農產品追溯系統的設計與實現

劉文+付彥麗+魏琨

摘要：隨著農產品國際貿易的進一歩深化，消費者對農產品的質量安全提出了更高的要求。該文在此背景下以農產品質量安全為出發點，借鑒國內外農產品質量安全追溯的先進經驗，綜合使用國際通用編碼體系、標識識別技術和系統軟件開發技術，研究設計了農產品質量安全追溯系統，以實現對農產品從種植到銷售各個環節信息的追溯和監管，及農產品質量安全追溯的信息化管理，進一步加強我國對農產品質量的有效監督，提高農產品安全。

關鍵詞： 追溯系統；標識識別技術；編碼體系；農產品質量安全

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0073-03

Abstract： With the development of the international trade of agricultural products further deepen， consumers put forward higher requirements on the quality and safety of agricultural products. To the quality and safety of agricultural products as the starting point Based on this background， learn from the advanced experience of domestic and foreign agricultural products quality and safety traceability， comprehensive use of international general encoding system， identification technology and software development technology， the research and design of the quality and safety of agricultural products traceability system， in order to achieve traceability and supervision of agricultural products to all aspects of the sale of information from planting， and information management of agricultural products quality and safety traceability， to further strengthen the effective supervision of our country agricultural product quality， improve the safety of agricultural products.

Key words： traceability system； identification technology； coding system； quality and safety of agricultural products

國以民為本，民以食為天，食以安為先。食品是人們日常生活中不可或缺的一部分，食品安全問題不僅事關人民的身體健康和生命安全，更關乎社會的和諧穩定和經濟的持續發展。食用農產品種植和生產是食品的重要來源，為食品加工提供了主要原料，是食品的重要組成部分，其質量安全狀況將直接影響到食品的安全。隨著社會和經濟的發展，人民的溫飽問題已經得到了基本解決，人民不再僅僅關注能不能吃得飽，而是更加關注能不能吃得好，人們對食品的質量安全和綠色健康提出了越來越高的要求。近年來，國家針對食品安全問題出臺了一系列的法律法規，加大對食品安全問題的處罰力度，但我國食品安全惡性事件頻發凸顯了我國食品質量安全監管體系的不完善。建立有效的農產品質量安全追溯系統，實現“從農田到餐桌” [1]全過程中農產品信息的跟蹤與追溯，明確各個環節相關者的責任，能夠有效提高農產品的質量，提高監管部門效率。

1 系統總體設計

1.1 系統設計原則

根據國內農產品產業鏈實際情況，結合現有國內外農產品質量安全追溯系統，建立良好農產品質量安全追溯系統需要遵循以下幾個原則：

1） 先進性

軟件系統的開發設計，要采用先進的計算機技術和方法，相對成熟的軟件系統、硬件設備和整體方案，可以跨平臺應用，符合信息化發展的趨勢。本系統釆用MVC框架和Java EE技術相結合架構，使軟件系統具備領先的地位，是信息系統發展的方向，保證軟件系統的延續性。

2） 可擴展性

軟件系統設計要滿足不斷更新的業務和客戶不斷變化的需求，這就需要系統具有良好的可擴展性，新的功能和業務的擴展只須在現有機制的基礎上，增加新的應用與服務模塊，任何軟件模塊的維護和更新不影響其他軟件模塊，通過插件和模塊定制平臺的方式，輕松實現業務的擴展。

3） 可靠性

系統軟件在運行過程中，能夠抵抗異常情況的干擾，保證系統正常工作的能力。從系統軟硬件平臺及網絡等方面來保證系統的穩定性，保證信息查詢和管理的流暢性和快速性，提高軟件系統的無故障運行時間。

4） 標準性

軟件系統應在結構上實現開放，支持與業務系統的相互聯通，對軟硬件平臺具備良好的兼容能力，使用標準的數據交換方式，保證數據共享，符合國家信息化建設的政策法規和規范標準，保證軟件系統可以與不同的操作系統、數據庫、業務系統及工具軟件進行平滑對接。

5） 安全性

軟件系統的設計不但要考慮到信息資源的充分共享，還要注意保護信息安全。設置用戶的身份驗證和角色的權限管理功能，并對數據操作過程提供完整的運行日志，保證數據的一致性和完整性。因此軟件系統需要根據不同的軟件功能，不同的通信環境和不同的存儲設備，采取不同的措施，確保系統的業務功能的安全運行。

6） 實用易用性

軟件系統各項功能要一目了然，條理清晰，使各個功能操作簡單、快捷，易于用戶理解、掌握和使用，具有良好的可操作性，便于客戶和管理人員操作使用，易用性和用戶體驗是軟件系統成敗的關鍵要素。

1.2 追溯系統功能設計

農產品質量安全追溯系統的建立，需要保證追溯系統各個環節信息正確完整的采集、傳輸、存儲和處理，主要包括種植環節、加工環節、倉儲環節、檢驗環節、運輸環節、包裝環節、銷售環節和消費環節等追溯子系統。系統以農產品的追溯碼為唯一標識，采集農產品的種植、加工、倉儲、檢驗、運輸、包裝和銷售各個環節的相關信息，并及時地上傳到追溯系統中[2]。通過分析，系統具有以下功能：

