運城蘋果品質認證及質量溯源系統研究

周運麗 張茜茹 趙銀玲

(山西省運城市氣象局，山西 運城 044000)

引言

運城市地處N35°的地理帶,該區土壤深厚,陽光充足,降水適中,海拔較高,溫差大,是中國黃土高原的蘋果產業優勢地區,蘋果一直以來都是當地的主要經濟作物。運城品牌蘋果的發展，對提高運城蘋果的市場競爭力有著深遠的意義。然而，由于果農以及商家的蘋果生產模式比較分散、信息不對稱、服務體系不健全，品質認證和監管還存在很多的困難。同時，在國家越來越重視食品安全的背景下，食品品質追溯已經成為大勢所趨的行業要求，對于運城蘋果企業的發展來說,長遠的發展目標就是增強運城蘋果公司的國際品牌感和消費者的信任感,塑造公司品牌形象,規范運城蘋果食品企業經營監督管理,提高公司經營管理收益,建立一套合格的運城蘋果生產企業品質認證及質量溯源系統是非常必要的[1]。

國外學者對蘋果氣候生態關系開展了研究，日、美、俄等國家在這方面取得了較多成績。我國對蘋果生產的研究主要集中在蘋果的區劃上，為制定蘋果的發展規劃積累了大量的指標和成果。有些研究者觀察研究了氣象因子對蘋果質量的影響,魏欽平應用了多元統計數據分析,對位于我國不同自然生態環境類型區的紅富士蘋果果實品質的調查和實驗室結果分析,研究出了紅富士蘋果品質與生態氣象因子關系。宋尚偉教授對黃河故道和豫西地區二山區的蘋果種植農業對氣候影響進行了統計數據對比分析。馬杰利用1981—2010年我國大秦州地區的蘋果生產資源,以及4—8月平均氣溫、降雨量、日照時數等資源,構建了綜合氣象資源指數,并系統分析了蘋果生產在各個生育階段中氣候因子變化的相互關聯。劉璐通過采用K階自回歸模型預測蘋果成熟期連陰雨，同時設計了連陰雨指數，將其強度進行分級。鄭小華研究建立了陜西省蘋果全年產量品質監測預報分析系統。近年來,隨著物聯網、云計算、大數據、LBS地理地圖信息等高新技術的成熟和快速發展，以物聯網技術為基礎，對蘋果品質進行實時記錄和動態管理很有必要。

本文針對蘋果產地、質量、個數、著色度、含糖量、含酸量、硬度、氣候品質評價等蘋果品質指標，試圖對物聯網條件下的品質認證作出探索。以運城蘋果產品為實例，設計基于氣象監測數據和蘋果生產品質數據的蘋果品質認證及蘋果質量溯源管理系統[2]，實現蘋果生產、運輸和存儲過程的質量溯源管理。

1 系統總體架構設計

1.1 系統架構設計

系統產品設計遵循了軟件工程中“高內聚低耦合”的總體設計思想,實行了3層次軟件架構產品設計。數據訪問層面由蘋果作物生長期監測數據、氣象觀測數據分析、蘋果品質數據分析等多個不同類型的數據庫系統模型構成,服務邏輯層面則要求各個系統模型都可以同時完成,能夠實現氣象觀測數據分析收集,并負責運行系統的主要服務功能,氣候認證結果及其蘋果溯源信息數據顯示等主要服務內容和邏輯數據分析主要功能。數據層的所有數據處理工作最后都統一管理在一套后臺數據庫系統,并利用了氣象機構內部有關軟件系統的管理接口技術。表現層進行了功能界面展示與設計工作,為接收用戶信息等各種功能要求并且為將數據信息回到現實世界提出了功能界面連接。

1.2 數據庫架構

系統采用MySQL數據庫來存儲和管理數據[3]，通過溯源實地調研和CMISS定點監測系統統計記錄蘋果有關信息，確定蘋果品質數據表、各個生育期氣象數據表、蘋果產地信息表、標簽生成與發放記錄表等數據庫，信息表組成了蘋果氣候品質信息追溯的基礎數據庫，是系統的核心和基礎數據。

2 采用的技術方法

蘋果采集地點所在的國家氣象站點、鄉鎮或地方氣象站,與果園內小氣侯儀的日值數據實現了數據融合,并按照不同生育期統計各時間段內的日均溫度、降水量、太陽日照時間、活動積溫等。通過多元逐步回歸方程算法即可建立蘋果品質指標與外部氣象因子間的回歸方程，得到符合蘋果品質指標的氣候影響模型。

