物联网技术在中药溯源与质量监管中的应用研究

关键词：物联网；中药溯源；监管；应用发展

中图分类号：TP309.2；TP399 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）21-0129-03

中药材产业涉及范围广、链路长，种植难以实现规范化和标准化管理，农户在遇到种植问题时也缺乏咨询渠道。中药材市场规模虽大，但在生产种植、药材加工、流通渠道、产品流向和数据安全等方面存在诸多问题。为适应医药行业的进步需求，我们必须对药品原料实施严格管理，减少农药残留、重金属超标及伪劣产品的出现，并确保产品信息透明。然而，在当前阶段，即使是医药流通环节的相关人员也难以实时监控药物状况。借助物联网技术，我们可以利用数据采集装置传递和接收信息，实现对药品的追踪和监测， 有助于提升药品质量。

1 物联网技术概述

1.1 物联网技术的基本原理

物联网，即利用互联网上各种物理对象之间的联系来准确地辨识它们并对它们的关键应用于各式感知装置及操控装备中加以阐述[1]。该概念依赖无线电频率标识（RFID）、光学遥测仪或GPS等多种数据采集工具，根据预设的标准网路规则使物质实体接入到因特网上去完成信息的交换沟通分享工作；如今已经实现了对于实体的智能化的标记跟踪监视管控管理工作[2]。

物联网技术架构可以概括成四个方面，分别是传感层、网络层、服务层、接口层。具体而言，传感层就是运用信息感知识别技术，广泛采集种植、中药材加工和流通等相关信息，包括土壤肥力、中药材长势、生长资源与环境、生理体征与行为、中药材加工、流通过程、销售等关键信息；网络层即通过信息传输技术，实现中药材信息的可靠传送，包括信息的发送、传输以及接收环节；服务层即分析和处理所获取的海量有关中药材的信息；接口层即物联网的具体应用场景，包括病虫害防治与预测、环境监测与智能调控、智能物流与产品溯源、防灾防损与受灾评估等[3]。

1.2 物联网的核心技术

核心技术构成了物联网的基础，其中包含了射频识别（RFID）技术、智能化感知技术、网络协同技术和服务的优化技术等。在溯源系统里，通过使用射频识别技术，药物可以自动地与其他设备连接并交换数据，形成一种智能的网络结构，利用RFID标签来追踪药物流转过程中的信息[4]。利用智能感知技术，对中药生长的环境进行监测和控制。物联网监测设备对该种植基地生长情况及种植环境进行监测，同时可进行灾害预警，并测量空气温湿度、光照强度、大气压力、土壤温湿度、PH、风速、风向、降水量等数据，将数据进行传输实现可视化实时查看。设备通过IOT、GPRS、3GPP、HSPA+、Band等方式上传数据到NB云-平台，可帮助基地工作者进行更好的种植环境情况查看。而网络协同技术则实现了中药溯源的大连接，解决了山区网络信号差的问题。

2 物联网的现状

物联网成为目前较为热门的新技术之一，广泛应用于各行各业，如智能家居、智能城市、工业互联网、智能医疗和智能农业等领域。各行各业都在积极探索和应用物联网技术，推动产业升级和创新发展。物联网相关技术也逐步成熟，推动了物联网应用的发展和普及。

电商物流领域，中国电商的飞速发展带动了物流行业的成长随着邮件业务量的扩大，邮件包装物资的消耗也在增加，导致了大批的邮件包装废弃物产生，这使得资源浪费和环境破坏问题日益严重[5]。而随着科技的发展，跨境电商物流模式得到了显著的创新与变革。物联网、云计算、大数据分析等技术的应用，提高了物流的可见性和透明度，加强了供应链管理，提高了物流的效率和准确性。同时，跨境电商平台的崛起也推动了物流模式的发展，亚马逊、阿里巴巴等平台通过整合物流服务，构建了全球化的物流网络，为卖家和买家提供一体化的物流解决方案，使得物流更加高效和便利[6]。另外，供应链的优化与整合使得物流信息实现全面可追溯。供应链管理系统的建立和运用，使得物流过程中的每个环节都能够被监控、优化和调整，从而提高物流效率、降低成本，并提供更好的客户服务[7]。

