基于多終端數據交互技術的“三品一標”企業農產品質量安全追溯管理系統設計與應用

趙小中，平本強，蘇 振，劉貝貝，胡 波，曹 柱，郝曉雷

(1.鄭州市農產品質量檢測流通中心，河南 鄭州450006； 2.河南省視博電子股份有限公司，河南 鄭州450008)

0 引言

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，農產品質量安全已經成為人民群眾和各級政府共同關注的重大民生問題[1-2]。加大對農產品生產環節的管控力度，建立及時有效的農產品質量安全追溯系統，規范追蹤溯源生產行為，增強信息透明度，是解決農產品質量安全問題的重要途徑[3-4]。

BANGE M P等[5]基于無線通信技術開發的便攜式農事信息采集系統可提高采集效率。鄧勛飛等[6]應用GIS技術對農產品產地進行地塊劃分，設計通用的產地身份編碼體系。丘榮洲等[7]從蔬菜基地溯源管理入手，設計基于溯源技術的蔬菜基地管理系統，為蔬菜企業提供對基地農戶種植進行質量管控的信息化工具。朱溪等[8]利用Android技術設計開發設施蔬菜種植管理與農產品追溯系統的手機客戶端APP。孫俊等[9]將區塊鏈技術與現有農產品追溯系統的架構相融合，提出基于區塊鏈的農產品追溯系統基本架構。

“三品一標”農產品是指無公害、綠色、有機和地理標志農產品[10]。具有無公害(或綠色、有機、地理標志)產品認證的農產品生產企業，統稱為“三品一標”企業(本文特指種植業企業)。與普通農戶、一般性生產企業相比，“三品一標”企業普遍具有生產規模大、產品品種多、管理標準化和包裝規范化等特點，在種植環節推行良好農業規范(GAP)管理體系，在加工環節實行良好生產操作規范(GMP)管理體系[11-12]。為提升農產品生產企業的經營管理水平和產品競爭力，推動“品牌農業”發展，保障農產品質量安全，在實施鄭州市農產品質量安全追溯體系建設項目中，針對“三品一標”企業的特點，應用二維碼、GIS、XML、JSON、WMS和WFS等信息技術，設計開發基于多終端數據交互技術的“三品一標”企業農產品質量安全追溯管理系統，并在實際工作中得到了應用。

1 總體架構設計

根據“三品一標”企業的特點，考慮到追溯系統結構復雜、用戶面廣等情況，系統采用SOA面向體系的架構設計，分為6個層級(圖1)[13-15]。

(1)設備層。以農殘檢測儀、電腦、智能手機為信息采集端，打印機為信息輸出端，利用網絡設備將信息傳輸至服務器，為系統運行提供硬件支撐。

(2)數據層。集成“三品一標”企業的業務流和信息流，通過JDBC等數據訪問技術與數據庫交互，完成對數據的增刪改查，實現對系統數據的存儲和管理。

(3)支撐服務層。連接數據層和應用層，整合系統業務和信息處理服務，為系統的業務開展和信息處理提供技術服務支持。

(4)應用層。主體注冊系統為生產企業、監督管理部門提供注冊登記和登錄生產管理系統、監督管理系統的賬號和密碼。生產管理系統為企業提供產前、產中和產后全程信息化管理手段，采集可追溯信息。監督管理系統審核用戶注冊信息，分配業務操作權限，審核生產信息、檢測信息。追溯查詢系統為消費者提供追溯信息查詢服務。

(5)展示層。為生產者、監管者和消費者提供登錄主體注冊系統、監督管理系統、生產管理系統和追溯查詢系統的窗口。

(6)用戶層。用戶包括監管者、和產者和消費者。

2 生產管理系統軟件設計

生產管理系統是追溯系統最核心的部分。為方便企業使用，采用移動端和桌面端交互設計方式，除了具備可追溯信息采集的基本功能外，還應滿足企業日常生產管理如地塊管理、生產計劃管理、生產檔案管理、倉庫管理和采購管理等的需要。

