錢建平，范蓓蕾，李 潔，李小剛，趙 麗，王鑠今，史 策

?

支持分布環(huán)境的農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺構(gòu)建

錢建平1，范蓓蕾1，李 潔2※，李小剛2，趙 麗1，王鑠今1，史 策1

（1. 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097；2. 天津市農(nóng)村工作委員會信息中心，天津 300201）

農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的深入研究與應(yīng)用，迫切需要提升統(tǒng)一追溯和協(xié)同分析能力。該研究以現(xiàn)有不同品類農(nóng)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)為基礎(chǔ)，包含數(shù)據(jù)整合、模型分析、應(yīng)用提供3個層面，設(shè)計了農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺框架；構(gòu)建了包括企業(yè)資質(zhì)、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品追溯、消費者反饋4個因素及14個因子的企業(yè)信譽評價指標(biāo)體系，建立了評價模型，可實現(xiàn)基于追溯數(shù)據(jù)的信譽評價；研究了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)和分層動態(tài)追溯技術(shù)。以天津市為例，以Microsoft Visual Studio 2010軟件作為系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)工具，開發(fā)了放心農(nóng)產(chǎn)品一體化追溯平臺，為消費者提供追溯服務(wù)，為職能部門提供分析決策。從并發(fā)訪問能力和追溯效果兩方面進行分析，當(dāng)并發(fā)用戶數(shù)達到40時，單個事務(wù)的平均響應(yīng)時間達到19 s，接近較好用戶體驗的臨界點；與目前已有的追溯系統(tǒng)相比，平臺具有多品類追溯、追溯信息多樣性、追溯互動性強等特點。研究結(jié)果可為提高追溯信息集成度、增強追溯結(jié)果分析能力提供參考。

農(nóng)產(chǎn)品；系統(tǒng)；模型；追溯；分布環(huán)境；平臺；信譽評價

0 引 言

追溯作為質(zhì)量管理的有效措施從20 世紀(jì)80 年代被引入食品工業(yè)至今，歐盟、美國、加拿大、澳大利亞等國及地區(qū)相繼建立了農(nóng)產(chǎn)品及食品追溯系統(tǒng)[1-2]。近年來，隨著中國對食品質(zhì)量安全的日益重視及民眾安全消費意識的不斷提升，建立“從田間到餐桌”的全過程質(zhì)量安全追溯體系，已成為確保民眾“舌尖上安全”的迫切需要[3-4]。

可追溯性被定義為食品、飼料、畜產(chǎn)品和飼料原料，在生產(chǎn)、加工、流通的所有階段具有的跟蹤追尋其痕跡的能力[5-6]；現(xiàn)已基本形成了集標(biāo)識方法、信息采集、數(shù)據(jù)傳遞等為基礎(chǔ)的追溯技術(shù)體系[7-8]。針對不同農(nóng)產(chǎn)品的特點及質(zhì)量安全管理的需求，面向不同品類的追溯系統(tǒng)也得到了研究和應(yīng)用[9-13]。Abad 等采用智能RFID 標(biāo)簽對生鮮水產(chǎn)品冷鏈運輸過程中的溫濕度環(huán)境進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)了對生鮮水產(chǎn)品運輸過程的追溯[14]；Thakur等針對谷物因多次分裝導(dǎo)致批次發(fā)生變化的特點，提出了一種實現(xiàn)谷物追溯系統(tǒng)的框架[15]；Karlsen等以海產(chǎn)品為例分析了追溯精確度及其重要性，并比較不同追溯粒度的差異[16]；Qian等以面粉加工為對象，提出了集條碼與RFID相結(jié)合的追溯解決方案[17]。楊信廷等以蔬菜初級產(chǎn)品、水產(chǎn)品為研究對象，從信息技術(shù)的角度構(gòu)建了一個以實現(xiàn)質(zhì)量追溯為目的的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全生產(chǎn)管理及質(zhì)量追溯系統(tǒng)[18-19]；熊本海等提出了基于豬肉安全生產(chǎn)的物質(zhì)流與信息流的跟蹤與溯源流程[20]；王東亭等提出了以果品加工配送中心為核心的臍橙追溯方案[21]。

