基于SaaS模式的江蘇省農產品質量安全追溯管理系統研究

王坤 白紅武 王富國 張軍燕 俞彤

摘要：從SaaS模式出發，深入分析農產品質量安全追溯管理系統的架構，結合江蘇農產品點多面廣的特點，構建了“兩段式管理、三大環節、八個控制點、三流合一”的江蘇省農產品質量安全追溯管理系統（JS-APQT。該系統包括“一個中心、五類子系統”，分別為農產品質量安全追溯管理中心、末端企業追溯系統、質量安全檢測系統、政府監管系統、誠信評價及推介系統和公共信息服務系統。其中，系統基于J2EE-SOA技術構架，實現多用戶B/S服務；經檢驗合格的產品，可自動生成QR追溯碼，兼容農業部追溯標準。

關鍵詞：SaaS模式；食品安全；追溯系統；溯源管理

中圖分類號： S126文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（201412-0414-05[HS][HT9SS]

收稿日期：2014-06-20

基金項目：江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（135051]；江蘇省農產品質量安全專項（編號：2130109；公益性行業（農業科研專項（編號：201303088。

作者簡介：王坤（1975—，男，江蘇泰興人，副教授、高級工程師，從事信息系統架構、網絡控制技術與農業信息化。E-mail：tzwk@foxmailcom。

民以食為天，食以安為先。自20世紀70年代以來，食品安全問題日益突出，國際上瘋牛病、禽流感等相繼暴發并跨國傳播；在國內，發生了蘇丹紅、毒奶粉、瘦肉精等食品安全事件，食品質量安全問題已經成為全社會廣泛關注的焦點問題[1]。2001年，歐盟等國家通過了《食品安全白皮書》，積極推廣食品可追溯制度，強制要求進入歐盟的食品必須可追溯。美國的溯源系統主要是通過FDA進行食品安全認證建立起來的。2009年，中國的《食品安全法》應運而生，也開始重視農產品質量安全追溯，要求各省（市、區進一步落實農產品質量安全追溯制度。

江蘇省積極開展農產品質量安全信息化控制探索與實踐，在全省范圍內實現監管機構鄉鎮全覆蓋，基本建成了全省農產品質檢體系，已初步形成“南京農產品質量安全IC卡監管模式”、“無錫朝陽全程質量控制模式”[5]、“鹽城放心糧油專賣連鎖店模式”[6]等幾種相對較為成熟的模式。分別構建了具有地方特色的信息化系統，在國內外形成了一定的影響。但在具體實施和實踐中，不難發現現有的信息系統大都為了追溯而追溯，設計視角不一、追溯管理深度不一、關鍵控制要素不一，造成了不同地區、不同部門、不同企業之間對流動的農產品的控制和監管信息缺乏共享機制等[7-13]。加之農產品企業大都規模不大、相對分散，軟件與硬件投資的同質化非常嚴重，很難有效降低開發成本，而且傳統的軟件推廣模式不利于系統推廣應用。因此，從軟件即服務（software as a service，SaaS模式出發，深入分析農產品質量安全追溯管理系統的架構，結合江蘇農產品點多面廣的特點，提出了集“兩段管理、三大環節、八個控制點、三流合一”于一體的江蘇省農產品質量安全追溯管理體系及其應用模式，利用J2EE-SOA技術，研制出支持過程控制與可追溯并重的“江蘇省農產品質量安全追溯管理系統（簡稱JS-APQT”，實現多用戶B/S服務，為江蘇省農產品質量安全追溯管理體系建設提供有力的信息化支撐。

1材料與方法

11SaaS模式

111成熟度模型等級

SaaS是一種基于互聯網提供軟件服務的軟件應用模式。該模式對用戶的應用要求不高，適合我國規模不大的中小型企業，特別是農業企業。用戶無需搭建信息化所需要的所有網絡基礎設施及軟件、硬件運作平臺，更不需要過多考慮所有前期的實施、后期的維護等一系列配套工作。用戶只須根據實際需要，租賃相應的軟件服務，大大降低投資風險和資金投入壓力。目前，業內將SaaS模式按照高性能、可配置、可伸縮的特性細分為Level 1（定制、Level 2（可配置的、Level 3（可配置、高性能多租戶、Level 4（可配置、高性能多租戶、可擴展[14]四級SaaS 成熟度模型（圖1。

江蘇省農產品質量安全追溯管理系統（簡稱JS-APQT系統，面向全省范圍內的優質農產品企業、“省、市、縣、鎮”四級農產品質量安全監管機構、“省、市、縣、鎮、點”五級農產品質量安全檢測機構等節點，實現與流通環節的追溯系統無縫對接。針對系統帶來的規模效應及容易在全省范圍被推廣應用因素，考量綜合開發成本，避免財政資源的浪費，SaaS成熟度模型Level 3能滿足JS-APQT的應用需要，設計時選擇為JS-APQT的基礎架構模型。隨著應用范圍的擴大，可適當增加負載均衡層，優化應用系統結構，提高到SaaS成熟度模型Level 4。

