基于大數據的進口農產品溯源系統設計與實現

田 碩，解丹丹，尤其浩，洪武斌，張明哲，史 舟※

（1.浙江大學環境與資源學院，杭州310058；2.浙江省檢驗檢疫科學技術研究院，杭州311208）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，消費者對食用農產品的質量與安全的關注程度日益高漲［1-2］。中國是一個消費大國，每年的高端肉制品、乳制品、水產品、糧油制品等食用農產品的進口量不斷攀升，但質量安全狀況卻不容樂觀［3］。2014年，江蘇查獲300 t瘋牛病疫區進口牛肉，涉案金額數十億元；2016年上半年，質檢總局對進口乳制品、食用植物油、水產品、肉類、酒類等五大類重點產品開展專項檢查，全國抽檢機構從37個國家或地區進口的上述產品中檢出不合格產品275批、2.7萬t，占不合格進口食用農產品總重量的93.1%。為了加強進口農產品質量安全管理，保障進口農產品的質量安全，維護消費者的合法權益，對進口農產品進行質量溯源管理十分必要，而建立質量溯源查詢系統是一個有效的方法［4］。

發達國家在農產品安全追溯方面起步較早，具有較豐富的經驗。歐盟于2001年發布《食品安全白皮書》，通過控制“從農田到餐桌”全過程來確保農產品的安全性與可追溯性［5］。美國家畜開發標識小組（USAIP）通過建立家畜標識與可追溯工作計劃，運用射頻識別（RFID）、條形碼識別等技術，建立了自愿性的農產品溯源系統［6］。日本于2001年針對肉牛產品供應體系，建立從農場到銷售點的溯源系統，使消費者可以快速、方便地查詢牛肉生產信息［7］。我國在農產品溯源系統方面也開展了一定的研究與應用。2008年趙金燕等利用RFID電子標識技術，整合養殖場、屠宰場、肉類加工場與物流過程信息，建立了豬肉安全可溯源系統［8］。2011年張鑒滔等利用二維碼技術，建立了馬鈴薯質量安全管理與溯源系統［9］。傳統的農產品溯源系統，由于受制于網絡通信能力、數據共享能力、數據計算水平、先進終端識別技術尚未誕生等因素，溯源甄別能力較低，普及范圍較小［10-11］。大數據和云計算技術在多源數據采集、數據共享、彈性存儲擴展和數據處理能力上具有較大的優勢［12-13］。目前，大數據與云計算技術在交通、醫療等領域已有部分應用，例如，2017年王慶綱構建了基于大數據的上海虹橋樞紐交通信息服務系統［14］；2018年王輝等利用云計算技術，構建了區域醫療大數據用藥監測系統［15］。然而，在農產品溯源方面，大數據與云計算技術的應用較少。文章通過分析農產品進口全流程和用戶需求，將大數據和云計算技術引入進口農產品溯源查詢中，闡述了基于大數據和云計算技術的進口農產品質量溯源系統的設計與實現。

1 系統總體設計

1.1 設計思路

依據進口農產品生產、工序、倉儲、物流、銷售、檢驗等行業標準與技術規范，通過整合浙江省出入境檢驗檢疫局、大洋世家企業、海關等資料數據，利用物聯網技術從農產品進口各環節動態采集數據，對采集的多源異構數據進行整合，構建基于云平臺的基礎信息數據云存儲庫、農產品供應鏈信息數據庫和Google Map動態地理信息數據庫，構建PB級農產品溯源查詢信息中心，通過使用Html5、CSS3、Echarts.js、ArcGIS API for JavaScript、Vue.js等前端開發技術，使用Node.js作為后端開發技術，實現多終端、跨平臺的進口農產品質量溯源系統。

1.2 系統架構

系統采用B/S架構設計［16-17］，自底向上分為云平臺層、數據庫層、應用層和用戶層，系統架構如圖1所示。云平臺層使用阿里云MaxCompute 大數據計算服務平臺，提供快速并行計算，并實現秒級溯源查詢。數據庫層采用分布式文件系統、分布式關系型數據庫與非關系型數據庫，用于存儲系統中所需要的各類結構化、半結構化、非結構化數據。應用層包括分布式數據采集和系統功能模塊2個部分，即通過多終端的方式對產地信息數據、企業信息數據、投訴輿情數據等進行實時動態采集，并對不同的用戶進行實時信息分發。用戶層包含監管部門、企業、消費者3類用戶，其中監管部門用戶可獲取輿論監控信息、舉報頻次熱度追蹤信息，企業用戶可對進口農產品進行追蹤與管理，消費者用戶可以查詢進口農產品溯源信息并對假冒商品進行投訴舉報。

圖1進口農產品溯源系統架構圖Fig.1 Framework diagram of the imported agricultural products traceability system

1.3 數據庫建設

系統在了解進口農產品生產、進境流通的全過程的基礎上，采用阿里云MaxCompute大數據計算服務平臺，通過分布式采集技術對產地信息數據、企業信息數據、監測信息數據、追溯信息數據、投訴輿情數據、穩定同位素數據、文檔圖片數據、空間地理數據等數據進行收集，采用分布式文件系統，構建項目核心數據庫，并與系統后臺進行對接。系統涉及到的專題數據庫包括以下6 類。

（1）農產品專題數據庫：主要包括溯源信息、原料信息、企業信息、檢測信息等。

（2）文檔專題數據庫：包括出入境檢驗檢疫技術規范及行業標準、多國農產品雙邊檢疫議定書、浙江省海關進口農產品報關單、相關法律法規等。

（3）空間區位專題數據庫：包括空間地理數據庫、Google Map數據庫、投訴輿情空間數據庫。

（4）地理環境專題數據庫：包括地表覆蓋、地形高度、坡度等信息數據庫，陸地地表降水、氣溫、積溫、太陽輻射等信息數據庫，海域水溫、鹽度、洋流、水色、赤潮等信息數據庫和土壤物理等各類型地理環境數據庫。

