基于云技術的水產品冷鏈物流可追溯系統研究

梁飛++陳進軍++花開太

摘要：本文通過分析水產品冷鏈物流的特點，搭建了水產品冷鏈物流追溯系統的整體框架，設計了追溯平臺的功能模塊。對追溯平臺運用的關鍵技術進行了研究，指出追溯云平臺給予B/S架構，通過Spring框架的MVC分層設計模式實現頁面層、中間層和數據層的分層體系結構，數據持久層位于中間層，并且采用iBatis輕量級持久框架。最后，就如何建設水產品物流追溯平臺提出了建議。

關鍵詞：水產品冷鏈；云技術；追溯平臺

前言

近年來，隨著人們生活水平的提高，對水產品的保鮮度和質量安全要求也日趨提升，提高水產品冷鏈物流質量勢在必行。水產品質量受溫度的變化影響很大，如果溫度偏離了最佳的冷藏條件，水產品的貨架壽命將減少，并且貨架壽命減少的后果只會在整個冷鏈的最后階段才能夠顯現。因此，有必要建立一個水產品冷鏈流的全程監控及追溯系統，這對確保水產品質量、提高冷鏈物流的水平有十分重要的意義。

目前，關于冷鏈產品質量監控和追溯問題，已有不少學者進行了研究和實踐，許敏設計了基于物聯網水產品冷鏈物流運輸監控系統，汪庭滿等以羅非魚為例，研究了基于無線射頻識別技術的羅非魚冷鏈物流溫度監控系統。在水產品冷鏈物流中，充分運用RFID、WSN、條碼技術、WebGIS等技術構建監控和追溯平臺已是發展趨勢。本文試圖在云平臺技術的基礎上結合二維碼、RFID等相關技術，構建一個水產品冷鏈物流過程可視化、信息化的可追溯平臺，并就建設平臺的一些關鍵技術進行探索和研究。

一、構建水產品冷鏈追溯平臺

（一）冷鏈監控與追溯方案設計

一般情況下，水產品供應鏈是將水產品從苗種采購、養殖到消費過程中各個環節所涉及的物流、資金流、信息流進行整合，把養殖場、加工企業、分銷商、批發商和零售商等各方鏈接成一個具有整體功能的網絡。而水產品冷鏈是在水產品供應鏈的基礎上把所以涉及需要進行溫度控制的環節進行整合而形成的一個完整鏈條。具體結構如圖1所示。

為實現真正意義上的水產品冷鏈全程追溯，整個系統必須以水產品投入流通環節為起始點，直到零售完成到達消費者的餐桌。箭頭表示水產品的供應流程，追溯系統以追溯云平臺為核心，圍繞整個冷鏈，對全程數據進行采集。整個冷鏈追溯體系基本上覆蓋了冷鏈中的所有環節，不僅能實現全程數據采集，而且一旦監測到溫度出現問題可能誘發質量安全問題或是發生水產品食品安全事件，可以第一時間定位問題所在，為及時科學地采取應對措施提供了重要的依據。

（二）基于云平臺冷鏈監控與追溯平臺總體結構

由水產品冷鏈結構可知，全程追溯源體涉及到的環節、企業非常多，在不影響全程溯源的前提下，為合理降低追溯系統復雜度，結合實際的冷鏈過程，可將冷鏈劃分為幾個重要的追溯階段，設計水產品冷鏈全程追溯系統總體方案圖2所示。

冷鏈平臺可分為感知層、網絡層和應用層。感知層也就是具體操作層，主要依靠RFID、無線溫度傳感器、GPS全球定位系統準確采集冷鏈過程中所用的產品信息、產品狀態信息以及環境信息。在捕撈階段通過植入式的RFID記錄水產品的產地、捕撈時間等關鍵信息；在運輸階段通過無線溫度傳感器及GPS采集水產品的保存溫度及所處地理位置及時間信息；在零售環節消費者可以通過二維碼、手持終端追溯產品信息，由互聯網、局部無線通訊網、移動通訊網絡等數據通訊網絡和網絡管理系統組成的網絡層負責傳遞和處理各種從底層采集來的數據。應用層主要由云平臺組成負責對整個追溯系統的數據進行存儲、分析并根據業務需要進行處理。

二、平臺的主要功能

水產品及時有效的監控、信息查詢和信息追溯離不開冷鏈物流監控與追溯平臺。而這個平臺的建設，需要將各方需求信息和實際運行信息有效的聯系起來，需要冷鏈主體如水產品養殖企業、運輸企業、倉儲企業和銷售企業能夠為冷鏈追溯平臺提供有效數據，已經具備數據采集能力的企業提供數據訪問接口，還不能進行數據采集的企業要通過設備的升級改造達到平臺所需的數據采集要求。水產品冷鏈追溯平臺的技術主要包括三個方面。首先是數據采集，有效的把這些數據融合到平臺上，是冷鏈追溯平臺的運行基礎；其次是平臺還要實現冷鏈全過程溫度等關鍵參數的實時監控和預警，對冷鏈過程中出現的緊急情況進行處理，保證水產品全程冷鏈符合要求。最后是滿足監管部門、養殖企業、運輸企業、倉儲企業和銷售企業以及消費者對水產品追溯信息的查詢需求。根據水產品冷鏈中各環節的功能需求分析，設計的追溯平臺由政府聯合監管平臺、信息查詢、追溯查詢及系統維護四個部分組成，功能圖如圖3所示。

