趙小中，平本強，蘇 振，劉貝貝，胡 波，曹 柱，郝曉雷

(1.鄭州市農產品質量檢測流通中心，河南 鄭州450006； 2.河南省視博電子股份有限公司，河南 鄭州450008)

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，農產品質量安全已經(jīng)成為人民群眾和各級政府共同關注的重大民生問題[1-2]。加大對農產品生產環(huán)節(jié)的管控力度，建立及時有效的農產品質量安全追溯系統(tǒng)，規(guī)范追蹤溯源生產行為，增強信息透明度，是解決農產品質量安全問題的重要途徑[3-4]。

BANGE M P等[5]基于無線通信技術開發(fā)的便攜式農事信息采集系統(tǒng)可提高采集效率。鄧勛飛等[6]應用GIS技術對農產品產地進行地塊劃分，設計通用的產地身份編碼體系。丘榮洲等[7]從蔬菜基地溯源管理入手，設計基于溯源技術的蔬菜基地管理系統(tǒng)，為蔬菜企業(yè)提供對基地農戶種植進行質量管控的信息化工具。朱溪等[8]利用Android技術設計開發(fā)設施蔬菜種植管理與農產品追溯系統(tǒng)的手機客戶端APP。孫俊等[9]將區(qū)塊鏈技術與現(xiàn)有農產品追溯系統(tǒng)的架構相融合，提出基于區(qū)塊鏈的農產品追溯系統(tǒng)基本架構。

“三品一標”農產品是指無公害、綠色、有機和地理標志農產品[10]。具有無公害(或綠色、有機、地理標志)產品認證的農產品生產企業(yè)，統(tǒng)稱為“三品一標”企業(yè)(本文特指種植業(yè)企業(yè))。與普通農戶、一般性生產企業(yè)相比，“三品一標”企業(yè)普遍具有生產規(guī)模大、產品品種多、管理標準化和包裝規(guī)范化等特點，在種植環(huán)節(jié)推行良好農業(yè)規(guī)范(GAP)管理體系，在加工環(huán)節(jié)實行良好生產操作規(guī)范(GMP)管理體系[11-12]。為提升農產品生產企業(yè)的經(jīng)營管理水平和產品競爭力，推動“品牌農業(yè)”發(fā)展，保障農產品質量安全，在實施鄭州市農產品質量安全追溯體系建設項目中，針對“三品一標”企業(yè)的特點，應用二維碼、GIS、XML、JSON、WMS和WFS等信息技術，設計開發(fā)基于多終端數(shù)據(jù)交互技術的“三品一標”企業(yè)農產品質量安全追溯管理系統(tǒng)，并在實際工作中得到了應用。

1 總體架構設計

根據(jù)“三品一標”企業(yè)的特點，考慮到追溯系統(tǒng)結構復雜、用戶面廣等情況，系統(tǒng)采用SOA面向體系的架構設計，分為6個層級(圖1)[13-15]。

(1)設備層。以農殘檢測儀、電腦、智能手機為信息采集端，打印機為信息輸出端，利用網(wǎng)絡設備將信息傳輸至服務器，為系統(tǒng)運行提供硬件支撐。

(2)數(shù)據(jù)層。集成“三品一標”企業(yè)的業(yè)務流和信息流，通過JDBC等數(shù)據(jù)訪問技術與數(shù)據(jù)庫交互，完成對數(shù)據(jù)的增刪改查，實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲和管理。

(3)支撐服務層。連接數(shù)據(jù)層和應用層，整合系統(tǒng)業(yè)務和信息處理服務，為系統(tǒng)的業(yè)務開展和信息處理提供技術服務支持。

(4)應用層。主體注冊系統(tǒng)為生產企業(yè)、監(jiān)督管理部門提供注冊登記和登錄生產管理系統(tǒng)、監(jiān)督管理系統(tǒng)的賬號和密碼。生產管理系統(tǒng)為企業(yè)提供產前、產中和產后全程信息化管理手段，采集可追溯信息。監(jiān)督管理系統(tǒng)審核用戶注冊信息，分配業(yè)務操作權限，審核生產信息、檢測信息。追溯查詢系統(tǒng)為消費者提供追溯信息查詢服務。

