基于W eb的中華絨螯蟹養殖質量安全信息可追溯系統研究

陸 軍，董 娟，馮子慧

（上海市水產研究所，上海 200433）

中華絨鰲蟹（Eriocheir sinensis），俗稱河蟹，是我國極為重要的水產經濟生物。自20世紀90年代中期以來，我國中華絨鰲蟹（以下簡稱河蟹）養殖產量快速增長，河蟹的養殖已成為我國水產養殖的支柱產業之一，2016年產量超過80×104t，是我國重要的出口創匯水產品之一和最具文化底蘊的水產養殖對象［1］。隨著河蟹養殖規模的不斷擴大，養殖強度的不斷增加，以及水域環境的日趨惡化，其病害問題越來越突出。在河蟹的養殖過程中存在用藥不科學、不規范，甚至亂用、濫用藥物的現象［2-5］，嚴重影響了商品河蟹的養成品質和食用安全，威脅消費者的身體健康。河蟹的質量安全是制約我國河蟹產業健康持續發現的“瓶頸”問題［6］。研究開發河蟹養殖環節質量安全可追溯系統，不僅可以幫助養殖戶及時發現養殖各環節存在的問題，保證河蟹品質，提高河蟹口感，增加養殖戶收入，還有利于相關政府部門監管河蟹的質量安全，減少食品安全事故，具有重要的經濟社會意義。

水產品追溯系統可以保障養殖水產品質量安全、提高水產品競爭力，因而成為國內外研究熱點［7-9］。楊信廷等［10］通過對水產養殖產品從育苗、放養到收獲、運輸、銷售流程的剖析，設計了水產養殖產品質量管理通用框架，對養殖用水、養殖生產、苗種管理、飼料投喂、藥物使用等全流程、全方位的電子化管理，實現了水產養殖產品的全程信息追溯。任晰等［11］在分析羅非魚養殖流程的基礎上，設計出可追溯標簽，建立了基于Web的水產品批次質量安全追溯系統。上述追溯編碼系統基于供應鏈交換的EAN·UCC（European article numbering· uniform code council）編碼方式，存在著編碼過長、防偽性差、易于仿制等問題，同時過分依賴于數據庫和網絡。孫傳恒等［12］建立一套基于行政監管體系的水產品追溯系統，有效的解決了上述問題。馬莉等［13］綜合采用條碼技術、無線射頻識別技術、數據庫技術等開發了基于Web服務的水產品批發市場質量追溯系統，對產品從流入市場到流出市場進行全程管理。基于RFID和EPC物聯網的水產品供應鏈可追溯平臺包含養殖環境信息，可以對魚苗苗種、魚池消毒、投飼、疾病治療、轉池等養殖信息進行記錄，并在出塘時開始使用RFID，實現水產品從養殖、加工、配送到銷售的全程跟蹤與追溯［14-15］。XIAO等［18］應用 CS和 WSN技術構建水產品質量安全監管體系，應用于冷凍羅非魚片加工的智能追溯。

不同水產品的養殖環節存在差異，不同的品種對養殖環節的質量安全信息追溯有不同需求［17-18］。我國目前河蟹消費市場非常大，因此有必要針對河蟹養殖環節的質量安全信息追溯系統進行研究。國內學者對建立河蟹質量追溯體系進行了探討［20-21］。虞麗娟等［22］集成各類網絡監控、傳感設備、RFID技術、GPS定位技術，實現上海蟹苗培育、蟹種生產、扣蟹選優、檢驗檢疫、蟹種運輸、臺灣苗栗蟹種投塘和養殖的全過程實時動態監控與跟蹤服務。養殖過程采用視頻監控，追溯更多集中在運輸過程，沒有對養成信息、尤其是用藥和飼料信息進行記錄。ZHANG等［23］采用相似的原理實現了對無水活體水產品的追溯。

水產品的用藥和飼料等養成信息是水產品質量安全最關鍵的問題，因此本文借鑒國內外已有的研究成果，對河蟹養殖的危害進行分析，確定我國河蟹養殖質量安全控制的關鍵控制點和監控措施；結合EAN／UCC標識系統，設計出可追溯二維碼標簽，并應用ActiveX控件技術實現了客戶端標簽打印功能；采用B／S模式結構體系，實現了基Web的河蟹養殖質量安全可追溯系統。

1 河蟹養殖流程和危害分析

1.1 河蟹養殖流程

河蟹養殖生產過程主要有［24］：1）養殖設施維護，清塘消毒，防治河蟹養殖逃逸，消除上次養殖過程中殘留的病害細菌。2）水草栽植與投放螺螄，消毒后種植水草，投放螺螄，調控和凈化水體水質。3）蟹種來源與放養，選用正宗長江蟹苗，無傷病無病原無藥物，活動能力強。依據養殖戶的水平和市場需求，選擇合適的養殖密度，投放其它鱖魚等進行混養。4）投放餌料，以冰鮮小雜魚和其它飼料餌料，依據河蟹健康狀況和生長情況，酌情投喂。5）病害防治，對常見流行病發生后，采取用藥控制病害帶來的損失。6）銷售，10月開始進行下網捕撈，12月底，開始捕撈至捕完。

