毕业论文（设计）基于TDSCDMA 的猪产品质量溯源应用示范系统.doc

基于TD-SCDMA的猪产品质量溯源应用示范系统项目资助：国家科技重大专项课题“基于TD-SCDMA的农村信息化应用方案开发及示范验证”（编号：2009ZX03001-0191.2猪溯源标识耳标 罗清尧1,2，熊本海1,2，庞之洪1,2，杨 亮1,2，耿 直3（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193 2.动物营养学国家重点实验室，北京 100193 3.天津市畜牧兽医服务中心，天津 300210）摘要: 本研究以商品猪散养农户模式为研究对象，根据猪产品溯源投入品（包括疫苗、兽药、饲料）及监督检测信息的特点，提出了投入品及监督监测信息的元数据、事件集成、数据传输接口规范，在Windows Mobile 6.5平台上开发完成了基于TD-SCDMA的猪产品质量溯源应用示范系统，实现了溯源耳标佩戴及注销，疫苗、兽药、饲料等溯源投入品信息及盐酸特伦特罗、磺胺类药物等监测信息的采集，并在溯源数据中心实现实时投入品事件及监测事件的整合集成。猪产品质量溯源应用示范系统已经在天津市示范应用，信息采集处理简单、方便、实用，在有TD-SCDMA信号的地区示范运行良好，能够满足猪产品溯源应用示范系统信息采集和及时查询的需要。关键词: 猪；TD-SCDMA；溯源；信息采集自从1986年英国发生疯牛病以来，疯牛病、高致病性禽流感等人畜共患病，苏丹红、劣质奶粉等食品质量安全事件时有发生，食品安全问题引起了人们的广泛关注。欧盟、加拿大、美国、日本、巴西、澳大利亚和新西兰等国也纷纷开始实施动物标识追溯系统1-4。我国溯源体系研究始于2002年，已经逐步制定了一些相关的标准和指南，如中国物品编码中心的牛肉制品溯源指南5，农业部2007年6月1日颁布的畜禽标识和养殖档案管理办法（以下简称“管理办法”）等6。农业部“动物溯源系统”已经在北京、上海、四川、重庆等省市示范运行，采用二维码作为动物身份标识，以IC卡作为动物检疫防疫流转数据载体，实现对动物产品从养殖场到屠宰场、生猪移动环节的疫病免疫的有效监管5,7-10。天津、山东东营、河北等地以Internet网络系统为主，辅以移动的PDA系统，开展了从猪养殖场、屠宰厂和猪肉专卖店的猪产品质量全程溯源体系的研究和示范8-13。TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址）的简称，是一种第三代无线通信的技术标准，也是ITU批准的三个3G标准中的一个。TD-SCDMA是中国制定的3G标准，是中国在IT行业自主创新的切入点。随着TD-SCDMA技术在猪肉产品溯源系统中的应用，有利于多媒体信息在溯源系统中的使用，提高溯源系统的直观性和界面友好性，大大降低操作的难度，可以提高系统在广大农村地区的使用效率。1材料与方法1.1 研究对象本研究以天津市商品猪散养户为研究模型，以猪及猪产品(中间及终端产品)为研究对象，以“管理办法”中有关建立养殖档案的内容作为信息采集的基本要求，研究猪肉质量安全溯源系统的信息采集及处理方案。猪二维耳标选用的塑料符合我国食品接触安全标准，不会对猪及产品产生接触污染。猪二维耳标佩戴在猪的左耳或右耳上。如图1所示，在耳标上印刻有可肉眼识别的耳标标识数字和二维编码。耳标的统一编码规则是符合“管理办法”，由15位数字组成，第一位数字代表家畜的类别（“1”代表猪）；接着的6位数字（第2至第7位）代表猪所在县（市）区域的行政区划代码且服从 GB T2260-1999（2006年12月31日更新）；8位数字(第8位到15位)为顺序号，即在同一行政区域内猪的个体顺序号。例如，编码为“1 120111 0003006” 的标识号表示家畜类型为猪，猪的饲养地为天津市西青区政区划码为120111), 该标识代表的猪为在天津市西青区的第3006号猪。图1 猪溯源标识耳标Fig.1 the special 2-D bar code label1.3 猪溯源耳标识读设备为了加强猪标识的安全管理和提高设备识别效率，农业部动物溯源办公室根据“管理办法”提出了我国猪溯源专用二维耳标规范。耳标生产时先将耳标标识编码转换为二维图像，再通过激光把二维图像雕刻在耳标正面。耳标上含有肉眼可以识别的15位数字及相应的二维图像, 装有专用二维条码解码库的识读设备可通过扫描二维图像实现猪耳标标识的自动识别。针对猪耳标码制的特殊性和降低成本的需要，动物溯源办公室经过公开招标选择了两款可以自动识读猪二维耳标的移动PDA(如图2)。图2左边所示PDA是基于Windows Mobile 6.0平台开发的识读器，右边是基于Linux操作系统运行的智能PDA识读器。图2智能PDA耳标识读器Fig.2 Intelligent PDA eartag reader1.4 溯源信息的采集及处理 1.4.1 溯源耳标识别在安装Windows Mobile 6.0平台的PDA移动设备上开发识别溯源耳标的嵌入式软件过程中，通过平台调用（或简称为P/Invoke）引用的库函数主要包括coredll.dll、Mobile5DLL.dll中的API函数、摄像头扫描函数库HWCamera.dll (不同的摄像头需要不同的库函数)、猪标识二维耳标解码库等。为了防止和减少摄像扫描头无效扫描，只在需要识别猪耳标标识的模块中加载扫描识别功能,实现了通过摄像头识别符合标准规范的一维或二维条码，以及猪专用标识二维耳标的功能。在每次完成耳标识读后，耳标号显示在耳标信息框中。如果发现耳标号重复，发出警告提示，并且不显示重复的耳标号。考虑到农业部溯源耳标识别的相关规定，在多普达手机上开发的嵌入式系统，没有加载摄像头图像与耳标解码库关联功能模块，因而不能直接使用手机摄像头扫描识别溯源耳标。