基于數(shù)據(jù)網格的RFID農產品跟蹤與追溯系統(tǒng)研究

0 引言 

隨著《中華人民共和國農產品質量安全法》的頒布與實施，我國農產品全程質量安全管理體系的建設正步入快速發(fā)展的關鍵時期。目前，如何對農產品進行有效地追溯以及如何從源頭上解決農產品質量安全問題，已成為極為迫切的課題。基于數(shù)據(jù)網格的RFID農產品跟蹤與追溯系統(tǒng)可為解決上述問題，提供切實可行的技術方案。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。同時，隨著數(shù)據(jù)網格技術的發(fā)展，有效結合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及網絡體系，可實現(xiàn)全國乃至全球范圍內農產品的跟蹤與信息共享。 

1 農產品跟蹤與追溯系統(tǒng)(APTS)框架設計 

1．1 跟蹤與追溯流程設計 
根據(jù)國際通用的跟蹤與追溯系統(tǒng)框架設計標準ISO 22005—2005《飼料和食品鏈的可追溯性一體系設計和開發(fā)的一般原則和指導方針》 的要求，在農產品追溯系統(tǒng)中，對農產品屬性以及參與方處理的信息進行有效標識是基礎，對相關信息的獲取、傳輸以及管理是成功開展農產品追溯的關鍵。實施農產品追蹤溯源，要求農產品跟蹤追溯系統(tǒng)具有“準確、可靠、快速、一致” 的特點，有效地建立起農產品安全的“預警機制”。對農產品從生產到銷售的各個環(huán)節(jié)進行跟蹤研究，包括農產品的生產管理、存儲管理、配送管理、加工管理以及銷售管理等環(huán)節(jié)。各個環(huán)節(jié)概要時序與活動，如圖1所示。 

1．2 可追溯單元的設計 

為了建立信息系統(tǒng)中跟蹤與追溯數(shù)據(jù)模型與農產品物理實體的對應關系，采用高津特圖與追溯矩陣的方法構建可追溯單元，重點解決物理實體編碼標識與管理系統(tǒng)中相應數(shù)據(jù)的映射問題?？勺匪輪卧窃贏PTS的跟蹤與追溯框架中特指被追溯物理實體質量信息的最小集合，包括定義標識信息和記錄信息兩部分。標識信息的主要功能是確保跟蹤與追溯過程的連續(xù)性；記錄信息的主要功能是實現(xiàn)企業(yè)內部追溯。通過可追溯單元的設計與構建，在APTS系統(tǒng)的實際運行中將對農產品物理實體的跟蹤與追溯，轉變?yōu)閷r產品供應鏈中不同的可追溯單元信息的追溯，實現(xiàn)由物理追溯向信息追溯的轉變。 

2 基于數(shù)據(jù)網格的RFlD農產品跟蹤與追溯系統(tǒng)(R-APTS)體系結構 

RFID技術的快速發(fā)展已超越了傳統(tǒng)的以標簽一解讀器(Tag＆Reader)為主的物理設備的界限，并且正在由完整的軟硬結合的面向高層應用的體系結構 方向發(fā)展。通過引人數(shù)據(jù)網格技術，尤其是OGSA—DAI技術(開放網格服務架構一數(shù)據(jù)訪問與集成) ，完成與RFID設備接口集成，實現(xiàn)對可追溯單元的多網絡、跨平臺的信息集成?；跀?shù)據(jù)網格的R—APTS體系結構主要分為3個部分，分別是RFID數(shù)據(jù)采集層、跟蹤與追溯數(shù)據(jù)處理層與農產品信息應用層，其體系結構如圖2所示。 