2.1功能模塊設計

生產管理系統由3大功能模塊和12個子模塊組成，各模塊之間相互銜接、互為支撐(圖2)。

(1)產前管理。包括角色與用戶管理、地塊管理、生產計劃管理和生產檔案管理。分配管理部門操作權限，劃分地塊并編碼，編制生產計劃，建立生產檔案。

(2)產中管理。包括農資管理、采購管理、專家輔助支持信息庫、農事管理和質量檢測管理。采購管理農資，下達、執行和記錄農事活動，完成農作物采收前的質量安全檢測。

(3)產后管理。包括加工包裝管理、配送管理和追溯信息管理。記錄農產品加工、包裝和配送信息，申請、打印追溯標簽。

2.2業務流程設計

業務流程設計重點把控農資采購、農事任務安排、質量安全檢測和追溯信息審核等關鍵環節(圖3)。科學合理地采購和使用農業投入品是保障農產品質量安全的必要前提[16-18]。在農資采購環節，通過專家輔助支持信息庫調用農業部農資登記產品信息，保證采購的農資產品符合生產要求。在農事任務安排環節，通過專家輔助支持信息庫調用作物標準化生產規程、禁用和限用農藥名錄等信息，協助制定農事任務，保證科學合理地使用農業投入品。在農作物成熟采收前設置質量安全檢測環節，保障農產品質量安全。在打印追溯標簽前，設置追溯信息審核環節，保證追溯信息的真實性、準確性和完整性。

2.3多終端交互式設計

考慮到農業生產的實際，結合桌面端和移動端的優缺點，為便于企業操作使用，生產管理系統采用移動端和桌面端交互式設計(圖4)。

移動端具有易攜帶、信息采集便捷等優點，但信息存儲量和顯示面積有限，主要用于接收消息通知和采集農事活動信息，包括農事任務數據和圖片視頻信息。桌面端具有功能強大、信息存儲量大和分辨率高等優點，但配置體積大、不便于攜帶，主要用于信息的存儲、搜索、分析和處理，以及查看和管理業務數據。

具體流程：在桌面端添加地塊信息時，系統后臺生成地塊二維碼，并通過桌面端將地塊二維碼下載和打印，置于地塊上。生產者通過APP掃描地塊二維碼自動選擇地塊，選擇要完成的產品種類和本次執行的農事任務等信息，錄入農事活動過程中可以拍攝相關的活動照片或視頻，移動端采集的農事記錄信息通過Web Service接口將XML數據傳輸至桌面端，后者對數據進行詳細分析和處理。移動端和服務器端交互接口部分設計程序如下。

public Result saveActiInfo(String archiveCodes，String actiTypeCode，StringactiTypeName，String employeeCode，

String employeeName，StringactiDate，StringextendActiTypejson，StringmediaJson){

Result result=new Result()；

StaticLog.info(“APP端進入農事提交保存方法”)；

try {

Integer flag=actiActiService.saveInfo(archiveCodes，actiTypeCode，actiTypeName，employeeCode，employeeName，

actiDate，extendActiTypejson，mediaJson)；

if(flag==10000){

fillResult(result，200，10000，“保存成功”)；

}else if(flag==10003){

fillResult(result，200，99999，“生產檔案不存在”)；

}else{

fillResult(result，200，99999，“保存失敗，請稍后重試。”)；

}

StaticLog.info(“APP端農事提交保存結果：”+flag)；

}catch(Exception e){

StaticLog.error(e.getMessage()，e)；

fillResult(result，500，99999，“保存失敗，請稍后重試。”)；

}

return result；

}

2.4追溯編碼設計

2.4.1追溯編碼規則設計

追溯碼是農產品終端銷售時承載追溯信息直接面對消費者的專用代碼，是展現給消費者具有追溯功能的統一代碼[16]。為方便與流通環節追溯系統對接，實現農產品從產地到餐桌全程質量安全可追溯，參照《農產品追溯編碼導則》《肉類蔬菜流通追溯體系編碼規則》等技術標準，制定系統編碼規則(表1)[19-20]。

表1 系統編碼規則

2.4.2二維碼生成

表2 追溯信息與關聯的數據庫

2.5關鍵技術應用

2.5.1二維碼技術

主要用于追溯信息管理環節。二維碼技術是采用特殊的二維碼圖形記錄農產品信息，具有信息密度高、糾錯能力強和防偽性好等特點，能夠和產品直接相連，做到一物一碼。通過圖像處理與編碼技術，將包含產品信息的二進制數字排列，形成不同的矩陣組合。在智能移動端掃描解析重新生成產品的詳細信息，了解種植過程的明細。

2.5.2GIS技術

主要用于地塊管理環節。地理信息系統(GIS)提供追溯的地理位置信息，把地圖的視覺化效果和地理分析功能與數據庫集成在一起。GIS系統將地塊管理、質量檢測管理和溯源編碼管理等功能模塊與監督管理系統對接，實現融合與聯動，將各類預警信息在地圖上直觀呈現，實現智能預警和應急指揮。

2.5.3異構系統整合技術

主要用于農事管理和檢測管理等環節。通過SOA技術整合解決跨PC端和移動端的異構性問題。系統采用面向服務(SOA)的設計思想，按需裝配的組件化結構，實現網絡業務、資源和用戶的融合管理和端到端管理。基于SOA技術框架的松耦合的信息交換體系為系統提供Web Service接口。采用Web Service技術框架，通過松耦合、分布式和易擴展的開放管理平臺，提升各業務融合能力。