分品類建立的追溯系統(tǒng)具有緊貼業(yè)務(wù)流程、便于維護的優(yōu)點，但也存在多品類統(tǒng)一查詢不便、追溯公信力缺乏、數(shù)據(jù)協(xié)同分析能力弱等不足。協(xié)同是元素對元素的相干能力，表現(xiàn)了元素在整體發(fā)展運行過程中協(xié)調(diào)與合作的性質(zhì)，其理念已廣泛應(yīng)用于智能制造、知識管理、信息服務(wù)等多個領(lǐng)域[22-24]。以協(xié)同為理念構(gòu)建集成多品類的追溯平臺，可從消費者層面實現(xiàn)便捷、豐富、互動的追溯方式創(chuàng)新，從職能部門層面增強綜合、直觀、協(xié)同的追溯數(shù)據(jù)分析能力，而關(guān)于協(xié)同追溯的研究國內(nèi)外還未見報道。本文以分層監(jiān)管、統(tǒng)一追溯為核心，構(gòu)建支持分布環(huán)境的農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺，并進行應(yīng)用測試，分析其應(yīng)用效果，以期提高追溯信息集成度、增強追溯結(jié)果分析能力。

1 整體框架

以現(xiàn)有不同品類農(nóng)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分?jǐn)?shù)據(jù)整合、模型分析、應(yīng)用提供3個層面構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一追溯和協(xié)同分析，如圖1所示。數(shù)據(jù)整合層是基礎(chǔ)、模型分析層是核心、應(yīng)用提供層是實現(xiàn)。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺框架圖

在數(shù)據(jù)整合層面，分基本追溯信息和擴展追溯信息兩部分?；咀匪菪畔óa(chǎn)品追溯碼、產(chǎn)品信息、企業(yè)信息、檢測信息等，基本追溯信息通過數(shù)據(jù)集成方式直接上傳到協(xié)同追溯平臺的數(shù)據(jù)庫；對于擴展追溯信息包括產(chǎn)地環(huán)境信息、生產(chǎn)過程信息、操作視頻信息、產(chǎn)品價格信息等，這些信息還是存儲在原來的各專業(yè)平臺上，由專業(yè)平臺的人員維護與管理，通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫調(diào)用。

在模型分析層面，利用層次分析、多因素綜合評價、關(guān)聯(lián)分析、決策樹挖掘等方法提供企業(yè)信譽評價、生產(chǎn)統(tǒng)計分析、價格比較分析、追溯條碼打印量分析、基地注冊量統(tǒng)計等模塊。企業(yè)信譽評價以質(zhì)量安全為核心，以追溯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建企業(yè)信譽評價模型來實現(xiàn)，評價結(jié)果對于指導(dǎo)消費、增強監(jiān)管均具有重要作用。生產(chǎn)統(tǒng)計分析結(jié)合各專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，重點從宏觀時空角度對種養(yǎng)殖面積、效益等方面進行統(tǒng)計分析，便于為種養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。價格比較分析通過比較不同時期的農(nóng)產(chǎn)品價格，分品類、時間、地點等進行分析。在該層面，服務(wù)模型接口是開放的，可根據(jù)實際應(yīng)用需求將相關(guān)模型封裝成動態(tài)鏈接庫，集成到平臺中。

在應(yīng)用提供層面，分為消費者追溯和職能部門協(xié)同分析兩方面。通過輸入追溯碼消費者可實現(xiàn)多品類、快捷、互動的追溯。通過分級權(quán)限管理，職能部門可執(zhí)行相關(guān)的分析統(tǒng)計功能，為智能決策奠定基礎(chǔ)。

2 企業(yè)信譽評價模塊設(shè)計

企業(yè)信譽既是企業(yè)打造品牌的有利支撐，也是消費者選擇和追溯產(chǎn)品的重要依據(jù)。本研究以追溯信息為基礎(chǔ)，采用層次分析法和多因素綜合評價法建立企業(yè)信譽評價模型。結(jié)合前期研究[25]，構(gòu)建企業(yè)信譽評價指標(biāo)體系，如表1所示。該體系包括2層評價因素集，第1層包括企業(yè)資質(zhì)、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品追溯、消費者反饋4個因素的主因素層，第2層包括14個因子；采用層次分析法，通過兩兩比較的方式確定層次中諸要素的相對重要性，再轉(zhuǎn)為對這些元素的整體權(quán)重進行排序判斷，最后確立各元素的權(quán)重。

表1 企業(yè)信譽評價指標(biāo)體系

對各因子進行分值量化是評價的前提，本文采用100分制進行量化，具體量化方法可參見文獻[26]。多因素綜合評價法[27]是將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個能夠反映綜合情況的指標(biāo)來進行評價，而加權(quán)求和模型則是該方法中一種直觀、易理解且計算快捷的模型。以構(gòu)建的企業(yè)信譽評價指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，采用加權(quán)求和模型對企業(yè)信譽分值進行評價：

