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1、 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加 以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确 的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间
2、论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密 的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 农产品是人们日常生活中最基本的依赖品。随着社会经济的发展和人民生活 水平的提高，人们对农产品的需求量更是日益增加。然而，近几年来，国际和国 内发生的众多食品安全问题，尤其是农产品安全问题使人们对所购买的农产品安 全问题心存疑虑。建立农产品的可追溯系统，记录
3、农产品的各种生产信息，并在 最终产品出厂时提供某种方式供消费者查询，是保障农产品安全的有效手段。本 文根据溯源系统的特点以及我国农产品生产的实际情况，设计并实现了基于二维 码和 RFID 个体标识技术的农产品溯源系统。本文的主要研究内容和成果如下： 1. 深入研究溯源系统国内外研究状况和具体农产品生产模式，发现了现有的 溯源系统的一些缺陷和不足，如追溯对象特定（单一 )、溯源信息不完整等，提出 了建立一个运行稳定、集成化程度高、溯源信息完整以及由政府主导监管的农产 品溯源系统。 2. 通过对个体标识技术的研究，提出了二维码耳标 +RFID 电子标签的标识方 案，即在畜体养殖阶段采用农业部规定的
4、二维码耳标进行个体标识，并记录其基 本信息及养殖、检疫信息；屠宰阶段改用 RFID 电子标签标识记录屠宰分割信息， 并最终将耳标编码、 RFID 电子标签编码和产品编号相对应，生成最终农产品的追 溯编码，实现了信息流从养殖阶段到最终产品的顺利流通。对瓜果蔬菜农产品则 采用以果园（大棚）编号为单位的普通标识方式。 3. 参考 EAN*UCC 系统编码系统，设计了农产品追溯编码。提出了畜类农产采 用 “ 产品 GTIH 码 +畜体耳标号 ” ，瓜果蔬菜农产品采用 “ 产品 GTIIft 种植场地编 号 ” 的编码方式，其中产品 GHN 采用 GTIN-13 编码结构，最终消费者可以通过该编码 查询
5、产品的详细信息。 4. 实现了一个基于 SSH+Extjs 的农产品溯源系统。系统主要包括申请认证子 系统、数据管理子系统、生产管理子系统、二维码管理子系统和系统管理子系统。 其中重点为生产管理和二维码管理子系统。生产管理子系统中主要包括畜体生产 管理和瓜果蔬菜生产管理；二维码管理子系统选择 QR 码为实现对象，主要包括 QR 关键词：溯源系统二维码 RFID SSH Abstract Abstract Agricultural products are the most basic products in the daily life of people. Along with the so
6、cial economy development and the inprovement of peoples living standard, the demand for agricultural products is increasing. However, in recent years, many international and domestic food safety issues have occurred, especially the issue of agricultural products enable people to doubt about the safe
7、ty of agricultural products purchased. So, to establish the traceability system of agricultural products, record the production information, and provide a way for consumers to query in the final product, is an effective means to protect safety of agricultural products. According to the characteristi
8、cs of traceability system and the actual situation of production of agricultural products in China, a traceability system of agricultural products based on the 2-dimensional code and RFID individual identification technology is designed and inplemented. The main research content and results are as f