当需要进行耳标信息采集时，可以在相关模块如耳标的佩戴和注销中输入耳标号，实现溯源耳标的佩戴与注销功能。1.4.2 溯源投入品信息采集 在猪养殖过程中涉及的溯源投入品主要包括疫苗、兽药和饲料，是猪产品质量溯源体系的重要溯源信息。在一般情况下，按批次登记猪疫苗和饲料使用信息，针对单头猪登记兽药使用信息。但是，在特殊情况下也可以记录每头猪的疫苗和饲料使用信息，按批次记录猪只兽药使用信息。为了减少PDA操作员的工作强度，在进行饲料和（或）兽药使用信息登记时采用两种方式进行记录：一是在防疫登记之后马上进行饲料和（或）兽药使用情况登记，此时系统默认加载畜主身份信息（畜主，畜种，乡镇，耳标数，耳标号（多个）；第二种方式是单独进行饲料和（或）兽药的使用情况登记，需要先读取猪耳标号，填写畜主、畜种信息。1.4.3 溯源监测信息采集 监督检测是为了监督和杜绝瘦肉精等违禁药品的使用。兽医主管部门在养殖、运输和宰前进行不定期的抽检工作。本研究中检测项目包括瘦肉精、莱克多巴胺、磺胺类药物，检测方法为快速试纸条、ELISA和气质联用三种。检测结果呈阳性说明所检测猪的检测项没有通过抽检，如果一头猪抽检不合格则标识所在圈为不合格。检测结果按头记录并传输到数据中心。监测查询以这个圈的最后一次抽检结果为准。一次可以监测多个项目。1.4.4 溯源事件整合及处理溯源事件主要包括投入品事件（免疫事件、兽药事件和饲料事件）和监测事件。所有溯源事件信息需要按照溯源事件规范经过加工整理，最终上传到溯源数据中心。当遇到网络不通时，这些溯源数据可以临时保存在移动终端设备的SQL Server CE数据库、文本文件XML文件中。在网络正常后，通过3G网络或GPRS CNNET把溯源信息上传到溯源数据中心。本研究提出了投入品的元数据规范、事件集成规范和传输接口规范，实现了基于WEB SERVICE的移动终端设备与服务器之间数据上传/下载传输方案13-14。1.5 系统开发工具 系统开发是在Windows 2003 企业版上进行，设备是多普达(Dopod)T8388 G3手机，主要工具软件包括Microsoft Visual Studio .NET、Windows Mobile 6.0 SDK、Microsoft SQL Server2005等。2 结果与分析2.1 溯源耳标佩戴及注销根据“管理办法”要求，猪必须获得全国唯一身份标识，在首次疫病免疫时佩戴标识耳标。如图3（左），先通过扫描耳标识读耳标（最多连续识读耳标15个），然后输入畜主和圈栏号（或分组号）等信息。系统默认畜种为猪，用途为饲养肥育，地址默认为设备所在乡镇。在猪只因某种原因死亡或屠宰时，需要对耳标进行注销，避免耳标再次使用（图3，右）。 图3溯源耳标佩戴与注销Fig.3 Setting and Invalidation of Pig Ear tag2.2 溯源投入品信息采集 图4 投入品事件采集Fig4. Information collection of Input Events投入品信息采集是对疫苗、兽药和饲料使用信息的现场采集。一般防疫登记时需要按每圈或分组读取至少一个耳标，系统将对同圈或同组猪进行同一事件处理。备注为非必填项，其它为必填信息。在数据上传过程中，自动加载移动终端设备（PDA或手机）ID号和操作时间（图4）。在完成防疫登记后，可以进行兽药和饲料使用信息登记。兽药登记主要是记录猪只发生疾病后使用药物的情况，一般官方兽医在出栏检查或产地检疫时参考，保障猪出栏时无药物残留，仅备注项为非必填。饲料登记主要是登记猪使用饲料的种类及来源，以便在需要的时候可以实现正反向溯源监管。备注项为非必填，但饲料中含有规定的需要停药期的饲料添加剂时要求填写，保证在出栏前达到无药物残留。溯源数据中心在接受到上传的信息后，分别按照事件规范合成为免疫事件、兽药事件和饲料事件。2.3 监测信息采集为了保障溯源信息的有效性，官方的监督检测是必须的。系统提供了官方兽医在监测过程中产生信息的采集（如图5）。为了简化操作，避免人为错误，各信息项均为选择输入。数据上传过程中，同时将移动终端设备（PDA或手机）ID信息上传，这样自动记录了检测信息的责任信息。溯源数据中心将接受到的信息合成为监测事件信息。官方兽医在进行监测过程时，可以通过移动终端设备（PDA或手机）查询被检对象的溯源信息。 图5监督检测事件Fig5. Information collection and Query of Supervision Event2.3 溯源信息查询 猪产品溯源信息统一保存在溯源中心，用户可以通过多种查询方式从溯源查询平台查询得到产品的相关信息。本研究介绍基于TD-SCDMA手机终端的溯源信息查询。如图6所示，溯源信息查询需要输入20位胴体号（图6，左），系统先显示一般查询结果（图6，中），提示猪产品是否符合质量安全要求。如果用户需要查询更详细的溯源信息，可以选择“详细信息”，则系统在查询后显示投入品信息和监督监测信息，及屠宰厂的驻场检疫员图片信息（图6，右）。一般而言，溯源信息查询需要在猪屠宰后，才能获取猪产品胴体号，并通过胴体号查询相关的养殖场溯源投入品信息、猪只监督检测信息及相关的屠宰溯源信息。胴体号为20位数字组成，印刻在胴体标签上。胴体标签在屠宰厂生产过程中由溯源屠宰系统按照屠宰规范产生、打印及固定在猪肉二分体胴体上。胴体标签可以是纸质标签或电子标签等形式，取决于所使用的屠宰厂溯源系统及屠宰厂的选择。 图6 溯源信息查询Fig5. Traceability Information Query3 讨论经过多年的农业信息采集系统建设，已在农业包括畜牧领域形成了多条比较稳定的信息采集渠道，但大多数信息属于事后统计类信息，缺乏农业经营活动过程中的即时信息，而且采集频度低；绝大多数系统是垂直部署的采集系统，部署层级多，维护费用较高，系统更新慢；我国农村地区基础条件则相对较差，目前全国性的农业信息采集系统基本上只能部署到县级及以上地区，乡镇及以下地区很难普及。