1） 為農產品質量安全監管部門提供檢疫信息的查詢和監督管理。農產品質量安全監管部門可以通過追溯系統終端查詢農產品種植加工等信息，分析產品是否達標，能否進入市場，并且在農產品出現安全問題時，可以及時地采取應急措施，縮小食品安全事故的危害程度。

2） 為農產品流通過程中的各個環節的負責企業提供信息管理服務。企業可以通過追溯系統對農產品質量安全信息進行錄入、修改、查詢和刪除，還可以收集和分析農產品信息，了解消費趨勢，指導企業種植，做出正確的農產品生成計劃和農產品的定價。

3） 為農產品的消費者提供農產品質量安全信息的查詢。消費者通過追溯系統對農產品質量安全信息進行查詢，在追溯系統中輸入農產品的追溯碼，查詢、了解所消費的農產品在流通過程中各個環節的質量信息，增強消費信心[3]。

系統功能結構圖如圖1。

1.3 追溯系統的軟件體系架構設計

農產品質量安全追溯系統選用的是多層分布式的軟件體系結構，主要包括了用戶界面層、外觀層、業務層、數據訪問層與數據層等五個層次[4]，其分層結構及各層次的功能描述如下：

1） 數據層

系統的數據層主要用于存儲農產品種植、加工、檢驗、儲藏、運輸和銷售等過程中的關鍵信息，對數據進行整合和管理，為追溯系統的訪問提供準確的農產品質量安全信息和與農產品質量安全信息有關的一致性、安全性、完整性與并發操作等信息，為追溯系統更好地提供必要的信息服務。本系統選用的是關系型數據庫SQL Server2008。

2） 數據訪問層

系統的數據訪問層主要是對追溯系統后臺數據庫的訪問，實現讀取數據和傳遞數據，數據訪問層是由數據庫連接組件與訪問組件兩部分組成，為業務層提供與后臺數據庫的交互，實現對數據表的查詢、插入、更新和刪除等操作，使業務層與數據層分離開。

3） 業務層

系統的業務層主要為追溯系統提供業務控制和業務邏輯，便于管理不同的業務關系，實現農產品質量安全追溯系統中各個功能，包括各個流通環節信息管理、安全管理等功能，通過不同的接口為系統的各個用戶提供各自所需的功能，同時通過信息采集傳輸網關，支持農產品流通過程中各個環節數據傳輸與共享。

4） 邏輯層

系統的邏輯層主要能起到隔離各種業務邏輯的作用。邏輯層是系統終端用戶界面和系統后臺數據邏輯處理的緩沖區，該層的作用是方便系統開發團隊的分工，能使同一業務邏輯滿足不同終端發出的請求，能作為追溯系統中的子系統間相互作用的接口，且可以把終端用戶界面與業務邏輯處理隔離開，當系統中的業務邏輯發生改變時不需要去修改終端用戶端的應用程序。

5） 界面層

系統的界面層用于支持各種數據展現和交互方式，顯示不同用戶請求的相應農產品的信息。友好的用戶界面和個性化的服務，為用戶提供易于理解，易于操作的追溯系統界面。界面層根據用戶的不同需求，顯示從后臺數據庫中返回的農產品信息。

2 系統數據庫設計

農產品質量安全追溯系統的建立離不開高質量的數據庫設計，數據庫設計是追溯系統的設計與實施的基礎，依據于農產品的特點，數據庫表設計從農產品種植環節到銷售環節各個階段的數據進行設計，以簡潔高效的設計原則，共設計了用戶表，管理員表，農產品基本信息表，產地信息表，噴藥信息表，施肥信息表，加工信息表，倉儲信息表，檢測信息表，運輸信息表，包裝信息表，銷售信息表和公告信息表共13個表[5]。其中用戶信息表、產品基本如表1、表2所示。

3 追溯編碼方案的設計

農產品質量安全可追溯系統實現可管理的基礎是設計和建立統一的編碼體系，從而確定農產品的“身份”[6]。追溯編碼制度是記錄農產品從種植到銷售流通全過程中的專用身份標志，是農產品追溯過程中信息交換與處理的前提，也是實現農產品可追溯的基本。本系統參考EAN/UCC系統方法設計了系統追溯編碼。