式中為因子指標(biāo)數(shù)量；s為第個因子的分值；w為第個因子的權(quán)重；為企業(yè)信譽分值，分值越高說明企業(yè)信譽越好。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理中會產(chǎn)生各類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中有生產(chǎn)記錄、產(chǎn)品檢測等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還有產(chǎn)品圖片、生產(chǎn)視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的多源性。同時，不同品類的追溯系統(tǒng)帶來的硬件、系統(tǒng)軟件和通信系統(tǒng)之間的差異，及數(shù)據(jù)的儲存管理機制不同、設(shè)計者和實施者對于領(lǐng)域知識與數(shù)據(jù)的理解性不完全相同，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的異構(gòu)性。本研究中基于本體解決異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成問題，具體由數(shù)據(jù)格式集成、語義映射及異構(gòu)數(shù)據(jù)解析處理三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，語義映射是核心，主要定義在進行異構(gòu)數(shù)據(jù)集成時局部環(huán)境語義到全局環(huán)境語義的表述和映射機制，本體建模是實現(xiàn)語義映射的基礎(chǔ)，本文通過建立追溯信息領(lǐng)域本體使得領(lǐng)域內(nèi)概念以及概念之間的關(guān)系在語義層次不產(chǎn)生二義性，進而解決結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的異構(gòu)集成問題。借鑒METHONTOLOGY的框架[28]，并結(jié)合面向?qū)ο箝_發(fā)方法對其進行了細(xì)化，根據(jù)追溯信息領(lǐng)域本體的特殊性，分成以下3個階段，組成一個迭代的過程，以黃瓜追溯為例，進行說明。

圖2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

1）領(lǐng)域概念模型構(gòu)建

在對追溯相關(guān)信息進行分類和描述的基礎(chǔ)上，參考有關(guān)農(nóng)業(yè)知識表達的一些文獻，提取與黃瓜追溯相關(guān)的詞匯，包括黃瓜，生產(chǎn)，追溯，溯源，病害，植物，農(nóng)藥，檢測等相關(guān)詞匯，借鑒農(nóng)業(yè)知識本體的描述方法[29]，采用五元素知識本體{,A,,A,}對追溯信息進行描述。其中，代表概念集合；A代表每一個概念的屬性集合；代表關(guān)系集合；A代表每一個關(guān)系的屬性集合；代表概念間的關(guān)系集合。

2）定義概念、關(guān)系和屬性

在完成領(lǐng)域概念模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，進一步定義追溯信息本體相關(guān)的概念，關(guān)系和屬性；以黃瓜追溯中的病蟲害防治信息本體為例，

{C,A,R,A,H}

定義概念集合C={時間、事物、生物、化學(xué)品、昆蟲、植物、葫蘆科植物、病害、農(nóng)藥、黃瓜、霜霉病、灰霉病、白粉病、代森錳鋅、嘧霉胺、阿維菌素……}，

定義關(guān)系集合R={防治（農(nóng)藥，害蟲），危害（病害，黃瓜）……}，

定義概念間的關(guān)系集合H={（黃瓜，葫蘆科植物），（葫蘆科植物，植物），（霜霉病，病害），（阿維菌素，農(nóng)藥）……}

3）本體構(gòu)建

本文采用Protégé作為本體編輯環(huán)境[30]，本體的結(jié)構(gòu)以樹形的層次目錄結(jié)構(gòu)顯示，通過點擊相應(yīng)項來編輯或增加類、子類、屬性和實例等元素，在Protégé將本體構(gòu)建完成之后可導(dǎo)出OWL格式（ontology web language）[31]表示追溯信息本體，使用OWL文件格式存貯的本體數(shù)據(jù)后續(xù)可以使用本體解析工具Jena進行解析處理。

在OWL語言描述中，通過標(biāo)簽和來定義本體中的概念以及概念間的關(guān)系，另外標(biāo)簽用來定義概念的屬性，表示概念與概念間的關(guān)系。

以下為追溯信息部分本體導(dǎo)出的OWL描述：

>病害

3.2 分層動態(tài)追溯技術(shù)

與單一農(nóng)產(chǎn)品的追溯不同，農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺具有農(nóng)產(chǎn)品品類多、數(shù)據(jù)存在分布性的特點，本研究采用分層動態(tài)追溯技術(shù)實現(xiàn)多品類統(tǒng)一追溯。分層即分基本信息和擴展信息兩層進行追溯；動態(tài)即根據(jù)追溯編碼判斷產(chǎn)品品類，分品類調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)，這種處理方式有利于提高追溯效率、也可以減輕平臺端負(fù)擔(dān)。其技術(shù)框架如圖3所示，核心為3步：

