基于本體的農產品供應鏈可追溯系統研究

摘要：為規范農產品供應鏈可追溯信息，引入本體論的思想及其信息描述形式，構建農產品供應鏈可追溯信息本體，并以此探討具體的可追溯模型，以期達到農產品供應鏈可追溯系統中信息資源的共享和重用，促進信息管理精確性及效率化，為農產品供應鏈質量控制和質量追溯提供一個有效的途徑。

關鍵詞：農產品；供應鏈；可追溯系統；本體；信息

中圖分類號：Ｘ９５４文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）07－1476-04

Research on Agricultural Products Supply Chain Traceability System Based

on Ontology

ＷＵ Ｓｕ－ｎｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ－ｌｉａｎｇ

（Ｍｅｃｈａｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｏ ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｗｈｉｃｈ ｍｕｓｔ ｂｅ ｔｒａｃｅａｂｌｅ ｗｈｅｎ ｗｉｔｈ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍ， ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｏｎｔｏｌｏｇｙ was introduced ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ was described， ａｎｄ ｔｈｅ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ was built， ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｍａｎｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ was further discussed． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｗａｙ， ｉｔ waｓ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｏ ｓｈａｒｅ ａｎｄ ｒｅｕｓｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ； ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ； ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ； ｏｎｔｏｌｏｇｙ； ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

構建“從農田到餐桌”的全程農產品質量可追溯體系，其中一個核心環節就是構建和實現“從農田到餐桌”的全程農產品供應鏈可追溯系統［１］。農產品供應鏈可追溯系統［２］指的是在農產品供應的整個過程中對農產品的各種相關信息進行記錄存儲的質量保障系統，其目的是在出現農產品質量問題時，能夠快速有效地查詢到問題根源，必要時進行產品召回，實施有針對性的懲罰措施，由此來提高產品質量水平。但全程農產品供應鏈可追溯系統涉及供應鏈中各類組織和各個生產環節，跟蹤追溯過程中任意環節和上下游出現不協調或沖突，都可能導致系統的斷裂和丟失。同時，農產品供應鏈可追溯信息中存在著大量多種類型的異構信息資源，并且這些知識的組成要素、運動規律、存在狀態、相互聯系各不相同［３］。

為此，引入本體論的思想和信息描述形式，將農產品供應鏈復雜的可追溯信息以及其蘊含的知識和知識間的關系、屬性、公理等映射為一個語義概念體系，通過語義概念體系來組織管理知識，建立農產品供應鏈可追溯信息本體，并以此探討具體的可追溯模型，以期達到農產品供應鏈可追溯系統中信息資源的共享和重用，促進信息管理精確性及效率化，為農產品供應鏈質量控制和質量追溯提供一個有效的途徑。

１本體技術

１．１本體概念

盡管對本體的定義有多種不同的方式，但是從內涵上來看，不同研究者對于本體的認識是統一的，即通過建立本體，來捕獲相關領域知識的共享概念，提供對該領域知識的共同理解，從而確定該領域內普遍認可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯（術語）和詞匯間相互關系的明確定義。這樣就為各領域（可以是特定領域的，也可以是更廣的范圍）內部不同主體（人、機器、軟件系統等）之間的交流（對話、互操作、共享等）提供了一種共同的或共識的概念基礎。因而，本體就為信息集成中的信息資源異構性的解決提供了一個方案，網絡中不同虛擬組織中的資源可以探討共享領域本體，來消除對相同概念的不同理解［４］。

１．２本體信息描述形式

在知識工程領域，本體是由用于描述某種確定現實情況的特定術語集，加上一組關于術語內涵意義的顯式假定集合構成［５］。在最簡單的情況下，本體只描述概念的分類層次結構；在復雜的情況下，本體可以在概念分類層次的基礎上加入一組合適的關系、公理、規則來表示概念之間的其他關系，約束概念的內涵解釋。為此，一個完整的本體可由領域、概念、關系、屬性、函數、公理和實例等元素構成［６］。

由此，可以將本體描述定義如下。定義１：本體表示為一個七元組：Ｏｎｔｏ＝（Ｄｏｍ，Ｃｏｎ，Ｒｅｌ，Ａｔｔ，Ｆｕｎ，Ａｘｉ，ｉｎｓ），其中：

１）Ｄｏｍ：本體應用的領域（ｄｏｍａｉｎ）。

２）Ｃｏｎ：表示本體領域中概念（Ｃｏｎｃｅｐｔ）的集合。本體中的概念是廣義上的概念，它除了包括一般意義上的概念外，還包括任務、功能、行為、策略、推理過程等。從語義上講，表示的是對象類的集合，一般采用框架結構進行定義。