(5)展示層。為生產者、監(jiān)管者和消費者提供登錄主體注冊系統(tǒng)、監(jiān)督管理系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)和追溯查詢系統(tǒng)的窗口。

(6)用戶層。用戶包括監(jiān)管者、和產者和消費者。

2 生產管理系統(tǒng)軟件設計

生產管理系統(tǒng)是追溯系統(tǒng)最核心的部分。為方便企業(yè)使用，采用移動端和桌面端交互設計方式，除了具備可追溯信息采集的基本功能外，還應滿足企業(yè)日常生產管理如地塊管理、生產計劃管理、生產檔案管理、倉庫管理和采購管理等的需要。

2.1功能模塊設計

生產管理系統(tǒng)由3大功能模塊和12個子模塊組成，各模塊之間相互銜接、互為支撐(圖2)。

(1)產前管理。包括角色與用戶管理、地塊管理、生產計劃管理和生產檔案管理。分配管理部門操作權限，劃分地塊并編碼，編制生產計劃，建立生產檔案。

(2)產中管理。包括農資管理、采購管理、專家輔助支持信息庫、農事管理和質量檢測管理。采購管理農資，下達、執(zhí)行和記錄農事活動，完成農作物采收前的質量安全檢測。

(3)產后管理。包括加工包裝管理、配送管理和追溯信息管理。記錄農產品加工、包裝和配送信息，申請、打印追溯標簽。

2.2業(yè)務流程設計

業(yè)務流程設計重點把控農資采購、農事任務安排、質量安全檢測和追溯信息審核等關鍵環(huán)節(jié)(圖3)?？茖W合理地采購和使用農業(yè)投入品是保障農產品質量安全的必要前提[16-18]。在農資采購環(huán)節(jié)，通過專家輔助支持信息庫調用農業(yè)部農資登記產品信息，保證采購的農資產品符合生產要求。在農事任務安排環(huán)節(jié)，通過專家輔助支持信息庫調用作物標準化生產規(guī)程、禁用和限用農藥名錄等信息，協(xié)助制定農事任務，保證科學合理地使用農業(yè)投入品。在農作物成熟采收前設置質量安全檢測環(huán)節(jié)，保障農產品質量安全。在打印追溯標簽前，設置追溯信息審核環(huán)節(jié)，保證追溯信息的真實性、準確性和完整性。

2.3多終端交互式設計

考慮到農業(yè)生產的實際，結合桌面端和移動端的優(yōu)缺點，為便于企業(yè)操作使用，生產管理系統(tǒng)采用移動端和桌面端交互式設計(圖4)。

移動端具有易攜帶、信息采集便捷等優(yōu)點，但信息存儲量和顯示面積有限，主要用于接收消息通知和采集農事活動信息，包括農事任務數(shù)據(jù)和圖片視頻信息。桌面端具有功能強大、信息存儲量大和分辨率高等優(yōu)點，但配置體積大、不便于攜帶，主要用于信息的存儲、搜索、分析和處理，以及查看和管理業(yè)務數(shù)據(jù)。

具體流程：在桌面端添加地塊信息時，系統(tǒng)后臺生成地塊二維碼，并通過桌面端將地塊二維碼下載和打印，置于地塊上。生產者通過APP掃描地塊二維碼自動選擇地塊，選擇要完成的產品種類和本次執(zhí)行的農事任務等信息，錄入農事活動過程中可以拍攝相關的活動照片或視頻，移動端采集的農事記錄信息通過Web Service接口將XML數(shù)據(jù)傳輸至桌面端，后者對數(shù)據(jù)進行詳細分析和處理。移動端和服務器端交互接口部分設計程序如下。

public Result saveActiInfo(String archiveCodes，String actiTypeCode，StringactiTypeName，String employeeCode，

