基于NFC标签的水产养殖质量追溯系统设计

摘要 针对水产养殖过程的不合理用药、饲料添加等质量安全问题。应用基于XML/Web服务的数据传递技术构建多层可追溯质量管理系统，并利用NFC标签技术作为在整个水产品流通过程中的身份唯一标识。通过NFC标签，可为生产者、检验者、监督者和消费者提供信息交互平台，真正实现了水产品流通的全程可追溯性。

关键词 NFC标签； 水产养殖； 质量追溯

中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）30-10794-04

基金项目山东省自主创新专项（2012CX90204）。

作者简介李源（1990- ），男，河南西平人，硕士研究生，研究方向：农业信息化。

我国是世界排名第1的水产养殖大国，水产品产量约占全世界的70%，也是世界上唯一的养殖产量超过捕捞产量的国家，2013年我国水产养殖产量4 547万t，占水产总量的73.67%[1]。虽然产量巨大，但是我国水产品质量的现状不容乐观，水产养殖过程中存在不合理用药、饲料添加问题及水产品加工企业使用禁用物质或者掺假使假等现象。随着消费者消费意识和产品质量意识的提高，已经从过去的只对水产品外观上的直观意识转向了对水产品微生物、药物残留、食品添加剂等危害身体健康的因素的关注上。因此水产品质量问题的关注越来越重要。

为此，越来越多的学者关注到了产品溯源的研究中。可追溯系统使得生产信息更加透明，提高食品质量和卫生安全，1997年，欧盟为应对疯牛病问题逐步建立起追溯系统。2002年颁布的178/2002号法令，要求从2004年起欧盟范围销售的所有食品都能够进行跟踪与追溯。2004年5月，美国颁布了要求所有的食品企业建立食品流通的全过程记录的《食品安全跟踪条例》。澳大利亚实施了能够追踪家畜从出生到屠宰的国家牲畜标识计划[2]。我国学者已经利用条形码技术，对肉牛、家禽、生猪等实现了养殖的可追溯性，但是条形码技术存在识读效率低、识读操作困难、无法重用、易损坏且读取时有朝向问题等缺点，而且水产品尤其是鲜活水产品的育苗、养殖和流通过程大多需要在水体里面完成[3]。再者由于水产品批量大、单体小、少有独立包装、鲜活运销为主、产品不易加贴加挂标签标识等缺点，会使追溯结果达不到预期的效果。为此，笔者提出了基于NFC标签的水产养殖质量追溯系统，能够达到价格低廉、重复利用、识读效率高、识读操作方便的效果。

1关键技术

1.1NFC标签技术NFC（Near Field Communication）即近距离无线通信技术，由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦、诺基亚和索尼共同研制开发。NFC标签是被动式装置，可用来与主动式NFC装置（主动式NFC读写器）通信。NFC是一种无源产品，也就是说NFC本身是没有电源的，它需要依靠手机等设备来激活，而不能自己工作。一般来说，由手机中的线圈中的电流产生磁场，该磁场在NFC线圈产生电流并产生感应磁场，接收装置在有效距离内感应到磁场信号，电子接收器就会开始产生相匹配的电流并且传输到设备中，达到读取信息的目的。因此，NFC不能长距离传输，只能在比较近的距离内使用。

NFC与红外线、蓝牙等同为非接触传输方式，它们具有各自不同的技术特征，可以用于各自不同的目的，其技术本身没有太大的优劣差别。与RFID相比，NFC是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信，与其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。

NFC的基本标签类型有4种，以1～4来标识，各有不同的格式和容量，见表1。

NFC最大的优势就在于其廉价性[5]，由于是无源器件，只需要设计非常简单的电路和极少的组件，便可制成NFC标签。又因水产养殖不同于其他农副产品，其具有批量大、单体小、少有独立包装、鲜活运销等特点，所以采用价格低廉、结构简单的NFC标签作为水产品的标识。

NFC标签理论上可以存储任何形式的数据，但考虑到NFC标签的存储能力问题，该系统只在NFC标签中存储如养殖品种、产地、追溯码等水产品的基本信息，消费者在进行质量追溯的时候，可以点击详细信息来查看水产品的其他信息。

1.2基于XML/Web服务的数据传递技术水产养殖质量追溯系统可以实现PC端windows桌面应用程序和手机App应用程序进行质量追溯，所以涉及不同类型的网络整合应用[6]，实现彼此之间的通讯和数据的同步和传输。该系统基于Internet网络和分布计算技术，服务器端通过UDDI进行注册，建立企业生产过程代理服务，认证监管代理服务等；客户端通过WSDL建立服务调用代理，构建了一个基于XML/Web服务应用，可以实现数据的同步和传输的多层次、分布式的水产养殖产品质量信息交换体系。

2水产养殖质量追溯系统架构

水产养殖质量追溯系统架构见图1。该系统使用NFC标签作为水产养殖产品不同阶段的唯一标识。由于我国水产养殖批量大、单体小、少有独立包装、鲜活运销且水产品的育苗、养殖和流通等过程大多需要在水体里面进行，所以选用NFC标签作为水产品在养殖、加工生产、运输储存阶段的标识，以实现政府和企业通过手机或者手持式NFC扫描设备，在各个阶段将信息上传至数据库系统。消费者可以使用手机扫描NFC标签或者在PC端输入质量追溯码查询信息。

3水产养殖质量追溯系统设计

3.1系统功能模块设计

3.1.1水产养殖生产管理系统。通过渔业物联网、生产管理和质量追溯系统的整合以及深入分析水产养殖的生产过程，该系统包括放养管理、巡池管理、投喂管理、用药管理、捕捞管理、日常操作、实时监控等功能模块。用户可以在水产养殖过程中实时监测水中溶解氧浓度、水温、设备电压，并进行数据汇总、曲线分析等，以便达到智能控制、科学管理的目标，从而提高产量，保障水产品的质量安全。该系统不仅可以在PC端进行操作，还可以通过手机等客户端，随时随地对养殖场的情况进行监控管理，通过与水产养殖质量追溯系统结合，可以实时地将数据上传到质量追溯数据库中，以便消费者进行查询。