３）Ｒｅｌ：概念實體之間關系（Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ）的集合。即在本體領域中概念之間的交互作用，形式上定義為Ｎ維笛卡爾積的子集。在語義上，關系對應于對象元組的集合。

４）Ａｔｔ：概念實體屬性（Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）的集合。

５）Ｆｕｎ：是一種特殊的概念之間的關系，其中第ｎ個元素Ｃｎ相對于前面ｎ－１個元素是惟一確定的。函數可以用如下形式表示，Ｆｕｎ：Ｃｏｎ１×Ｃｏｎ２×…×

Ｃｏｎｎ－１→Ｃｏｎｎ。

６）Ａｘｉ：表示概念或者概念之間的關系所滿足的公理（Ａｘｉｏｍｓ）集合，是一些永真式。

７）Ｉｎｓ：為領域內概念實例（Ｉｎｓｔａｎｃｅｓ）的集合。從語義上講實例表示的就是對象。

２農產品供應鏈可追溯信息本體建模

在農產品供應鏈可追溯知識領域中，可以將農產品供應鏈可追溯系統看作是由農產品供應鏈控制環節、環節的經營者、環節的文檔信息、控制要素、控制要素的負責人、控制要素質控標準、控制要素質檢信息等組成的集合，其中，任何一個供應鏈由許多控制環節構成，而某一特定的環節又會有一系列的控制要素，每個要素則有一定的質量標準及質量檢測信息，根據標準與檢測信息的約束匹配規則，可以確定質量是否得到有效控制，從而構成了總的供應鏈可追溯信息的知識庫。

根據以上描述，定義２：農產品供應鏈可追溯信息本體為一個五元組：ＴＲＡＣＥＯｎｔｏ＝（ＴＲＡＣＥＤｏｍ，ＴＲＡＣＥＣｏｎ，ＴＲＡＣＥＲｅｌ，ＴＲＡＣＥＡｔｔ，ＴＲＡＣＥＩｎｓ）。

ＴＲＡＣＥＯｎｔｏ：農產品供應鏈可追溯信息本體。

ＴＲＡＣＥＤｏｍ＝｛農產品供應鏈可追溯知識領域｝，即由農產品供應鏈中質量可追溯知識域中包含的概念實體、概念實體關聯、概念實體屬性及概念實例構成。

ＴＲＡＣＥＣｏｎ＝｛農產品供應鏈可追溯知識概念｝。追溯要完整包含整個供應鏈信息，因此，ＴＲＡＣＥＣｏｎ主要由農產品供應鏈信息子類構成，而農產品供應鏈信息又由多個鏈環節、經營者信息和文檔信息構成，而鏈的每個環節派生出很多控制要素，每個控制要素相配套有控制負責人信息、控制標準及質檢信息子概念。除此之外，ＴＲＡＣＥＣｏｎ還包含一個根類型，上述概念由其派生，當需要增加新的概念類型時，必須派生于其中的某一類或其子類才被認為是合法的。圖１反映了各個概念的層次關系。ＴＲＡＣＥＣｏｎ覆蓋了為便于農產品供應鏈可追溯信息的各個方面，這些概念獨立于某一特定的農產品供應鏈，提供通用的農產品供應鏈可追溯的信息描述。

ＴＲＡＣＥＲｅｌ＝｛農產品供應鏈質量可追溯信息概念的關聯關系｝。本體理論中概念之間最基本的關系是：Ｐａｒｔ－ｏｆ、Ｓｕｂｃｌａｓｓ－ｏｆ、Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ－ｏｆ和Ｉｎｓｔａｎｃｅ－ｏｆ，其中Pａｒｔ－ｏｆ表達概念之間整體和局部的關系； Ｓｕｂｃｌａｓｓ－ｏｆ表達概念之間繼承關系；Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ－ｏｆ表達某個概念是另外某個概念的屬性；Ｉｎｓｔａｎｃｅ－ｏｆ表達概念和概念的實例之間的關系。

表１列出了ＴＲＡＣＥＲｅｌ中包含的主要概念類的關聯關系，其中，關聯構成規則定義了關聯關系作用的概念實體，箭頭則表示了關聯關系的作用方向。這些關聯關系表示了農產品供應鏈可追溯知識域中的概念間的語義關系，他們有些具有可逆性。

ＴＲＡＣＥＡｔｔ＝｛農產品供應鏈可追溯知識領域屬性｝，即表示概念實體的概念屬性集。為把概念集之間的概念清晰明確的區分開，必須定義概念的屬性，概念屬性是用于描述概念類所具有的區別于其他概念類的特性。為了概念屬性的繼承和共享，通過對概念及其屬性進行歸納分析，農產品供應鏈可追溯知識領域相關概念實體及屬性見表２。