String employeeName，StringactiDate，StringextendActiTypejson，StringmediaJson){

Result result=new Result()；

StaticLog.info(“APP端進入農事提交保存方法”)；

try {

Integer flag=actiActiService.saveInfo(archiveCodes，actiTypeCode，actiTypeName，employeeCode，employeeName，

actiDate，extendActiTypejson，mediaJson)；

if(flag==10000){

fillResult(result，200，10000，“保存成功”)；

}else if(flag==10003){

fillResult(result，200，99999，“生產檔案不存在”)；

}else{

fillResult(result，200，99999，“保存失敗，請稍后重試?！?；

}

StaticLog.info(“APP端農事提交保存結果：”+flag)；

}catch(Exception e){

StaticLog.error(e.getMessage()，e)；

fillResult(result，500，99999，“保存失敗，請稍后重試?！?；

}

return result；

}

2.4追溯編碼設計

2.4.1追溯編碼規(guī)則設計

追溯碼是農產品終端銷售時承載追溯信息直接面對消費者的專用代碼，是展現(xiàn)給消費者具有追溯功能的統(tǒng)一代碼[16]。為方便與流通環(huán)節(jié)追溯系統(tǒng)對接，實現(xiàn)農產品從產地到餐桌全程質量安全可追溯，參照《農產品追溯編碼導則》《肉類蔬菜流通追溯體系編碼規(guī)則》等技術標準，制定系統(tǒng)編碼規(guī)則(表1)[19-20]。

表1 系統(tǒng)編碼規(guī)則

2.4.2二維碼生成

表2 追溯信息與關聯(lián)的數(shù)據(jù)庫

2.5關鍵技術應用

2.5.1二維碼技術

主要用于追溯信息管理環(huán)節(jié)。二維碼技術是采用特殊的二維碼圖形記錄農產品信息，具有信息密度高、糾錯能力強和防偽性好等特點，能夠和產品直接相連，做到一物一碼。通過圖像處理與編碼技術，將包含產品信息的二進制數(shù)字排列，形成不同的矩陣組合。在智能移動端掃描解析重新生成產品的詳細信息，了解種植過程的明細。

2.5.2GIS技術

主要用于地塊管理環(huán)節(jié)。地理信息系統(tǒng)(GIS)提供追溯的地理位置信息，把地圖的視覺化效果和地理分析功能與數(shù)據(jù)庫集成在一起。GIS系統(tǒng)將地塊管理、質量檢測管理和溯源編碼管理等功能模塊與監(jiān)督管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)融合與聯(lián)動，將各類預警信息在地圖上直觀呈現(xiàn)，實現(xiàn)智能預警和應急指揮。

2.5.3異構系統(tǒng)整合技術

主要用于農事管理和檢測管理等環(huán)節(jié)。通過SOA技術整合解決跨PC端和移動端的異構性問題。系統(tǒng)采用面向服務(SOA)的設計思想，按需裝配的組件化結構，實現(xiàn)網(wǎng)絡業(yè)務、資源和用戶的融合管理和端到端管理?；赟OA技術框架的松耦合的信息交換體系為系統(tǒng)提供Web Service接口。采用Web Service技術框架，通過松耦合、分布式和易擴展的開放管理平臺，提升各業(yè)務融合能力。

2.5.4異構系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換技術

主要用于農事管理環(huán)節(jié)。多終端的數(shù)據(jù)格式存在多樣性，主要通過XML技術和JSON技術統(tǒng)一和轉換。XML即可擴展標記語言，是一種簡單的數(shù)據(jù)存儲語言，使用簡單的標記描述數(shù)據(jù)，在Internet中可跨平臺處理結構化文檔信息。系統(tǒng)接收到請求方的請求后進行對應交易處理，返回XML格式的數(shù)據(jù)給請求方系統(tǒng)。JSON用于服務器和客戶端的數(shù)據(jù)交互，在不同的編程語言之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的報表插件與服務端數(shù)據(jù)傳輸格式采用JSON格式傳輸，便于格式統(tǒng)一和提高識別處理效率。

2.5.5空間數(shù)據(jù)交換技術

主要用于數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)。空間數(shù)據(jù)交換采用GML格式，遵守OGC規(guī)范與標準，主要采用WMS和WFS技術。WMS通過地理空間信息的數(shù)據(jù)制作地圖，并返回地圖圖象。WFS通過GML傳遞地理空間數(shù)據(jù)，在基于HTTP協(xié)議的分布式計算平臺上對地理要素進行增刪改查等操作，同時保證地理數(shù)據(jù)變化的一致性。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1開發(fā)環(huán)境和應用環(huán)境

