袁 藝桂 敏李石開*鮑 銳

汪 騫1，2陶 婧1，2孔令明1，2陶 祥1，2

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，云南昆明 650205；2云南省蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與配套產(chǎn)業(yè)技術(shù)工程研究中心，云南昆明 650205）

蔬菜產(chǎn)品的質(zhì)量安全長期受到社會各界的廣泛關(guān)注與重視，可追溯系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用是解決蔬菜產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費過程質(zhì)量安全問題的重要技術(shù)措施，對保障產(chǎn)品質(zhì)量安全、應(yīng)急處理安全事故、提振消費信心、促進(jìn)企業(yè)品牌建設(shè)等具有重要的意義和作用。目前，我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)主要由政府主導(dǎo)建設(shè)，企業(yè)可注冊使用（涂傳清和王愛虎，2011；張弛 等，2017）。隨著我國食品安全制度的日趨完善和中小企業(yè)質(zhì)量安全意識的不斷提高，企業(yè)結(jié)合自身實際自主建設(shè)實施產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的意愿日趨強(qiáng)烈，但實施追溯的軟硬件設(shè)備尤其是數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的投入與運行維護(hù)成本較高，極大地限制了中小企業(yè)追溯系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用（歐楊虹和徐秀銀，2017）。基于云計算技術(shù)的蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)使用云計算服務(wù)器、云存儲、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源及自動備份與維護(hù)等服務(wù)，免去了系統(tǒng)平臺搭建中服務(wù)器、組網(wǎng)等硬件設(shè)施的一次性投入以及后期的運行維護(hù)煩惱，極大地降低了實施追溯的成本門檻，為中小企業(yè)建設(shè)應(yīng)用追溯系統(tǒng)提供了便利。

在系統(tǒng)軟件方面，基于“源頭可追溯、生產(chǎn)（加工）有記錄、流向可跟蹤、信息可查詢、產(chǎn)品可召回、責(zé)任可追究”的食品安全可追溯系統(tǒng)目標(biāo)（鄭火國，2012），楊信廷等（2008）從信息技術(shù)的角度構(gòu)建了一個以實現(xiàn)質(zhì)量追溯為目的的蔬菜安全生產(chǎn)管理及質(zhì)量追溯系統(tǒng)；鄭業(yè)魯?shù)龋?016）通過對“基地+配送中心+專營店”供應(yīng)鏈模式的深入剖析，設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)化溯源生產(chǎn)檔案，提出了蔬菜供應(yīng)鏈全程溯源模型，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、二維碼技術(shù)、WEB技術(shù)搭建了蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。李友水等（2016）、宋啟祥和芮凱（2016）、趙璐瑩等（2016）研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，可實時采集溫度、濕度等環(huán)境信息。現(xiàn)有溯源系統(tǒng)廣泛使用二維碼或RFID電子標(biāo)簽作為信息載體（蒲皎月和張海輝，2015；於文剛，2016），可實現(xiàn)WEB以及手機(jī)、觸摸屏、溯源秤等一種或多種方式查詢（閻世江 等，2016），但是信息采集多數(shù)仍需依靠人工后臺錄入上傳數(shù)據(jù)中心，使用并不是很方便。

云計算是以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)為載體提供基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺、軟件等服務(wù)為形式，整合大規(guī)模可擴(kuò)展的計算、存儲、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計算資源進(jìn)行協(xié)同工作的超級計算模式（吳吉義 等，2009）。由于云計算是一種方便的使用方式和服務(wù)模式，通過互聯(lián)網(wǎng)按需訪問資源池模型（例如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和服務(wù)），可以快速和最少的管理工作為用戶提供服務(wù)（方巍 等，2012）。本文對基于阿里云服務(wù)器ECS（elastic compute service）的蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行報道。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 蔬菜產(chǎn)品生產(chǎn)流程分析