系統編碼制度的設計是實現對農產品質量安全相關信息追溯的基本要求。對農產品的追溯編碼應遵從唯一性、穩定性、規范性、通用性、可擴充、合理性和簡明性等原則。本文通過分析了國家和國際相關的標準規則，結合EAN/UCC系統的要求，設計的編碼信息內容由產地編碼、產品種類和產品批次共3部分由15位數字組成。產地編碼由6位數字組成，由市級編碼、區縣編碼和鄉鎮編碼組成，市級編碼由前2位組成，區縣編碼由中間2位組成，鄉鎮編碼由后2位組成，這種三級編碼制度，管理比較簡明和方便；產品種類由4位數字組成，其中大類別由1 位表示，根據傳統一般把農產品分為六大類，分別用0到5代表水果，蔬菜，畜禽，水產品，林產品和其他農產品，6到9作為擴充備用，小類別由3位表示，可以產生999種編碼組合，如果隨著生物科技的發展而導致農產品的種類增加，也可以方便進行種類的擴充；產品年份由5位數字組成，其中前2位表示農產品的生產年份，后3位表示當年農產品在基地生產出來的批次，使用這種編碼方式，農產品從一開始生產就有了一個唯一的編碼，保證了農產品的可追溯性。追溯條碼示例圖如圖2所示。

4 標識識別技術的設計

與條形碼技術相比，無線射頻識別技術通過無線射頻信號進行信息傳送，即使在沒有光源的環境中依然可以進行相關數據的讀取；無線射頻識別技術具有更強的穿透性，可穿透除金屬材質外的任何標簽，比條形碼具有更強的識別能力[7]；無線射頻識別技術具有抗污性強的特點，條形碼一般是附著于紙張上，如果紙張損壞，其中所存儲的信息將無法進行讀取，而RFID標簽具有防水、防塵、防磁、耐高溫的特性，不受灰塵、高溫、雨水等惡劣環境的影響；此外，RFID標簽具有讀寫能力，一次能讀取多個標簽，工作距離長，工作時間長，存儲信息容量大，存儲信息可更改，標簽上信息可加密，可識別高速運動物體，不易被仿制等的優點。無線射頻識別技術的缺點是RFID電子標簽成本比條形碼的價格高很多，對于一些廉價、數量大的產品的應用，會導致成本過高，目前還無法完全取代條形碼技術[8]。

在農產品質量安全追溯系統中，RFID技術應用前景廣闊，但是在現階段的農產品追溯的實際應用過程中，RFID技術的存在單位成本較高的問題，如果對數量大、小包裝的農產品應用RFID技術，會導致農產品的成本增加，造成經濟負擔，而條碼技術具有低成本、易制作的特點，此時，使用條碼技術可以很好解決這個困擾，條碼技術不但可以將存儲在RFID標簽的數據信息完整地轉移到條碼中，還可以幫助消費者快速識別農產品的質量。因此，本系統將條碼技術和無線射頻識別技術結合在一起，對農產品的種植、加工、倉儲、檢驗、運輸、包裝和銷售各個環節采用不同的標識技術進行標識，這也是建立農產品可追溯系統的關鍵環節。圖3為本系統中RFID錄入基本信息界面：

5 結束語

近年來，農產品質量安全已成為國內外普遍關注的熱點。作為保障農產品質量安全的有效手段，質量安全追溯系統已在美國、意大利、英國等發達國家得到廣泛應用，并取得顯著效果。中國是一個農業大國，農產品是重要傳統的出口創匯產品，歷年來我國政府對農產品質量安全都高度關注，農產品質量安全追溯系統，為農產品追溯過程中的監管部門、各環節企業和消費者，提供了對農產品從種植、運輸、倉儲、加工、檢驗、包裝、銷售和消費各個環節的質量安全管理和農產品信息追溯，給農產品質量安全提供了預警機制，有利于提高農產品質量[9]。

本研究以EAN/UCC國際編碼體系、二維碼技術和RFID技術為基礎，分析研究農產品質量安全追溯系統，運用MVC框架、Java EE平臺并結合SQL Server 2008數據庫技術，設計并實現了農產品質量安全追溯系統。

參考文獻：

[1] 鐘樂平.基于質量安全的農產品追溯系統研究[C].學術論文聯合比對庫.2014-10-30.

[2] 張亞科.農產品質量安全追溯系統設計與實現[D].楊凌：西北農林科技大學，2011.

[3] 張高翔.優質農產品質量信息可追溯與交易系統構建的理論與實踐[D].廣州：華南農業大學，2016.

[4] 李嵐.基于.NET的分布式軟件體系結構設計與實現[J].電子設計工程， 2017（16）：56-59.

[5] 程濤，沈愛濤，王秀萍，毛燁.農產品質量安全追溯系統中數據庫的設計與實現[J].農業網絡信息， 2013（1）：5-7.

[6] 張俊，徐杰，王秀徽，等.基于國產基礎軟件的農產品質量安全溯源管理系統的設計與實現[J].中國農學通報， 2012， 28（9）：1811-1816.

[7] 劉卿，張衛欣，李禎祥.無線射頻識別與物聯網關鍵技術分析[J].電子測試， 2013（18）：68-69.

[8] 俞江.RFID在數字標簽中的應用[J]. 中國印刷， 2017（2）：54-59.

[9] 周華銀.試析農產品質量安全管理體系建設的研究[J].農業與技術，2017， 37（12）：255-256.