基于二維碼的綠色食品溯源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

施連敏，郭翠珍，蓋之華，陳志峰

SHI Lian-min1, GUO Cui-zhen2, GAI Zhi-hua1, CHEN Zhi-feng1

（1.蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)字化校園管理中心，蘇州 215009；2.蘇州市職業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，蘇州 215104）

0 引言

食品安全問(wèn)題關(guān)系到人民群眾的生命安全，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，歷來(lái)受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。然而近年來(lái)食品安全問(wèn)題日益突出，國(guó)際上瘋牛病、口蹄疫等疾病相繼爆發(fā)和傳播，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了“三鹿奶粉”、“皮革奶”、“瘦肉精”等食品安全問(wèn)題。如何從根本上保護(hù)食品安全，《2007年中國(guó)食品安全報(bào)告》中指出可追溯性是食品安全保障的基本原則[1]，建立食品溯源系統(tǒng)，減少食品生產(chǎn)、物流信息，檢疫檢測(cè)信息等環(huán)節(jié)中的人工干預(yù)，做到信息流整體的監(jiān)察管理，使普通市民參與食品安全的監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)從田頭到餐桌的全過(guò)程監(jiān)控，從源頭保證食品安全[2]。

由于二維碼具有信息存儲(chǔ)量大、保密性和追蹤性高、抗損性強(qiáng)，且易實(shí)現(xiàn)信息化管理等特性，使其廣泛應(yīng)用于食品溯源、防偽等領(lǐng)域。本文主要研究以二維碼為核心的綠色食品溯源系統(tǒng)，利用智能終端掃描綠色食品上的二維碼，檢索溯源信息，一旦出現(xiàn)食品安全問(wèn)題，可立即追溯源頭，追查責(zé)任人和相關(guān)原因，便于政府和社會(huì)各方及時(shí)采取措施，以最快的速度將影響和損失減小到最低程度，保證綠色食品流通信息標(biāo)準(zhǔn)化、集中化和網(wǎng)絡(luò)化，促進(jìn)綠色食品流通市場(chǎng)規(guī)范有序，達(dá)到對(duì)綠色食品全過(guò)程監(jiān)管，確保綠色食品流通信息有源可溯。

1 二維碼

二維碼（2D barcode) 是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在二維方向上分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息。在代碼編制上利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示信息，通過(guò)圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。相對(duì)于一維條形碼，它具有如下主要優(yōu)勢(shì)：

1）信息密度高、信息容量大，可不依賴(lài)數(shù)據(jù)庫(kù)及通訊網(wǎng)絡(luò)而單獨(dú)應(yīng)用，而且可以將圖片、聲音、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼，完成對(duì)物品的描述，因此可以為消費(fèi)者提供更全面綠色食品溯源信息。

2）容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有錯(cuò)誤校驗(yàn)和糾錯(cuò)能力，當(dāng)二維碼出現(xiàn)穿孔、污損等引起局部損壞面積達(dá)50%時(shí)，仍然可以正確識(shí)別。

二維碼可以分為行排式/堆積式二維碼和矩陣式二維碼，其中，行排式/堆積式二維碼編碼原理是建立在一維條形碼基礎(chǔ)之上，按需要堆積成二行或多行，具有代表性的行排式/堆積式二維碼有PDF417、CODE49、CODE 16K等；矩陣式二維碼編碼原理是在一個(gè)矩形空間通過(guò)黑、白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼，具有代表性的矩陣式二維碼有：QR Code、Data Matrix、Code One等[3]。二維碼樣例如圖1所示。

圖1 二維碼樣例

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于二維碼的綠色食品溯源系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。采集各類(lèi)傳感器感知的種植/養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)、綠色食品生產(chǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)的食品認(rèn)證數(shù)據(jù)，建立綠色食品溯源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，提交到綠色食品溯源平臺(tái)，由溯源平臺(tái)按相應(yīng)的編碼規(guī)則生成二維碼后，制作成標(biāo)簽貼在綠色食品上，發(fā)往經(jīng)銷(xiāo)商處，由經(jīng)銷(xiāo)商將物流、銷(xiāo)售等信息推送到溯源平臺(tái)[4]。消費(fèi)者則可以利用安裝在智能終端上APP掃描綠色食品上的二維碼，獲取詳細(xì)的溯源信息。

2.2 二維碼編碼方式設(shè)計(jì)

為了方便綠色食品的溯源，設(shè)計(jì)了基于QRCode編碼規(guī)范的二維碼編碼方式，編碼由（01）商品名稱(chēng)+（10）生產(chǎn)商+（11）生產(chǎn)日期+（12）保質(zhì)期+（13）生產(chǎn)批號(hào)組成，其中前四項(xiàng)為直接記錄類(lèi)信息，可以直接通過(guò)智能終端上的APP掃描顯示出來(lái)，最后一項(xiàng)為數(shù)據(jù)庫(kù)檢索類(lèi)信息，可以根據(jù)APP掃描出來(lái)的批號(hào)信息查詢(xún)綠色食品溯源信息數(shù)據(jù)庫(kù)而得到更多詳細(xì)的溯源信息。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

