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基于“GS1+区块链”的 水产品追溯技术研究

发布时间:2020年11月26日 来源:中国自动识别网 作者:王少然 王海陶

随着人们生活水平的提高,人们的食品消费结构也发生了很大改善,从单一的温饱型食品消费逐渐向多元化、营养型食品消费转化。水产品以其高蛋白、低脂肪、高营养的特点备受人们青睐,但在市场经济激烈竞争下,一些水产品经营者为获取额外利润,试图经营假冒伪劣或是存在安全问题的水产品,严重扰乱了水产品市场,损害了消费者权益。如何实现水产品“从源头到餐桌”整个过程的跟踪与追溯是当下解决水产品安全问题的关键。
食品安全追溯是管理和控制食品安全问题的有效手段,但由于目前食品追溯过程往往存在编码标识不统一、数据库不兼容及数据共享性、安全性低等问题,导致难以达到实际要求的追溯效果。针对水产品安全问题,应用合适的追溯技术,开展水产品追溯研究迫在眉睫。
 
水产品追溯
水产品从水产育苗开始,经饲养、养成捕捞、屠宰加工、中间存储、物流配送、批发零售等,直到终端消费者购买水产品,整个过程需从原材料供应商经养殖基地、加工企业、仓储中心、配送中心及批发市场或超市,最终到达消费者手中,水产品流通过程,如图1所示。水产品流通过程需要在一定的温湿度条件下,经生产商、承运商、批发商、零售商、消费者等参与方,对各环节进行有效标识,利用自动识别与数据采集技术实现信息的存储与传递。
图1  水产品流通过程
 
水产品追溯是指消费者一旦遇到问题水产品,通过水产品的编码标识,回溯水产品来历、用途和位置等,实现从消费者层层追溯到水产品原料供应商,最终找到出现问题的具体环节,使消费者了解水产品整个流通过程,高效、及时召回同批次水产品,水产品追溯过程,如图2所示。要实现水产品追溯,就需要在水产品流通各环节实现无缝衔接,实现信息流与物流的统一,由此可见,标识是实现水产品追溯的基础支撑,而准确的信息采集与传输且保证全流程的透明化、公开化是整个过程的关键。
图2  水产品追溯
 
“GS1+区块链”技术
GS1系统全称“全球统一编码标识系统”,由国际物品编码组织管理。GS1系统包括GS1编码体系、数据载体体系和数据交换体系。GS1编码体系可为流通领域中贸易项目(标识采用全球贸易项目代码,简称GTIN)、物流单元(标识采用系列货运包装箱代码,简称SSCC)、位置(标识采用参与方位置代码,简称GLN)、资产(标识采用全球可回收资产标识,简称GRAI;全球单个资产标识,简称GIAI)、服务关系(全球服务关系代码,简称GSRN)等提供唯一标识。数据载体承载编码信息,用于实现自动数据采集与电子数据交换。GS1系统具备的特点有:系统性、科学性、全球统一性、可扩展性。
狭义上讲,区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义上讲,区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。区块链特点有:去中心化,公开透明,安全、不可篡改,信息加密和匿名性等。区块链包括公有链、联盟链和私有链,从数据安全与隐私、风险可控性、高效性方面出发,水产品供应链主要应用联盟链。
“GS1+区块链”技术是将GS1技术与区块链技术结合进行实际应用,将其应用于水产品追溯,不仅可以将水产品流通过程涉及的贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等进行GS1标准化、统一化编码标识,同时,将水产品流通各环节相关参与方均加入区块链,使得各环节交易信息共享,数据公开透明、不被篡改,消费者一旦发现问题水产品,即可通过层层追溯到问题源头,从而真正实现水产品追溯。
 
应用GS1实现水产品编码标识
实现水产品追溯的基础在于数据的传输,数据传输基础在于编码与标识,所以,要实现水产品追溯,首先需对水产品及其相关的物流单元、服务关系、位置等进行编码标识。下面从水产品流通过程的关键环节出发给出水产品流通过程的GS1编码标识方案。
水产育苗饲养阶段编码及标识
要追溯到水产品源头就需要从水产品育苗饲养环节开始编码标识,此环节需要对育苗(GTIN)、相关农资产品如饲料、药物等(GTIN)、相关操作人员(GSRN)、生长位置(GLN)进行编码标识。此环节以育苗标识为例,假设养殖户A的厂商识别代码为6901234,对该批育苗GTIN编码为690123400002,并将批次代码设为“0001”,生产方法为“03-养殖”,对该批鱼苗编码为(01)06901234000023(10)0001(7010)03,数据载体可选用一维码EAN-13、GS1-128或GS1 QR码、GS1 DataMatrix码等二维码进行标识。在此采用GS1-128条码符号进行标识,如图3所示。
图3  育苗饲养环节育苗GS1-128条码标识
养成捕捞阶段编码及标识
养成捕捞阶段需要对捕捞工具(GTIN)、捕捞的水产品(GTIN)、相关操作人员(GSRN)等进行编码标识。此环节以捕捞成熟的该批水产品为例,成鱼沿用育苗阶段的GTIN,在此添加成鱼的收货日期标识(7007)200421。数据载体可选用一维码EAN-13、GS1-128,或二维码GS1 QR码、GS1 DataMatrix码等进行标识。在此条码标识选用GS1-128,如图4所示。
图4  养成捕捞阶段成鱼GS1-128条码标识
屠宰加工阶段编码及标识
屠宰加工环节需要对相关操作人员(GSRN)、加工配料(GTIN)及成品(GTIN)进行标识。此环节以水产品加工后的成品(如鱼罐头)为例,进行编码标识,加工成品GTIN编码为6901234000030,有效期为2022年11月4日,生产批号为ABC123,编码为(01)06901234000030(17)221104(10)ABC123,数据载体选用一维码EAN-13、GS1-128,或二维码GS1 QR码、GS1 DataMatrix码进行标识。在此采用GS1 QR码进行标识,如图5所示。
图5  加工成品GS1 QR条码标识
存储阶段编码及标识
对包装盒/箱或托盘(包装盒/箱作为贸易项目时用GTIN;包装盒/箱或托盘作为物流单元时用SSCC)、仓库(GLN)、货位(GLN)进行编码标识。在此以作为贸易项目的放置多个包装箱/盒的托盘为例进行编码,包装指示符选用“2”,GTIN-14编码为“26901234000034”,效期为“2022年11月4日”,批次为“ABE123”,数据载体可选用一维码ITF-14、GS1-128或二维码GS1 QR码,在此选用GS1-128码,如图6所示。
图6  放置多个包装箱/盒的托盘GS1-128条码标识
物流配送环节编码及标识
在水产品物流配送阶段,需对包装箱/托盘(SSCC)、车辆(GIAI)、参与运输人员(GSRN)、运输过程添加剂(GTIN)等进行标识。
系列代码为“000000001”的加工成品组成的包装箱/盒SSCC编码为69012340000000016,所含贸易项目的GTIN为“06901234000030”,包装日期为2020年6月6日,贸易项目数量为100。数据载体可选用一维码GS1-128或二维码GS1QR码、GS1 DataMatrix码,在此采用GS1 DataMatrix进行条码标识,如图7所示。
图7  加工成品组成的包装箱/盒GS1 DataMatrix条码标识
批发零售环节编码及标识
对零售商仓库(GLN)、消费者(GSRN)、售货员(GSRN)进行编码标识。以该批成品运送到零售商B的仓库中,对仓库编码标识为例,采用物理位置编码为(414)6901236000021,数据载体选用一维码GS1-128,或二维码GS1 QR码、GS1 DataMatrix码,在此选用GS1-128码进行标识,如图8所示。
图8 零售商仓库GS1-128条码标识
 
