一種泛接口農產品安全生產和質量追溯管理系統的研究與設計

徐志福，石曉燕，葉宏寶，李　冬

（浙江省農業科學院 數字農業研究所，浙江 杭州 310021）

一種泛接口農產品安全生產和質量追溯管理系統的研究與設計

徐志福，石曉燕，葉宏寶，李冬

（浙江省農業科學院 數字農業研究所，浙江 杭州 310021）

可追溯系統是構建食品安全體系的一個重要組成部分，通過對國內外可追溯系統的研究現狀、系統設計思路和主要結構的闡述分析，本研究面向 “泛接口”設計，運用條碼技術和計算機組件技術，實現了農產品的安全生產控制，構建了基于.NET構架的農產品安全生產和質量追溯管理系統。使用該系統可以提高基地生產管理水平，增強消費者的農產品安全意識。

農產品；安全生產；追溯；泛接口

文獻著錄格式：徐志福，石曉燕，葉宏寶，等.一種泛接口農產品安全生產和質量追溯管理系統的研究與設計 ［J］.浙江農業科學，2015，56（12）：2092-2095.

隨著我國經濟的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高，吃出美味、吃出健康已經成為普通百姓的生活追求，社會對農產品質量安全的關注上升到前所未有的高度［1］。在國際上，歐盟、美國等發達國家和地區要求對出口到當地的部分食品必須具備可追溯性功能，否則就不允許上市銷售［2］。發達國家建立的食品質量安全追溯體系，除了可以有效保證食品安全衛生和可溯源外，其貿易壁壘的作用也日益凸顯。由此可見，建立農產品可追溯系統不僅能為人民群眾提供優質安全的農產品，同時也是打破國外因食品安全追溯而設置的貿易壁壘的重要手段。

可追溯系統最早應用于汽車、飛機等一些工業品的產品召回制度中。對于追溯系統在食品安全中的應用研究，最初是由歐盟為應對瘋牛病問題于1997年開始逐步建立起來的［2］。自此許多發達國家和地區開始應用可追溯系統進行農產品質量安全管理。中國的農產品追溯系統建設正處于起步階段，國家制定了一些相關的標準和指南，一些地方和企業初步建立了部分食品可追溯制度［3-4］，發布了一些法規，并且開展了農產品可追溯系統的初步試點示范工作［5］。但是現有的研究多集中在畜牧產品行業且只能追溯到生產企業，而農產品在生產、包裝、個體標識等方面又存在很大不同，且消費者需要了解與蔬菜安全相關的用藥、施肥和檢測等信息。因此，本研究以各農產品生產基地的生產履歷數據為基礎，以條碼為載體，利用網絡技術、數據庫技術、安全預警技術和條碼技術，通過構建統一的追溯平臺，實現對農產品生產基地的安全生產管理和為消費者提供追溯。

1　系統設計的思路

農產品安全生產和質量追溯管理系統以農產品為研究對象，以生產履歷中心為管理平臺，以產品追溯碼為信息傳遞工具，以產品追溯標簽為表現形式，以追溯管理網絡平臺為服務手段，實現農產品從生產基地、加工貯運、銷售終端的全過程質量追溯。

該系統從生產基地和消費者兩個不同角度設計，包括兩個核心內容：蔬菜安全生產管理系統和蔬菜質量追溯系統，其框架如圖1。生產基地端的蔬菜安全生產管理系統對農產品生產履歷信息（包括農戶信息、地塊信息、生產過程信息、包裝信息等）進行統一記錄存儲，并且在產品包裝時，按照一定的編碼規則設計生成帶有產品履歷信息的追溯碼，完成生產履歷和具體蔬菜產品的關聯；在銷售端，當消費者買到帶有條碼的蔬菜產品時，可以通過質量追溯系統中的網站、超市掃描機等不同平臺輸入追溯碼，從而實現消費者對所購蔬菜產品的生產履歷信息查詢。