ＴＲＡＣＥＩｎｓ＝｛農產品供應鏈可追溯信息實例｝。質量追溯往往需要借鑒以往的歷史信息進行分析歸納，便于做出下一步質控的重點，以及當有質量問題時，能更有效的進行追溯。因此，在本文所建立的本體中，我們需要對已經發生追溯的有關信息實例進行歸納，這些信息有：具體的農產品供應鏈（如玉米、水果供應鏈等）、具體供應鏈控制環節（如種植、加工、流通、銷售等控制環節）、具體的供應鏈控制要素（如種植過程中的種子、肥料、農藥等控制要素）信息等。

３基于本體的農產品供應鏈可追溯語義模型

定義３：基于本體的農產品供應鏈追溯語義模型（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｈａｉｎ Ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌ，ＡＴＭ）是一個多重有向圖，ＡＴＭ＝（ＡＴＶ，ＡＴＥ），ＡＴＶ和ＡＴＥ分別表示節點和有向邊的集合，是農產品供應鏈可追溯信息本體語義網（ＡＴ－ＳｅｍａｎｔｉｃＮｅｔ）在農產品供應鏈追溯空間上的實例化結果，表示了農產品供應鏈過程中所有可能出現在追溯中的組件及其相互關系，圖２給出了某柑橘供應鏈控制環節的可追溯信息部分語義模型，圖３給出了南豐柑橘供應鏈在種植環節苗種控制要素的可追溯信息部分語義模型。

從圖２和圖３可以看出，基于本體的農產品供應鏈可追溯模型是農產品供應鏈可追溯信息本體語義網絡在信息實例空間上的投影，通過實例化概念實體，添加概念屬性及概念實體關聯關系，形成具有復雜語義關系的網狀結構，清晰地表達了整個供應鏈中質量可追溯知識。農產品供應鏈可追溯信息本體為質量可追溯模型組織了高層次的知識抽象，澄清了可追溯過程中模糊或隱含的知識結構，使得可追溯過程中的概念以及概念之間的約束關系更加明確、清晰。可追溯模型在可追溯信息本體的驅動下，使用一致的架構來表達具體的可追溯信息，從而使施加于農產品供應鏈上的質量可追溯推理成為可能。通過使用統一的術語及概念，大大減少了對可追溯信息中的邏輯關系可能造成的誤解，準確地把握可追溯信息的精確性，為共享和重用可追溯知識打下基礎。另外，該可追溯模型支持多種信息等多視圖表達，具有一定的靈活性。

４小結

論文針對在農產品供應鏈運作過程中獲取質量可追溯知識復雜的實際需求，引入本體論的思想及方法用于農產品供應鏈可追溯系統研究，提出基于本體的農產品供應鏈可追溯信息元組表示方法，建立了農產品供應鏈追溯領域本體信息庫，在此基礎上進一步探索了具體農產品供應鏈控制環節、控制元素的質量追溯語義模型。這些語義信息將有助于規范農產品供應鏈可追溯信息，促進質量追溯信息在農產品供應鏈企業內部以及企業之間的共享和重用，構建多企業間可追溯系統的共享機制，從而提高信息管理的精確性及效率化，為滿足農產品質量控制和質量追溯需求提供有效途徑。

參考文獻：

［１］ 李春華． 基于ＦＭＥＣＡ糧油的產品質量安全追溯鏈的研究［Ｄ］． 北京：中國農業科學院，２００８．

［２］ 陳紅華，田志宏． 國內外農產品可追溯系統比較研究［Ｊ］． 商場現代化，２００７（７）：５－６．

［３］ 袁康來，楊亦民． 農業食品供應鏈的可追溯性研究［Ｊ］． 物流科技，２００６（９）：１２１－１２３．

［４］ ＳＨＥＮ Ｗ Ｍ，ＨＡＯ Ｑ，ＷＡＮＧ Ｓ Ｙ，ｅｔ ａｌ． Ａｎ ａｇｅｎｔ－ｂａｓｅｄｓｅｒｖｉｃｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ［Ｊ］． Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２００７，２３（3）：３１５－３２５．

［５］ 黃宏斌，鄧蘇，馬麗麗，等． 面向語義的元數據模型及ＯＷＬ表示［Ｊ］．計算機工程與科學，２００７，２９（１１）：１０５－１１３．

［６］ 李建文． 基于本體建模的產品配置及評價系統研究與應用［Ｄ］． 南京：南京大學，２００８．