縣域農產品質量安全監測系統設計
——以湖南省湘陰縣為例

殷 平

(岳陽市湘陰縣農業農村局，湖南 岳陽414600)

0 引言

農業系統是一個易受外部因素擾動的開放多態的非線性復雜系統，影響或伴隨農產品質量安全的顯性和隱性風險彼此依附存在[1]。農產品質量安全不僅與產地環境的質量、農業投入品的使用效率、流通環節的質量控制和監管體系密切相關，還與輿論媒體的傾向性報道、社交網絡的迅速傳播帶來的放大效應息息相關[2]。任何環節的錯誤操作都將降低公眾對農產品質量的信任度，加上消費者的科學素養不同，不能準確判斷與農產品質量安全相關信息的真實度。隨著社會信息化的發展，應充分借助計算機信息技術全面布控科學高效的縣域農產品質量安全實時監測網絡，建立完善的精準大數據庫，以期快速精準的探尋農產品質量安全問題，為監管部門找準靶向和重點施治提供參考。

1 系統設計背景

1.1“鄉村振興”背景下縣域農產品質量安全

目前，中國農村正處于社會轉型的關鍵期，農業的生產、組織和管理模式發生深刻的變化，在《鄉村振興戰略規劃(2018—2022年)》中，對加快農業轉型升級和全面提升食品安全、農產品質量安全水平提出了更高的要求和全面部署。在此背景下，如何以實施鄉村振興戰略和農業產業結構調整為主線，立足地方資源稟賦，做好現代農業技術集成和走好質量興農道路是縣級地方政府亟待研究和解決的問題。

很多縣域都把發展當地優勢特色農產品作為優化農業產業結構的首要任務，中央財政也采取了一系列措施予以積極支持。質量安全是農產品品牌、產業的建立和加強所需的重要保證，若農產品質量安全出現問題將產生較大的負面影響，引發消費者的恐慌，嚴重影響產品品牌形象，對相關產業、企業和農戶造成嚴重影響。因此，產業發展過程中如不把“質量安全”放在首位，就如空中樓閣，雖表象繁榮，但觸之即潰。

1.2“互聯網+”背景下縣域農產品質量安全

隨著信息化建設第3次浪潮的到來，飛速發展的互聯網和移動通信技術對于發展傳統農業行業產銷模式具有顯著的推動作用，而“互聯網+農業”、“智慧農業”等新概念儼然成為了現代農業的標志。越來越多的農產品生產者采取線上線下雙線結合的方式開拓營銷渠道，利用新浪微博、微信公眾號等自媒體和抖音、快手等短視頻應用來宣傳自己的產品，紛紛入駐淘寶、天貓、京東和拼多多等電商和微商平臺開展農產品直銷、眾籌和預售[3]。同時，地方政府也與阿里巴巴等互聯網公司深度合作，布局運營農村淘寶、益農信息社等電商服務站點。

互聯網技術已經全面滲透至基層區縣及農村經濟生活中，大幅提高了農產品的營銷效率和交易量?；ヂ摼W對社會資源連接方式的改變，使得農產品的產、供和銷更加自由靈活，物流業的快速發展也大大加速了農產品的流通。但是，消費者不能實際感受產品質量，僅憑賣方圖文介紹和商品評價做參考，相比傳統交易方式，這也增加了產品質量的不確定性因素和安全風險[4]。另一方面，互聯網技術的興起為農產品質量安全高效監管提供了支撐，基于“物聯網+移動通信+大數據+云監控”的農產品質量安全監測和追溯體系建設條件也已成熟，對高風險農產品實施強制性追溯，必將成為完善監管效能的必然趨勢。

2 目的與意義

湘陰縣地處南洞庭湖濱，緊鄰省會長沙，區位優勢明顯，水陸交通便利，農業資源豐富，是遠近聞名的“魚米之鄉”“藠頭之鄉”和“湖鮮美食之鄉”。良好的自然條件和地理位置，加上農田基礎設施完善、農技推廣體系健全，使湘陰縣優質稻、蔬菜和特色水產品3大主導產業獨具特色。湘陰藠頭出口韓日等東南亞國家，長康壓榨菜籽油行銷全國，鐵香有機茶省內外供不應求，樟樹港辣椒、鶴龍湖大閘蟹和青山島全魚宴更是名聲在外。湘陰縣政府十分重視本縣農業的可持續性發展和長遠規劃，致力于把湘陰縣定位為長株潭城市群高端農產品供應地和休閑農業旅游首選目的地。2017年編制的《湘陰縣農業現代化發展規劃(2017—2025年)》中明確提出：全力打造優質、高效和安全的現代農業強縣，確保農產品供給數量與質量安全，重點強化鎮街、專業村、企業和合作社等農產品質量安全檢測網絡建設，落實生產經營主體責任，嚴懲各類農產品質量安全違法犯罪行為[5]。因此，要想全面掌控湘陰縣內農產品質量安全整體狀況，徹底實現“從農田到餐桌”的食用農產品安全生產和監控，需要先進的信息管理手段，快速建立科學可信的本縣農產品質量安全監測數據庫。當前運用計算機與信息化技術快速高效地管理農產品質量安全勢在必行[6]。