[F（W11][TPW11tif][F]

112數據體系結構

JS-APQT系統的數據體系結構為多租戶（Multi-Tenant模式，實現租戶之間的數據既有隔離又有共享。如何保證數據安全和高可用性，是多租戶數據體系結構設計的核心問題。多租戶數據體系結構設計一般分為完全隔離型、完全共享型和Schema 隔離型3種[15]，具體如下所述。

（1完全隔離型，即租戶擁有獨立數據庫，在應用程序設計時根據企業的標志動態加載數據庫。優點在于設計難度低，結構簡單，數據易于管理，而缺點是系統可擴展性不好，易形成設計瓶頸。

（2完全共享型，即租戶共享同一數據庫、共享數據庫結構，通過記錄中的企業標志來區分不同企業的數據。優點在于數據庫的利用率很高，硬件成本較低；缺點在于數據隔離性很低，容易造成單表的數據量過大，對系統性能會產生很大的影響。

（3Schema 隔離型，是指租戶共享同一數據庫，通過不同的 Schema隔離數據庫結構。優缺點折中于前2種方案，容易造成單個數據庫里的表過多，實現數據庫分區難度較大。

結合農業行業企業規模小、分散、供應鏈節點多的特點，JS-AQPT系統的數據體系結構集成了完全共享型和完全隔離型方案的特點，集中式實施的部分系統數據庫采用完全共享型，分步式實施的系統數據庫通過持久化中間件實現不同數據庫的選擇。

12系統設計

121設計思路系統設計基于農產品供應鏈，摒棄了傳統的“單純為追溯而追溯”，以強化生產源頭監管為主線，力求實現農產品質量安全“從農田到餐桌”的全程監管與可追溯，以達到過程可監管、產品可溯源、問題可預警的目標。經過大量的研究與探索，形成了集“兩段式管理、三大環節、八個控制點、三流合一”于一體的江蘇省農產品質量安全追溯管理體系及其應用模式（圖2。

[FL]

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[FL（22]“兩段式管理”即農產品入市前的“生產、收購、儲藏、運輸”等全程質量管理由農業部門負責，食藥部門負責農產品入市后的“市場、消費”等全程質量管理；“三大環節”即結合江蘇省現狀，將供應鏈分為生產環節、收儲運環節及流通環節3個環節；“八個控制點”主要包括主體備案、產地環境監測、投入品監管、生產過程監管、產地準出檢測、追溯標識管理、市場準入、監督抽檢等8個追溯控制關鍵點；“三流合一”即物流、信息流和控制流在農產品質量安全“從農田到餐桌”全程中的有機結合。

122總體架構如圖3所示，JS-APQT系統架構體系包括安全保密體系、運行維護體系及技術架構體系三大部分。其中，安全保密體系及運行維護體系為整個系統總體架構體系提供安全可靠、長期有效的運行保障，是基礎；技術架構體系為整個系統總體架構體系的核心，采用SaaS模式分層設計，基于J2EE-SOA技術構架，實現為多層B/S架構。技術架構體系細分為數據資源層、公共管理層（類似元數據服務、業務部署層、客戶定制層、表現層、接口適配層等。

123功能結構JS-APQT系統包括“一個中心、五類子系統”，分別為農產品質量安全追溯管理中心、末端企業追溯系統、質量安全檢測系統、政府監管系統、誠信評價及推介系統和公共信息服務系統（圖4。

（1農產品質量安全追溯管理中心。是整個系統的核心，包括中心數據庫、數據中心和控制中心三大模塊。可實現數據采集、數據分析、數據管理、租戶管理、定制管理、系統管理、數據交換、企業認證、產品認證、視頻信息采集、產品投訴及召回管理等功能。

[FL]

[F（W24][TPW33tif；S+3mm][F]

[FL（22]

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（2末端企業追溯系統。包括生產企業追溯系統、收儲運企業追溯系統、流通企業追溯系統、農業投入品追溯系統、團體消費追溯系統等5個子系統，基本覆蓋了農產品供應鏈主要環節企業，基于統一架構，實現農產品供應鏈全程信息化和透明化，消除各環節間“信息不對稱”現象。流通企業追溯系統及團體消費追溯系統作為流通環節中的功能模塊，不屬于農業委員會職權管轄范圍，所以按照商務部有關標準實現系統接口對接。