9、ollows: 1. Studying about research status about the specific mode of production of agricultural products at home and abroad of traceability system, some defects and shortcomings have been found, such as retrospective object-specific (single), inconplete traceability information, and so oa The aim of
10、 the paper is establishing a traceability system with stable operation, high integration degree, integrated traceability information, and leading by government. 2. After the individual identification technology research, the paper proposed a kind of identification scheme, that is, 2-dimensional code
11、 ear tag and RFID electronic tag. The 2-dimensional code ear tags which are regulated by Ministry of agriculture are used in breeding stage, can be used for major key to record the basic information and breeding quarantine information In the slaughtering stage, RFID tags are used to Abstract consume
12、rs can query the details of this product 4. An agricultural products traceability system was designed and implemented, based on SSH and Extjs. The system mainly includes the application and certification subsystem, the data management subsystem, production management subsystem, 2-dimensional code ma
13、nagement subsystem and system management subsystem, which focuses on the production management and 2-dimensional code management subsystem The former mainly includes carcass production management, and fruits and vegetables production management, the latter mainly includes the generation and decoding
14、 of Keywords: Traceability system 2-dimensional code RFID SSH 目录 mt . i i.i 课题背景 . i 1.2 研究目的和意义 . 2 1.3 国内外研究现状 . 2 1.3.1 国外研究状况 . 2 1.3.2 国内研究状况 . 4 1.4 本文目标及主要工作 . 5 1.4.1 主要 g 标 . 5 1.4.2 本文主要工作 . 5 1.5 论文组织结构 . 6 1.6 本章总结 . 7 第一 -章相关理论和技术介绍 . 9 2.1 二维条码技术 . 9 2.1.1 二维条码技术简介 . 9 2.1.2 二维条码在本系统中的
15、应用 . 10 2.2 RFID 技术 . 13 2.2.1 RFID 技术简介 . 13 2.2.2 RFID 在本系统的应用 . 14 2.3 开发平台介绍 . 14 2.4Extjs 介绍 . 15 2.5 本章小结 . 15 第三章系统分析与总体设计 . 17 3.1 系统需求分析 . 17 3.1.1 系统设计目标与原则 . 17 3.1.2 现代化农产品生产模式分析 . 17 3.1.3 系统功能性需求 . 18 3.1.4 系统建模 . 22 3.1.5 系统非功能性需求 . 22 3.2 技术路线 . 24 3.3 系统总体设计 . 24 3.3.1 系统总体架构设计 . 24