1）用戶登陸協(xié)同追溯平臺輸入或掃描追溯碼，平臺根據(jù)追溯碼查詢平臺數(shù)據(jù)庫得到基本追溯信息，如產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)企業(yè)、生產(chǎn)日期、檢測結(jié)果等；

2）平臺程序同時提取追溯編碼中表示農(nóng)產(chǎn)品品類的碼段，判定其農(nóng)產(chǎn)品品類，根據(jù)品類鏈接到業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以蔬菜為例，分別在蔬菜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中進行檢索，得到擴展追溯信息，如防治病蟲害記錄、施肥記錄、生產(chǎn)過程視頻、溫濕度等環(huán)境信息等；

3）將基本追溯信息和擴展追溯信息進行集成形成多源追溯信息，并可根據(jù)追溯信息提供追溯增值服務(wù)，一并返回給用戶。

圖3 分層動態(tài)追溯技術(shù)框架圖

4 實例及評價

4.1 平臺開發(fā)

以天津市為例，已經(jīng)建成了放心菜、放心雞肉和放心魚3個品類的追溯系統(tǒng)，存在著系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互性差，綜合分析決策能力弱的問題，采用C#語言、以Microsoft Visual Studio 2010軟件作為系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)工具，建立放心農(nóng)產(chǎn)品一體化追溯平臺（圖4、圖5），為消費者提供追溯服務(wù)，為職能部門提供分析決策，主要實現(xiàn)如下功能：

1）面向消費者的追溯服務(wù)：提供一體化追溯入口，實現(xiàn)產(chǎn)品、基地、農(nóng)事、檢測等文本，圖片、視頻信息的一體化追溯；同時可查詢企業(yè)信譽、對產(chǎn)品進行評價、提供產(chǎn)品電子商務(wù)入口，在原來單一追溯的基礎(chǔ)上提供增值服務(wù)，增強追溯的互動性。

a. 追溯入口

a. Traceability entrance

b. 追溯結(jié)果

b. Traceability result

c. 企業(yè)信譽查看

c. Enterprise credit overview

d. 商品評價

2）面向職能部門的統(tǒng)計分析：提供基地注冊量統(tǒng)計、生產(chǎn)統(tǒng)計分析、追溯條碼打印量分析、價格比較分析、企業(yè)信譽評價，為職能部門決策提供依據(jù)；在基地注冊量統(tǒng)計模塊，提供分區(qū)縣的地圖，將蔬菜、肉雞、魚等基地以不同的標(biāo)識在地圖上表示，可以清楚了解不同區(qū)域各品類農(nóng)產(chǎn)品的注冊量；在生產(chǎn)統(tǒng)計分析模塊，可按區(qū)域及時間段自動統(tǒng)計所使用的農(nóng)藥（獸藥、魚藥）、化肥（飼料）數(shù)量及產(chǎn)品收獲（出欄、出池）量，便于宏觀把握農(nóng)業(yè)投入品的使用情況及產(chǎn)品產(chǎn)出情況，并可對核心基地進行監(jiān)控；在追溯條碼打印量分析模塊，以氣泡圖的形式直觀展現(xiàn)不同區(qū)縣的標(biāo)簽打印量，可拖動時間軸進行分析；在價格比較分析模塊，以折線圖的方式反映主要農(nóng)產(chǎn)品隨時間的價格變化趨勢，并提供價格同比、環(huán)比等數(shù)據(jù)；在企業(yè)信譽評價模塊，集成企業(yè)信譽評價模型，自動計算企業(yè)的信譽等級。

a. 基地注冊量統(tǒng)計

a. Bases registeration statistics

b.追溯條碼打印量分析

b. Traceability barcodes print amount anslysis

c. 基地監(jiān)控

c. Base monitoring

d. 價格比較分析

4.2 應(yīng)用評價

系統(tǒng)經(jīng)過近3個月的試運行，目前運行穩(wěn)定。由于平臺是集成多品類農(nóng)產(chǎn)品的協(xié)同追溯平臺，因此數(shù)據(jù)訪問量較大，并發(fā)訪問能力是平臺能否正常運行的關(guān)鍵；同時，提供豐富、互動、便捷的追溯及統(tǒng)計分析服務(wù)是平臺開發(fā)的重要方面，因此重點從這兩方面對平臺進行評價。

