基于Android的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品溯源系統(tǒng)

周 婧，李鑫星，許文濤，劉恒一，焦偉華，張領(lǐng)先，*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院,北京 100083;2.中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,北京 100083;3.山東財經(jīng)大學農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟研究中心,山東濟南 250014)

1 引言

轉(zhuǎn)基因作物在近幾年來發(fā)展迅猛，國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）的數(shù)據(jù)表明，2010年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達到1.48億hm2，比2009年的1.34億hm2增加了1 400萬hm2，年增長率達10%，這是轉(zhuǎn)基因作物種植15年來排名第二的增長速度[1-3]。1996～2010年的15年間，全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了87倍，轉(zhuǎn)基因作物累計種植面積超過10億hm2[4-5]。目前，中國已成為世界上最大的大豆進口國[6-8]。中國作為世界第一人口大國，耕地面積相對較小，有限耕地下的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與人民日益提高的需求產(chǎn)生矛盾[9-10]。在耕地不能擴大的基本國情下，還要保證提高糧食的產(chǎn)量，轉(zhuǎn)基因給予了非常好的解決方案[11-12]。

然而，隨著轉(zhuǎn)基因作物的迅速發(fā)展，人們對其安全性的爭論也越來越激烈[13-15]。國際上關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物安全性問題的報道不斷出現(xiàn)，如1996年的巴西果過敏事件，1999年的美國大斑蝶事件，以及2010年初中國廣西精子事件等[16-17]。盡管以上事件被證明其試驗設(shè)計或結(jié)論都存在問題，但其無不加劇了人們對于轉(zhuǎn)基因食品安全性的疑慮。目前轉(zhuǎn)基因作物安全性問題主要包括兩個方面：一是有關(guān)轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境釋放或商業(yè)化帶來的環(huán)境安全性問題[18-20]；二是食用安全性問題，即轉(zhuǎn)基因作物用于食品和飼料的安全性[21]。在遇到類似問題時，政府部門對于食品安全問題的解決方案通常是加大監(jiān)管力度，但這種方法的成效是非常有限的，漫長的生產(chǎn)、加工、管理、運輸線極大地增加了監(jiān)管與追溯的難度。而食品溯源技術(shù)可以打消人們疑慮，讓大家買的放心、吃的放心[22]。消費者有知情權(quán)，雖然學界對于轉(zhuǎn)基因食品安全性的爭論仍未停止，但國家法律已經(jīng)允許許多轉(zhuǎn)基因食品上架銷售，消費者在選擇此類商品時，有權(quán)了解其是否是轉(zhuǎn)基因、屬于哪類轉(zhuǎn)基因、轉(zhuǎn)的是哪些品系品類等信息[23-25]。消費者有選擇是否購買的權(quán)利，但商家更有提供商品全部詳細信息的義務(wù)，而食品溯源技術(shù)恰恰是保證消費者知情權(quán)的最有效手段[26-27]。

針對上述轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過程中缺乏管理等情況，安全問題急需重視。再考慮到轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過程周期長，生產(chǎn)工序地點分散，需要監(jiān)管程序多，從業(yè)人員受教育程度參差不齊等情況，急需構(gòu)建一套質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，以加強生產(chǎn)管理，并有效保障消費者的知情權(quán)。本研究設(shè)計并開發(fā)了一整套質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，主要提供生產(chǎn)信息追溯功能，將主要信息寫入易于讀取的二維碼中，便于消費者獲知生產(chǎn)信息，以此來保證轉(zhuǎn)基因食品的安全性。

2 系統(tǒng)需求分析

傳統(tǒng)意義來講，溯源系統(tǒng)最重要的兩個功能是：質(zhì)量相關(guān)要素的追蹤，在生產(chǎn)過程中的每個重要環(huán)節(jié)都記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)；其次就是當食品發(fā)生危害時，可以第一時間追溯危害的源頭，及時切斷事故的進一步擴大[28]。另外，考慮到轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過程特點，該系統(tǒng)還需要從用戶角度考慮，協(xié)助用戶在復(fù)雜分散的工作環(huán)境中準確地記錄數(shù)據(jù)。具體需滿足如下功能需求：

（1）轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量信息追蹤功能；

（2）多用戶協(xié)同使用與權(quán)限層級劃分的功能[29]。

韓楊等[30]在2011年對影響中國食品追溯體系的因素做了分析，認為縱向一體化是企業(yè)實施食品追溯體系最理想的形式。即企業(yè)應(yīng)該多元化其進貨渠道并與有規(guī)模有組織的供貨商合作。本系統(tǒng)設(shè)計時將其考慮為前提條件。值得注意的是，本系統(tǒng)為轉(zhuǎn)基因作物安全追溯系統(tǒng)，所以在生產(chǎn)過程中，雖然農(nóng)民和不同工種的工人信息需要詳細存儲，但他們并不是系統(tǒng)的使用者。農(nóng)民和工人的詳細信息的存儲是為了滿足記錄生產(chǎn)活動中溯源信息的需要[31-33]。該系統(tǒng)的用例圖如下所示：

圖1 轉(zhuǎn)基因作物安全可追溯系統(tǒng)用例圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

根據(jù)需求分析，結(jié)合轉(zhuǎn)基因作物溯源系統(tǒng)的特點，將轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可溯源系統(tǒng)劃分為育種管理子系統(tǒng)、種植管理子系統(tǒng)、產(chǎn)品階段管理子系統(tǒng)、二維碼管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。其中種植管理子系統(tǒng)又包括地塊分配、計劃種植、施肥管理、檢測、灌溉管理和病蟲害防治六個模塊。產(chǎn)品階段管理包括入庫管理、加工、出庫管理和運輸管理四個模塊。系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示：