（一）政府聯合監管模塊

主要包括檢查數據、政策法規、相關行業新聞。本模塊主要為相關行政部門服務，既方便政府通過平臺進行有效的監管，也可以作為一個行業相關政策及新聞的發布渠道。

（二）信息查詢模塊

為平臺用戶提供冷鏈過程中信息的查詢服務，主要為水產品的基礎信息如產地、捕撈時間、品類、質量等。運輸信息包括運輸工具、運輸時間、運輸溫度、運輸線路等，銷售信息包括銷售地點、上架時間、銷售溫度等。平臺收集并保存這些從冷鏈各個環節收集來的數據并進行集成，方便用戶通過各種渠道進行查詢。

（三）追溯查詢模塊

為監管部門、企業和消費者提供通過RFID或者批次號及條碼對水產品進行追溯查詢的服務，消費者可以通過手機掃描二維碼進行追溯查詢，主要查詢產品的原產地、捕撈時間、規格、保質期和整個冷鏈過程中的溫度曲線等數據，也可以根據相應權限查詢水產品的實時信息。在追溯的過程中發現任何問題都可以通過平臺直接向相關企業和政府部分進行反饋。

（四）系統維護模塊

主要包括企業維護、操作用戶維護、權限管理、系統參數設定四個部分。本模塊主要完成平臺用戶的增減及相關權限的設定以及相關參數的設定，保障系統安全平穩的運行。endprint

三、云平臺技術

追溯云平臺是整個水產品冷鏈追溯系統的核心，如何構建追溯云平臺并實現上述的全部功能，將直接影響到整個系統的實際效果。在眾多的追溯系統中，由于SaaS服務模式的核心思想是將用戶與應用相分離，實現多個用戶對應一個系統的應用模式，該模式在降低來系統開發難度的同時還大大提高來系統運行的效率。

（一）基于SaaS的追溯云平臺

SaaS軟件作為一套軟件租用模式，其目的在于降低應用軟件的開發成本和所需的工作量。隨著此服務模式的不斷發展，起應用模型也在不斷地改進和提高，根據發展完善程度，將其劃分為四種登記模型，如圖4所示。

模式一跟傳統的軟件服務模式相近，這種模式由于開發成本、運行成本、維護成本以及硬件費用高昂給服務提供商帶來了巨大的成本壓力。模式二可以通過修改系統配置實現一套系統滿足不同用戶的需要，但從本質上還是需要每個用戶提供一個單位的應用實例，成本上不能有很好的改善。模式三可實現真正意義上的SaaS，滿足了多用戶同時訪問的需求，但依然存在系統復雜、開發難度大、投入高的缺點。模式四通過在模式三的基礎上增加負載均衡部分，提高了系統的彈性和伸縮性解決了模式三種存在的缺陷。

由于水產品的全程追溯涉及多企業、多環節、多系統和廣地域，具有數據分散的特點，如果要實現全程追溯則必須包含整個冷鏈的企業及系統，重新開放包含所有企業的追溯系統不僅在成本上非常高，而且也會提高整個系統的復雜度及后續維護的難度。綜合考慮各種因素，采用基于SaaS的軟件服務模型，有利于水產品追溯平臺的實現。

如圖5所示，追溯平臺通過互聯的接入實現了在地域上分離的各個冷鏈環節的整合，并實現了對數據的存儲、協同、分析、處理、實現追溯及監測預警等功能。利用SOA面向服務體系結構技術完成不同系統、不同軟件、不同平臺的對接任務，從而能在最大發揮平臺整合優勢的同時也極大地降低系統的開發成本。

（二）平臺框架設計

SaaS服務模式的中心思想是將系統應用于用戶進行分離，實現一個應用服務多個用戶的模式，即多個用戶可共享一個應用實例。為實現SaaS模式，需要考慮用戶之間兼容性問題，須將用戶的數據、業務需求分離。因此，通過采用分層設計模式，將系統應用的顯示、計算處理、業務邏輯處理模塊分開，使其獨立運行、互不干擾，從而實現一對多的“軟件即服務”模式。目前在SaaS模式下的框架設計有三種形式，首先是基于MVC分層模式的框架設計，如圖6所示。

