基于物联网技术的羊只流水线屠宰过程溯源信息链构建

　　摘要：内蒙古地区肉羊产业作为该地区的主导产业，为全国各地提供优质的羊肉。食品溯源是实现肉产品安全监测的重要手段。食品溯源过程中的动物屠宰环节记录着肉制品的来源，而屠宰环节经常会出现信息链断裂和重组等问题。为了提高内蒙古地区羊肉食品的安全，笔者针对内蒙古羊肉食品溯源中屠宰环节信息链的构建进行了研究。以屠宰流水线为信息传递主线，对屠宰过程中的去头蹄、胴体分割等环节，设计了信息流的传递和重组机制，完成了屠宰过程中信息链的构建，并以此为基础，开发了羊只屠宰环节信息管理系统，为屠宰环节的企业管理和食品溯源提供技术支撑。

　　关键词：羊只屠宰；物联网技术；食品溯源；信息链；流水线过程；管理系统
       
        内蒙古自治区连续多年羊只存栏量超过1亿只，近三年羊只宰杀量均在6000万只以上，京津地区50%以上的优质牛羊肉均来自于内蒙古自治区，因此保障羊肉食品的质量安全是实现消费者健康饮食的重要手段之一。在“十二五”期间，我国政府出台了相应的法律法规，要求通过技术手段对养殖、生产和流通环节进行监管，其中最具有代表性的措施就是创建肉食品的安全追溯系统。食品溯源信息流主要包括养殖环节、屠宰环节、物流环节和销售环节，其中由于屠宰环节涉及到胴体分割，原有的单一信息载体［如耳标或RFID（radio frequency identification）卡等］会因为被分割而形成新的信息流，因此溯源信息流的传递较其他环节更加困难，也使其成为肉食品溯源信息创建的热点研究内容。内蒙古地区羊只饲养方式由原来的散养逐步发展为现在的圈养，屠宰方式也由单独宰杀变为集中大规模流水线屠宰，而羊只屠宰过程信息链的构建也成为屠宰场信息化管理的重要手段之一。

　　对于肉食品溯源系统的研究，多数学者都是对全产业链进行研究，但由于涉及范围广而无法对信息流中关键环节进行详细研究。屠宰加工环节作为溯源信息流中承前启后的关键环节，对该环节信息流构建的研究是整个溯源系统构建的重点内容。早在20世纪，苏格兰学者采用EID技术对牛的出生、生长、屠宰、售卖各阶段信息进行检测，从而对肉类链的每个阶段实现可靠的可追溯性。2009年，爱尔兰学者认为对牛肉实现食品追溯可以使消费者放心地购买牛肉，故其设计采用RFID技术结合生物识别技术对牛的个体进行识别，为牛肉的可追溯系统提供数据支撑。同期，国外学者运用射频识别技术、物联网技术、二维条码技术和EPC系统，建立了滩羊肉产品的追溯系统。该系统对滩羊养殖管理过程、屠宰加工过程进行监测，最终实现了跟踪和可追溯信息查询功能。近年来，F．Mutua等设计了家畜识别和追溯系统，通过检测屠宰过程中获取的牛肉样品中四环素和二甲基氮嗪的残留量来判断牛肉是否安全。罗清尧等就利用超高频RFID技术对生猪屠宰环节的数据进行了远距离的自动识别与读取。张京京等则通过HACCP理论对新疆羊肉屠宰加工过程中关键控制点进行了研究，筛选出了羊只屠宰加工过程中的8个关键指标。何玲等将物联网技术应用在生猪的屠宰监管系统中，就屠宰场私宰问题和生猪、猪肉注水等问题提出了解决方案。黄国富等设计了基于物联网技术的肉牛屠宰加工管理信息系统，提高了屠宰加工的标准化、信息化和自动化程度。综上所述，屠宰环节作为肉食品溯源的关键环节，其信息链的构建在整个溯源信息系统中占据重要地位。而目前的研究主要集中在生猪及牛的养殖上，对羊只流水线屠宰环节信息流的研究相对较少。本研究利用物联网技术对羊只屠宰过程进行数据采集与传输，并对整个屠宰过程的可溯源信息进行存储与记录，以期为内蒙古羊只屠宰规范化建设以及羊肉产品的安全可溯源提供强有力的技术保障。
 

　　1 总体系统分析

　　1. 1 羊只集中流水线屠宰过程主要流程

　　溯源系统主要是为了在终端产品上能够实现追溯生产各环节的主要信息。羊只屠宰环节存在过程复杂、环境恶劣、物理形态变化多等特点。因此，在构建羊只屠宰过程信息链之前，首先需要了解羊只屠宰的主要流程，屠宰场流水线羊只屠宰主要流程见图1。

　　
图1 屠宰场羊只屠宰主要流程

 

　　1.2 关键环节数据获取与处理
 

　　1.2.1 影响食品安全环节

　　羊只屠宰流程中，对羊肉质量安全有影响的主要因素有两类：一类是环境微生物污染，主要包括屠宰环境消毒状况、屠宰工具消毒状况以及屠宰人员的消毒；第二类是羊只本体所携带的影响羊肉安全的因素，包括病菌（布鲁氏菌、结核病菌等）和化学性残留（主要有药物残留和重金属残留）。针对环境微生物污染，可在屠宰前实施严格的消毒措施，并实行严格的消毒管理制度，将各环节消毒记录、责任人等数据录入管理系统数据库备查。对第二类因素，则可以实行严格的检验检疫措施，包括屠宰前的进厂单体检疫、屠宰过程中胴体检疫和残留物检测以及按部位分割后的关键部位（脏器）检疫。检验检疫的信息录入溯源系统数据库，为安全追溯提供数据源。
 