正在開發中的湘陰縣農產品質量安全監測系統是該縣農產品質量安全監管平臺的一套并行子系統，目前已完成了前期需求規劃和整體框架設計，預計2020年能全面開發完成和投入使用。其是一套以“農產品檢驗檢測”為核心開展縣域農產品質量安全風險監測和趨勢預警的綜合性信息平臺，以實現對全縣農產品質量安全狀況的整體和區域性評估、檢測數據統計與分析、實時動態監測和預警等多級監管功能，為本地農產品質量安全監測提供較完整的解決方案，把現代信息技術與日常檢測相結合，方便、快速地解決本地農產品質量安全監管存在的難題，極大地提高了政府部門的工作效率，也開啟了該縣農產品質量安全監管信息化建設的序幕。

3 系統功能設計及模塊化實現

3.1設計概要

從物理層面劃分，可以把系統分成3個部分。①數據采集端，即數據采集的來源單位，包括縣級農產品綜合檢驗檢測中心、鄉鎮(街道)農產品質量安全監管站和企業自建檢測室等。②中心處理端，即中央控制平臺，包括硬件防火墻、Web服務器、備份服務器及數據庫，負責檢測數據的動態采集，并根據用戶的請求進行相應的數據處理。③用戶瀏覽端，即用戶訪問端，包括PC電腦、移動筆記本、智能手機和手持PAID等各類終端設備，用戶依據各自所擁有的權限對全部或部分監控和檢測信息進行瀏覽和應用。

系統采用Python語言進行開發。Python是近年來較受歡迎的主流編程語言，是一種面向對象的解釋型高級語言。Python憑借豐富的數據庫和跨平臺的特性，在Web開發、大數據分析、科學計算、人工智能和嵌入式開發等領域得到廣泛應用。相比Java而言，Python語法簡潔，代碼結構清晰，對于編程人員來說十分“友好”[7]。Python下的開源Web開發框架Django功能完備，性能穩定，各模塊之間結合緊密，集成了數據訪問組件，實現對象和數據庫之間的映射，隱藏數據訪問細節，使數據庫的存取變得更便捷。在Matplotlib基礎上封裝的Seaborn也是廣受歡迎的可視化圖形庫，即便是缺乏開發經驗的編程人員，也能通過簡單的代碼調用，做出直觀且具有分析價值的圖表。另外，基于HTML、CSS和JS的開源前端框架Bootstrap功能強悍，其擁有豐富的Web組件，如下拉菜單、按鈕組、列表組、導航條、進度條、縮略圖、警告框和媒體對象等，用這些組件可搭建一個美觀、視覺效果統一的交互式網站前端界面[8]。系統總體軟件框架設計如圖1所示。

3.2功能模塊

3.2.1監測數據采集

目前縣級農產品綜合檢驗檢測中心多數以定量檢測為主、定性速測為輔，而鄉鎮農產品監管站受人力和物力條件限制只能采取定性速測的方式?？紤]到農殘速測儀器品牌眾多，廠商之間的儀器性能差異明顯，且隨著機構改革中農業、畜牧和水產各部門的整合到位，以往鄉鎮監管站只能開展單一的蔬菜、水果等植物性農產品的速檢已經無法滿足需求[9]。湘陰縣農業農村局于2019年爭取了縣財政資金，對所有鄉鎮監管站的檢測室進行提質升級，統一配置了集種植、畜牧和水產于一體的多功能農產品速測儀，便于設備客戶端軟件經由計算機串口、USB接口或者并口連接，直接與儀器通信，進行農產品檢測數據的采集，通過身份驗證和數據加密將相關數據上傳至中心服務器組，以備進一步統計分析和提供領導決策基礎支持。每個鄉鎮監管站檢測室都安裝了海康威視的全景魚眼云監控攝像頭，監管人員能夠通過系統實時調看各鄉鎮檢測員進行化驗時的操作影像?？蛻舳塑浖€提供了對本地歷史數據的備份與還原、基礎數據的設置及與中心服務器的數據同步等功能。農產品、土壤和水樣方面定量數據的采集由于涉及的檢測儀器較為專業，輸出數據大多無法直接作為檢測結果發出，故可以采取人工錄入的方式，按照統一的模版將分析結果上報至系統。

3.2.2監測數據查詢

系統允許用戶按照選擇的條件進行數據查詢，隨時監視實時更新的農產品檢驗檢測數據。查詢方式靈活多樣，支持分類搜索與模糊查詢，既可以單條件查詢，也可以多條件組合查詢，如指定區域、單位、日期、品名、品類和檢測項目等條件進行檢索。每條歷史數據都有詳實的記錄，包含產地(抽樣地點)、GIS地理信息、檢測人員及檢測結果等內容。查詢結果以列表形式顯示，同時在表頭位置統計出用戶查詢的合計條目數、分項指標條目數及超標率情況。