圖1　農產品安全生產和質量安全追溯管理系統基本框架

2　系統的主要結構

農產品安全生產和質量安全追溯管理系統由3個主要的子系統構成，共同實現質量安全追溯的功能。

2.1農產品安全生產管理系統

農產品安全生產管理系統以蔬菜生產基地為單位，以組件技術為支撐，通過分析不同生產基地的生產流程，開發面向生產基地個性化需求的系統，用于對農產品生產基地生產履歷信息的統一管理，履歷中心內記錄農產品的產地信息、生產者信息、田間記錄、監測信息、庫存、銷售以及流通信息、消費者意見和建議等，所有這些信息構成了追溯管理的基礎數據庫。

2.1.1安全生產過程信息的智能管理

系統通過集成不同的組件實現農作物生產（產前、產中、產后）信息的管理，主要包括：農作物基地基本信息 （生產者信息、產地環境信息）管理；農作物安全生產操作信息 （施肥、防治病蟲害、灌溉等信息）管理；種子、農藥、化肥等農資基本信息 （品名、防治類型、殘留期等）和庫存信息管理；農作物產品的基本信息和銷售信息管理。農作物生產過程信息是生產者、管理部門以及消費者可以追溯與農作物產品有關的生產、加工、銷售、檢測等各類信息的基礎。

2.1.2安全生產預警及輔助決策

在生產過程管理中，通過農作物安全生產輔助決策模型 （通過集成標準信息來實現）的分析，對農產品生產過程實行安全預警及輔助決策，即對影響農產品質量安全的違規行為進行監測，實時提出預警信息，給出糾偏的建議，提醒生產者，供生產者決策應用。預警及智能決策分農藥使用輔助決策、肥料使用輔助決策和產品檢測輔助決策3部分。

2.2追溯碼的生成及標簽印制系統

本系統從如何確定農產品 “身份”出發，針對蔬菜自身特點對蔬菜產品進行追溯編碼設計，確定以同一批次生產的產品作為其 “身份”制定的標準。同一批次是指某基地在同一時間、同一地塊內生產的同一品種的產品。最后采用在全世界范圍內具有唯一性、通用性、標準性的EAN/UCC-128編碼規范來編制蔬菜產品的追溯條形碼。通過使用該編碼方式進行信息承載，可關聯產品、生產者、生產時間、生產過程等各類信息，并且可伴隨產品的流通不斷加載增量，便于追蹤回溯信息。該種數據編碼技術有相當的可控性，可以按量發放、注冊生效、到期失效。追溯碼生成后，通過專用的條碼標簽打印機打印，可隨時產碼，隨時使用。

2.3追溯信息查詢及安全生產輔導與咨詢服務系統

追溯信息查詢及安全生產輔導與咨詢服務系統界面友好、功能強大，是以生產履歷中心數據庫為基礎開發完成的，實現了追溯查詢、新聞動態、生產基地展示、生產輔導、技術天地、專家咨詢等功能。

追溯查詢的方式分為網絡追溯、掃描追溯。消費者通過網站、條碼掃描器輸入唯一追溯號，追溯系統將相關追溯信息返回給消費者。通過查詢平臺可以進行產品的產地信息、生產基地信息、生產過程信息、檢測信息等相關信息的查詢，實現了前期生產與最終消費之間的信息追溯。

在安全生產輔導與咨詢服務方面，系統以文字、圖像等多種媒體形式對主要農作物的病蟲害診斷和防治進行輔導，生產者既能快速地找出在生產中遇到的病蟲害種類，也可以全面了解病蟲害的發生情況，幫助他們解決病蟲害防治難的問題；技術天地模塊提供農作物安全生產相關的各種關鍵技術；行業專家咨詢服務為生產者提供了一個交流平臺，生產者可以在這里向專家咨詢生產過程中遇到的各種問題；在線視頻服務模塊用于展示一些農作物安全生產相關視頻短片。