以云南省姚安佳祎云菜產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展有限公司為例，蔬菜產(chǎn)品生產(chǎn)流程包括：基地選擇，根據(jù)種植計劃安排具體品種的播種育苗、整地施肥、定植，蔬菜生長過程中進(jìn)行肥水管理、病蟲草害管理，達(dá)到成熟時進(jìn)行采收，由基地運輸至冷庫進(jìn)行分揀、包裝，同時取樣進(jìn)行農(nóng)殘檢測，之后進(jìn)入冷庫預(yù)冷，預(yù)冷完成后裝車運輸至銷售地，銷售渠道分為自營連鎖超市、批發(fā)市場和客戶直供等，其中批發(fā)市場再經(jīng)由零售商進(jìn)入消費者。追溯系統(tǒng)需要對蔬菜自基地生產(chǎn)至銷售的各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全信息進(jìn)行采集，經(jīng)規(guī)范化處理后以多種方式向外發(fā)布，供消費者查詢和監(jiān)管部門監(jiān)管（圖1）。

圖1 蔬菜產(chǎn)品生產(chǎn)流程

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

B/S系統(tǒng)架構(gòu)無需在客戶端安裝軟件，所有的操作在客戶端層面都是通過網(wǎng)頁瀏覽器基于WEB服務(wù)來完成，具有更方便、快捷的使用效果，在當(dāng)前各種跨平臺面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語言出現(xiàn)的情況下，采用基于B/S的管理軟件將使開發(fā)變得更為方便、快捷、高效（林凡森，2014）。

本系統(tǒng)采用基于B/S的多層分布式體系架構(gòu)設(shè)計，分為設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和展示層。其中，S端基于云計算服務(wù)提供商提供的云服務(wù)器，用于部署系統(tǒng)網(wǎng)站、應(yīng)用和數(shù)據(jù)中心。云服務(wù)器ECS是阿里云提供的一種簡單高效、處理能力可彈性伸縮的基礎(chǔ)云計算服務(wù)，無需提前采購硬件設(shè)備，根據(jù)業(yè)務(wù)需要創(chuàng)建所需數(shù)量的云服務(wù)器ECS實例即可建立網(wǎng)站和數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和靈活訪問（胡亞敏 等，2016），涉及的云計算資源包括實例規(guī)格、塊存儲、鏡像、快照、帶寬和安全組。

設(shè)備層主要包括PC、手持智能終端（PDA）、二維碼標(biāo)簽打印機(jī)、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)等本地物理設(shè)備。數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)企業(yè)、用戶、終端、基地、產(chǎn)品、認(rèn)證、批次、溯源信息等數(shù)據(jù)的計算與存儲。應(yīng)用層為系統(tǒng)平臺集成的管理和應(yīng)用模塊，包括生產(chǎn)基地管理、產(chǎn)品管理、追溯信息管理、二維碼管理、終端管理、系統(tǒng)管理。展示層主要為系統(tǒng)追溯平臺網(wǎng)站，提供溯源信息的WEB查詢和手機(jī)掃碼查詢、企業(yè)信息及產(chǎn)品展示等（圖2）。

1.3 系統(tǒng)應(yīng)用模塊設(shè)計

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.3.1 生產(chǎn)基地管理 下設(shè)基地管理、地塊管理和農(nóng)資管理3個子模塊，基地管理對企業(yè)所屬生產(chǎn)基地進(jìn)行編號，錄入基地名稱、所屬部門、土壤及水質(zhì)檢測報告等基礎(chǔ)信息；地塊管理包括地塊編號、所屬基地、地理坐標(biāo)等信息；農(nóng)資管理可對各基地農(nóng)藥、肥料、農(nóng)膜等農(nóng)資的采購、出入庫及供貨商等情況進(jìn)行管理。

1.3.2 產(chǎn)品管理 下設(shè)產(chǎn)品類型、產(chǎn)品信息、產(chǎn)品批次和認(rèn)證信息4個子模塊，對企業(yè)蔬菜產(chǎn)品的類型、包裝產(chǎn)品基本信息（名稱、品牌、包裝規(guī)格、產(chǎn)地等）、產(chǎn)品認(rèn)證情況進(jìn)行管理。產(chǎn)品批次模塊對產(chǎn)品進(jìn)行批次編碼，并可執(zhí)行批次二維碼打印，居于以產(chǎn)品批次為單位的信息追溯設(shè)計；批次管理內(nèi)置追溯信息錄入入口，用于客戶端PC錄入追溯信息。