4.2.1 并發(fā)訪問能力分析

平臺部署在HP ProLiant DL320 G5服務(wù)器上，其CPU為2.13 GHz的Xeon3 050、內(nèi)存為1 GB；測試機器處理器為3.2 GHz的 Intel 酷睿 i5-3470，內(nèi)存4 G，通過 100 M共享網(wǎng)絡(luò)訪問平臺。采用Load Runner 11軟件對平臺進行并發(fā)訪問效率測試，測試中，初始訪問客戶數(shù)設(shè)置為10，每2 min增加10個訪問客戶。測試時間為10 min，事務(wù)通過1 306個，未出現(xiàn)失敗事務(wù)。具體測試結(jié)果如圖6所示。

由圖6a可知，并發(fā)客戶為10時，單個事務(wù)的平均響應(yīng)時間大概為3 s，隨著并發(fā)客戶數(shù)的增加，平均響應(yīng)時間呈階梯狀上升，當(dāng)并發(fā)用戶數(shù)達到40時，單個事務(wù)的平均響應(yīng)時間為19 s，該時間已接近較好用戶體驗的臨界點。結(jié)合圖6b可知，平臺每秒響應(yīng)點擊數(shù)始終在100次左右，說明已達到服務(wù)器的處理上限，在處理上限條件下，并發(fā)用戶數(shù)增多，單個事務(wù)處理時間必然也會增加。預(yù)計本平臺面向的用戶雖然較多，但每個用戶登陸后的時長有限，因此現(xiàn)有并發(fā)訪問性能可以滿足需求；后期隨著訪問量及數(shù)據(jù)量增大，可通過升級硬件、優(yōu)化軟件等方案進一步解決。

4.2.2 追溯效果分析

追溯系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用越來越受到重視，本研究選擇有代表性的4個追溯系統(tǒng)（北京市肉類蔬菜流通追溯平臺，天津市放心菜追溯系統(tǒng)，水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯網(wǎng)，食品安全監(jiān)管、追溯與召回公共服務(wù)平臺），與本文所構(gòu)建的農(nóng)產(chǎn)品系統(tǒng)追溯平臺進行比較，比較項目包括多品類追溯能力、追溯信息多樣性、追溯互動性、分析統(tǒng)計功能、信譽評價功能等5個方面；其中多品類追溯能力是指滿足2種及2種產(chǎn)品以上追溯，追溯信息多樣性是指同時能追溯出責(zé)任主體、檢測信息、過程信息及環(huán)境、視頻等多源信息，追溯互動性是指在滿足追溯查詢的同時提供以追溯為基礎(chǔ)的增值服務(wù)。比較結(jié)果如表2所示。

表2 5個系統(tǒng)應(yīng)用效果比較

注：●-具備此功能；○-部分具備此功能；×-不具備此功能；--數(shù)據(jù)缺失。

Note: ●-with the whole function; ○-with partial function; ×-without the function;--survey data missing.

由表2可見，在多品類追溯方面，除了TJ和SC分別為面向蔬菜和水產(chǎn)品的單品類追溯系統(tǒng)；其他3個均具備多品類追溯能力，多品類追溯能力能便捷的滿足消費者在購買多種產(chǎn)品時通過統(tǒng)一平臺進行查詢。在追溯多樣性方面，BJ、SC、SP以追溯到主體為主；TJ除了追溯主體信息，還能追溯出檢測信息、生產(chǎn)過程信息，但這些信息以文本形式提供的居多；XT能提供多樣的追溯信息，包括生產(chǎn)過程溫度、濕度等環(huán)境信息，產(chǎn)地位置信息、生產(chǎn)操作視頻信息等。在追溯互動性方面，SC通過“優(yōu)魚買賣”電商鏈接的方式、SP通過“食安社區(qū)”論壇的方式提供較弱的互動功能；XT通過“信譽查詢”、“商品評價”、“電子商務(wù)”等多種方式提供較好的互動功能，追溯互動性的增強既能提升消費者追溯的參與感，又為后期提供增值服務(wù)打下了基礎(chǔ)。由于分析統(tǒng)計功能多針對職能部門管理使用，需用戶名和密碼登陸，除了XT和TJ是由本課題組開發(fā)的，其他平臺無法很好得到數(shù)據(jù)，相比TJ系統(tǒng)簡單的圖表分析，XT可通過結(jié)合地圖、氣泡圖、時間序列圖等方式提供較好的分析統(tǒng)計功能。信譽評價是XT特有的功能，通過使用該功能，對提升企業(yè)參與追溯積極性、打造企業(yè)品牌、挖掘追溯數(shù)據(jù)應(yīng)用均具有作用。

