李久林等

摘要：提出基于二維碼的蔬菜溯源信息管理平臺，在對QR碼糾錯編碼算法、QR碼掩膜分析的基礎上，利用PHP進行開發(fā)，系統(tǒng)整體采用Linux+Apache+MySQL+PHP實現(xiàn)，設計并實現(xiàn)了平臺的表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)層3層。

關鍵詞：二維碼；蔬菜；溯源；信息管理平臺

中圖分類號： S126文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0403-03

收稿日期：2014-09-16

基金項目：河北省科技廳建設項目（編號：14967417D）。

作者簡介：李久林（1988—），女，河北張家口人，碩士研究生，主要從事智能檢測與自動控制研究。E-mail：780409623@qq.com。

通信作者：高亮，教授，主要從事農(nóng)業(yè)工程研究。蔬菜產(chǎn)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，蔬菜質(zhì)量不僅關系到人民群眾的身體健康與生命安全，而且對農(nóng)業(yè)發(fā)展、社會穩(wěn)定具有重大影響。要實現(xiàn)蔬菜的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，治本之策是要建立完善的蔬菜安全生產(chǎn)追溯平臺，確保蔬菜生產(chǎn)信息透明化，實現(xiàn)“從田間地頭到餐桌”的全程質(zhì)量監(jiān)控。追溯平臺記錄并存儲產(chǎn)品供應過程中各種相關信息，有助于質(zhì)量控制。20世紀90年代，在瘋牛病事件的影響下，歐盟開始了對追溯系統(tǒng)的研究[1-3]。近年來，隨著食品工業(yè)的不斷發(fā)展及人們對食品安全的重視，許多國家都開始重視食品追溯系統(tǒng)建設，我國已建立了一些產(chǎn)品追溯平臺：如農(nóng)業(yè)部產(chǎn)業(yè)化辦公室、農(nóng)業(yè)部農(nóng)村研究中心主辦的“中國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯網(wǎng)”；江蘇省宜興市丁蜀鎮(zhèn)人民政府建立的“農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯平臺”；浙江省杭州市建立的“肉類蔬菜流通追溯管理平臺”等。這些追溯平臺大多內(nèi)容陳雜、使用繁復、針對性弱、技術陳舊[4]。本研究提出基于二維碼的蔬菜溯源信息管理平臺，使用信息容量大、高速全方位識讀、糾錯能力強的二維碼作為載體，平臺對生產(chǎn)者、加工者、銷售者組成的蔬菜供應鏈實行線上線下同步監(jiān)控，消費者通過二維碼與平臺可以清楚地追溯到蔬菜的詳細信息，旨在為保障我國蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供依據(jù)。

1二維碼技術

二維碼技術是針對一維條形碼數(shù)據(jù)容量小、需要后臺數(shù)據(jù)庫支持等缺點產(chǎn)生的。二維碼可表示文字、圖像、音頻等各種信息，將蔬菜所有階段信息匯總后形成二維碼，碼圖生成方便，無需硬件設備。

1.1二維碼編碼

二維碼分為40個尺寸（1～40），官方稱版本Version。二維碼尺寸公式：（V-1）×4+21（V是版本號），版本1的大小就是（1-1）×4+21=21，21×21最小的正方形，其二維碼圖如圖1所示。

根據(jù)二維碼國家標準，二維碼編碼流程如圖2所示。根據(jù)數(shù)據(jù)流確定數(shù)據(jù)編碼的數(shù)據(jù)類型，選擇L/M/Q/H糾錯等級，將這些信息編碼成數(shù)據(jù)塊，填充到功能圖的相應位置，添加掩膜，最后將格式與版本信息加到功能圖中形成完整二維碼。QR碼作為二維碼中的1種，是為追蹤汽車零件而設計的，由于其具有超高速識讀、全方位識讀、能存儲漢字等優(yōu)點，被廣泛應用于各個領域。

1.2QR碼加密算法

為了提高QR碼信息的安全性，采用DES、RSA 2種加密算法的混合算法對二維碼進行加密。DES加密算法是將信息分組，分組后的信息再加密。RSA算法是1種公開的密鑰算法，它能產(chǎn)生2把密鑰，1把用來加密，1把用來解密。本研

究結(jié)合兩者的優(yōu)缺點，設計了DES-RSA混合加密算法。 運用DES算法對二維碼明文信息加密，再用RSA加密DES的密鑰（圖3）。

1.3QR碼糾錯編碼算法

QR碼在生產(chǎn)流通中會出現(xiàn)破損、污染等問題，對二維碼識別產(chǎn)生直接影響，因此選擇好的糾錯算法極其重要。本研究設計的平臺應用RS（reed solomon）錯誤控制碼，在QR中利用糾錯能力極強的RS碼最高可以糾錯30%的錯誤碼。以q作為素數(shù)的有限伽羅華域（galois field，GF）記作GF（q），若a滿足aq-1=1，a作為GF（q）的本原元，組成循環(huán)群G（a）：a0，a1，a2，…，aq-1。那么如果糾正k個錯誤的RS碼生成多項式為g（x）=（x-a）（x-a2）（x-a3）…（x-a2k），信息碼的多項式為d（x）=d0+d1x1+d2x2+d3x3+…+dn-1xn-1。RS編碼后的多項式為h（x）=x2kd（x）+x2kd（x）modg（x），式中x2kd（x）是原始碼部分，x2kd（x）modg（x）是糾錯碼的部分。