1.2 河蟹養殖危害

依據文獻［24-25］、實際調查和養殖流程，河蟹養殖危害主要在以下幾個養殖環節：1）養殖環境，養殖場土壤、水源、空氣容易受養殖周邊生態大環境影響。2）苗種質量，蟹種是河蟹養殖品質控制關鍵，蟹種的好壞直接影響成蟹的品質、口感和養殖戶經濟效益，不達標的親蟹育苗會造成商品蟹養殖效益下降。3）養殖水體，水草是無公害河蟹養殖過程中水體調控的關鍵，養殖過程中水體產生的細菌性、病毒性和寄生蟲，導致河蟹病害發生。4）肥料、飼料和漁藥使用，肥料和飼料易造成養殖水域環境污染，包括過剩飼料、飼料添加劑；用藥不科學、不規范，甚至亂用、濫用藥物現象對河蟹養殖帶來嚴重危害，是控制河蟹品質和食用安全的關鍵。5）生產操作，養殖人員不當的操作對以上所列危害會有加劇惡化的作用。

1.3 河蟹養殖質量安全控制關鍵點

基于河蟹養殖和危害分析和現有文獻，結合企業現行的 HACCP（Hazard analysis and dritical dontrol point，危害分析和關鍵控制點）計劃，確定無公害河蟹養殖危害的關鍵因素和監控措施，如表1所示。河蟹養殖質量安全控制關鍵點分別為：養殖場、蟹種育苗、水體環境、餌料投喂和病害防治。在系統設計時將重點對這5個質量安全控制關鍵點信息進行追溯。

2 系統設計

2.1 體系結構設計

平臺建設規劃為軟件支撐平臺、應用系統、安全系統三大部分。應用系統是核心，提供前后臺的具體功能實現（包括：河蟹生態養成信息采集、河蟹生態育苗信息采集、河蟹核心種源人工育苗信息采集、溯源系統等），而安全系統則保證系統的正常運行，避免網絡的非授權使用，同時，系統提供對Web Services支持，為最終建成面向服務的架構（SOA）。系統的整體架構由硬件基礎平臺、軟件支持平臺和應用服務平臺構成。系統采用先進的架構體系，支持Windows、Linux操作系統，支持Oracle數據庫，同時支持當前主流的數據庫系統，如 SQL Server 2000、Sybase、MySQL等。

系統采用純B／S結構設計，邏輯結構分為3層結構：即表現層、業務邏輯層、數據訪問層。如圖1所示。對業務中的結構化數據進行存儲管理，采用JSP、Servlet等技術進行業務邏輯的處理和應用集成。采用JDBC技術實現對多種類數據庫的訪問操作，采用XML技術實現數據和信息的傳送讀取，并通過Web Services技術對異構系統中的數據、信息進行讀取和發布。

表現層是直接與用戶交互的界面，綜合了多角色人員如：操作人員、系統管理人員、系統維護人員日常使用所需要的界面，因此采用通用的Web界面方式，保障較強的界面友好性。業務邏輯層是業務系統中各項邏輯的匯總，有關業務處理的各種業務邏輯，包括計算規則、工作流引擎、查詢、統計、權限等邏輯，是系統穩定性、正確性的保障。數據層分為兩個層面：1）數據結構，已經通過3000人左右用戶同時在線操作的壓力檢驗，在技術上將可能的業務擴展需求、數據分析、歷史分析打下穩定的數據基礎；2）數據庫，采用通用性的關系型數據庫標準，可以支持 SQL Server、Oracle等主流關系型數據。

表1 河蟹養殖質量安全控制關鍵點和監控措施Tab.1 Key points and controlmeasures of quality and safety control in Eriocheir sinensis breeding

圖1 系統體系結構圖Fig.1 The architecture of system

2.2 系統功能模塊設計

根據系統總體思路和河蟹養殖質量安全關鍵點控制，系統主要劃分為：養殖場概況、河蟹生態養殖、河蟹生態育苗、河蟹種質篩選、質量溯源查詢5個模塊（圖2）。考慮到河蟹個頭小、數量大的特點，采用“批次標示”方法實現對河蟹的養成信息跟蹤，即對一個池塘同一批次捕撈的河蟹，采用同一個二維碼進行標示。同一批次河蟹捕撈出售時，養殖戶在“溯源在線”模塊的二級子模塊中錄入養殖種類、養殖場名稱、池塘編號、生產批號及銷售日期，系統可自動生成二維碼。消費者可以通過電腦和手機掃描二維碼查詢所購買的河蟹養成信息。河蟹養殖質量安全控制和監控由“養殖場概況”、“河蟹生態育苗”、“河蟹生態養殖”和“河蟹種質篩選”等子系統功能模塊共同完成。為了系統的正常運行和管理，添加一個“系統維護”子系統。各個功能模塊銜接通過Web Service實現。

