现状及趋势展望J.农机化研究，2010，（02）：7277. 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