1.4QR碼掩膜

QR碼的掩膜就是對QR碼做Masking操作，主要是針對碼圖出現(xiàn)大面積的空白或黑塊、點不均衡導致掃描識別碼圖困難的問題，這里的Mask操作是對生成的圖做XOR（異或）操作。二維碼Mask過程如圖4所示。

2系統(tǒng)設計

2.1總體框架

蔬菜溯源信息管理平臺的設計目標是實現(xiàn)蔬菜土地、種植戶、農(nóng)資、加工、質(zhì)檢等信息的信息化，并將其數(shù)據(jù)集成，生成二維碼溯源標簽，消費者用手機掃描二維碼查詢蔬菜信息，通過平臺同樣可以查詢。該平臺的建立增強了蔬菜從種植到最終消費這一過程中各個環(huán)節(jié)的關聯(lián)性及數(shù)據(jù)共享能力，利用信息化手段使得蔬菜信息更加透明化。系統(tǒng)功能流程圖如圖5所示。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

系統(tǒng)應用B/S 3層架構(gòu)，即表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層[5-7]。各層間互相分離，最低限度降低了功能模塊間的耦合性，如果變更業(yè)務需求，無需對所有代碼進行修改，只需對業(yè)務邏輯層進行調(diào)整。系統(tǒng)應用UML進行統(tǒng)一建模。信息管理平臺層次結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.2.1表現(xiàn)層設計表現(xiàn)層面向用戶，用于顯示數(shù)據(jù)及接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，為用戶提供可操作的、友好的、可見的功能界面。系統(tǒng)利用laravel框架提供的豐富界面模板進行設計。用戶輸入請求后，將顯示結(jié)果通過客戶端顯示給用戶。通過用戶接口，為政府、企業(yè)內(nèi)部用戶提供信息管理系統(tǒng)，用于政府監(jiān)管及蔬菜生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)信息管理。endprint

2.2.2業(yè)務邏輯層設計業(yè)務邏輯層對表現(xiàn)層發(fā)過來的數(shù)據(jù)請求進行處理，通過HTTP/HTTPS協(xié)議與表示層通信，而且可以與數(shù)據(jù)庫連接，分為控制層、服務層、訪問層3個子層次。業(yè)務邏輯層是整個系統(tǒng)的核心，主要是業(yè)務對象的位置以及應用于業(yè)務對象的規(guī)則。它的任務是接受表現(xiàn)層的請求，根據(jù)業(yè)務規(guī)則處理請求，與數(shù)據(jù)庫進行交互，將結(jié)果傳回表現(xiàn)層。從業(yè)務功能上，系統(tǒng)分為蔬菜生產(chǎn)者檔案管理子系統(tǒng)、蔬菜溯源查詢子系統(tǒng)、蔬菜安全健康生產(chǎn)技術標準化子系統(tǒng)、政府監(jiān)管子系統(tǒng)4個子系統(tǒng)。平臺功能結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

2.2.3數(shù)據(jù)訪問層設計數(shù)據(jù)層主要負責管理數(shù)據(jù)，也就是

對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索、維護等，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)層的核心，通過數(shù)據(jù)訪問接口與表現(xiàn)層、邏輯層進行交互，即數(shù)據(jù)庫服務器處理完成后將庫中數(shù)據(jù)反饋給業(yè)務邏輯層，業(yè)務邏輯層完成處理后，將結(jié)果發(fā)送到表現(xiàn)層顯示給用戶。

3蔬菜溯源信息管理平臺的實現(xiàn)

蔬菜溯源信息管理平臺應用PHP進行開發(fā)，選擇apache作為WEB應用服務器，選擇Mysql作為數(shù)據(jù)庫服務器，采用B/S架構(gòu)部署實現(xiàn)交互，利用HTTP實現(xiàn)用戶與服務器之間的通信協(xié)議，敏感數(shù)據(jù)采用HTTPS進行通信。平臺包含了蔬菜全面的安全生產(chǎn)信息，并且對這些數(shù)據(jù)進行管理、提供安全保障。應用二維碼技術使得人們可以方便快捷地查詢蔬菜信息。本平臺不僅為政府對監(jiān)管蔬菜提供了技術手段支持，而且規(guī)范了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營行為，還保障了消費者權益。平臺的主要界面如圖8所示。

4結(jié)論

本研究探討QR碼的糾錯碼算法及掩膜方法，采用B/S 3層架構(gòu)，結(jié)合laravel框架構(gòu)建了系統(tǒng)的表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層結(jié)構(gòu)，初步構(gòu)建了蔬菜“從田間到餐桌”的信息溯源管理平臺，對蔬菜從土地、種植戶、農(nóng)資、加工到質(zhì)檢等信息實現(xiàn)了統(tǒng)一管理與儲存，通過信息容量大的QR二維碼，實現(xiàn)了對蔬菜生產(chǎn)信息的追溯。

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