农民获取信息的能力和手段不足，农业信息投送方式与我国当前农民普遍使用的信息经过多年的农业信息采集系统建设，已在农业包括畜牧领域形成了多条比较稳定的信息采集渠道接受工具及其使用能力不匹配所造成16。由于猪耳标溯源识别安全管理需要，又考虑到3G手机所带的摄像头性能差异较大，一般不能满足耳标识别所需要的像素要求，所以，在本研究开发的基于TD-SCDMA的猪产品质量溯源嵌入式示范系统中没有耳标扫描识别功能，用户需要输入耳标号完成耳标的识别功能。本系统在摄像头性能较好的PDA上可以实现耳标的扫描识别。溯源系统建设除需要购置硬件设备、进行软件开发并实现各个环节的数据信息能够相互联系、互联互通外，一个重要的工作是需要完善在各个环节完成溯源信息的采集与传输制度，由谁负责包括耳标佩带及注销、投入品（疫苗、饲料、兽药）和监督检测等关键溯源信息的采集与上传。结合农业部推行的官方兽医制度即每头畜禽，不论是来自养殖场，还是散养户，均由代表政府的官方兽医负责免疫与治疗等，并监督养殖档案的建立。所有溯源手机用户都是由官方兽医授权使用，溯源信息必须经过官方兽医检查，并对提交的分管区域溯源数据的真实性负责。本系统不仅实现了生猪散养户溯源信息的移动采集、编辑与远程传输与交换，而且可以借助3G网络优势，实现了包括多媒体信息在内的溯源信息传输与查询。投入品事件和监督检测事件经过分解，只保留了溯源需要的关键信息，需要采集与编辑的溯源数据简单明了，操作方便，数据传输量少，既可以减少工作量，降低运行费用，又基本满足猪产品质量溯源的需要，经示范使用证明是切实可行的。随着3G网络技术发展和硬件基础设施的不断完善，多媒体信息技术在猪产品溯源示范系统中的应用将越来越多，溯源示范系统中溯源信息也将更为丰富和完整，有利于提高溯源系统在广大猪散养户中的普及和应用。参考文献1 Ammendrup S, Fussel A-E. Legislative requirements for the identification and traceability of farm animals within the European UnionJ.Rev sci tech Off in Epiz,2001,20:437444.2 Jill E. Hobbs,Deevon bailey,et al.Traceability in the Canadian red meta sector: do consumers care?.Canadian Journal of Agrcultural Economics , 2005,53: 47-65.3 N schembti, Ja toribio.Review of identification and traceability legislation for pigs in AustraliaJ.Australian Veterinary Journal , 2007,85(7):255-260.4 Caja G, Hernandez M, Conill C et al. Use of ear tags and injectible transponders for the identification and traceability of pigs from birth to the end of the slaughter lineJ.J Anim Sci,2005,83:22152224.5 陈红华,田志宏. 国内外农产品可追溯系统比较研究.商场现代化J,2007,(21):5-6.6 中华人民共和国第67号令.畜禽标识及养殖档案管理办法. ,June 26,2006.7 张晶声.各国建设动物标识溯源系统的做法J.中国牧业通讯,2006,(7):60-62.8 熊本海，傅润亭，林兆辉. 生猪及其产品从农场到餐桌质量溯源解决方案-以天津为例.中国农业科学.2009,42(1):230-237.9 熊本海，傅润亭，林兆辉. 散养模式下猪只个体标识及溯源体系的建立.农业工程学报,2009,25(3):98-102.10 Xiong ben hai et al. A practical web-based tracking and traceability information system for the pork products supply chainJ. New Zealand Journal of Agricultural Research ,2007,50:725733.11XIONG Ben-hai，FU Run-ting，LIN Zhao-hui，LUO Qing-yao，YANG Liang， PAN Jia-rong. A Solution on Pork Quality Traceability from Farm to Dinner Table in Tianjin City, China. Agricultural Sciences In China.2010, 9(1):147-156.12 LUO Qing-yao, XIONG ben-hai, Yang Liang. A Collection Scheme for Tracing Information of Pig Safety Production. Computer and Computing Technologies in Agriculture 2/springer. 2009. vol(3) 2239-2247. 2008.10.18. 13 杨亮等.猪肉质量安全可追溯系统屠宰环节的设计与实现.农业网络信息. 