基于物联网的中药材追溯系统研究

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　　摘 要：中药材的品质安全问题一直是广大人民群众关注的重要民生问题之一。为协助相关部门对中药材质量的管控，促进中医药行业健康稳定发展，基于物联网技术的中药材溯源系统的建立迫在眉睫。文中通过介绍中药材追溯系统的总体设计与涉及到的物联网关键技术，详细分析了系统中包含的子系统和各个功能模块，进而使读者对中药材从种植生产到加工销售各个环节的溯源有深入了解。
　　关键词：物联网;中药材;品质安全;追溯系统;全过程;手机APP
　　中图分类号：TP11;TN80 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）11-0-03
　　0 引 言
　　为保证中药材产品的可靠性，促进中医药行业的发展，急需建设基于物联网的中药材全生命周期追溯系统，对药品品质安全工作需高度重视，保障消费安全。中药材流通过程中管理规范、信息公开透明能够强化各个环节人员的责任感，为中药产品品质提供保障。
　　基于物联网的中药材追溯系统，在监控管理中药材的种植、生产、加工、运输、销售过程中，通过数据分析、专家决策指导生产，辅以预警报警，进行规范化管理。该系统协助消费者通过互联网、手机APP等方式查询追溯码，获取中药材生产、加工、流通等各环节的信息，增强各个环节之间的联系[1]。
　　1 系统概述
　　从2011年起，我国成都最早开始了中药材溯源的探索工作[2]。张辰露等依据国内外对农产品溯源系统的分析，结合中药材的自身特性，讨论了中药材追溯系统的发展方向与存在的问题[3];施明毅等结合已有的经验对中药材追溯系统涉及到的关键技术与当前领域存在的问题进行了分析;李桂桂通过总结中药材溯源工作的相关政策文件，概述了中药材追溯信息化、数字化的工作[4];奚燕等通过二维码技术构建了中药饮片质量追溯系统，使用者可以使用扫标签上的二维码查询整个过程[5]。
　　本系统通过将无线传感器网络、无线射频识别技术、中药材电子化管理技术用于系统的建立，使中药材从生产种植到流通销售的全部信息加以关联，实现中药材的安全追溯和信息管理[6]。
　　中药材产品质量保证及流通销售追溯系统总体设计如图1所示。
　　2 关键技术
　　2.1 无线传感器网络
　　无线传感器网络（WSN）是一种由较大数量传感器组成的分布式传感网络。它在一定范围内由传感器对观察信息进行感知并采集处理，通过网络传输给管理员[7]。
　　2.2 无线射频识别技术
　　无线射频识别技术（RFID）是一种无接触式的自动识别技术，电子标签和阅读器通过天线以无线射频的方式进行数据的双向通信以及读写，进而实现目标识别和数据交换[8]。
　　3 技术路线
　　本系统的主要组成部分有中药材种植物联网子系统、中药材产地追溯子系统、中药材经营企业子系统、中药材专业市场子系统、中药材饮片生产追溯子系统、中药材饮片经营追溯子系统、中药材饮片使用环节追溯子系统[9]。
　　3.1 中药材产地追溯子系统
　　中药材产地追溯子系统分为种植管理、灌溉、监控、信息采集等部分。种植管理即对中药材在生产种植期间人员及药材的信息管理，具体包括通过无线传感器网络对田间药材种植条件的获取，如温度、湿度、光照等信息实时获取，将采集到的数据通过移动数据网络回传到综合系统处理。灌溉时同样使用无线传感器网络对流量和温度等进行测量，经过专家系统指导，实现水量的控制。监控可将田间信息实时传送，为后续溯源提供保障。
　　在种植过程中该系统使用条形码将这一过程的信息进行标识，具体的内容包括该中药材的名称、分类、在种植时所处的位置、灌溉及施肥、病虫害、农药使用情况、相关负责人等信息。在采摘收购过程中同样将收购时的信息进行标识，具体包括收购时间、收购地点、收购数量、收购品质、收购人员、收购容器、天气、相关批注等。GLN是一种由13位数字组合而成，用于唯一确定任何法律、功能、物理实体的标准。在这一过程中，可以将GLN与收购方信息关联并一同进行标识。中药材每一次流通产生的位置信息可通过GLN确定[10]。
　　3.2 中药材经营企业子系统
　　中药材经营企业子系统中无线传感器网络发挥着重要作用。通过无线传感器网络获取仓库车间等的温度、湿度实时数据，并将信息传输到综合系统，相关人员可随时查看并监督。获取储存中药材的RFID标签并存入數据库后，管理员可以对中药材的储存条件与销售信息溯源。
　　本系统的功能包括数据的采集、传输与处理。中药材经营企业子系统构成如图2所示。
　　采集时借助仓库中各个位置的无线传感器节点获取中药材在贮藏时的实时数据。出库入库时获取的中药材RFID信息会一同传送到管理中心以便于查询处理。使用网络实时传输，数据通过ZigBee无线多跳方式从短距离WSN节点汇集到长距离WSN节点，再通过GPRS方式传输到管理中心。处理时将采集到的信息以简单易读的方式呈现在显示界面上，对中药材的储存条件给出清晰的解释，工作人员可通过该信息判断是否存在异常并及时采取措施。以上系统功能均为中药材的管理提供了便利，节约了成本，降低了风险，减少了失误。
　　3.3 中药材专业市场子系统
　　中药材专业市场子系统主要针对中药材进入市场时信息登记、质量检测、销售交易等重要过程的信息溯源。在这一环节中需提供种植产地证明、质量检测合格证明、零售凭证等，为中药材的流通作保障。