3.1 二維碼生成功能實(shí)現(xiàn)

將需要生成二維碼圖形的文本內(nèi)容、圖片類(lèi)型和尺寸等信息以參數(shù)形式傳送給自定義的QRCode類(lèi)的QRCodeCreate方法，并調(diào)用目前比較實(shí)用的二維碼信息編解碼核心庫(kù)core.jar中的Qrcode類(lèi)創(chuàng)建對(duì)象，根據(jù)創(chuàng)建的對(duì)象設(shè)置二維碼拍錯(cuò)率、生成內(nèi)容和尺寸，通過(guò)Graphics2D類(lèi)的fillRect方法循環(huán)生成BufferedImage類(lèi)型的二維碼圖像[5]，生成二維碼的關(guān)鍵代碼如下：

圖2 基于二維碼的綠色食品溯源系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

3.2 二維碼識(shí)別與溯源功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)二維碼的識(shí)別主要通過(guò)調(diào)用二維碼信息編解碼核心庫(kù)core.jar中相關(guān)包的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，com.zxing.Demo.camera為攝像頭控制包，負(fù)責(zé)手機(jī)攝像頭的閃光燈控制、自動(dòng)對(duì)焦、和掃描二維碼；com.zxing.Demo.decoding二維碼解碼包中的CaptureActivityHandler.java為解碼處理類(lèi)，負(fù)責(zé)調(diào)用DecodeHandler.java線(xiàn)程進(jìn)行解碼；com.zxing.Demo.view為掃描時(shí)的界面包，負(fù)責(zé)識(shí)別數(shù)據(jù)，并將回調(diào)結(jié)果顯示在界面上[6]。

利用手機(jī)攝像頭掃描二維碼進(jìn)行解碼并溯源的步驟：

1）啟動(dòng)攝像頭，自動(dòng)對(duì)焦，開(kāi)始識(shí)別二維碼符號(hào)圖像信息；

2）判斷解碼正確與否，正確則對(duì)編碼區(qū)域進(jìn)行處理消除掩模，錯(cuò)誤則返回，并提示無(wú)法解碼信息；

3）根據(jù)模塊排列規(guī)則，識(shí)別二維碼符號(hào)字符信息；

4）根據(jù)設(shè)置的模式進(jìn)行譯碼，得到模式指示符和字符計(jì)數(shù)指示符，得出數(shù)據(jù)字符[7]；

5）按照二維碼編碼方式提取出生產(chǎn)批號(hào)，根據(jù)生產(chǎn)批號(hào)信息檢索綠色食品溯源信息數(shù)據(jù)庫(kù)得到詳細(xì)的溯源信息，將識(shí)別的直接記錄類(lèi)信息和檢索的溯源信息輸出到智能終端顯示。二維碼識(shí)別及溯源信息顯示界面如圖4所示。

圖4 二維碼識(shí)別及溯源信息顯示

4 結(jié)論

二維碼能在很小的面積內(nèi)表示大量的信息，且識(shí)別效率高，可以幫助公眾快速、準(zhǔn)確地了解到綠色食品種植養(yǎng)殖、生產(chǎn)加工、包裝運(yùn)輸以及批發(fā)零售的全過(guò)程溯源信息。基于二維碼建立綠色食品溯源系統(tǒng)，整合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，公眾只需通過(guò)安裝在智能終端上的APP掃描綠色食品上的二維碼，即可查詢(xún)到詳細(xì)的綠色食品溯源信息，方便公眾參與到食品安全監(jiān)督體系中，實(shí)現(xiàn)從行政監(jiān)督到社會(huì)公眾自發(fā)監(jiān)督的轉(zhuǎn)變。

[1]金海水,張瑤.我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量快速溯源系統(tǒng)研究[J].中國(guó)流通經(jīng)濟(jì),2010(2)：50-53.

[2]王祖樂(lè),宋波,肖瑜,楊寶祝.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源系統(tǒng)的研究[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2011,26(1)：77-80.

[3]盛秋康.二維碼編解碼技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].南京：南京理工大學(xué),2007.

[4]劉懷北.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全溯源系統(tǒng)[J].軟件導(dǎo)刊,2012,11(9)：99-100.

[5]徐國(guó)輝,陳婕嫻.手機(jī)二維碼技術(shù)原理及應(yīng)用[J].信息與電腦,2013(1)：18-19.

[6]付崢.智能手機(jī)二維碼識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：電子科技大學(xué),2011.

[7]張晶晶.二維碼識(shí)別系統(tǒng)在手機(jī)端的研究與實(shí)現(xiàn)[J].化學(xué)工程與裝備,2013(2)：164-166.