1.3.3 追溯信息管理 下設(shè)追溯事件管理和追溯信息管理2個子模塊，追溯事件管理包括對事件類型及具體事件的管理，系統(tǒng)將追溯事件分為生長與采后兩類，生長事件主要包括育苗、播種、定植、施肥、澆水、打藥、采收等田間農(nóng)事操作信息，并可自定義添加事件，采集信息包括操作地塊、時間、責(zé)任人、工具等，備注欄記錄肥料、農(nóng)藥、品種等的具體信息；采后事件包括分級、加工、預(yù)冷、檢驗、包裝、運輸、銷售等具體事件的時間、地點、責(zé)任人等信息，備注欄可附加加工方法、預(yù)冷時間及溫度、包裝規(guī)格、車輛號牌及駕駛員、銷售對象數(shù)量及電話等信息。所有事件信息均可錄入文字、圖片和視頻信息。追溯信息管理可查詢和管理所有批次產(chǎn)品的已錄入信息。

1.3.4 二維碼管理 下設(shè)批次碼管理和產(chǎn)品召回管理2個子模塊，批次碼管理主要執(zhí)行各批次產(chǎn)品追溯二維碼標(biāo)簽的打印功能，打印的溯源標(biāo)簽粘貼于產(chǎn)品包裝上，供用戶溯源查詢；產(chǎn)品召回管理模塊執(zhí)行問題產(chǎn)品的批次查詢與召回功能。

1.3.5 終端管理 執(zhí)行終端設(shè)備（PDA、監(jiān)控攝像頭等）及其用戶和權(quán)限的管理功能。

1.3.6 系統(tǒng)管理 執(zhí)行企業(yè)部門及系統(tǒng)用戶的角色和權(quán)限管理功能。

1.3.7 移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 安裝于手持智能終端實現(xiàn)追溯信息數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用系統(tǒng)，執(zhí)行產(chǎn)品管理模塊下產(chǎn)品批次管理子模塊內(nèi)追溯信息錄入的相同功能，并具備追溯查詢、追溯事件以及個人信息、密碼修改等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 追溯編碼體系

追溯編碼是產(chǎn)品唯一性的身份標(biāo)識，也是追溯信息附著的主體，根據(jù)《NY/T 1761農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯操作規(guī)程通則》的要求，結(jié)合企業(yè)易用性特點，本系統(tǒng)采用基于產(chǎn)品批次碼的追溯編碼方法，并以快速響應(yīng)矩陣二維條碼（郭建宏和錢蓮文，2010）作為信息載體。產(chǎn)品批次碼在播種/定植時錄入生成，由2位產(chǎn)品編碼、4位年碼和2位批號共8位組成，如05201801代表XX蔬菜2018年第1批次，批次碼生成時實際已經(jīng)關(guān)聯(lián)了部門、基地和地塊信息，為方便記憶此處僅選取了產(chǎn)品代碼和批號組成批次編碼，批次碼及其生成的二維碼作為內(nèi)部流通碼使用，可粘貼于地塊標(biāo)識牌、采收容器等流通介質(zhì)上，使用手持智能終端掃描批次二維碼即可進(jìn)入該批次產(chǎn)品相應(yīng)環(huán)節(jié)的追溯信息錄入。在批次碼基礎(chǔ)上，增加2位部門編碼和2位基地編碼組成12位的產(chǎn)品追溯碼，如圖3示例，代表公司XX部門XX基地XXXX年第XX批XX蔬菜產(chǎn)品，該追溯碼生成的二維碼打印在追溯標(biāo)簽粘貼于產(chǎn)品包裝上供消費者查詢。批次碼標(biāo)簽和追溯標(biāo)簽如圖4示例。

圖3 追溯碼編碼示例

圖4 批次碼標(biāo)簽（左）和追溯標(biāo)簽（右）示例

2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)運行的核心，是長期存儲在服務(wù)器內(nèi)有組織的、大量的、可共享的數(shù)據(jù)集合，可供各種用戶共享且具有最小冗余度和較高的數(shù)據(jù)與程序獨立性。在多用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時，能進(jìn)行并發(fā)控制，及時有效地處理數(shù)據(jù)，提供安全性和完整性保護(hù)，并在發(fā)生故障后能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。本系統(tǒng)以SQL Server 2012作為數(shù)據(jù)庫管理工具，構(gòu)建了部門、用戶、基地與地塊、蔬菜種類與品種、設(shè)備、追溯事件與類型、圖文與視頻等數(shù)據(jù)庫。Microsoft SQL Server 2012是微軟發(fā)布的新一代關(guān)系型數(shù)據(jù)庫平臺產(chǎn)品，運行性能增強(qiáng)，并且支持云計算和云管理（石愛好，2017）；具備可伸縮性、可靠性以及前所未有的高性能。Power View為用戶對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和勘探提供強(qiáng)大的交互操作能力，并協(xié)助做出正確的決策，有著開放、可伸縮性、安全性、可擴(kuò)展性、高性能、操作簡單等優(yōu)勢。