3.2 系統(tǒng)服務(wù)流程設(shè)計

圖2 轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)功能模塊設(shè)計圖

由需求分析和系統(tǒng)整體設(shè)計，并結(jié)合轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)流程的具體情況和參與部門，設(shè)計出系統(tǒng)整體工作流程如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)工作流程

工作流程由分配地塊、確定種植計劃開始。種植戶開始進行轉(zhuǎn)基因作物的種植。在此期間的施肥、灌溉、防治活動都要留下相關(guān)記錄。另外，檢驗部門要根據(jù)計劃對地塊的轉(zhuǎn)基因作物進行檢驗，如果不合格則立即開始追溯問題原因。轉(zhuǎn)基因作物成熟后，倉庫工作人員要進行采摘入庫工作，記錄入庫信息并生成追溯碼標簽。入庫后進行產(chǎn)品加工包裝存儲等待出庫。出庫之后轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可能需要若干次的運輸過程才能到達目的地，在此過程中仍要在每一次完成階段運輸后進行轉(zhuǎn)基因的檢測。

3.3 追溯碼編碼設(shè)計

轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)過程周期較長，空間分布較廣，為了保證轉(zhuǎn)基因作物溯源的準確性，需在整個生產(chǎn)流程中對轉(zhuǎn)基因作物進行唯一性的標識。在入庫前，轉(zhuǎn)基因作物的唯一標識是地塊，即轉(zhuǎn)基因作物與地塊標號一一對應(yīng)。在入庫后，轉(zhuǎn)基因作物被貼上溯源碼標簽，轉(zhuǎn)基因作物的唯一標識轉(zhuǎn)化為溯源碼。其后的生產(chǎn)銷售過程，用戶都根據(jù)入庫時生成的溯源碼追溯轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)信息。所以追溯碼是由當天的8位日期與4位地塊編號和4位每天不重復(fù)的隨機數(shù)組成的。追溯碼的9到12位與地塊一一對應(yīng)。

3.4 查詢方式設(shè)計

轉(zhuǎn)基因作物溯源系統(tǒng)提供多種層次的查詢方式。最基本的生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期信息會以文字的形式寫在追溯標簽上；其次，重要的追溯信息，例如轉(zhuǎn)基因的品種、轉(zhuǎn)入方式、檢測標準等信息會以二維碼的形式寫入追溯標簽，用戶只需要用手機微信的“掃一掃”功能即可查看這些信息；最全面的生產(chǎn)信息，將會以數(shù)據(jù)庫鏈接的形式寫入二維碼中，用戶用手機掃過二維碼后會向服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫發(fā)送查看信息的請求，在這種形式中，用戶會全面得知該轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在生產(chǎn)運輸中的所有信息，確保該轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可以放心食用。

3.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)上述需求分析以及系統(tǒng)流程設(shè)計，可以進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，數(shù)據(jù)庫設(shè)計匯總表如下：

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表設(shè)計匯總表

圖4 數(shù)據(jù)庫表關(guān)系圖

為了保證系統(tǒng)可以有效運行，數(shù)據(jù)庫的主外鍵設(shè)計應(yīng)具有完備性。數(shù)據(jù)庫表關(guān)系如圖4所示：

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 開發(fā)環(huán)境

本研究選用Java作為開發(fā)語言，該語言的優(yōu)點在于其跨平臺性，編寫成功后，能十分方便的在各個平臺運行，使得系統(tǒng)移植與平臺變遷更加便捷。語言運行環(huán)境為運行于Windows 7 64bit操作系統(tǒng)上的JDK1.6 64位版本。開發(fā)時的集成開發(fā)環(huán)境為IDE：Eclipse 3.4和安卓開發(fā)插件for Eclipse（ADT）。使用到了安卓開發(fā)庫：Android SDK（包含Android 1.5以上版本的類庫和AVD模擬器）。本系統(tǒng)采用Oracle進行數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。Oracle數(shù)據(jù)庫處理數(shù)據(jù)速度快并且安全級別高，支持快閃以及完美恢復(fù)。

4.2 系統(tǒng)界面展示

圖5 登錄界面

圖6 系統(tǒng)主要功能界面

圖7 采購管理界面

圖8 種植管理界面

圖9 產(chǎn)品階段管理界面（入庫管理）

圖10 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（地塊信息）

圖11 二維碼掃描界面

圖12 二維碼掃描結(jié)果

5 結(jié)論

（1）通過對轉(zhuǎn)基因食品從生產(chǎn)到被消費者購買整個流程的詳細分析，找出了對轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全影響較大的流程。通過對這些流程的分析，以及考慮到追溯系統(tǒng)的需求，對其進行了系統(tǒng)模塊設(shè)計。最后利用Java語言實現(xiàn)。

（2）對于轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)做了細致的用戶權(quán)限劃分、需求分析、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計和工作流程的梳理。針對轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過程周期長、工作地點分散和人員管理難度大等問題，設(shè)計出了功能完善、體驗友好的轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。

（3）在上述分析和研究的基礎(chǔ)上，配合SDK、IDE：Eclipse 3.4和安卓開發(fā)插件for Eclipse（ADT）的環(huán)境完成了系統(tǒng)的實現(xiàn)。然后，對系統(tǒng)的功能和性能做了測試，證明系統(tǒng)設(shè)計合理、開發(fā)技術(shù)過關(guān)，可以滿足各類用戶的實際需求。

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