5 結(jié) 論

以現(xiàn)有不同品類農(nóng)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分?jǐn)?shù)據(jù)整合、模型分析、應(yīng)用提供3個層面構(gòu)建了支持分布環(huán)境的農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺框架，構(gòu)建了企業(yè)信譽評價模型，研究了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)和分層動態(tài)追溯技術(shù)。

以平臺架構(gòu)為基礎(chǔ)，應(yīng)用開發(fā)了天津市放心農(nóng)產(chǎn)品一體化追溯平臺，實現(xiàn)了平臺面向消費者統(tǒng)一追溯及面向職能部門的協(xié)同分析功能，并從并發(fā)訪問能力和追溯效果兩方面進行分析。當(dāng)并發(fā)用戶數(shù)達到40時，單個事務(wù)的平均響應(yīng)時間達到19 s，接近較好用戶體驗的臨界點；與已有的4個有代表性的追溯系統(tǒng)（北京市肉類蔬菜流通追溯平臺，天津市放心菜追溯系統(tǒng)，水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯網(wǎng)，食品安全監(jiān)管、追溯與召回公共服務(wù)平臺）相比，平臺具有多品類追溯、追溯信息多樣性、追溯互動性強能等效果特點，可為消費者提供追溯增值服務(wù)、為政府決策部門提供分析功能。后期隨著訪問量及數(shù)據(jù)量增大，可通過升級硬件、優(yōu)化軟件等方案進一步提升平臺性能；另一方面，政府決策功能是本平臺的優(yōu)勢，隨著應(yīng)用的深入，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理的需求，提供基于大數(shù)據(jù)的決策功能需進一步加強。

[1] Smith G C, Tatum J D , Belk K E, et al. Traceability from a US perspective[J]. Meat Science, 2005,71(1): 174－193.

[2] Stewart Walker G. Food authentication and traceability: An Asian and Australian perspective[J]. Food Control, 2017, 72(2):168-172.

[3] 錢建平，劉學(xué)馨，楊信廷，等. 可追溯系統(tǒng)的追溯粒度評價指標(biāo)體系構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(1)：98－104. Qian Jianping, Liu Xuexin, Yang Xinting, et al. Construction of index system for traceability granularity evaluation of traceability system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 98－104. (in Chinese with English abstract)

[4] Qian J P, Fan B L, Wu X M, et al. Comprehensive and quantifiable granularity: A novel model to measure agro-food traceability[J]. Food Control, 2017, 74(4): 98－106.

[5] Karlsen K M, Donnelly K A M, Olsen P. Granularity and its importance for traceability in a farmed salmon supply chain[J]. Journal of Food Engineering, 2011, 102(1): 1－8.

[6] Tarjan L, Senk I, Tegeltija S, et al. A readability analysis for QR code application in a traceability system[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2014, 109(11): 1－11.

[7] Bosona T, Gerbresenbet G. Food traceability as an integral part of logistics management in food and agricultural supply chain[J]. Food Control, 2013, 33(1): 32－48.

[8] 楊信廷，錢建平，孫傳恒，等. 農(nóng)產(chǎn)品及食品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2014，45(11)：212－222. Yang Xinting, Qian Jianping, Sun Chuanheng, et al. Key technologies for establishment agricultural products and food quality safety traceability systems[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(11): 212－222. (in Chinese with English abstract)

[9] Linus U O. Traceability in agriculture and food supply chain: a review of basic concepts, technological implications, and future prospects[J]. Food, Agriculture and Environment, 2003, 11(1): 101－106.

[10] Pinto D B, Castro I, Vicente A A. The use of TIC’s as a managing tool for traceability in the food industry[J]. Food Research International, 2006 (39): 772－781.

[11] Li M, Qian J P, Yang X T, et al. A PDA-based record-keeping and decision-support system for traceability in cucumber production[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2010, 70(1): 69－77.

[12] 楊信廷，錢建平，趙春江，等. 基于XML的蔬菜溯源信息描述語言構(gòu)建及在數(shù)據(jù)交換中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(11)：201－205.Yang Xinting, Qian Jianping, Zhao Chunjiang, et al. Construction of information description language for vegetable traceability based on XML and its application to data exchange[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(11): 201－205. (in Chinese with English abstract)

[13] 任晰，傅澤田，穆維松，等. 基于Web 的羅非魚養(yǎng)殖質(zhì)量安全信息可追溯系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25(4)：163－167. Ren Xi, Fu Zetian, Mu Weisong, et al. Traceability system for tilapia breeding quality safety information based on web[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(4): 163－167. (in Chinese with English abstract)

[14] Abad E, Palacio F, Nuin M, et al. RFID smart tag for traceability and cold chain monitoring of foods: Demonstration in an intercontinental fresh fish logistic chain[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 93(4): 394－399.

