施明毅，趙姝婷，楊 超，溫川飆

（成都中醫(yī)藥大學(xué) 成都 611137）

中藥質(zhì)量和安全直接影響著整個中醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，影響中藥質(zhì)量主要包括中藥自身因素和人為因素，建立與完善中藥質(zhì)量追溯體系將對中藥質(zhì)量的提高發(fā)揮著決定性作用[1]。中藥溯源系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過對中藥信息的記錄、查詢以及產(chǎn)品的溯源，實現(xiàn)中藥“種植、加工、流通和使用”全過程的追蹤和監(jiān)管，是實現(xiàn)中藥來源可查、去向可追、責(zé)任可究，強化全過程質(zhì)量安全管理與風(fēng)險控制的有效措施[1-3]。本研究構(gòu)建中藥材種植溯源系統(tǒng)，作為中藥溯源系統(tǒng)的重要組成部分，將克服現(xiàn)有技術(shù)中無法實現(xiàn)中藥材種植全流程信息可追溯、可監(jiān)控及可查詢的不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的中藥材種植溯源系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)開發(fā)背景

中藥質(zhì)量和安全直接影響著整個中醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，建立與完善中藥質(zhì)量追溯體系將對中藥質(zhì)量的提高發(fā)揮著決定性作用。當(dāng)前中藥材種植技術(shù)服務(wù)水平相對較低，假冒偽劣種子危害巨大；中藥材市場相對混亂，炮制粗糙、增加水分、以次充好現(xiàn)象充斥交易市場，危害合法企業(yè)和經(jīng)營戶的正當(dāng)利益；中藥材質(zhì)量下降影響中醫(yī)療效，影響人們對中醫(yī)藥的信任[4]。加強中藥材質(zhì)量控制，建立和完善中藥材種植標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已勢在必行。

中藥材種植溯源系統(tǒng)對于保證中藥材質(zhì)量，保持中藥產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。中藥材領(lǐng)域現(xiàn)有的溯源系統(tǒng)主要基于條形碼技術(shù)的用于企業(yè)內(nèi)部的溯源系統(tǒng)，采集方式以人工錄入為主，缺乏必要的監(jiān)管環(huán)節(jié)，難以滿足對于中藥質(zhì)量可追溯、可監(jiān)控、可查詢進(jìn)而實現(xiàn)誠信交易的需求。針對現(xiàn)有溯源系統(tǒng)存在的問題，本研究開發(fā)的中藥材種植溯源系統(tǒng)采用人工錄入與數(shù)據(jù)采集終端自動采集相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了采集信息更加全面和準(zhǔn)確。監(jiān)管子系統(tǒng)的引入保證了中藥種植質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，查詢子系統(tǒng)為中藥種植溯源信息的分享提供了便利。

2 中藥溯源系統(tǒng)的設(shè)計及開發(fā)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過射頻識別（RFID）、紅外線感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按照規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換、通信和共享，已實現(xiàn)物品的智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理[5]。其關(guān)鍵核心技術(shù)包括射頻識別技術(shù)、智能感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)、服務(wù)優(yōu)化技術(shù)[6]。該技術(shù)應(yīng)用于中藥溯源系統(tǒng)建設(shè)，能夠更好的實施和開展中藥質(zhì)量的實時監(jiān)管。

2.1.2 人工智能感官技術(shù)

人工智能感官技術(shù)整合了人工智能和現(xiàn)代分析手段等相關(guān)技術(shù)，兼有人類感覺器官和現(xiàn)代分析技術(shù)的雙重優(yōu)勢，具有靈敏度高、可靠性強、重復(fù)性好、整體性等特點，擁有良好的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。目前該技術(shù)在藥品等多個領(lǐng)域均有所涉及，且在新藥的研發(fā)、藥品質(zhì)量控制等領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用[7]。其無人機圖像采集技術(shù)在中藥種植溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用，可將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)與種植基地責(zé)任人身份信息相綁定作為藥材生長原始數(shù)據(jù)。

2.1.3 區(qū)塊鏈、云及大數(shù)據(jù)技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮ㄟ^使用與密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，其技術(shù)的核心優(yōu)勢是去中心化。目前，區(qū)塊鏈已經(jīng)融匯吸收了包括分布式架構(gòu)、塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)驗證與存儲、點對點網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、加密算法、共識算法、身份認(rèn)證、智能合約、云計算等多類技術(shù)，并在某些領(lǐng)域與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等形成交集與合力，成為一種整體技術(shù)解決方案的總稱[8]。區(qū)塊鏈技術(shù)與云計算、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的結(jié)合，彼此之間相互滲透、共同促進(jìn)，將有利于進(jìn)一步完善中藥質(zhì)量追溯體系。通過追溯體系的實際交易量、交易價格、交易次數(shù)、交易互評等流通大數(shù)據(jù)，產(chǎn)生買賣雙方的交易誠信模型，疊加企業(yè)誠信應(yīng)用系統(tǒng)，形成現(xiàn)代中藥的全產(chǎn)業(yè)企業(yè)誠信評價模型；利用區(qū)塊鏈技術(shù)對溯源系統(tǒng)架構(gòu)與數(shù)據(jù)處理進(jìn)行優(yōu)化，將應(yīng)用系統(tǒng)獨立于平臺擴展[9]。