16、 3.3.2 系统模块设计 . 26 3.3.3 系统数据库设计 . 28 3.4 本章总结 . 31 第四章系统详细设计 . 33 4.1 主要模块详细设计 . 33 4.1.1 申请认证子系统 . 33 4.1.2 数据管理子系统 . 34 4.1.3 生产管理子系统 . 35 4.1.4 二维码管理子系统 . 38 4.1.5 系统管理子系统 . 40 4.2 不同阶段信息流传递方案设计 . 41 4.3 溯源编码方案设计 . 43 4.4 本章小结 . 45 第五章系统实现与测试 . 47 5.1 系统总体实现方案 . 47 5.2 系统模拟展示 . 48 5.3 系统测试 . 59
17、5.3.1 测试环境 . 59 5.3.2 功能测试 . 60 5.3.3 安全性测试 . 61 5.4 本章小结 . 62 第六章总结与展望 . 63 6.1 总、结 . 63 6.2 展望 . 64 至夂 i 射 . 65 参考文献 . 67 第一章 绪 论 1 第 一 章 绪 论 1.1 课题背景 国以民为本，民以食为天，食以安为先。食品是人类生存的基础，是维系人 类发展、成长的最重要的物质。食品安全与否是关系到人类能否正常生活和繁衍 的关键因素。农产品作为人们所需食品中最初级的部分更是如此。现代农业的高 速发展一方面解决了人们生活中所需食品 “ 量 ” 的问题，给人们日常生活提供了 丰
18、富的食品供应，然而，另一方面现代农业生产和食品加工中化学药品大量使用 以及环境卫生恶化等因素又让人们对食品的 “ 质 ” 的问题有所担忧。尤其是近些 年来，特别是一些知名企业的产品陆续被爆出有质量问题，例如 2008 年的三鹿奶 粉问题， 2011 年的蒙牛毒奶， 2012 年的金龙鱼问题油，以及毒大米，注水猪肉等 等，这一系列农业产品安全问题引起了社会的广泛关注。人们在购买农产品的时 候对质量问题的担忧也越来越严重。这些农产品质量安全事故不仅对人们的身体 健康产生了严重的影响，也让我们对某些农产品生产企业产生了质疑 ，更严重的 是随着农产品安全事故的增多，百姓对政府信赖程度也有一定的下降。因
19、此，农 产品的安全问题已经不是个人、企业的问题，而已经上升为一个社会问题，且成 为日益严重的一个社会问题。怎样看待农产品安全问题已经成为衡量民众生活质 量、社会发展水平和国家制度建设的一个重要方面。 针对这些食品安全问题，我国先后通过了中华人民共和国农产品质量安全 法，中华人民共和国食品卫生法从法律制度上加强了对农产品的安全监管， 取得了一定的效果。然而，不合格的、存在安全问题的食品依然在市面上广泛存 在，百姓在采购农产品时 依然提心吊胆，人们总希望在购买食品的时候能详细了 解该食品生产过程中的详细情况。这样人们才能买的放心，吃的安心。 为了更好的监管产品质量，让人们真正了解农产品的生产过程，
20、在农产品出 现质量问题时能迅速定位到问题产生的环节，找出责任人，食品溯源系统的需求 被提了出来。农产品的质量安全溯源是一个包括追踪和回溯的双向的过程 1。一方 面，消费者可以追溯到农产品的生产状况，获得农产品生产制造全过程的信息； 另一方面，生产企业可以随时了解农产品的生产状况，当食品发生质量问题时， 可以及时确认问题产生的环节，减少损失。中国作为农业产业大国，陕西又是中 国农产品生产的重要基地，建立有效的农产品溯源系统，确保农产品的质量安全 迫在眉睫。基于以上问题，本课题主要研究和建立一套基于二维条码和 RFID (Radio Frequency Identification,无线射频识别）
21、个体标识技术的农产品溯源系统， 基于二 维 码 和 RFID 个体标 识 技术的农产 品 溯源系统的 设 计与实 现 2 为我国的农产品安全提供有效的保障手段。 1.2 研究目的和意义 农产品溯源系统 3 是一个记录农产品生产过程中历史记录的系统，通过强调 产品的唯一标识，运用唯一标识监管产品生产状态并实现全过程追踪。建立真正 有效的农产品溯源系统已经成为现代农业发展的一个重要方向，并已成为全世界 现代农产品生产的发展趋势 4。正如课题背景中提到的，近几年多起农产品质量安 全问题的发生致使市场诚信严重缺失，消费者无法辨别哪些是对人体无害的健康 食品，即使发现了也难以根据产品信息找到责任人。如何
22、判断产品的来源，实现 “ 从餐桌到农田 ” 的农产品生产与加工过程的详细信息溯源，确认跟踪中唯一标 识的类型，建立行之有效的质量溯源系统成为当前急需解决的问题。 本项研究试图利用二维条形码技术和 RFID 电子标签技术，构建农产品溯源系 统，基于这两种技术的农产品溯源系统研究和实现的主要目的在于，它能对实现 对产品生产过程，加工过程，销售过程进行 无疏漏的跟踪，为更好的保障农产品 的安全性提供一个可靠的途径。通过本系统的建立，可以帮助百姓买到安全放心 的农产品，帮助农产品企业提升企业自身的品牌效应，也可以让百姓对政府更加 的信赖。随着我国对外贸易的逐年增加，实现跟踪与追溯，可以满足国外食品安
23、全跟踪与追溯的要求，更好的为出口服务，避开技术壁垒，促进我国农产品出口， 提升我国在国际上食品安全的声誉。因此，本课题具有较强的现实意义。 对产品生产过程中的准确唯一的标识是溯源系统成败的关键因素。本课题针 对目前国际上常用的几种标识方法，研究对比每种标识方式的 优缺点，利用二维 条码和 RFID 标签技术各自的优点，建立基于二维条码和 RFID 技术的农产品溯源 系统。在这一研究过程中，对身份标识技术的研究以及与农产品溯源系统的结合 使本课题具有一定理论意义。 总之，农产品溯源系统的建立，不仅有利于提高农产品的质量安全，增强在 国际上的竞争力，更能保证人们的身体健康，提升政府和企业的形象，促