3.2系統(tǒng)界面

3.2.1主體注冊和審核

企業(yè)登錄主體注冊系統(tǒng)，提交備案信息，經(jīng)監(jiān)督管理系統(tǒng)審核通過后，保存到信息中心服務器，系統(tǒng)界面如圖5和圖6所示。

3.2.2用戶管理

企業(yè)按照監(jiān)督管理系統(tǒng)提供的賬號和密碼登錄生產管理系統(tǒng)，構建組織結構信息系統(tǒng)，依據(jù)部門職責和人員分工分配操作權限，系統(tǒng)界面如圖7所示。

3.2.3地塊劃分與管理

生產部應用GIS技術劃定、標注基地范圍，根據(jù)基地屬性和作物種植情況劃分、標注和編碼地塊信息，系統(tǒng)界面如圖8所示。

3.2.4生產計劃管理

生產部依據(jù)地塊劃分情況，制定年度生產計劃。選擇關聯(lián)地塊、地塊面積和計劃種植的品種，設定播種(移栽)、收獲時間，系統(tǒng)會根據(jù)農事活動的進行情況自動顯示目前的執(zhí)行狀態(tài)和進度，系統(tǒng)界面如圖9所示。

3.2.5農資采購管理

供應部依據(jù)生產計劃或農事任務單，調用農資庫存信息和農業(yè)部農資登記產品信息，填寫采購單，經(jīng)審核后進行農資采購，系統(tǒng)界面如圖10和圖11所示。

3.2.6農事管理

生產部根據(jù)生產計劃創(chuàng)建生產檔案，借助專家輔助支持信息庫，下達農事任務單，通過PC端或手機端錄入農事信息，系統(tǒng)界面如圖12和圖13所示。

3.2.7專家輔助支持信息庫指導

專家輔助支持信息庫主要包括農業(yè)部農藥登記產品信息、農作物標準化生產規(guī)程、禁用和限用農藥名錄等，輸入搜索要求和選擇相關類型，即可獲得科學有效的施肥施藥指導建議，系統(tǒng)界面如圖14所示。

3.2.8質量安全檢測

農作物成熟采收前，通過開發(fā)的基于PC端的農殘速測儀智能化檢測管理系統(tǒng)進行農藥殘留快速檢測，檢測合格后方可采收入庫，系統(tǒng)界面如圖15所示。

3.2.9追溯標簽申請和打印

農產品加工包裝后，在線申請追溯標簽，經(jīng)監(jiān)督管理系統(tǒng)審核后，打印粘貼追溯標簽，系統(tǒng)界面如圖16和圖17所示。

3.2.10追溯碼查詢

用戶可以登錄鄭州市農產品質量安全信息網(wǎng)(圖18)，輸入追溯碼查詢，或者用手機掃描二維碼查詢。

4 系統(tǒng)應用

系統(tǒng)開發(fā)完成后，自2017年在鄭州市28家種植企業(yè)進行了示范推廣應用，共建立生產檔案2000多個，檢測蔬菜3500多批次，打印追溯標簽40多萬張。推廣應用結果表明，該系統(tǒng)可實現(xiàn)農產品從種植、檢測、采收、加工、包裝和配送的全程質量安全控制和跟蹤溯源。

5 結束語

基于多終端數(shù)據(jù)交互技術的“三品一標”企業(yè)農產品質量安全追溯管理系統(tǒng)，采用SOA面向體系的架構設計，應用移動端和桌面端交互設計方式，通過設置專家輔助支持信息庫、農資采購管理、質量檢測管理和追溯信息管理等功能模塊控制關鍵環(huán)節(jié)，保證追溯信息的真實性、準確性和完整性，從而保證農產品質量安全，可實現(xiàn)農產品從種植、檢測、采收、加工、包裝和配送的全程質量安全控制和跟蹤溯源。專家輔助支持信息庫可獨立開發(fā)為APP，增加圖像識別模塊和語音識別模塊，根據(jù)現(xiàn)場拍攝的病蟲害圖片和農作物病情描述，準確識別病蟲害種類，提供病蟲害防治解決方案。增加產地環(huán)境監(jiān)測模塊，采集溫度、濕度和光照等信息，科學指導農業(yè)生產。