2.3 移動數(shù)據(jù)采集技術(shù)

追溯信息數(shù)據(jù)的采集與實時上傳一方面影響系統(tǒng)效率；另一方面影響系統(tǒng)的易用性，移動數(shù)據(jù)采集技術(shù)利用手持智能終端（PDA）設(shè)備，通過移動互聯(lián)網(wǎng)（文軍 等，2014）可實現(xiàn)追溯信息數(shù)據(jù)的實時采集與上傳，提高了系統(tǒng)的運行效率，降低了追溯系統(tǒng)的使用難度。該技術(shù)涉及軟件和硬件，本系統(tǒng)選用基于Android系統(tǒng)具備二維條碼掃描、拍照和視頻錄制、3G/4G/WLAN互聯(lián)網(wǎng)接入等功能的PE900S安卓工業(yè)手持機(jī)，軟件方面在系統(tǒng)主程序開發(fā)完成后掘取產(chǎn)品管理模塊下批次管理子模塊內(nèi)追溯信息錄入的相應(yīng)代碼，以Android Studio為開發(fā)環(huán)境開發(fā)完成，并在云服務(wù)器端開通與數(shù)據(jù)庫的API接口，系統(tǒng)開機(jī)運行即接入云端主系統(tǒng)。在田間或加工等環(huán)節(jié)場所，打開APP掃描批次二維碼即可進(jìn)入相應(yīng)批次產(chǎn)品的數(shù)據(jù)錄入界面進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，系統(tǒng)采用下拉選擇式菜單界面設(shè)計，使用十分方便（圖5）。

2.4 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)

圖5 移動數(shù)據(jù)采集設(shè)備及界面示例

消費者對追溯信息信任度低是我國建立食品安全可追溯系統(tǒng)面臨的重大障礙（王愛虎，2011），將遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)集成到質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)能夠有效提升追溯信息的真實性和信任度。視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了一套獨立的技術(shù)體系，監(jiān)控視頻的遠(yuǎn)程控制、錄制、壓縮、存儲、格式轉(zhuǎn)換等技術(shù)都已相對成熟，將其集成到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中，并不需要對其原有的技術(shù)體系做根本性調(diào)整，只需要增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊接口，以解決統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)調(diào)用過程等技術(shù)問題（徐健寧 等，2012）。本系統(tǒng)將監(jiān)控中心遠(yuǎn)程訪問端口開放給云服務(wù)器調(diào)用，通過Socket通信方式與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，當(dāng)移動數(shù)據(jù)采集設(shè)備從信息采集菜單發(fā)出視頻采集請求后，服務(wù)器將遠(yuǎn)程調(diào)用該批次產(chǎn)品田間或采后處理場所綁定的攝像頭進(jìn)行視頻錄制，點擊停止錄制后，視頻數(shù)據(jù)壓縮轉(zhuǎn)換為MP4格式文件存儲至視頻數(shù)據(jù)庫相應(yīng)目錄下供查詢調(diào)用。本系統(tǒng)同時支持手機(jī)現(xiàn)場錄制小視頻后通過后臺上傳至云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。如果某批次產(chǎn)品為客戶預(yù)訂，客戶則可以通過分配的用戶名及密碼查看該批次產(chǎn)品的實時監(jiān)控畫面。

3 系統(tǒng)編程實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)編程實現(xiàn)

系統(tǒng)以C#、JAVA、JavaScript、SQL等編程語言，使用BootStrap、HTML 5、CSS 3等技術(shù)作為前端支持，使用WebAPI等技術(shù)作為后端支持，采用Ajax異步交互技術(shù)實現(xiàn)前后端交互，以SQL Server 2012為數(shù)據(jù)庫管理工具。