此外，條形碼技術(shù)[10，11]、多種通訊融合的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[12]、穩(wěn)定同位素技術(shù)[13，14]、中藥分類編碼、快速檢驗、分析驗證技術(shù)，中藥湯劑數(shù)字化技術(shù)，云計算的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理平臺的建立，智能終端技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及Key-Value數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，GIS技術(shù)和EAN/UCC條碼技術(shù)相結(jié)合等[12]，都將力助中藥溯源的發(fā)展。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

中藥溯源系統(tǒng)是一個大型綜合性系統(tǒng)，其下分為中藥種植模塊、生產(chǎn)加工模塊、流通銷售模塊與政府監(jiān)管模塊等四大板塊（圖1）。

2.2.2 系統(tǒng)工作原理

中藥溯源系統(tǒng)通過RFID物聯(lián)標(biāo)簽、身份認(rèn)證和關(guān)鍵信息的綁定，貫穿“中藥種植、飲片加工、流通使用”等環(huán)節(jié)，并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息傳遞和校驗信息，時間和數(shù)量的不可逆，結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建誠信生態(tài)，實現(xiàn)中藥材質(zhì)量追溯。系統(tǒng)工作原理（圖2）。

2.3 技術(shù)路線

中藥溯源系統(tǒng)通過集成物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)、中藥快檢技術(shù)和交易誠信規(guī)則，建立第三方中藥溯源網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，貫通中藥種植、流通、加工、使用4個環(huán)節(jié)，將每個環(huán)節(jié)中的藥品質(zhì)量參數(shù)、企業(yè)誠信指標(biāo)、交易流水?dāng)?shù)據(jù)等3類關(guān)鍵信息統(tǒng)一編碼，自動采集，同時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)后臺實時校驗，從而實現(xiàn)中藥的全過程質(zhì)量動態(tài)控制。中藥溯源系統(tǒng)技術(shù)路線（圖3）。

2.4 溯源體系及標(biāo)準(zhǔn)化研究

質(zhì)量控制是溯源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，筆者所在項目組在傳統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，按照“分類編碼”、“快速檢驗”、“分析驗證”三個質(zhì)量控制層次，整合技術(shù)優(yōu)勢，在統(tǒng)一編碼的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系列研究和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，最終建立適合溯源系統(tǒng)需要的質(zhì)量控制體系和數(shù)據(jù)平臺。具體技術(shù)路線（圖4）。

3 中藥材種植溯源系統(tǒng)設(shè)計

3.1 功能設(shè)計

中藥材種植溯源系統(tǒng)，包括種植子系統(tǒng)、監(jiān)管子系統(tǒng)和查詢子系統(tǒng)，監(jiān)管子系統(tǒng)和查詢子系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)分別與種植子系統(tǒng)連接。中藥材種植溯源系統(tǒng)將農(nóng)戶檔案、產(chǎn)地環(huán)境、種源、田間、采收、加工、儲存、運輸及銷售等多環(huán)節(jié)信息進(jìn)行系統(tǒng)管理。系統(tǒng)功能（圖5）。

3.1.1 種植子系統(tǒng)

種植子系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊、采集模塊和種植全流程信息管理模塊。其中，采集模塊用于采集室外種植信息；種植全流程信息模塊用于錄入種植全流程信息，包括種植信息模塊、田間管理信息模塊、采收信息模塊、加工信息模塊和流通信息模塊。

種植全流程信息模塊包括用戶交互模塊，用于用戶端對所述種植全流程信息的增加、修改、刪除和查詢。用戶端包括中藥種植各生產(chǎn)環(huán)節(jié)相關(guān)技術(shù)人員，相關(guān)技術(shù)人員通過用戶交互模塊將自己所負(fù)責(zé)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)信息錄入到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中。

圖1 中藥溯源系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖2 中藥溯源系統(tǒng)工作原理圖