　　该子系统具有中药材批次管理、检测信息登记、数据下传、数据回传、存储管理、追溯码打印、交易管理等功能。
　　3.4 中药材饮片生产企业子系统
　　该子系统具有中药材来源管理、中药饮片生产批次管理、检测信息登记、交易管理等功能。
　　3.5 中药材饮片经营企业子系统 　　该子系统具有中药饮片入库管理、交易管理等功能。
　　3.6 中药材饮片使用环节追溯子系统
　　该子系统具有中药饮片入库管理、销售管理等功能。
　　4 系统实现
　　基于物联网的中药材追溯综合服务系统为中药材的生产种植提供智能感知、智能传输、智能管控、智能预警与专家系统等服务，基本实现了中药材全过程的跟踪溯源，提升了中药材质量与品质的监督管理，为关乎民生的重大问题提供保障[11]。
　　借助物联网、无线传感网络、移动通信网络技术在中药材的种植田间建立智能感知系统，实时监测温度湿度、土壤信息、太阳辐射;收集到的信息通过该系统处理后，相关人员在手机APP或电脑等设备上查看。通过统计分析对中药材的生长状况和环境信息进行综合处理，通过专家系统辅助灌溉施肥，为高品质、高产量的中药材生长提供条件。基于物联网中药材追溯综合服务系统如图3所示。
　　该系统主要包括无线传感器设备、采集控制一体化终端、视频监控和物联网综合支撑服务平台[12]。
　　4.1 传感器设备与采集终端
　　（1）空气温湿度传感器
　　该传感器主要用于对空气温度、湿度的检测。
　　（2）土壤水分传感器
　　该传感器也被称为农田墒情检测仪，通过长期埋在土壤内测定浅层和深层的土壤墒情。设计公共接口适配各类显示仪器，从而获取相应的土壤水分指标与参数。
　　（3）土壤温度传感器
　　该传感器能够实时高效地反映土壤温度，精度为0.5 ℃，测温范围-55～125 ℃。
　　（4）光照传感器
　　该传感器在不同的测量场所能够设置不同的量程，适用范围广，精确程度高，具有良好的防水性能，安装便捷。
　　（5）风速风向传感器
　　该传感器的风杯使用ABS材料，通过用户的需求输出不同信号。它可以安装到机器人、汽车等不同设备上进行观测，使用时稳定便捷。
　　（6）种植监控终端
　　该终端将以上各类传感器和灌溉设备集为一体，借助无线网络将空气、土壤、光照、风速等参数传输至远程服务端，经过处理后自动控制相應设备操作。
　　4.2 灌溉控制设备与控制设备
　　（1）灌溉控制设备
　　该设备具有自清洗滤网和电磁阀线圈滤网，可手动开启关闭。手动螺钉调节外放水排出系统中的杂质，采用全封闭小功率电磁线圈，与铁芯一体。
　　（2）控制设备
　　该设备由测控模块、电磁阀及安装附件构成，借助数据传输与管理监控中心连接。通过对中药材环境参数的测定，全自动化地实时控制灌溉设备。
　　4.3 中药材基地监控与诊断
　　视频监控中药材生长过程并获取实时数据，离不开网络技术和视频信号传输技术。系统中包括网络型视频服务器、高分辨率摄像头，其中前者负责视频信号转化和传输，能够为远程网络视频提供支持。在可以上网的条件下，当用户拥有相应的权限后即可查看图像视频，轻松实现多点在线实时监控。
　　5 结 语
　　本研究提出了基于物联网技术的中药材追溯系统的设计思路，从关键技术、技术路线及实现角度进行了阐释。该系统基本实现全过程追溯，实体中药材的来历与用途都具备了可追溯性;各个环节做到责任可追、流向可跟、身份可查、安全可视，为后续完善的溯源体系提供依据。物联网等新技术的应用推进传统中医药文化转型发展，让人民群众真正吃上放心药，有助于中医中药文化的长远发展。
　　参考文献
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　　[2]唐玎.成都中药材流通追溯体系试点基本完成[N].中国医药报，2013-12-10.
　　[3]张辰露，梁宗锁，冯自立，等.我国中药材溯源体系建设进展与启示[J].中国药房，2015，26（16）：2295-2298.
　　[4]李桂桂.中药材质量追溯体系信息化构建概述[J].中国现代中药，2017，19（6）：891-894.
　　[5]奚燕，洪军，吴旌.基于二维码技术构建中药饮片质量追溯系统[J].药学服务与研究，2019，19（2）：156-158.
　　[6]施明毅，温川飙，胡禄，等.中药质量追溯体系关键技术研究[J].亚太传统医药，2017，13（9）：53-55.
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　　[8]赵训铭，刘建华.射频识别（RFID）技术在食品溯源中的应用研究进展[J].食品与机械，2019，35（2）：212-216.
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　　[10]郑立华，冀荣华，王敏娟，等.农产品追溯统一编码方案设计与应用[J].农业机械学报，2019，50（S1）：385-392.
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　　[12]李鹏超.基于ZigBee无线传感器网络的农业大田数据监测系统设计与实现[D].西安：长安大学，2018.
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