3.2.3報表數據中心

報表數據中心提供了更高級的統計功能，如監測階段報表(分年度、季度、月度及周報表)、監測區域報表、監測單位報表、監測項目報表、監測品種報

表、品種大類報表、品種小類報表和外來品種報表等各類基于農產品檢驗檢測數據的報表，并可切換到柱圖、餅圖等查看方式。系統高權限用戶還可以任意組合監測樣品、監測項目、監管區域、生產經營單位、監測單位、監測時間、判定結果和數據上傳方式等條件匯總數據，并進行數據透視，以方便管理者從不同的角度來審視數據，評估全局或局部農產品質量安全狀態水平。

3.2.4監測趨勢預警

監測趨勢預警是系統的核心模塊，主要分為2個方面：產品質量監測預警和產地環境監測預警。該模塊通過添加和配置相應的風險等級策略庫來完成預警分析，每條策略應包含監測對象、預警等級、風險指標和警戒閾值等內容。產品質量監測預警的對象是農產品，產地環境監測預警的對象主要是土壤和水體，因大氣污染對農產品的影響相對較小，且地方大氣監測一般由生態環保部門實施，故暫未納入系統管理中[10-11]。系統按照事先設定的風險閾值判定其預警層級，預警結果首先在“縣域空間地圖”上進行展示，警報信號用藍、黃、橙和紅4色加以區分，代表嚴重程度依次加重[12]。切換到“趨勢預警圖”后，顯示出指定農產品檢測合格率的同比與環比變化趨勢或指定區域內有機污染物、重金屬的污染變化趨勢。監測趨勢預警流程如圖2所示。

3.2.5基礎數據管理

為方便用戶操作，由超級管理員統一在后臺進行基礎數據字典維護，初始字典包括行政區劃、地理地形、監測對象(監測點)、種植條件、養殖條件、所屬行業(種植業、畜牧業、漁業)、種養方式、土質水源、檢測品種、檢測項目、檢測設備、檢測方法、檢測標準、機構設置、量化評級、角色管理和用戶管理等目錄。系統提供新建、修改、刪除和刷新目錄及其子項的功能，以提升系統的可適應性和可擴展性，便于用戶在系統中查詢或編輯時根據系統內置數據字典進行自動適配。

3.2.6系統用戶管理

對系統的訪問按照單位性質及組織架構進行分級授權，系統默認訪問角色分為超級管理員、監管人員、監測人員和行業專家4個類別。其中超級管理員具有最高權限，負責系統的日常功能性維護和基礎數據更新，依據不同的單位、人員及其身份、不同的頁面訪問權限和數據訪問權限進行角色管理、對客戶端權限的認證與授權等。監管人員和監測人員劃分為縣、鄉2級，各自擁有訪問或管理本轄區內數據的權限。行業專家除具備所在行業的系統數據訪問權限外，還增加了允許其提交相關風險評價和決策建議的功能。

4 系統運行和推廣策略

湘陰縣農產品質量安全監測系統的運行建立在地方檢驗檢測機構提供的數據基礎上，而檢驗檢測是一項公益性的服務，需要長期的投入，若缺少完善的經費保障渠道，則不能保證檢測工作的正常開展。因此，要爭取縣財政支持，科學制定本縣農產品質量安全工作的年度財政預算，不斷加強縣級農產品綜合檢驗檢測中心、鄉鎮監管站檢測室的實際運作能力，吸納和培養能“挑大梁”、能“肩重任”的檢測業務骨干，深入布局“縱橫聯合”的縣域農產品質量安全檢測網絡。系統推廣的過程中，要特別注意在監管和監測人員隊伍中做好充分宣傳和動員，通過集中培訓、專題演練等方式，提高監管、監測人員的軟硬件操作和業務水平。同時積極推行食用農產品“合格證”制度，激勵農產品生產企業注重產品質量和品牌形象，壓實安全責任，主動開展企業自檢并納入監測數據采集對象范圍。此外，還要及時收集用戶反饋，持續完善和增強縣級農產品質量安全監測系統的實用性和適應性，在條件成熟時，適時對接同級市場監督管理部門的食品質量安全監管平臺，實現監測信息互聯互通、共治共享。

5 結束語

縣域農產品質量安全監測系統建成后，隨著檢驗檢測數據的逐漸完善和豐富，將會形成一個龐大、全面的實時監控網絡體系和監測數據庫。系統通過數據匯總、比對分析，找出問題因子，提供農產品質量安全風險評估和趨勢預測預警，為農產品質量安全監管決策提供真實的數據依據。盡管絕對概念意義上的農產品質量安全不存在，但通過對監測點的科學布局和合理調配檢測資源，政府及農業農村部門能夠及時掌握屬地管轄區域內的農產品質量安全與產地環境狀況，迅速截獲或銷毀存在質量安全隱患的問題農產品批次，防止進入流通市場，防范農產品質量安全事故的發生，將農產品質量安全的風險幾率降至最低。通過監測系統的有效覆蓋，逐步實現全縣農產品生產源頭質量控制規范化、監測網點信息化和廣大群眾消費知情化，必將在實現地方精細農業發展和提升生產者的生產安全意識、提振消費者的消費安全信心方面發揮積極的作用。