将物联网技术应用到中药溯源系统的主要目的是处理中药材从生产到消费全流程的信息输入、修改与监控，方便在发生异常情况时迅速追踪源头。利用NB-IOT物联网技术的广泛覆盖性和高连通性特性可以有效应对偏僻地区网络不良及分散种植点的挑战。通过整合整条中药产业链，使得中药材供应链的信息变得更为公开透明[8]。

3 基于物联网技术的中药溯源系统

3.1 对中药溯源的可行性进行物联网技术分析

3.1.1 传感器技术保证数据精准性

利用物联网技术可以对中药生产、加工、存储等环节的进行实时监测，同时进行数据采集，能够确保数据的精准性和完整性。通过分析传感器采集到的数据可以准确反映中药生产过程中的各项参数，如温度、湿度、光照、农药残留等，为中药溯源提供可靠的数据支撑，使得中药的生产过程可以实现实时追溯。

3.1.2 区块链技术保证信息的真实性

区块链技术具有不可篡改的、分布式的数据存储和交易记录等特点，利用区块链技术有效防止中药在生产供应过程中信息篡改和数据造假，确保数据的完整性和可靠性。在中药溯源系统中应用区块链技术，可以确保中药的生产和销售过程有严格的监管和记录，消费者可以查看中药的品质和来源，让消费者放心购买。

3.1.3 技术实现来源可查、去向可究

利用RFID技术实现对中药原材料和成品的追踪。通过中药包装上的RFID标签，可以实现对中药的唯一标识和实时定位，保证中药生产和供应信息的透明化，各个环节的数据可以通过云平台实现共享和交换。消费者可以通过扫描产品标签，获取中药产品的详细生产信息，增强了消费者对中药产品的信任度。

3.1.4 云计算和大数据分析帮助智能化管理

借助云计算和数据分析方法，可以实时监测和预警中药生产中的异常情况，及时识别和解决问题，从而提升中药产品的质量和安全。对中药生产和流通过程中的大量数据进行分析，可以得到宝贵的信息。物联网设备中收集的大量数据，通过云计算平台对数据进行存储加工分析，使生产商在优化生产流程提高产品质量的同时，对潜在的风险和问题进行及时的发现和解决，从而有效地提高生产效益。

3.1.5 建立统一制度实现标准化和规范化

通过物联网技术的应用来促进中药生产过程的标准化和规范化。建立统一的数据采集标准和管理规范，使中药生产过程的规范性和可控性得到提高，从而有效地降低质量安全隐患并保证中药产品的质量和安全性。通过这种方式，为中药生产提供有力的技术保障。

3.2 物联网技术在中药溯源的应用

3.2.1 物联网在生产环节的应用

使用传感器监测中药材生长环境的温度、湿度、光照等参数，确保中药材的生长环境符合标准，提高中药材的品质。在农业节约用水灌溉方面，对土壤温湿度的检测设备的使用越来越普遍，其主要用途包括农业种植、温室园艺、草坪养殖等方面对于土壤水分含量及温度的测定，能够实时连续监控24小时的数据，并且利用物联网科技把这些信息传递到云端服务器上，智能浇水系统就可以依据农作物的需求，自主启动或者停止喷水装置[9]。

3.2.2 物联网在加工环节的应用

可利用物联网设备进行监控，确保加工过程达标，并对加工过程中的各项参数进行记录，对中药材质量安全进行实时监控。运用物联网技术管理中药材供应链，让中药材生产、加工、销售环节更加透明化。

3.2.3 物联网在运输环节的应用

利用物联网设备对运输过程中的环境参数进行检测，确保运输过程中中药材的安全和质量，物联网在运输环节的应用使得中药材运输过程得到有效保障。作为当今信息通信技术发展的成果和应用方向，物联网可以帮助物流供应链的运行和协调管理，其在物流供应链中的应用具有现实意义和经济意义。物联网技术将带来可观的经济效益和社会效益，基础是确保物流供应链整体和各环节的高效合理运转[10]。

3.2.4 物联网在仓储环节的应用

在中药的仓储过程中，可以使用物联网设备监测仓库的温湿度、光照等环境参数，确保中药在仓储过程中质量不受影响。利用物联网技术可对仓储内部的环境信息和货品在库信息进行监控和管理，保证库内中药材的质量和数量的同时，提升中药材仓储的管理效率；另一方面通过仓储信息追溯系统，将中药材信息和中药材仓储环境监管信息传输到终端，实现终端对中药材仓储信息的追溯功能，从而保证中药材仓储质量的可靠性，为终端用户提供了信息追溯体验，实现中药材仓储环节的透明化[11]。