3　泛接口系統的實現

農產品安全生產和質量安全追溯管理系統考慮到多用戶性和可擴展性，系統采用了B/S的體系結構；服務器端操作系統選用Windows Server 2003，負責Web站點的管理與信息發布，客戶端可為W indows98/NT/2000/XP/win7各種版本的操作系統。整個系統以.net為開發平臺，以C#為開發工具，以SQL Server2008為網絡數據庫，采用面向對象的開發思想，在編寫系統公共類的基礎上實現相應功能。

3.1遠程通信接口

遠程通信是系統核心之一，是遠程測控的實現基礎。隨著通信技術的發展，系統可提供較多的通信方式供用戶選擇，具體采用何種方式需要綜合考慮使用場合、穩定性與可靠性、建設成本等多方面因素。

隨著Intranet/Internet技術的普及，采用計算機網絡，基于TCP/IP協議來實現遠程測控，自然成為首選方案。此方案有技術成熟、開發資源豐富、網絡傳輸快速穩定可靠等特點，而且由于計算機與網絡知識的普及，相關設備的標準化，系統部署相對容易，直接客戶使用和維護簡單。系統中對UDP協議進行了封裝，在中心服務器上實現快速可靠的網絡實時數據庫，可迅速處理智能控制器發出的請求。

在現實工作中，有些測控現場地處偏僻，不具備計算機網絡通信條件，此時GPRS等無線網絡可有效解決問題。將GPRS數據傳輸單元 （DTU）安裝在智能控制器串口上，即可實現數據的透明傳輸。GPRS數據傳輸有兩種模式，網關模式和短信模式。網關模式需要中心服務器在指定的端口偵聽、接收和發送網絡數據，因此需要中心服務器提供公網IP，即Internet環境；而短信模式只需在服務器端加裝短信收發模塊，服務器程序對接收到的短信內容進行解析即可，此模式服務器端無須公網IP，可部署在局域網環境。

3.2W eb service訪問接口

在分布式應用程序開發中，基于XML的Web service技術應用越來越廣泛，使得整個的應用程序開發技術從以操作系統為中心的應用程序組織模式擴展到以網絡為中心的組織模式。Web service可使用SOAP協議和外界通信，而SOAP協議的跨平臺、跨語言和不受防火墻限制等特點也為系統的跨平臺應用打下了基礎。

gSOAP2工具提供了一個SOAP/XML關于C#語言的實現，從而讓C#語言開發編寫Web service或客戶端程序的工作變得較為輕松。gSOAP2利用編譯器技術提供了一組透明化的SOAP API，并將與開發無關的SOAP實現細節相關的內容對用戶隱藏起來。利用gSOAP2在測控中心服務器實現Web service，在遠程工作站實現客戶端，可簡便可靠的實現數據的遠程訪問，且對Internet具有良好的支持特性。

由于Web service接口的標準化，其他客戶端程序只要遵守相應規范，具有相應權限亦可訪問，這一特性為系統的可擴展性和跨平臺性提供了良好的保證。

3.3智能控制器接口

智能控制器在系統中起到現場管理和網關作用，地位相當重要。系統選用ATMEL公司的基于ARM7的閃存MCU AT91SAM7X128作為控制芯片，芯片內含嵌入式10/100以太網MAC、3個通用異步收發器（UART）及高速AES/3DES加密引擎等，功能和性能可以滿足系統需求。智能控制器簡要邏輯結構如圖2所示。

智能控制器與測控中心通過以太網（TCP/IP）進行通信，系統開發了一套實時TCP協議軟件包，可方便快速地實現數據交換。協議定義了兩種數據幀類型，即命令幀和數據幀，命令幀能獲得比數據幀更高的優先級，會被立即傳送到相應測控節點。測控中心數據的采集以智能控制器為對象分主動和被動兩種模式，在主動模式下智能控制會主動將采集到的數據發送到測控中心，中心進行解析處理即可；在被動模式下智能控制只有在接到中心采集命令后才會返回當前數據。