種植信息模塊包括農(nóng)戶檔案信息、種源信息和產(chǎn)地環(huán)境信息。其中，農(nóng)戶檔案信息包括農(nóng)戶代碼、產(chǎn)地、藥材名、種植合同號和種植面積；種源信息包括藥材名、繁殖材料、繁殖方式、繁殖地點和購銷方式；產(chǎn)地環(huán)境信息模塊包括土壤信息、水源信息和氣候信息。田間管理信息模塊包括種植任務(wù)、種子/種苗處理、播種/移栽、施肥、除草、病害防治和蟲害防治信息。采收信息模塊包括采收批號、采收時間、采收方式、采收面試、采收產(chǎn)量和采收影響資料。加工信息模塊包括加工批號、加工日期、加工等級、加工方法、加工前重量、非藥用部位重量和加工后重量。流通信息模塊包括倉儲信息、運輸信息和銷售信息。以采收管理為例，主頁面（圖6）。

圖3 中藥溯源系統(tǒng)技術(shù)路線圖

采集模塊包括用于采集室外種植信息的數(shù)據(jù)采集終端。數(shù)據(jù)采集終端包括溫度傳感器、濕度傳感器和監(jiān)控攝像頭，用于獲取實時產(chǎn)地環(huán)境信息和采收信息。數(shù)據(jù)采集終端還包括GPS模塊，用于獲取產(chǎn)地地理位置信息，進(jìn)而實現(xiàn)中藥材種植信息與地理信息系統(tǒng)的融合運用。

種植子系統(tǒng)還包括采集數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于保存數(shù)據(jù)采集終端采集到的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集終端采集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到采集數(shù)據(jù)服務(wù)器；無線網(wǎng)絡(luò)包括3G和/或4G通信網(wǎng)絡(luò)。采集數(shù)據(jù)服務(wù)器通過接收程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)信息寫入到所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

種植子系統(tǒng)還包括電子標(biāo)簽?zāi)K。電子標(biāo)簽?zāi)K將經(jīng)過監(jiān)管子系統(tǒng)審核通過的種植全流程信息寫入產(chǎn)品合格證標(biāo)簽和查詢二維碼標(biāo)簽。

3.1.2 監(jiān)管子系統(tǒng)

監(jiān)管子系統(tǒng)用于對所述種植全流程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)審核。監(jiān)管子系統(tǒng)依次審核種植全流程信息采集，審核通過進(jìn)入下一信息采集環(huán)節(jié)，審核不通過返回該信息采集環(huán)節(jié)重新采集數(shù)據(jù)信息。電子標(biāo)簽?zāi)K將經(jīng)過監(jiān)管子系統(tǒng)審核通過的種植全流程信息寫入產(chǎn)品合格證標(biāo)簽和查詢二維碼標(biāo)簽。審核標(biāo)準(zhǔn)按照現(xiàn)行版本《中華人民共和國藥典》、《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》及《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》的有關(guān)要求。

3.1.3 查詢子系統(tǒng)

圖4 溯源體系及標(biāo)準(zhǔn)化研究技術(shù)路線圖

圖5 中藥材種植溯源系統(tǒng)功能圖

圖6 藥材種植子系統(tǒng)采收管理主頁

表1 部分?jǐn)?shù)據(jù)庫設(shè)計

查詢子系統(tǒng)用于對經(jīng)過監(jiān)管子系統(tǒng)審核通過的種植全流程信息進(jìn)行查詢，系統(tǒng)以web形式發(fā)布。

查詢子系統(tǒng)包括PC端和/或移動端。PC端和移動端包含二維碼模塊，用于掃描識別二維碼。移動端包括手機和常見的PDA。用戶通過查詢子系統(tǒng)獲取查詢鏈接，瀏覽種植全流程信息，實現(xiàn)溯源目的。具體的，普通消費者通過手機端掃描二維碼獲取查詢鏈接，瀏覽種植全流程信息，追溯種植企業(yè)；飲片生產(chǎn)廠商通過手機和/或PDA掃描二維碼標(biāo)簽，獲取查詢鏈接，瀏覽種植全流程信息，生成采購驗收單，追溯種植企業(yè)；種植企業(yè)內(nèi)部通過掃描二維碼標(biāo)簽，查詢種植全流程信息，追溯關(guān)鍵環(huán)節(jié)責(zé)任人。

查詢子系統(tǒng)還包括統(tǒng)計分析模塊，用于根據(jù)種植全流程信息和用戶實際需求生成可視化統(tǒng)計圖表，例如：種植藥材收獲統(tǒng)計圖，種植藥材空間分布圖。