（3質量安全檢測系統。實現農產品質量檢測數據的自動采集、管理及遠程上傳。“省、市、縣、鎮、點”五級質量安全檢測機構及授權速測點可根據需要，定期或隨機對轄區內的農產品進行抽檢，協助無檢測手段的農產品基地進行產品準出檢測。

（4政府監管系統。按照“省-市-縣（市、區-鎮”4級行政體系，建立屬地管轄范圍內農產品質量監管體系數據庫，可實現四級政府依據各自權限對屬地農產品質量進行動態監管。通過對各種農產品質量數據的組合查詢、規則分析等來實現預警和風險評估。如發現產品質量安全問題，可根據預警信息，立即進入糾偏程序，啟動追溯程序，查找生產日期，確定基地、相關記錄，分析成因，研究糾偏對策，采取糾偏措施并進行糾偏后評估。

（5誠信評價及品牌推介系統。按照預設的五星級企業質量誠信評價模型，自動對該企業相關數據進行分析統計，形成企業質量誠信評價等級，對誠信度較好的企業采用在線推廣、專題介紹等方式進行在線推介。

（6公共信息服務系統。面向廣大消費者，消費者可以根據二維碼追溯標識進行防偽追溯，查看該批次農產品的生產過程、投入品使用情況、檢測記錄及產品認證情況，也可以查閱與農產品質量安全相關的新聞公告、供求信息、三品信息、企業誠信等級、品牌推介等，還可以向有關部門進行在線投訴。

13關鍵技術

JS-APQT系統作為江蘇省農產品質量安全追溯管理體系建設的信息化公共支撐平臺，必須要符合其體系框架要求。因此，JS-APQT系統在設計時，專門集成了HACCP體系及關鍵控制點分析技術、農業投入品交通燈規則及預警技術、支持技術規程嵌入的標準化生產過程控制技術、不同型號速測設備松耦合集成技術等，實現體系要求的物流、信息流和控制流的三流合一。

131HACCP體系及關鍵控制點分析技術

利用HACCP體系及關鍵控制點分析技術，分析形成了江蘇省農產品質量安全追溯管理體系中涉及到的八大質量安全關鍵控制點，基于已知的國內外農產品生產技術規程，進行關鍵點分析，提煉出標準化生產過程中關鍵點及相應要求，設置到數據庫中，為標準化生產過程控制提供基礎數據。

132農業投入品交通燈規則及預警技術

利用紅黃綠交通燈規則，對農業投入品的生產、經銷、采購、使用進行預警控制，“紅燈”代表禁用投入品，“黃燈”代表限用投入品，“綠燈”代表可用投入品。依據國家三品認定標準中相關技術規程，對某一品類或某一品種進行規則設定，利用內置的農業投入品控制池技術，系統進行自動判斷，發現違規現象，則自動預警。

133支持技術規程嵌入的標準化生產過程控制技術

利用HACCP關鍵點分析技術，將農產品相應的生產技術規程進行提煉分析，形成過程控制中的關鍵點清單及其相應要求（如注意點、禁止事項等，初始化到標準化生產過程控制規則庫中。當用戶建立生產批次檔案時，選擇該批農產品的生產標準，自動調用相應的生產標準控制規則，自動生成該批農產品的主要生產環節及其提示信息，用戶可以依據相關信息進行生產，并錄入實際生產記錄信息。利用內置的預警規則，對錄入生產信息進行預警分析，便于控制生產過程。

134不同型號速測設備松耦合集成技術

在推廣過程中，涉及到不同廠家不同型號的農產品快速檢測設備，存在不同的接口技術、不同的信息標準、不同的采集技術。因此，采用松耦合集成技術，制定專門的檢測設備信息接口標準，研發出公共的接口Web服務接口，支持對上傳數據的過濾、分析和入庫。支持農產品快速檢測設備廠家依據標準開發相應的電腦控制終端程序，實現檢測設備數據的自動采集與遠程上傳，構建統一的農產品檢測信息網絡。

2結果與分析

21及時獲取產地環境監測數據

根據追溯管理體系對產地環境監管的要求，專門設計產地環境監測數據庫，用于對專業檢測機構出具的農產品企業產地環境監測數據的維護、存儲與分析，內置產地環境評價規則，建立產地環境質量綜合評價模型，對產地環境質量進行輔助分析。例如，在江蘇省鹽城市某生產基地的大棚里布置了4個無線傳感器節點，實時采集作物的環境信息（如溫度、濕度、CO2濃度、土壤濕度等。當溫度過高或濕度過大時，系統會自動向管理者發出預警信息，以避免重大損失。系統自動獲取農產品的產地環境參數，經過整理，存入指定的數據庫，為JS-APQT系統提供重要的源頭信息。通過物聯網技術來構建設施監控系統，與JS-APQT系統有機結合起來，一定程度上解決了農產品追溯的源頭信息。