（5）輿情與社會經濟專題數據庫：包括疫情、災情等發生區，歷史評估，農產品主產區，名優新特產區，社會經濟情況等信息數據庫。

（6）用戶反饋數據庫：包括反饋農產品信息、反饋時間、反饋位置、反饋內容等信息。

1.4 溯源編碼

溯源編碼的構建是對農產品跟蹤與追溯的關鍵環節［18］。根據進口農產品的產地、種類和流通情況，為進口農產品構建了109位溯源編碼。溯源編碼由數字和字母組成，包含產地編碼、種類編碼和流通編碼3個部分。其中，產地編碼長度為27位，記錄了國家（地區）、農場（果園）和地理坐標等信息；種類編碼長度為11位，記錄了海關編碼與果徑信息；流通編碼長度為71位，記錄農產品進口各流程信息，包括包裝加工、儲藏、出境口岸、運輸、進境口岸、檢疫、企業銷售等信息。圖2 為澳大利亞進口車厘子的溯源編碼示例。

圖2澳大利亞進口車厘子溯源編碼示例圖Fig.2 Example of traceability coding for imported cherries from Australia

1.5 開發技術

系統基于阿里云MaxCompute大數據計算服務平臺，服務器使用阿里云x86 Linux 服務器，后端使用Node.js實現業務應用、數據庫連接等功能。前端使用HTML5、CSS3、Echarts.js、ArcGIS API for JavaScript，Ajax 等技術，使用webpack作為項目打包工具，采用Vue.js前端開發框架進行前端開發。其中，后端Node.js采用當前主流的web框架Express，通過路由與中間件實現網絡通信［19］；前端采用Vue.js框架，其具有漸進式、交互式、易使用、易擴展等特點［20］。

1.6 功能模塊設計

進口農產品溯源查詢系統主要包含以下3個功能模塊：溯源信息查詢模塊、防偽驗證查詢模塊和投訴舉報模塊，系統功能模塊如圖3所示。

圖3進口農產品溯源系統功能模塊Fig.3 Schematic diagram of the functional modules of the imported agricultural products traceability system

2 系統實現

2.1 溯源信息查詢模塊

溯源信息查詢模塊是該系統的主要模塊，包括產品信息、企業信息、檢疫檢測、證書信息、追溯信息5個子模塊，移動端溯源信息查詢界面如圖4 所示。其中，產品信息模塊主要包括產品編號、名稱、產地、果園編號、果園地址、加工廠地址、保質期等農產品信息，企業信息模塊主要包括企業名稱、食品生產許可證等企業信息，檢疫檢測信息模塊包含境外取樣、監裝信息、開箱信息、貼標信息等，證書信息模塊包括境外官方證書、進境動植物檢疫許可證等信息，追溯信息模塊包括生產企業、境外采摘、境外加工、境外檢驗、裝載運輸和到岸檢驗等進口流通過程信息。用戶可以通過在不同終端（如手機、Pad）掃描溯源標簽上的二維碼或通過NFC讀取的方式進行查詢，系統會針對農產品不同種類信息，智能匹配相關分析模型，獲取相應進口農產品的各項溯源信息，并在用戶終端上顯示。

圖4移動端溯源信息查詢模塊界面Fig.4 Interface of mobile terminal traceability information query module

2.2 防偽查詢模塊

防偽查詢模塊可以對相應進口農產品進行防偽驗證。用戶可以通過刮開防偽溯源標簽的圖層，獲取4位防偽編碼，然后掃描溯源標簽上的二維碼進入溯源信息頁面，在防偽查詢模塊中輸入防偽編碼來查詢產品的真偽。每個防偽編碼會自動記錄防偽查詢次數，如果該防偽編碼已被其他人查詢過，則產品可能為假冒產品。同時，如果系統顯示該防偽碼不存在，產品也可能為假冒產品。

2.3 投訴舉報模塊

普通消費者用戶具有舉報權限，可以通過投訴舉報模塊對假冒商品進行投訴舉報。同時，系統可獲取查詢者的地理定位信息，存入動態地理信息數據庫，并借助ArcGIS 或Google Map等平臺以可視化的方式展示被查詢商品的舉報頻次熱度，方便用戶直觀判別，為消費者和政府管理部門提供假冒商品流動線索。

3 結論

該文通過將大數據和云計算技術與進口農產品溯源查詢相結合，構建了集進口農產品產地、原料、工序、倉儲、物流、銷售等質量安全識別和溯源信息為一體的進口農產品溯源查詢系統，實現了進口農產品溯源數據動態采集，以及跨平臺、多終端的進口農產品溯源信息查詢、防偽驗證查詢和投訴舉報等功能，為監管部門、企業與消費者等用戶提供所需的服務，大大提高了進口農產品溯源的準確度、便捷度和普適度。該系統已針對車厘子、三文魚和貓糧3類進口農產品進行了示范應用。

該系統突破了傳統農產品溯源在網絡通信、數據共享、數據計算等方面的技術瓶頸，對進口農產品問題的及時發現、及時追查、及時控制，減少進口農產品質量問題，保障進口農產品質量安全，維護消費者和生產企業的權益具有積極的作用。然而，由于大數據系統具有數據價值密度低的特點，該系統在數據質量驗證、數據智能分析與決策等方面仍存在不足，這些問題是下一步需要研究與改善的方向。