果蔬生產過程追溯平臺設計與實現

李喬宇　秦磊磊　穆元杰　劉淑云　尚明華

摘 要：針對果蔬追溯過程中信息不健全的問題，文中基于物聯網系統設計開發了果蔬生產過程追溯平臺。平臺圍繞果蔬的生產檔案，建立交叉驗證的數據模型，實現了種植計劃、生產記錄、肥料記錄、農藥記錄、農事操作、過程影像、采收入庫等功能，可以提供準確完備的果蔬生產過程全程的數據。

關鍵詞：果蔬生產;農產品追溯;數據模型;物聯網;管理平臺;交叉驗證

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）07-00-03

0 引 言

果蔬是中國家庭的日常必需品，產品質量安全關乎千家萬戶的健康安危，越來越受到人們的重視。保障果蔬的食品安全涉及生產、收購包裝、保鮮貯存、物流運輸、市場銷售五個環節。其中，生產是關鍵環節。國內農戶標準化生產和安全用藥意識不強，有時為追求防控效果隨意加大農藥的劑量和增加施藥次數，甚至使用國家禁止使用或限制使用的高毒農藥，導致農藥殘留和超標，是造成食品安全問題的最直接因素。此外，施肥過量也會造成耕地板結、土壤酸化甚至重金屬超標的問題[1]。

農產品追溯是解決食品安全問題的一個方向[2-6]。利用互聯網技術、物聯網技術、RFID技術、二維碼技術等，可以有效地將果蔬生產、收購、存儲、流通、銷售環節的信息串聯，形成對食品安全問題的溯源和定責[7-12]。但是在實際使用中，溯源過程仍然存在信息不完善、不健全的問題。因此，果蔬生產過程追溯平臺在已有物聯網平臺的基礎上[13-15]，專注于生產過程數據的完備性，設計和實現了一套數據模型，可以通過批次號向追溯過程的后續環節提供健全的果蔬生產信息。

1 數據模型設計

1.1 追溯數據電子目錄

果蔬產品追溯涉及生產、采收、存儲、物流、銷售多個環節，為實現追溯數據能夠自動匹配，在每個環節中均設有批次號，通過批次號進行不同環節的信息鏈接。追溯數據匹配流圖如圖1所示。

在果蔬定植時自動生成生產批次號，產中信息錄入過程中通過生產批次號連接在一起;采收時，系統自動形成采收批次號，采收批次號其中一項數據為生產批次號，這樣兩個環節便自動聯系在一起，采收后的檢測等數據與采收批次綁定即可;其他幾個環節與采收批次流程相同，均通過批次號上下連接，這樣實現了全產業鏈數據的自動匹配。

1.2 生產過程數據模型

基于“需求分析—數據模型搭建—平臺功能實現”的流程，通過對萊陽、威海幾家公司的實地調研，明確了果蔬生產過程的關鍵數據類型，包括果蔬產品、所屬地塊、農事操作、工作人員、物聯網數據等，在此基礎上構建了生產過程數據模型，如圖2所示。數據模型以定植記錄為中心，從果蔬定植開始，產生以批次號為標識的定植記錄，定植記錄關聯生產過程中的全方位信息，包括地塊信息、果蔬信息、農事操作。進一步地，地塊信息會關聯到所布置物聯網設備采集的環境數據、對關鍵過程記錄的影像數據以及對土壤的檢測記錄;農事操作關聯相關的工作人員和操作記錄，主要是施肥、施藥，又會關聯到農用資料的數據表。采收時生成采收批次號，用于后續的追溯環節對接，由于采收一般會發生多次，會對應多個采收批次號。數據模型構造了數據的相互驗證機制，可以保證生產過程數據的真實性。

2 平臺功能實現

果蔬生產過程數據涉及對種植基地信息、種植信息、品控信息等多種信息，其信息來源主要是：農業物聯網測控設備主動獲取以及APP/Web交互接口錄入。果蔬生產過程追溯平臺基于已研建的農業物聯網系統，重點工作在于：構建與果蔬追溯信息匹配的數據庫，并對存入數據進行交叉驗證，以得到真實全面的數據;開發追溯環節信息交互平臺，實現生產信息的查看與錄入;追溯業務元數據電子目錄構建以及追溯產品信息自動匹配。果蔬生產過程追溯平臺主要功能包括基于農產品安全追溯元數據的種植計劃、生產記錄、肥料記錄、農藥記錄、農事操作、過程影像、采收入庫、農殘檢測及公司信息等內容。

2.1 Web端信息交互方法

2.1.1 種植計劃

進入“生產檔案”界面，點擊右側菜單欄第一項可進入“種植計劃”界面，如圖3所示，在該界面中可查看、添加、刪除種植計劃信息。種植計劃是與農業基層服務站合作建立的種植模板，對不同果蔬按照時間線制定了農事操作日歷，包括果蔬的生長期、關鍵節點的農事操作等，方便工作人員進行標準化的種植，是整個果蔬生產過程的核心。

2.1.2 生產記錄

生產記錄是園區生產單元中定植果蔬時的信息記錄，可用于產品追溯的起始。在“生產記錄”界面選擇種植計劃的模板，添加生產記錄，生成生產批次號。后續果蔬生產過程全程的信息都可以根據生產批次號查詢，如圖4所示。

2.1.3 肥料/農藥記錄

在“生產檔案”界面右側的菜單欄可進入“肥料記錄”/“農藥記錄”界面，如圖5所示，該部分用于記錄果蔬生長過程中果蔬的施肥施藥情況。可根據肥料/農藥種類、使用日期及生產批次號查詢肥料記錄。每次進行施肥、施藥操作時要添加新的操作記錄，如圖6所示，肥料/農藥的用量會與后臺中已采購的農資數據表相關聯，保證數據的可信。

2.1.4 農事操作

一般的農事操作在菜單欄的“農事操作”界面進行管理，如圖7所示，主要包括不涉及農資的澆水、剪枝、套袋等具體農事操作。該界面中可查看、添加、刪除農事操作信息。

2.1.5 過程影像

通過農業物聯網系統可以對生產過程進行實時監控，但是由于存儲容量的限制，視頻信息一般不會留存。而視頻信息又是果蔬生長過程安全性的有效證明，因此平臺根據種植計劃中制定的生長期關鍵節點，隨機存儲監控視頻作為生長過程中關鍵時期的影像數據。在“生產檔案”界面的“過程影像”功能中可以根據生產單元和時間段查看對應的過程影像信息，如圖8所示。