2．1 R FID數(shù)據(jù)采集層 
在硬件系統(tǒng)方面，包括RFID標簽的解讀器和傳感器 負責讀出RFID標簽中的數(shù)據(jù)；在網格系統(tǒng)方面，將RFID數(shù)據(jù)以規(guī)格化的XML文檔形式描述，并通過GT4(G1obus Too1kit 4．0)實現(xiàn)網格環(huán)境中的OGSA(OGSA Enabled)，將RFID的物理數(shù)據(jù)最終轉換為數(shù)據(jù)網格中可以訪問的XML數(shù)據(jù)資源。 
2．2 跟蹤與追溯數(shù)據(jù)處理層 
該層利用OGSA—DAI并發(fā)處理數(shù)據(jù)采集層所傳送的RFID事件與數(shù)據(jù)流，并利用網格數(shù)據(jù)服務對可追溯單元的數(shù)據(jù)進行過濾和聚合，并存儲到RFID信息數(shù)據(jù)庫中，以數(shù)據(jù)庫Web Servi ce的方式在數(shù)據(jù)網格中發(fā)布， 以此作為農產品跟蹤與溯源的信息資源。此外， 當RFID標簽實體的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)處理層可以觸發(fā)采用OGSA—DAI的事件機制、消息發(fā)布與訂閱機制統(tǒng)一處理RFID事件，以網格消息的方式通知(Notify)系統(tǒng)內其它組件，也可根據(jù)具體的跟蹤與追溯業(yè)務規(guī)則形成數(shù)據(jù)過濾器，用來向系統(tǒng)訂閱RFID數(shù)據(jù)服務。 
2．3 農產品信息應用層 
該層直接面向農產品流通環(huán)節(jié)的雙向交流信息層。其將信息處理層抽取的信息分配到各應用層管理數(shù)據(jù)庫中，同時也將各管理數(shù)據(jù)庫采集信息反饋到信息處理層。這樣無論是對于確定農產品質量危害源，還是對于農產品召回和風險分析，均能確保實現(xiàn)農產品質量信息的對稱交流。 

3 數(shù)據(jù)網格中的RFID 跟蹤與追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)與部署 

RFID網格數(shù)據(jù)服務的構建是基于OGSA—DAI，Web Service服務器(AxiS 2．0)以及G1obus Tooikit4．O基礎之上。在成功配置G1obus Toolkit 4．O并將其部署到tomcat后，安裝OGSA—DAI。此時正確輸入命令行，就能夠得到“數(shù)據(jù)服務瀏覽器”的GUI界面。網絡應用客戶端，如圖3所示。在“查詢語句”中輸入“Se1ect from RFID—Reader where ReaderId=1063”，就可以得到ID為1063的RFID解讀器中存儲的相關農產品質量跟蹤與追溯信息。 

在網格環(huán)境下，數(shù)據(jù)服務的注冊與發(fā)現(xiàn)遵循動態(tài)機制。用戶在查詢農產品質量信息時，并不知道自己所需的服務是由哪些數(shù)據(jù)服務結點提供，更不知道數(shù)據(jù)服務結點的位置。所以， 網格數(shù)據(jù)服務還提供注冊“添加數(shù)據(jù)服務” 和“刪除數(shù)據(jù)服務” 功能，保持數(shù)據(jù)服務實時更新。通過輸入數(shù)據(jù)服務URL地址，“添加”或“刪除”數(shù)據(jù)服務。網格中追溯單元素據(jù)服務WSPL說明(部分)，如圖4所示。 

此外，“數(shù)據(jù)服務瀏覽器” 還提供“聯(lián)合查詢”服務。聯(lián)合查詢的實現(xiàn)可以將分布數(shù)據(jù)庫中得到的查詢結果匯集到目標數(shù)據(jù)庫中，保持數(shù)據(jù)更新，減少數(shù)據(jù)冗余，如圖5所示。 

4 結束語 

農產品質量跟蹤與追溯體系的建立，對擁有13億人口的我國農產品消費極其重要，對于完善我國農產品質量管理和跨越農產品貿易壁壘有重大作用與意義。我國具有數(shù)千年農產品生產歷史，擁有數(shù)萬種農產品類型，9億農業(yè)生產者所面臨的對手是國際日益先進、系統(tǒng)、完善和成熟的農產品生產加工體系。農產品質量的保證將一定程度上影響到國家經濟與社會穩(wěn)定?；跀?shù)據(jù)網格(Data Grid)的RFID農產品質量跟蹤與追溯系統(tǒng)提供了切實可行的技術方案。通過RFID技術， 自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，結合網格技術實現(xiàn)廣域范圍的農產品跟蹤與信息共享，實現(xiàn)跨網絡、快速追溯。