3.2.5 物联网在销售环节的环节

物联网技术为中药材标识唯一的识别码或标签，利用RFID、二维码等技术实现中药材的追溯，方便消费者查询中药材的生产地、生产过程等信息。在中药销售过程中，可以使用物联网设备在产品包装上植入RFID标签或二维码，实现对中药产品的唯一标识和溯源查询，消费者可以通过扫描二维码或RFID标签，查询产品的生产、加工、运输等信息，确保产品的真实性和质量。

3.3 物联网存在的问题及对策

3.3.1 物联网存在的问题

①安全与隐私有泄漏风险

中药溯源系统的开发离不开物联网，而物联网设备的连接性使得其容易受到网络攻击，导致数据泄露、设备篡改或者恶意控制。因为物联网设备获取并保存了大量的隐私数据和敏感信息。比如，管理人员在管理中药溯源的过程中，将资料上传到云端，进行资料的分析和加工。然而，在分析处理过程中，如果IoT装置出现漏洞，就会造成黑客篡改、盗取资料，造成资料或资讯外泄。

②数据格式及通信协议不兼容

Internet设备与系统通常由不同的厂商开发，其数据格式与通信协议可能存在不一致的情况，这就造成了数据在不同系统之间的融合和交互困难。增加了数据处理和解析的复杂性，当设备和系统使用不同的数据格式时，会涉及不同的字段、单位和编码方式。例如，设备与系统在使用不同通信协议时，因增加系统整合的复杂性而需进行协议转换与适配。

③设备能耗高而电池寿命短

物联网设备通常需要不断监测环境参数或执行任务，并通过网络传输数据，这些操作会消耗大量的电量。物联网设备通常使用电池供电，由于电池容量有限，随着时间的推移，电池容量会逐渐减少，影响设备的运行时间。因此，电池寿命成为物联网设备的一个核心问题。尤其是大多中药材栽培在偏远的县城或乡村，因此物联网设备的维护更加不方便，从而增加了维护的成本和复杂性。

3.3.2 应对措施

①通过加密技术保证信息安全性

加密技术，使用强大的加密算法来保护物联网设备之间的通信，确保数据在传输过程中不容易被窃取或篡改；身份验证，实施严格的身份验证机制，确保只有授权的用户或设备能够访问敏感数据；访问控制，采用强密码、多因素身份验证等手段，限制对物联网系统的访问。同时，制定和遵守相关的隐私法规，确保合法和透明的数据处理。保证数据及信息的机密性、完整性、可用性。

②通过制定统一标准解决不兼容问题

推动物联网行业制定共同的标准和协议，以促进设备之间的互操作性，采用开放标准和开放源代码软件，确保设备可以更好地集成和互操作。通过使用标准的数据表示方法，降低数据处理的复杂性，促进不同设备之间更加顺畅的数据交流。

③通过降低能耗改善电池寿命问题

优化设备的工作模式和数据传输的策略，采用低功耗的传感器和通信模块。通过调整监测频率、数据压缩等方式，延长设备的电池寿命；选择高容量的电池，并定期对电池进行维护和更换。此外，可以采用节能模式和睡眠模式来降低设备在不运作时的功耗；同时，可以研发更先进的电池技术，如利用太阳能进行供电。

4 总结

溯源系统运用物联网技术，改变了传统物联网技术碎片化、覆盖面低的现状，同时也解决了原系统成本过高等难题。以上技术促成信息的传递与共享，实现了对溯源系统各个环节关键信息的采集和相互校验。物联网技术在中药溯源领域的应用为提升中药产业的质量管理和安全监测水平提供了新的途径。通过建立完善的溯源系统和采用实时监测技术，中药行业可以更好地保障产品的质量和安全，增强市场和消费者的信任。

然而，在使用物联网技术的同时，也面临着信息安全、不兼容等问题，为了克服这些问题，需要从技术、法规和标准等多方面对问题进行解决，从而物联网技术可以推动“互联网+中医药”事业的高质量发展，推动中药溯源领域的可持续发展。