運城市蘋果品質認證及溯源系統是根據得到的蘋果品質指標的氣候模型而建立的，該認證系統前臺以HTML5、Bootstrap、Jquery、Thymeleaf等WEB技術設計和展示頁面。數據庫的存儲框架一般使用MySQLl數據庫,而和數據庫系統之間交互使用的是Mybatis框架,業務功能管理以Spring框架進行。系統基于Java Ruoyi框架研發而成。

3 功能性需求分析

3.1 氣象信息數據模塊

系統對接CMISS系統，啟用定時任務，每隔24h執行1次，定時獲取各蘋果監測站前1d平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日較差等氣象要素值，為系統提供真實可靠數據支撐。

對數據庫中的氣象信息進行可視化分析，用戶可以根據不同時間、不同地點，對不同時間段、不同地點的走勢形成折線圖；對某一地區不同數據進行對比形成柱狀圖。

3.2 蘋果品質數據模塊

軟件系統提供數據格式導入功能，用戶可通過預先下載軟件系統提供的模板，將各觀測點每年生成的有關蘋果果重、可溶性固形物、干物質、橫徑、縱徑、硬度、含糖量、酸度、體積、裂紋、著色等數據導入系統內部。

實現將數據庫中所存數據展示到頁面中。管理員可以點擊添加按鈕，輸入和選擇對應的蘋果的相關信息，并提交保存。用于一次性上傳存有大量的原始數據的文檔的模塊，選擇上傳一個文檔，如Excel表格，系統解析文檔將其中的數據輸入數據庫對應的模塊。

3.3 品質評價模塊

通過對各類氣象因子在不同生育期內對蘋果的影響進行了評級標準的分析，最終將蘋果分為二級、一級、特級3個等級。所有相關要素全部達到二級或者超過1/2的要素達到二級，將被評定為二級。所有相關要素達到一級或超過1/2的要素達到一級，其余要素達到二級的，將被評定為一級。所有相關要素達到或超過1/2要素達到特級，其余要素達到一級，將被評為特級。同時系統提供了求平均值、求和等實時計算功能，為后續蘋果品質評價提供數據計算能力支撐。

3.4 蘋果溯源模塊

由于各蘋果對果實質量和氣象影響因子的回歸模式均為單因子模式,因此運用該回歸模式,根據運城蘋果的實際品質情況,并依據中國農業部行業標準《紅富士蘋果》(NYT 1075-2006)各蘋果質量特級、一級和二級的分級測定規范,通過測算得出與各蘋果質量指標不同級別相應的氣象影響要素臨界值,將其作為運城紅富士蘋果氣候品質分級指標，見表1。由于運城蘋果的硬度較小,故將硬度指標調整為>4.4N·cm-2。從表1可知,在氣候環境質量指標同時獲得滿足時,如著色期平均最低氣溫≥10.9℃,花期平均活動積溫≤450.2℃·d-1,全生育期平均最低氣溫>14.2℃,膨大期活動積溫≤1959.8℃·d-1全著色期日照量>43.8h,則果品的各項質量指標均達到了特級。使用紅果品氣候指數,就可以對運城紅富士蘋果的各項質量等級做出即時預報與綜合評估[4]。

管理員也可以新添加一個蘋果,并錄入當前蘋果產品所屬溯源的基礎信息、產地信息、氣象信息等有關要素，見圖1,并使用AES與RSA的混合加密算法自動形成蘋果氣候品質驗證的二維碼標簽,用戶可以通過手機掃描此二維碼標簽對已認證蘋果產品進行追溯信息檢索,即可得到當前的蘋果氣候認證信息、追溯信息、產品信息和全生育期間的氣象要素數據走勢等有關信息,同時使用者也可以通過掃描此二維碼標簽檢索該產品的追溯報告[5]。

圖1 溯源信息填寫

4 總結展望

運城蘋果質量認證與責任追溯體系,通過平臺評判和專家評審相結合的運行方法,率先完成了對運城蘋果氣候質量認定和追溯工作的全程信息管理一體化流程運行,有效提高了質量認定工作可靠性。但該系統還具有一些技術不足，隨著蘋果氣候品質數據不斷增加，蘋果氣候品質認證技術更加成熟，經驗更加豐富，系統中現有的蘋果氣候品質評價模型也需按照業務要求不斷改進,以滿足業務需求。蘋果氣候品質認證是新興業務,在以后的工作中，將豐富認證溯源的內容以滿足更多的功能需求,進一步加強數據存儲與處理能力,不斷完善、優化認證模型。