圖2　智能控制器邏輯結構

3.4單片機接口

單片機接口板亦可稱為單片機數據采集板或單片機控制器，主要功能包括開關量/模擬量輸入輸出、RS232/485通信和LCD顯示等。單片機接口板一方面要承擔信號的轉換和輸入輸出，另一方面要承擔與智能控制器的通信，其內部程序要實現Modbus協議棧。在系統中表現為一個測控節點，每一個測控節點應具有在該Modbus總線上唯一的地址，并能接收和處理Modbus數據幀和命令。單片機接口板基本組成如圖3所示。

圖3　單片機接口板基本組成

4　討論

本系統在分析農產品生產過程的基礎上，設計與開發了農產品安全生產和質量安全追溯管理系統，實現了各種信息管理、生產預警和輔助決策等功能。系統采用符合EAN/UCC標準的條碼，結合產品編碼和流程編碼，設計了符合農產品特點的產品追溯碼，通過該載體將信息流與實物流聯系起來，實現各個環節的數據交換。本系統采用網站的形式給公眾提供了一個追溯查詢的平臺，消費者可通過不同方式追溯到產品的最新信息。

農產品安全生產和質量安全追溯管理系統具有十分簡潔的用戶操作界面和操作流程，即使是計算機操作能力較低的農業從業人員，也很容易接受。本系統還具有一定的擴展性，追溯系統不僅可以在蔬菜上使用，還可以在水產品、畜禽產品、生產投入品等產品上應用。該系統規范了農產品檔案的管理，可以提升產品附加值，提高企業的聲譽，滿足消費者的知情權，能夠取得良好的經濟效益和社會效益。

本研究面向 “泛接口”系統設計思想，通過“路由機制”實現了URL對象與Action對象的互通；“配置文件+相應算法”實現了類對象與表對象的互通，這種互通體現在代碼實現層面的設計模式、數據庫層面的中間表應用、ORM的配置文件、MVC中URL與Action之間的路由機制等，最終實現系統的遠程通信接口、Web service訪問接口、智能控制接口、單片機接口的互相解耦合自由連通，突破傳統將安全升華到了更高的層次。

系統從數字化農業的角度構建了農產品安全生產和質量安全追溯管理系統。當然對存在多層流通環節的產品要實現全程追溯，還需要建立相應的流通管理系統及相關法律法規和技術的配合完善，并將已有成果迅速推廣轉化。

［1］ 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.

［2］ Schw?gele F.Traceability from a European perspective［J］. Meat Science，2005，71（1）：164-173.

［3］ 謝菊芳，陸昌華，李保明，等.基于.NET構架的安全豬肉全程可追溯系統實現 ［J］.農業工程學報，2006，22（6）：218-220.

［4］ 蘭洪杰，黃鋒權，林自葵.2008年北京奧運會食品可追溯系統設計 ［J］.中國儲運，2008（5）：86-89.

［5］ 葉春玲，張兵，古松浩，等.應用于蔬菜質量安全可追溯系統的蔬菜產品追溯標簽的設計與實現 ［J］.食品科學，2007，28（7）：572-574.

（責任編輯：侯春曉）

TS 255.1

A

0528-9017（2015）12-2092-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20151257

2016-06-30

浙江省農業科學院地合作項目 （WZ20130006）；浙江省重點實驗室項目（2013E10037）；浙江省科技計劃項目（2013C24022）；浙江省農業科學院國際合作項目 （2013GJHZ05）

徐志福 （1964-），男，浙江蘭溪人，副研究員，從事系統模擬與數字農業相關研究工作。E-mail：xzf@126.com。

注：本研究工作得到浙江鐵楓堂科技股份有限公司、浙江省創意農業工程技術研究中心等的資助，是陳劍平院士樂清鐵皮石斛工作站研究內容之一，整個研究過程得到陳劍平院士的悉心指導。在此，一并表示衷心的感謝。