22保障追溯信息安全有效

在追溯信息安全方面，主要采取了以下幾個措施：（1網絡層面，利用專業的硬件防火墻實現內外分離，數據庫服務器設置在防火墻之后，通過有效的過濾機制實現訪問安全。（2服務器層面，實現數據庫服務器與應用服務器之間的物理分離，對數據實現多重備份，通過磁盤陣列技術（RAID，redundant arrays of independent disks，以保證在數據遭到破壞時，可通過備份進行恢復。必要時專門設置異地備份服務器。（3數據層面，對關鍵數據進行加密處理。對于數據庫的核心數據，例如租戶信息、用戶名、密碼、產品檢測報告等，在寫入數據庫之前實施加密，提取數據時再進行解密。即使有人通過非法手段得到數據庫，也難以獲得有價值的關鍵數據[15]，本系統采用JCE（java cryptographic extensions來對關鍵數據實施加密和解密。此外，通過農產品控制池技術，將產品檢測與上市銷售相結合，實現準出控制。例如，質檢員通過農產品質量安全檢測系統終端，快速檢測并自動上報數據，檢測合格后，具備上市資格，打印該批次農產品追溯標志，粘貼，銷售。

23增強通用性的二維碼編碼規則

根據農業部標準，參照《NYT 1431—2007農產品追溯編碼導則》。采用29位長碼，其含義為縣行政區劃（6位+鄉鎮（3位+村（3位+產地分類代碼（5位+流水號（3位+產品信息碼（9位，方便消費者通過短信或電話的方式查詢。基于QR二維碼技術，系統設計了追溯性包裝標識和追溯性產品標志2種規格，具體樣式如圖5所示。產地準出檢測通過后，自動生成追溯性二維碼標志，打印出標志，再粘貼到產品上。

[F（W8][TPW55tif][F]

24提供多種代理商查詢

為保障消費者的知情權，便于消費者查詢，系統支持短信服務、電話咨詢、網絡服務、專用查詢設備、智能終端等多種信息查詢途徑。消費者可通過貼有追溯碼的產品包裝查詢到該產品的質量安全信息，例如品種、產地、責任人、產地環境、投入品檢測、生產記錄、產品檢測報告等。為支持多種信息查詢途徑，系統專門設計了各種相應的代理商，充分利用多種代理商的主動性及協作性，以主動服務的方式完成消費者對農產品質量安全信息的查詢（圖6。

25應用效果

JS-APQT系統作為江蘇省農產品質量安全追溯管理體系信息化支撐平臺，首先以鹽城市為試點，通過44家生產基地及涉及到的“市、縣、鎮”3級監管機構、檢測機構等近200家試點載體開展全方位的試點工作，達到了質量信息可查詢、問題產品可溯源、事故隱患可預警的目標。2012年，在江蘇省丹陽市天禾生態農業科技發展有限公司、江蘇省張家港市常陰沙現代農業示范園區等建立了行業企業示范點，形成了以行業龍頭企業引導下的企業質量安全追溯管理示范應用模式；在江蘇省揚州市江都區建立了以鄉鎮為單位的區域性追溯管理示范應用模式。2013年，分別在泰州市、鎮江市、淮安市、宿遷市、鹽城市建立了地市級追溯管理示范區域，形成了地市級追溯管理示范應用模式。目前，已推廣江蘇省13個省[FL]

[F（W24][TPW66tif][F]

[FL（22]轄市、76個縣（市、區、鄉鎮387家、檢測機構（點585家、農產品企業1 886家，縣（市、區覆蓋率達到100%，鄉鎮覆蓋率達到全省涉農鄉鎮的406%。在同類項目中推廣規模全國最大，受到省廳領導和農業部領導的一致好評。

3結語

本研究在消化吸收國內同類技術基礎上[7-13]，分析區域農產品生產鏈的特點，構建一種基于SaaS模式的農產品質量安全追溯管理系統。經過試點驗證與推廣應用，為進一步營造市場氛圍，強化示范引導，推行誠信評價及品牌推介，建立了“放心吃誠信品牌推介網”。為配合各級監管機構的信息服務要求，建立了“省市縣農產品質量安全監管網站群”，形成了具有江蘇特色的農產品質量安全追溯管理體系。JS-APQT 系統在江蘇省得以大規模推廣，很大程度上依賴于政府財政資金的支持。對企業而言，確實存在投入產出不高和管理成本增加等問題。能否形成企業質量安全追溯長效機制，能否利用市場引導機制，能否建立企業誠信機制，這是今后農產品質量安全信息化工作的重點。信息系統運行的同時，應加強法制建設，加大對不誠信企業的懲罰力度，引導農產品產業進入優質優價的良性循環，切實保障百姓的“菜籃子”安全。

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