[15] Thakur M, Hurburgh C R. Framework for implementing traceability system in the bulk grain supply chain[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 95(4): 617－626.

[16] Karlsen K M, Dreyer B, Olsen P, et al. Granularity and its role in implementation of seafood traceability[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 112(1/2): 78－85.

[17] Qian J P, Yang X T, Wu X M, et al. A traceability system incorporating 2D barcode and RFID technology for wheat flour mills[J].Computers and Electronics in Agriculture, 2012, 89(11): 76－85.

[18] 楊信廷，孫傳恒，錢建平，等. 基于流程編碼的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(2)：159－164. Yang Xinting, Sun Chuanheng, Qian Jianping, et al. Construction and implementation of fishery product quality traceability system based on the flow code of aquaculture[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(2): 159－164. (in Chinese with English abstract)

[19] 楊信廷，錢建平，孫傳恒，等. 蔬菜安全生產(chǎn)管理及質(zhì)量追溯系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(3)：162－166. Yang Xinting, Qian Jianping, Sun Chuanheng, et al. Design and application of safe production and quality traceability system for vegetable[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(3): 162－166. (in Chinese with English abstract)

[20] 熊本海，傅潤亭，林兆輝，等. 生豬及其產(chǎn)品從農(nóng)場到餐桌質(zhì)量溯源解決方案—以天津市為例[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009，42(1)：230－237. Xiong Benhai, Fu Runting, Lin Zhaohui, et al. A solution on pork quality safety production traceability from farm to dining table——taking Tianjin city as an example[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(1): 230－237. (in Chinese with English abstract)

[21] 王東亭，付峰，饒秀勤，等. 基于分級處理生產(chǎn)線的臍橙全程追溯系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29(7)：228－236. Wang Dongting, Fu Feng, Rao Xiuqin, et al. Fruit traceability system based on processing and grading line[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactionsof the CSAE), 2013, 29(7): 228－236. (in Chinese with English abstract)

[22] 姚錫凡，練肇通，楊屹，等. 智慧制造-面向未來互聯(lián)網(wǎng)人機物協(xié)同制造新模式[J]. 計算機集成制造系統(tǒng)，2014，20(6)：1490－1498. (in Chinese with English abstract) Yao Xifan, Lian Zhaotong, Yang Yi, et al. Wisdom manufacturing: new humans-computers-things collaborative manufacturing model[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2014, 20(6): 1490－1498. (in Chinese with English abstract)

[23] 錢亞東，顧新建，馬軍，等. 支持協(xié)同設(shè)計的知識管理研究[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2007，41(2)：304－310 Qian Yadong, Gu Xinjian, Ma Jun, et al. Knowledge management for collaborative design[J]. Journal of Zhejiang University(Engineering Science), 2007, 41(2): 304－310. (in Chinese with English abstract)

[24] Dorigatti M, Guarnaschelli A, Chiotti O, et al. A service- oriented framework for agent-based simulations of collaborative supply chains[J]. Computers in Industry, 2016, 83(12): 91－107.

[25] 錢建平，李海燕，楊信廷，等. 基于可追溯系統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量安全信用評價指標(biāo)體系構(gòu)建[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報，2009，19(6)：135－141. Qian Jianping, Li Haiyan, Yang Xinting, et al. Establishment of quality safety credit evaluation index system for farm product enterprise based on traceability system[J]. China safety science journal, 2009, 19(6): 135－141. (in Chinese with English abstract)

[26] 連槿，范蓓蕾，謝海波，等. 基于層次分析法的廣州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息管理平臺構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，41(21)：172－177. Lian Jin, Fan beilei, Xie Haibo, et al. Construction and application of AHP-based quality safety credit management system for Guangzhou agricultural products[J].GuangDong Agricultural Sciences, 2014, 41(21): 172－177. (in Chinese with English abstract)

[27] 錢建平，楊信廷，吉增濤，等. 農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的追溯粒度評價模型構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐，2015，35(11)：2950－2956. Qian Jianping, Yang Xinting, Ji Zengtao, et al. Model for traceability granularity evaluation of traceability system in agricultural products[J]. Systems Engineering-Theory & Practice, 2015, 35(11): 2950－2956. (in Chinese with English abstract)

[28] Brusa G, Caliusco M L, Chiotti O. A process for building a domain ontology: An experience in developing a government budgetary ontology[C]//Meyer T, Nayak A C. Workshop on Advances in Ontologies, 2006, 7－15.