3.2 用戶界面設(shè)計

設(shè)計為界面美觀、操作方便、符合主題、具有引導(dǎo)功能的用戶友好型界面。采用了中藥材生長的綠色為主體顏色。以中藥欣欣向榮的生長圖片作為背景，切合主體的同時也寓意著藥材的豐收與我國中醫(yī)藥的繁榮發(fā)展。標(biāo)題選取為白色黑體字加投影，讓人感覺清新明亮并富有層次感，簡單、整齊的排列讓用戶一目了然。界面中大小適中的圖標(biāo)，均采用了中藥種植與加工題材，切合主體，各界面中適當(dāng)會增加相應(yīng)的藥材圖片豐富畫面感，手機端功能設(shè)計與UI設(shè)計與PC相互照應(yīng)，顯現(xiàn)溯源平臺的關(guān)聯(lián)性與專業(yè)性，與系統(tǒng)主界面保持一致，以淺綠色基調(diào)，體現(xiàn)中醫(yī)藥欣欣向榮的發(fā)展。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

部分?jǐn)?shù)據(jù)庫設(shè)計（表1）。

4.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

用戶登錄系統(tǒng)后可進(jìn)行相應(yīng)功能的操作。部分功能實現(xiàn)如下：

5 展望

近年來，國家相關(guān)部委重視中藥質(zhì)量追溯體系建設(shè)，先后出臺多項文件進(jìn)行指示?！秶鴦?wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)重要產(chǎn)品追溯體系建設(shè)的意見》明確提出將加快應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)食用農(nóng)產(chǎn)品、食品、藥品、稀土產(chǎn)品等重要產(chǎn)品追溯體系，強調(diào)以推進(jìn)藥品全品種、全過程追溯與監(jiān)管為主要內(nèi)容，建設(shè)完善藥品追溯體系，提倡政府和相關(guān)部門的大力支持和完善法規(guī)制度?！吨嗅t(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要（2016-2030年）》要求建立中藥材生產(chǎn)流通全過程質(zhì)量管理和質(zhì)量追溯體系。《中藥標(biāo)準(zhǔn)化項目—中藥重點產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)技術(shù)實施細(xì)則（暫行）》要求形成中藥材生產(chǎn)全過程可控、質(zhì)量信息可追溯的中藥材標(biāo)準(zhǔn)和評價體系。中藥質(zhì)量追溯體系相關(guān)研究開發(fā)呈現(xiàn)快速發(fā)展。

中藥溯源系統(tǒng)最主要的技術(shù)是系統(tǒng)化，形成數(shù)據(jù)的流通和閉環(huán)，實現(xiàn)中藥從種植到消費各個環(huán)節(jié)的信息呈現(xiàn)和追溯，多種技術(shù)的綜合應(yīng)用是形成數(shù)據(jù)鏈條的關(guān)鍵。目前，中藥質(zhì)量追溯體系已逐步實現(xiàn)有關(guān)部門、地區(qū)和企業(yè)追溯信息互通共享。加大立法監(jiān)管和國家政府的支持，不斷完善該體系的管理和運營模式，創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，是中藥材產(chǎn)業(yè)鏈的一次創(chuàng)新與革命[1]。

筆者所在的中藥溯源項目團(tuán)隊自2009年以來，進(jìn)行了歷時近十年、持續(xù)3個階段的中藥溯源系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用積累，已成功進(jìn)行第一代、第二代中藥溯源系統(tǒng)軟硬件平臺開發(fā)。目前開展第三代中藥溯源系統(tǒng)研究[15，16]。目前中藥溯源平臺在質(zhì)量追溯過程中，存在參與主體眾多且分散、難于以中心化方式管理與運作，以及數(shù)據(jù)和信息整合難、產(chǎn)業(yè)各方之間信任度度等問題。區(qū)塊鏈技術(shù)因其完備可追溯、分布式臺賬、去中心化、集體維護(hù)、共識信任、可靠數(shù)據(jù)庫及去信用化等特點，為解決以上問題提供了方案。同時，通過區(qū)塊鏈技術(shù)與人工智能感官、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的結(jié)合，相互滲透、共同促進(jìn)，有望提供新的方法技術(shù)及思路，進(jìn)一步完善中藥質(zhì)量追溯體系。針對前兩代追溯技術(shù)發(fā)展的問題，第三代中藥追溯平臺的構(gòu)建，按照“去中心化”的思路和原理建立數(shù)據(jù)交換規(guī)范，基于云平臺的開放模式接納各級各類企業(yè)追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通；提供追溯品種的大數(shù)據(jù)畫像、企業(yè)誠信動態(tài)評估、追溯物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備、交易生產(chǎn)消費決策支持服務(wù)等應(yīng)用功能；采用“區(qū)塊鏈”技術(shù)和方法重構(gòu)平臺，讓溯源的數(shù)據(jù)存儲和分享更加迅捷和透明，提高安全性和信用生態(tài)圈，將適應(yīng)中藥產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，提供適宜的“互聯(lián)網(wǎng)+中藥”的生態(tài)重構(gòu)，創(chuàng)造良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。