MVC分層設計模式具有模塊化、可復用、獨立于平臺的組件和服務的優點，避免了一般WEB開發模式的缺點，滿足了繁雜多變的業務需求，并且易于維護擴展，尤其當開發企業級應用程序時，往往是開發人員的首選。其次是Spring系統，Spring是一個開源的WEB系統框架，最早是有Rod Johnson于2002年在其編著的《Expert One-on-One J2EE Design and Development》一書中提出并實現，主要是為例解決應用框架臃腫、效率低下以及脫離實際等狀況所帶來的維護困難問題。基于Spring的MVC分層框架圖如圖7所示。

由于Spring設計之初就是為解決企業級應用開發復雜性問題，所以才有Spring框架使得開發人員可以根據需求編寫更簡明、清晰、容易管理、方便測試和維護的程序。最后是iBatis持久層框架，iBatis是Apache基金會負責更新、維護的開源持久層框架，主要包括兩類組件：SQL Map組件和DAO組件。其中DAO是數據庫訪問接口，包括應用系統可能用到的事務方法，應用程序操作數據庫時調用該接口。SQL Map時SQL Database架構的核心，它以SQL作為和興，支持繼承、加載、關聯、查詢等性質，其具體結構如圖8所示。

通過對以上三種設計框架進行分析，設計水產品追溯云平臺的技術框架。追溯云平臺給予B/S架構，通過Spring框架的MVC分層設計模式實現頁面層、中間層和數據層的分層體系結構，數據持久層位于中間層，并且采用iBatis輕量級持久框架。

四、水產品冷鏈追溯平臺建設建議

建設與一個適應市場需求的水產品冷鏈追溯平臺，需要充分運用云技術和物聯網技術手段，還需要系統的思考。就當前國內的水產品冷鏈追溯平臺建設情況分析，需要在以下幾個方面進行改善和提高。

（一）進一步完善政策法規

目前，冷鏈物流相關標準的缺失和政府政策法規的不完善是業內有目共睹的問題，這些標準和法規的不完善導致了冷鏈過程中各方沒能有一個統一的協同標準，最后的結果即是冷鏈的“斷鏈”。要克服冷鏈系統中的“斷鏈”就必須針對參與冷鏈的所有企業和個人建立一個統一的協同標準，建設與水產品冷鏈發展相適應的政策法規。

（二）建立追溯系統的評價體系

建設的追溯系統由于面向的對象不同、所使用的技術不同，系統的實際運行效果千差萬別。那么為了系統能夠良性的發展，達到應有的效果就需要建立一套科學合理的評價體系。

（三）優化溯源過程中監測預警機制

水產品品質和特性都受溫度變化的影響，如果溫度偏離了最佳的冷藏條件這些產品的貨架壽命將減少。但這個貨架壽命減少的后果只會在整個冷鏈的最后階段才能夠顯現。為了及時準確的找出溫度出現偏差的冷鏈環節，高效準確的預警機制就成了必不可少的條件。

五、小結

本文針對水產品冷鏈物流的特點，結合云平臺技術、物聯網技術等現代物流信息技術手段，對水產品冷鏈物流追溯平臺進行了研究，搭建了追溯系統的整體框架，設計了平臺的功能模塊，對追溯平臺運用的關鍵技術進行了分析，并就如何建設水產品物流追溯平臺提出了建議。

參考文獻：

[1]謝如鶴.我國冷鏈物流現狀及發展對策[J].物流技術，2014（21）：1-7.

[2]國家發展改革委員會.農產品冷鏈物流發展規劃[J].鐵道貨運，2010（11）：43-49.

[3]顏波，石平，黃廣文.基于RFID和EPC物聯網的水產品供應鏈可追溯平臺開發[J].農業工程學報，2013，29（15）：172-183.

[4]齊林，韓玉冰，張小栓.基于WSN的水產品冷鏈物流實時監測系統[J].農業機械學報，2012，43（8）：134-140.

[5]趙麗，邢斌，李文勇.基于手機二維條碼識別的農產品質量安全追溯系統[J].農業機械學報，2012，43（7）：124-129.

[6]刁海亭，聶宜民.基于現代信息技術的蔬菜安全預警與追溯平臺建設[J].中國農業科學，2015，48（3）：460-468.

[7]朱超才.農產品物流運行模式研究[J].山西農業大學學報（社會科學版），2011，10（3）：300-303.

[8]姚麗霞.RFID技術在食品冷鏈物流追溯中的應用[J].物流工程與管理，2013，35（8）：45-47.

[9]王家敏，王鳳麗，張建喜.山東省農產品冷鏈物流監管與追溯公共服務平臺的構建[J].中國農機化學報，2013，34（2）：230-234.

基金項目：湖南省教育廳科學研究項目 “長沙市水產品冷鏈物流體系建設的若干關鍵技術研究”（項目編號：14C0812）。

作者簡介：梁飛（1982-），男，陜西商洛人，碩士，副教授，研究方向：冷鏈物流，職業教育；陳進軍（1977-），男，湖南邵陽人，碩士，講師，研究方向：物流自動化；花開太（1985-）男，湖南宜春人，碩士，講師，研究方向：冷鏈物流。endprint