[29] 孫想，馮臣，吳華瑞. 基于語義Web的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識集成技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(增刊2)：186－190.Sun Xiang, Feng Chen, Wu Huarui. Technology of agricultural production knowledge integration based on semantic web[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(Supp.2): 186－190.(in Chinese with English abstract)

[30] 張志浩. 基于本體論的語義檢索研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2007.Zhang Zhihao. Research of Semantic Retrieval Based on the Ontology[D]. Xi’an: Xidian University, 2007. (in Chinese with English abstract)

[31] 黃必清，王濤，朱鵬，等. 基于本體的臨床試驗數(shù)據(jù)語義查詢[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，52(1)：47－54. Huang Biqing, Wang Tao, Zhu Peng, et al. Ontology-based semantic query for clinical trials[J]. Tsinghua University Journal(Science & Technology), 2012, 52(1): 47－54. (in Chinese with English abstract)

Agro-food collaborative traceability platform for distributed environment

Qian Jianping1, Fan Beilei1, Li Jie2※, Li Xiaogang2, Zhao Li1, Wang Shuojin1, Shi Ce1

(1100097,;2.300201,)

With the development of information technologies and the improved consciousness of food safety, various agricultural product traceability systems have been developed and applied in China. Lack of data share between different systems has led to the decreasing of the credibility and analysis capacity. Therefore, establishing a collaborative traceability platform on the distributed environment is an urgent need to enhance the ability of unified traceability and collaborative analysis. Combining data from different business systems, a platform framework was constructed,which included 3 layers i.e. data integration, model analysis and application supply. Enterprise credit evaluation model was the important part in the model analysis layer. An evaluation index system with 4 factors and 14 sub-factors was designed. The index included enterprise qualification, quality inspection, product traceability, and consumer feedback. The evaluation factors’ weight was confirmed using the AHP (analytic hierarchy process) method and the evaluation score was calculated with the weighted sum algorithm.. Multi-source heterogeneous data integration technology was researched based on ontology. It included 3 parts:Data format integration, semantic mapping and heterogeneous data analysis. Traceability information was described with five-factor knowledge ontology and expressed with OWL (Ontology Web Language). Layered dynamic tracing technology was implemented in order to trace different agro-food in a unified platform. In this part, there were 2 layers including basis information and extended information designed, and the dynamic mechanism of invoking the traceability data was developed according to the product features. Taking Tianjin City as an example, and using Microsoft Visual Studio 2010 as the system design and development tool, the united traceability platform of agro-food safety was developed. It provided traceability service for the consumer, which was production tracing, enterprise credit overview and production evaluation. The platform also provided data analysis function for the government, which was base registration statistics, farming process statistics, traceability barcodes print amount analysis, agro-food price analysis and enterprise credit evaluation. The ability of concurrent access and the retrospective effect were analyzed. The results showed that when the number of concurrent users reached 40, the average response time of a single transaction reached 19 s. The comparison of the platform and the other 4 traceability systems was performed. The results showed that this platform presented the features of multi-category tracing, tracing information diversity, and interactive features. In the future work, the platform performance will be optimized through the updated hardware and software. The decision support function will also be enhanced through developing the model on the accumulated data. The research achievements provide the beneficial support to improve the integration level of traceability information and analysis capacity of traceability results.

agricultural product; systems; models; traceability; distributed environment; platform; credit evaluation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.035

TS201.6

A

1002-6819(2017)-08-0259-08

2016-10-21

2017-04-06

國家重點研發(fā)計劃項目-跨境食品快速通關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究及智慧口岸信息平臺構(gòu)建(2016YFD0401105)

錢建平，男，浙江湖州人，副研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯技術(shù)研究。北京 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，100097。Email：qianjp@nercita.org.cn

李 潔，女，研究員。主要從事農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)研究。天津 天津市農(nóng)村工作委員會信息中心，300201。 Email：1606096354@qq.com

中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會會員：錢建平（E041200542S）

錢建平，范蓓蕾，李 潔，李小剛，趙 麗，王鑠今，史 策.支持分布環(huán)境的農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同追溯平臺構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(8)：259－266. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.035 http://www.tcsae.org

Qian Jianping, Fan Beilei, Li Jie, Li Xiaogang, Zhao Li, Wang Shuojin, Shi Ce. Agro-food collaborative traceability platform for distributed environment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 259－266. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.035 http://www.tcsae.org