2.5.4異構系統數據交換技術

主要用于農事管理環節。多終端的數據格式存在多樣性，主要通過XML技術和JSON技術統一和轉換。XML即可擴展標記語言，是一種簡單的數據存儲語言，使用簡單的標記描述數據，在Internet中可跨平臺處理結構化文檔信息。系統接收到請求方的請求后進行對應交易處理，返回XML格式的數據給請求方系統。JSON用于服務器和客戶端的數據交互，在不同的編程語言之間實現數據交換，系統的報表插件與服務端數據傳輸格式采用JSON格式傳輸，便于格式統一和提高識別處理效率。

2.5.5空間數據交換技術

主要用于數據傳送環節。空間數據交換采用GML格式，遵守OGC規范與標準，主要采用WMS和WFS技術。WMS通過地理空間信息的數據制作地圖，并返回地圖圖象。WFS通過GML傳遞地理空間數據，在基于HTTP協議的分布式計算平臺上對地理要素進行增刪改查等操作，同時保證地理數據變化的一致性。

3 系統實現

3.1開發環境和應用環境

3.2系統界面

3.2.1主體注冊和審核

企業登錄主體注冊系統，提交備案信息，經監督管理系統審核通過后，保存到信息中心服務器，系統界面如圖5和圖6所示。

3.2.2用戶管理

企業按照監督管理系統提供的賬號和密碼登錄生產管理系統，構建組織結構信息系統，依據部門職責和人員分工分配操作權限，系統界面如圖7所示。

3.2.3地塊劃分與管理

生產部應用GIS技術劃定、標注基地范圍，根據基地屬性和作物種植情況劃分、標注和編碼地塊信息，系統界面如圖8所示。

3.2.4生產計劃管理

生產部依據地塊劃分情況，制定年度生產計劃。選擇關聯地塊、地塊面積和計劃種植的品種，設定播種(移栽)、收獲時間，系統會根據農事活動的進行情況自動顯示目前的執行狀態和進度，系統界面如圖9所示。

3.2.5農資采購管理

供應部依據生產計劃或農事任務單，調用農資庫存信息和農業部農資登記產品信息，填寫采購單，經審核后進行農資采購，系統界面如圖10和圖11所示。

3.2.6農事管理

生產部根據生產計劃創建生產檔案，借助專家輔助支持信息庫，下達農事任務單，通過PC端或手機端錄入農事信息，系統界面如圖12和圖13所示。

3.2.7專家輔助支持信息庫指導

專家輔助支持信息庫主要包括農業部農藥登記產品信息、農作物標準化生產規程、禁用和限用農藥名錄等，輸入搜索要求和選擇相關類型，即可獲得科學有效的施肥施藥指導建議，系統界面如圖14所示。

3.2.8質量安全檢測

農作物成熟采收前，通過開發的基于PC端的農殘速測儀智能化檢測管理系統進行農藥殘留快速檢測，檢測合格后方可采收入庫，系統界面如圖15所示。

3.2.9追溯標簽申請和打印

農產品加工包裝后，在線申請追溯標簽，經監督管理系統審核后，打印粘貼追溯標簽，系統界面如圖16和圖17所示。

3.2.10追溯碼查詢

用戶可以登錄鄭州市農產品質量安全信息網(圖18)，輸入追溯碼查詢，或者用手機掃描二維碼查詢。

4 系統應用

系統開發完成后，自2017年在鄭州市28家種植企業進行了示范推廣應用，共建立生產檔案2000多個，檢測蔬菜3500多批次，打印追溯標簽40多萬張。推廣應用結果表明，該系統可實現農產品從種植、檢測、采收、加工、包裝和配送的全程質量安全控制和跟蹤溯源。

5 結束語

基于多終端數據交互技術的“三品一標”企業農產品質量安全追溯管理系統，采用SOA面向體系的架構設計，應用移動端和桌面端交互設計方式，通過設置專家輔助支持信息庫、農資采購管理、質量檢測管理和追溯信息管理等功能模塊控制關鍵環節，保證追溯信息的真實性、準確性和完整性，從而保證農產品質量安全，可實現農產品從種植、檢測、采收、加工、包裝和配送的全程質量安全控制和跟蹤溯源。專家輔助支持信息庫可獨立開發為APP，增加圖像識別模塊和語音識別模塊，根據現場拍攝的病蟲害圖片和農作物病情描述，準確識別病蟲害種類，提供病蟲害防治解決方案。增加產地環境監測模塊，采集溫度、濕度和光照等信息，科學指導農業生產。