3.1.2水产养殖质量追溯NFC写入系统。该系统用于向数据库中写入质量追溯信息，每一批次的水产品都有对应的追溯信息。生产者或者工作人员使用用户名和密码登陆系统，使用手机或者手持式NFC读取设备扫描某一批次的水产品的NFC标签，可以将此批产品的养殖品种、产地、追溯码等基本信息写入到NFC标签中，同时还可以将放养时间、日常管理、巡池、投喂、用药、捕捞、水质检测（时间、溶氧、温度、pH）等详细信息通过GPRS上传到数据库中，以供企业和政府实时监控，供消费者进行质量查询追溯。使用者点击查询NFC标签按钮，还可以查询写入的数据是否正确，以便于及时修改。

3.1.3水产养殖质量追溯查询系统。水产养殖质量追溯查询系统流程见图2。生产者将水产品养殖生产过程的信息上传到数据库中之后，消费者可以通过3种方式获取水产品的质量追溯信息：①使用具备NFC扫描功能的手机或者手持式NFC扫描设备，进入水产养殖质量追溯系统后，点击“NFC扫描”按钮，将手机或者手持式NFC靠近NFC标签即可读取到NFC标签中的信息；②在登陆水产养殖质量追溯系统后，还可以点击“条码拍摄”按钮，使用手机等自带的摄像头来扫描水产品标签上的条码来追溯；③还可以点击系统的“手动输入”，来输入水产品标签上面的质量追溯码来查询信息。

以上3种方式在完成之后，都会显示出该水产品的基本信息，如：养殖品种、池塘名称、池塘面积、公司名称、公司地址、公司电话等。通过点击“详细信息”，消费者可以进一步查询该水产品在养殖过程中的各种详细信息，如放养信息、巡视信息、投饲信息、用药信息、捕捞信息、水质监测、日常操作等。

3.2数据库设计数据库模型设计的是否合理对信息管理系统来说至关重要。在此基础上定义的数据库结构更是决定了系统的功能和性能。因水产养殖的种类多、数量大，养殖过程十分复杂，所以涉及的信息非常庞大，需要设计一个良好的数据库管理系统。因此，该系统采用关系型数据库对涉及的数据进行规范化处理，尽量减少冗余数据[4]，达到方面快捷的目的。系统数据库结构如图3所示。图3系统数据库结构通过对水产养殖日常工作流程进行详细的调查和分析，确定了该系统所要实现的功能。不同角色的用户通过用户名和密码登陆到系统中可以选择不同养殖池塘、不同品种及批次、所属不同企业的水产品进行例如捕捞、放养、巡塘、用药等操作信息的写入，据此建立如图4所示的E-R模型，每个表都有自己的主键，各个表通过外键进行联系。图4系统E-R模型在此E-R图的基础上转换成相应的关系模型是：用户（ID，登录名，登陆密码，真实姓名，手机号，邮箱，地址，用户类型，所属企业）；企业（ID，企业名称，企业电话，企业地址，企业介绍）；品种（ID，品种名称，品种编号）；池塘（ID，池塘名称，池塘编号，池塘面积，所属企业）；池塘用户关联表（ID，池塘ID，用户ID）；批次（ID，池塘ID，批次号，养殖品种，开始时间，结束时间，追溯码，二维码，所属企业）；放养信息（ID，池塘ID，批次，养殖品种，放养日期，放养重量，用户ID，所属企业）；巡塘信息（ID，池塘ID，巡塘日期，巡视结果，用户ID，所属企业）；日常操作（ID，池塘ID，用户ID，所属企业，操作名称，操作内容，记录日期）；投饲信息（ID，投饲日期，饵料名称，投饲量，池塘ID，用户ID，所属企业）；用药信息（ID，用药日期，药品名称，用药量，池塘ID，用户ID，所属企业）；捕捞信息（ID，捕捞日期，捕捞品种，捕捞量，池塘ID，用户ID，所属企业）。按照确定的关系模型，设计该系统主要的数据表的数据字典如表2～5所示。

4结语

水产养殖质量追溯作为水产品质量监控的有效手段越来越受到人们关注。该研究以水产品为对象，采用基于NFC标签和XML/Web服务数据传递技术，构建了多层次、多权限、多角色的链接养殖、生产、监管和消费水产养殖质量管理系统，并以短信等多种方式向消费者提供服务。该系统利用Web服务技术解决了在不同设备端、不同网络进行通讯和数据的同步的问题，实现了信息融合、查询、监控，为实现水产品安全预警机制提供了可能，对水产养殖行业有着积极的意义。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家统计局.中华人民共和国2013年国民经济和社会发展统计公报[R].2013.

[2] 杨信廷，钱建平，孙传恒，等.蔬菜安全生产管理及质量追溯系统设计与实现[J].农业工程学报，2008，24（3）：162-166.

[3] 陈雷雷，金淑芳，李俊，等.基于RFID的水产食品可追溯体系研究[J].农业科学研究，2009，30（1）：51-54，70.

[4] 高成冲，蒋平，邱胜海，等.基于条形码的质量管理系统设计[J].机械设计与制造，2006（12）：173-175.

[5] TRIGGS R.All you need to know about NFC Tags[Z].Android Authority，2013.

[6] 杨信廷，孙传恒，钱建平，等.基于流程编码的水产养殖产品质量追溯系统的构建与实现[J].农业工程学报，2008，24（2）：159-164.

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