系統(tǒng)編程測試完成后，安裝部署于阿里云服務(wù)器ECS進(jìn)行試運行，選用的云服務(wù)器實例規(guī)格具體配置為，dev/xvda高效云盤40 GB、華東1可用區(qū)隨機(jī)分配地域、2核CPU、8 GB內(nèi)存、8 Mbps帶寬專有網(wǎng)絡(luò)，Windows Server 2012 R2數(shù)據(jù)中心64位中文版操作系統(tǒng)、管家服務(wù)。系統(tǒng)網(wǎng)站及平臺界面示例如圖6所示。

3.2 應(yīng)用實例

圖6 系統(tǒng)網(wǎng)站及平臺界面示例

圖7 應(yīng)用實例部分界面

以云南省姚安佳祎云菜產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展有限公司應(yīng)用為例，管理人員使用聯(lián)網(wǎng)PC登陸系統(tǒng)平臺http：//120.55.41.143：8083/，錄入部門、基地、地塊編號、產(chǎn)品等基礎(chǔ)信息，點擊產(chǎn)品管理—產(chǎn)品批次進(jìn)行批次添加，形成1條批次記錄，點擊二維碼打印，打印該產(chǎn)品批次二維碼標(biāo)簽，標(biāo)簽在種植階段粘貼于所屬地塊標(biāo)志牌上，采收、加工、包裝階段粘貼于相應(yīng)容器上，使用手持終端掃描該產(chǎn)品批次二維碼即可進(jìn)行相應(yīng)環(huán)節(jié)追溯信息的數(shù)據(jù)采集錄入。消費者使用智能手機(jī)掃描產(chǎn)品包裝溯源標(biāo)簽上的二維碼即可查詢該產(chǎn)品的所有信息，除標(biāo)簽上已有的基本信息外，還可點擊鏈接進(jìn)一步查看產(chǎn)品的生產(chǎn)基地信息、生產(chǎn)管理信息、采后加工、包裝、預(yù)冷及運輸信息，也可查看該批次產(chǎn)品的相關(guān)認(rèn)證、質(zhì)量檢驗與檢測結(jié)果報告等文件信息。相關(guān)信息也可登陸系統(tǒng)網(wǎng)站http：//120.55.41.143：8082/，輸入溯源標(biāo)簽上的追溯碼進(jìn)行查詢。應(yīng)用實例部分界面見圖7。

4 結(jié)論

蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用是解決蔬菜產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費過程質(zhì)量安全問題的重要技術(shù)措施，對保障產(chǎn)品質(zhì)量安全、應(yīng)急處理安全事故、提振消費信心、促進(jìn)企業(yè)品牌建設(shè)等具有重要的意義和作用。針對現(xiàn)有系統(tǒng)存在的追溯信息的實時采集與上傳、追溯信息可信度低、系統(tǒng)易用性差、建設(shè)運維成本高等不利于中小企業(yè)獨立建設(shè)應(yīng)用追溯系統(tǒng)的問題，采用基于云計算服務(wù)器的B/S多層分布式體系架構(gòu)和模塊化設(shè)計，在追溯編碼及二維碼運用、數(shù)據(jù)庫管理、移動數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、追溯信息查詢等方面整合應(yīng)用了云計算技術(shù)，開發(fā)出基于云計算技術(shù)的蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，利用阿里云提供的ECS云服務(wù)器環(huán)境予以部署實現(xiàn)，系統(tǒng)提供手持終端、PC管理后臺、PC網(wǎng)站、智能手機(jī)等多渠道錄入/查詢通道，方便快捷。該系統(tǒng)經(jīng)企業(yè)運行試用獲得了良好的效果。

利用云計算提供的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)帶寬、應(yīng)用程序和服務(wù)等計算資源搭建蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)平臺，具有資源選擇高彈性、系統(tǒng)上線及運行維護(hù)低投入、數(shù)據(jù)訪問穩(wěn)定安全等特點，為中小企業(yè)獨立建設(shè)應(yīng)用追溯系統(tǒng)提供了便利?；谠朴嬎慵夹g(shù)的蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)較易在中小企業(yè)普及和推廣應(yīng)用，有利于企業(yè)以追溯體系建設(shè)帶動品牌創(chuàng)建和商業(yè)模式創(chuàng)新，為蔬菜產(chǎn)品實現(xiàn)全程可追溯、保障質(zhì)量安全提供了新的解決方案。