　　1.2.2 信息流断裂与重组环节设计

　　在整个屠宰信息流传递过程中，羊只的形态会发生巨大的变化，不像养殖和流通环节，信息流的传递比较单一。在整个羊只养殖过程中，主要信息都在耳标上，而在屠宰过程中去头和胴体分割都会破坏原有信息链，是信息流断裂重组的两个关键环节。为了解决去头造成的信息链破坏，在羊只入场时利用RFID读卡设备将羊只的耳标号读入信息系统中，并以该耳标号为依据，制作成二维码塑料挂签或有机挂签，在去头后悬挂在胴体上，用于后续环节的胴体识别。后续每个环节在扫描该二维码后，融合屠宰信息，完成本环节的信息录入。对于胴体分割环节的信息，在读取耳标号后，在信息系统中增加分割部位信息，合并制作成分割部位的二维码信息卡，在出厂包装时粘贴在不同分割部位，用于分割部位产品的溯源，从而保证用户买到的每部分羊肉产品都有原畜体的追溯码，保证了信息流的衔接和连贯。从入场屠宰开始到去头，中间有较长时间，该段时间主要还是读取耳标，也保证了新二维码的制作时间，不影响流水线正常的生产。屠宰环节信息流传递见图2。

图2 屠宰环节信息流传递

 

　　1.3 屠宰环节数据采集与传输

　　1.3.1 数据采集

　　根据系统模块设计的需求，屠宰环节数据主要分成以下几类：1）管理人员与操作人员信息。对于该类的人员信息可通过读取相关人员员工IC卡信息，录入到数据库。2）羊只屠宰流水线各环节信息。贯穿屠宰流水线的羊只个体识别信息码主要有羊只个体的耳标信息和胴体信息，对于屠宰前期的羊只耳标信息可用RFID读卡器读取并保存到数据库；而对于去头后的胴体识别信息，可用超高频RFID，该识别卡可远距离读取信息，不影响流水线生产，能提高流水线生产效率。3）关键屠宰环节数据。屠宰过程关键环节主要有去头蹄、分离红白内脏和胴体分割。这三部分屠宰关键环节都是有可能造成肉品掺假和数据链断裂的环节，因此在信息获取时，需增加监控环节，在系统设计时增加图片插入和视频插入功能，用于保存这些环节的关键信息，并利用图像识别技术通过判断肉品是否膨大、肉品光泽度等信息确定是否注水。
 

　　1.3.2 数据传输

　　屠宰过程中数据的传输见图3。

图3 屠宰过程数据传输

　　对于读卡器等有线设备，利用串口服务器将串行数据集中到同一设备，而后利用Wifi无线数据传输将数据上传到现场服务器。现场服务器数据通过百兆宽带传送到系统管理终端。系统端可将整合的屠宰环节数据输出打印成二维码。
 

　　2 管理系统总体设计

　　笔者根据屠宰各阶段的信息管理和溯源信息需求，设计了畜产品屠宰加工信息管理系统。依据屠宰各阶段信息流传递和不同屠宰环节，管理系统结构见图4。

图4 管理系统结构图

　　系统编程语言为Java语言，前台界面开发采用PHP，数据库采用Mysql，前台页面和后台数据库连接工具为Tomcat 7服务器。在信息系统中，除信息的录入与查询外，主要是对信息链的构建，包括以羊只耳标为主键的各屠宰环节信息的整合与存储；去头蹄后胴体标识的再生成；胴体分割后不同分割部位的标识。为不影响流水线的生产，在读取羊只耳标号后，系统首先生成胴体标识和分割部位标识，然后在每个屠宰环节以耳标号为主键将各环节手动录入和自动获取的屠宰信息存放在后台数据库表中。
 

　　3 系统测试

　　3. 1 系统登录

　　为方便用户使用所设计的系统，设计了人性化的登录界面，见图5。
 

图5 系统登录界面

 

　　用户初次使用本系统时需要注册信息，在后续的使用中也可以重置用户名及密码。
 

　　3.2 系统主界面

　　系统主界面显示信息主要包括羊只进厂信息采集、屠宰过程检疫信息、屠宰过程视频图片展示、按部位分割信息、屠宰后检疫信息、产品包装及出厂，见图6。
 

图6 系统主界面示意图

 

　　3.3 查询与录入界面

　　本系统为管理者设计了信息管理界面（见图7），用户进入查询与信息录入界面可以输入屠宰羊只信息，并可以实现后期信息的维护。

图7 信息查询与录入界面示意图

 

　　3.4 溯源信息查询

　　为实现对羊肉的溯源信息进行查询，系统生成了对应羊只的二维码信息，用户可以通过扫描二维码获取其信息。生成的二维码示例见图8。

　　

图8 溯源信息查询二维码示例

 

　　4 结论

　　食品安全问题一直备受人们关注，目前解决食品安全的主要途径就是食品溯源。笔者对羊只屠宰过程这一溯源信息关键环节的信息流构建进行了研究。屠宰环节是整个溯源过程中的重要环节，多处存在信息链断裂重组的环节。本试验主要研究了屠宰环节过程信息流的传递和重组的实现，并在此基础上设计了屠宰过程信息管理系统，为羊只溯源信息系统的搭建奠定了理论基础。