24、进社会 和谐，推动小康社会的建设。 1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究状况 国外发达国家的信息化建设起步较早，对食品安全的相关法律法规也早，并 成熟其他发展中国家。 1997 年，欧盟为了解决 “ 疯牛病 ” 问题，第一个提出在 农牧业产品生产、加工及销售的各个环节及所使用的添加剂、饲料等方面要能够 第一章 绪 论 3 追溯和跟踪 5。 2000 年又出台了 （ EQ No 1760/2000)和 （ EQ No 1825/2000)号法 规，其中后者又称为新牛肉标签法规，它规定要求自 2002 年 1 月 1 日起在所有欧 盟国家上市销售的牛肉产品必须要具备可追溯性，在牛肉产品上必
25、须注明牛的出 生、饲养地、加工厂等信息，否则不允许上市销售。 2005 年又出台相关法规规定 欧盟国家销售的食品必须具备可追溯性，否则不允许上市销售。对于进口食品， 不具备可追溯性的食品禁止进口。美国和日本也分别于 2002 年与 2003 年发布相 关法律法规，通过法规的形式强制实现食品的可追溯性。其中日本政府要求所有 牛肉包装必须具有八项内容的履历表。这八项内容为 7:牛肉所属性别、出生年月、 饲养地、加工者、销售商、无疯牛病表说明、检验合格证等 5。另外，澳大利亚、 加拿大、法国也有较完备的食品溯源安全相关的法律法规 6，从制度上保证食品尤 其是农产品的质量安全。 国 外 不 仅 从 相
26、 关法 律 法 规 上 保 证食 品 的 安 全 ， 在 技 术层 面 也 进 行 了 大量 卓 有 成效的实 践 和探索。欧盟的食 品 溯源系统从技术到 实 施都较为领先。欧 盟 各国 普 遍 采 用 EAN/UCC 系 统 来开 展 食品安 全 的追 溯 ，由 国 家数据 库 对生 产 的农 产 品来 标 识 管 理和 注 册登 记 ， 实 现食 品 的质 量 安全 追 溯。 以 牛肉 为 例， 2002 年 ， 欧盟 已 经 全面建立 了 有效的牛肉追溯体 系 ，从牛出生到入栏 ， 再到销售以及屠宰 分 割， 然 后直到牛 肉 产品上市，通过牛 肉 标签、注册登记数 据 、动物身份证等手
27、 段 ，视 线 里牛肉制 品 来源的快速、准确 定 位。在这个基础上 ， 欧盟将农产品质量 追 溯体 系 应用到猪、 羊 、奶制品等其他农产 品 P。 与此同时， 其 他发达国家也相继建立了 多 种 有 效的 食 品溯 源 系统 。 例如 ： 美国的海鲜质量溯源系统 89 ，它是由美国马萨诸塞州州立大学波士顿分校 Tomohide Yashda 等人以全球市场为角度，分析了鱼从海洋到餐桌需要进过捕捞、 挖除内脏、冷冻、切块、加工、包装、分销、烹调等多个步骤，而这些环节可能 在不同的国家和地区进行，他们使用 EDI (Electronic Data Interchange)技术去统 一传输的数据
28、格式，再通过 ODBC (OpenDataBase Connectivity)去访问不同应用 数据库，采用 RFID 技术，建立了鱼类从打捞到餐桌的全过程的数据记录，达到了 溯源记录和追踪的目的。然而，到目前为止，美国只对海鲜溯源条码的规定，却 还没有一个面向大众的信息化溯源平台，这说明溯源系统的研究还未真正运用到 实际生活中去 1Q。 澳 大 利亚 的 国 家 牲畜 标 识计 划 NLIS11 (The National Livestock Identification Scheme),它 是 澳 大 利 亚 的 畜 产 品 质 量 追 溯 系 统 ， 主 要 用 于 追 溯 牛 和 羊 ，
29、 可 追 溯 到 整个畜产 品 产业链的没一个环 节 。在这个系统中 ， 畜类个体统一采 用 NLIS 认证 的 耳标或者瘤 胃 标志球来标识身份， 将 家畜的生长和屠宰信息 记 录 到 NLIS 数据库中 。 这个系统 的 建立给澳大利亚的 畜 牧农产品的安全提 供 了可追溯的保障， 在 一定 程 度 上 保证 了 这些 农 产品 的 质量 。 基于二 维 码 和 RFID 个体标 识 技术的农产 品 溯源系统的 设 计与实 现 4 除此之外，日本、法国、加拿大、瑞典等国家也都分别建立具有各自特点的 农产品溯源系统，取得了一定的效果。 1.3.2 国内研究状况 相对于欧美、日本等发达国家，我
30、国的信息化发展相对落后，对食品溯源系 统的研究和发展也滞后于发达国家。我国关于食品溯源系统的研究始于 2002 年， 在研究和实施过程中，也已经逐步制订和颁布了一系列相关的指南和法规。例如， 2004 年，国家质量监督检验检疫总局出台了出境水产品追溯规程（试行 )，以 针对欧盟建立并实施的水产品贸易质量追溯体系制度；在借鉴和参考欧盟等发达 国家研究和经验的基础上，中国物品编码中心也制订了一系列相关的法律法规和 应用指南，包括牛肉制品溯源指南、水果、蔬菜跟踪与追溯指南等 。 2004 年，中国物品编码中心陕西省分中心编制的牛肉质量跟踪与追溯系统实用方案 通过了国家验收，该项目指出从 2005 年起牛肉上都必须贴上 “ 标签身份证 ” ，该 身份证采用全球统一