3 系統實現

3.1 系統功能實現

系統軟件運行于Internet環境之上，采用B／S的網絡架構。系統總體上是一個多層的分布式軟件體系結構，如圖1所示。系統基于Tomcat平臺，開發工具采用 Eclipse，開發語言有 JAVA、HTML、JavaScripthe、DIV+CSS。客戶端和應用服務器、應用服務器和數據庫服務器之間的通信以及異構平臺之間的數據交換等通過應用層業務邏輯和數據訪問層的數據訪問類來實現。表現層是Web瀏覽器。邏輯層是Web服務器，基于Tomcat的JSP技術實現，使用Tomcat作為系統的Web服務器，服務器操作系統選用 Windows Server 2008 Core。

3.2 信息采集

養殖戶登錄河蟹生態養殖信息化管理質量溯源系統主菜單后，選擇系統的主界面的“養殖場概況”、“河蟹生態育苗”、“河蟹生態養殖”和“河蟹種質篩選”等子系統。根據實際養殖情況記錄各種信息。養殖場概況首次建立用戶時填寫，如信息有變更需登錄系統進行修改。河蟹生態養殖信息在放養時錄入種草、飼料、養殖池塘、放養日期、放養數量等日常管理信息，在起捕以及每次用藥施肥后更新相關信息。河蟹生態育苗信息在育苗前錄入親本、養殖環境和條件信息，育苗后每次銷售時更新苗種去向信息。種質篩選錄入育苗環境和親本參數信息。具體錄入和更新內容見圖3。

圖2 系統功能結構Fig 2 The function structure of system

3.3 二維碼實現

河蟹的養殖、管理和捕撈銷售都是批次的，本文系統追溯的是河蟹日常養殖、管理和銷售去向信息，因此采用批次追溯方法。項目二維碼標志方法采用國際編碼標志，同時參考《EAN／UCC全球統一標示系統食品安全可追溯應用案例集》（以下簡稱《EAN／UCC案例集》）中的相關標示規范，設計河蟹同批次產品追溯方法［26-27］。二維碼標簽條碼作為信息載體記錄可追溯信息，標簽上顯示內容為“文本信息+二維碼”。同批次河蟹銷售供應鏈為養殖戶到水產品銷售市場，二維碼記錄可追溯信息包括蟹苗、蟹種放養數量、日常管理、病害情況、投入品、產量、銷售去向等。

3.4 二維碼打印

進入主菜單后，選擇系統的主界面上“蟹種養殖在線登記”，進入二級子菜單，再選擇：溯源系統，顯示如下圖4。

圖3 系統界面示例Fig.3 System interface

圖4 溯源系統Fig.4 Interfaces of traceability system

在“溯源在線”模塊錄入養殖種類、養殖場名稱、池塘編號、生產批號及銷售日期，系統可自動生成二維碼標簽（圖5）。

圖5 二維碼標簽圖Fig.5 The graph of QR code

追溯系統采用ActiveX控件來實現二維碼標簽的打印功能。安裝后，管理人員可以通過熱敏打印機將二維碼打出，貼于銷售品種包裝上，消費者可通過安裝了溯源系統客戶端的手機或是平板終端掃描出產品來源信息。用已經安裝完成的溯源系統客戶端的手機或是平板終端，攝像頭對焦二維碼，會自動跳轉至云平臺系統界面，用戶即可以查詢相關信息。

4 小結

本文分析了中華絨鰲蟹養殖流程和養殖過程中的危害，結合無公害河蟹養殖HACCP質量管理體系，確定了河蟹養殖質量安全監管措施的5個關鍵監控點和監控措施；依據EAN／UCC標示系統，設計出了質量安全信息二維碼追溯方案；采用B／S模式結構體系，建立了基于Web的河蟹養殖質量安全信息科追溯系統，實現了企業向外部信息發布以及內部信息管理的融合。該系統對蟹苗、蟹種放養數量、日常管理、病害情況、投入品、產量、銷售去向等養殖生產環節進行全過程監管，為河蟹實現 “從源頭到餐桌”的質量安全信息的可追溯提供良好的管理操作平臺。本研究是基于批次的追溯方案，由于河蟹數量巨大，個體標示需要耗費大量人力財力，增加養殖成本，也沒有必要，因此不適宜采用個體標示方法。

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