另外,若为较高价值的水产品,可根据实际需要,并在考虑成本因素前提下,为每个水产品或加工制品、相关位置、资产等粘贴RFID标签,此时分别采用对应的编码方案进行编码。对水产品物流各环节编码标识需求整理,见表1。
 
表1  水产品流通各环节编码标识需求
 
将区块链应用于水产品流通过程
区块链层级包括数据层、网络层、共识层、激励层、智能合约层和应用层。数据层基于数字签名、哈希函数、加密技术等算法与技术,实现分布式数据存储,并保证水产品流通过程参与方账户注册与安全交易;网络层利用数据验证机制、点对点传输机制、分布式网络机制实现新增“区块”的验证,并克服以往中心系统局限性;共识层利用共识机制建立水产品流通各方信任,确保交易的有效;激励层主要用于公有链,实现激励与惩罚,水产品流通应用联盟链,故可不布局该层;智能合约层将水产品质量安全监管制度、标准、协议等以智能合约的形式嵌入区块链,严格限制上链,提高整体监管、运作效率;应用层为水产品流通过程参与方提供相应的权限和接口,各方通过接口实现信息数据交换与共享。区块链应用于水产品流通过程各层级作用,如图9所示。
图9  区块链应用于水产品流通过程各层级作用
 
将区块链技术应用于水产品流通过程,所有参与方申请加入到区块链后均被分配一个公钥、一个私钥,公钥用于在区块链上共享交易信息,使得区块链上信息公开、透明,从根本上摒弃了“中心化”系统的局限性;私钥用于隐私数据保护,使得各参与方都能放心、安全地在区块链上进行交易。参与方在区块链上发生的任何交易数据均会被标记上“时间戳”,且一经发生便不可被篡改,区块链为真正实现水产品追溯提供平台支持。
基于区块链技术构建的水产品供应链点对点网络示意图,如图10所示。可看出,区块链上私有信息加密保护,交易数据公开、透明,水产品流通过程任意方发生的任何交易信息都会被其他参与方获得,实现了参与方信息共享。
 图10   基于区块链的水产品供应链点对点网络
“GS1+区块链”实现水产品追溯
基于“GS1+区块链”技术的水产品追溯过程:
第一步,应用GS1系统,对水产品流通过程涉及的贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等进行标准化编码标识,利用数据采集技术与自动识别技术存储并采集信息;
第二步,各参与方作为一个个“区块”加入到区块链中,在区块链中达成一致、共享数据信息,同时保证私有信息不被泄露。“链”上发生的任何交易都会被盖上“时间戳”保证信息不被篡改;
第三步,消费者一旦遇到假冒伪劣、涉及食品安全问题的水产品,可通过区块链从问题水产品到相关供应商,层层追溯到水产品出现问题的环节,及时、准确找到问题真正的源头,使企业准确、快速召回问题产品批次,降低企业损失,充分保障消费者合法权益。基于“GS1+区块链”的水产品追溯模型,如图11所示。
图11   基于“GS1+区块链”的水产品追溯模型
 
将“GS1+区块链”应用于水产品流通过程,充分利用GS1系统提供的全球化、标准化的编码方案、标识方法及区块链“去中心化”、公开透明、防篡改的特性,使得水产品流通各环节不仅拥有全球统一的标准化编码标识,而且保证了各参与方交易信息公开透明,监管机构公开监督整个流通过程,使得假冒伪劣现象无处遁形。“GS1+区块链”技术的应用,在提高水产品流通效率的前提下,保障水产品安全流通,同时,当遇到问题水产品可通过水产品追溯,准确定位问题源头,及时找回问题水产品,最大程度减少供应链损失,维护相关企业与消费者合法权益。

河北省标准化研究院 王少然 王海陶

《条码与信息系统》2020年第6期总第160期

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