2008, 1:22-25.14 刘彦博,胡砚,马骐.Windows Mobile 平台应用与开发M. 北京:人民邮电出版社.2006.15 傅曦,齐宁,徐俊. Windows Mobile 手机应用开发M. 北京:人民邮电出版社.2005.16 王昕. 移动通讯技术在农业即时信息采集和服务中的应用初探J.农业网络信息.2007,(12):14-17Quality Traceability for Pork Products on TD-SCDMAQing-yao Luo 1,2, Ben-hai Xiong 1,2, Zhi Geng 3 , Liang Yang 1,2 , Zhi-hong Pang 1,21Institute of Animal Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China2State Key Laboratory of Animal Nutrition, Beijing 100193, China3 Animal Husbandry and Veterinary Bureau, Tianjin 300210, ChinaAbstract: This study took one main production pattern of smallhold pig farming as a study prototype, deeply analyzed characters of information about tracing inputs including vaccines, feeds, veterinary drugs, supervision and management in pig farming, proposed metadata for main inputs using in pig farming, criteria for integrating inputs event and interface norms for data transmission, developed and completed quality traceability system for pork products based on TD-SCDMA. The system has implemented functions including setting and invalidate of 2D ear tags, collection of information about tracing inputs in pig farming and quality supervision in any time of whole pork production and finally integration of tracing events (the epidemic event, feed event, drug event and supervision event) on the traceability data center (data server). The application system based on TD-SCDMA has been applied for demonstration in Tianjin, which is simple, convenient, practical and works normally by TD-SCDMA. It could meet with searching requirements for traceability information of pork production.Key words：Pig; TD-SCDMA; Traceability; Information CollectionEditor's note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the world's first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, I've still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, you'd hear my foot tapping rapidly under my desk. I'm anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.It's like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line "we" would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and "capcom" (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, "Fearless Felix" will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, he'll be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes it's not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it won't. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way I'd miss this.