基于WebGIS 的農產品在線追溯系統設計與實現

萬曉明，凌丹丹*，袁亞平，王會鋒，杜少喜，萬小紅

（1. 陜西省水工環地質調查中心，陜西 西安 710068；2. 運城學院，山西 運城 044000）

數據的戰略化、資產化和社會化特征愈發顯著，隨著數據作為國家戰略資產意識的增強，世界主要國家都在搶奪大數據的話語權和主動權。黨中央、國務院高度重視大數據發展問題，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃的建議》強調推行國家大數據戰略[1]，國務院印發的《促進大數據發展行動綱要》提出我國大數據發展的頂層設計[2]。習近平總書記多次發表有關大數據的論述，提出“要運用大數據提升國家治理現代化水平”“建設全國一體化的國家大數據中心”等要求[3]。在特色農業方面，科學開發利用和保護天然富硒產業，對于助力鄉村振興、特色小鎮建設、地質文化村建設和耕地高質量保護都具有重要的現實意義[4]。作為目前全國僅有的富硒地區之一，安康市政府于2021年7月印發了《安康市富硒產業全產業鏈高質量發展三年行動方案（2021—2023）》，明確要求推進硒資源數字化，根據硒資源詳查結果，利用移動互聯網、大數據等技術建立科學、系統、完整的數字化硒資源數據庫和富硒農產品在線追溯平臺[5]。現有的農產品追溯系統通常采用屬性數據庫，無法滿足追溯記錄的空間檢索需求。同時，現有農產品追溯方法一般是根據農產品的訂單編號去查詢所有記錄，再根據時間排序得到追溯記錄，當一個農產品訂單在某個環節被拆分成多份時，則無法準確追溯拆分后的農產品[6-9]。

為解決上述問題，本文采用WebGIS 技術體系，利用空間數據庫存儲農產品溯源點對象，借助空間數據庫的空間檢索能力實現農產品溯源點對象的空間檢索。同時，本文改變了傳統追溯方法，采用追溯ID進行遞歸追溯，即每一次追溯都是通過當前溯源記錄的“源追溯ID”去查找上一次溯源記錄，可對拆分后的農產品訂單進行準確追溯。系統可為富硒農產品的在線追溯和銷售推廣提供平臺支撐，助力數字鄉村建設，推動鄉村振興。

1 系統架構設計

為滿足農產品在線追溯系統空間檢索方面的需求，本文采用WebGIS技術[10-11]，利用空間數據庫統一管理地類圖斑、農產品訂單信息、地理底圖等空間數據。系統架構見圖1，數據層主要負責管理用戶數據、地類圖斑、溯源信息、地理底圖、土地質量調查評價成果等數據，其中溯源信息包括農產品訂單數據和與訂單關聯的農產品種植日記數據；GIS 內核層是WebGIS 服務平臺的內核服務層，為系統提供基礎的GIS數據錄入、管理、分析、查詢和檢索功能；服務層以Web服務的形式發布上述數據，可調閱和檢索數據層中的各類數據，包括地圖服務、要素服務、目錄服務、用戶管理、種植日記、地塊信息、土壤環境、土壤養分、作物評價等REST 服務，為便于與其他業務系統對接，系統還可基于WebGIS 平臺提供OGC 服務支持模塊，使用OGC 標準服務實現農產品在線追溯，與各主流WebGIS 平臺兼容；客戶端、應用層采用布局自適應技術，支持PC 端、平板端、移動端的交互和渲染，通過調用服務層提供的各類接口，實現農產品二維碼追溯、地塊信息、種植日記、土地質量調查評價結果等數據查詢，并在此基礎上對農產品訂單的種植過程以及空間位置變化和停留信息進行統計分析和展示。

圖1 基于WebGIS的農產品在線追溯系統架構

2 基于WebGIS的農產品追溯方法

2.1 農產品在線追溯關鍵溯源表設計

本文設計的農產品在線追溯系統在空間數據庫中需要對地類圖斑的權屬信息、地塊種植日記、土地質量調查評價信息、農產品出入庫信息等與農產品種植相關的數據進行檢索。為避免地類圖斑矢量空間數據冗余，本文通過增加屬性的方式將土地質量調查評價信息存儲到地類圖斑的屬性結構中，主要包括pH值，鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅、硒、氮、磷、鉀等化學元素含量，養分評價等級、環境評價等級、綜合評價等級、適宜農作物評價等土地質量調查信息。地塊種植日記主要用于存儲每個農產品的種植過程信息，主要包括耕作日期、耕作類型、耕作內容、耕作場景圖像等。農產品出入庫信息表是本文設計的系統中最關鍵的溯源表，農產品從開始種植到最終超市上架，每一個變化環節都通過該表進行記錄。該表的具體屬性結構見表1，其中追溯ID是農產品流向每次發生變化時的唯一ID；訂單編號是農產品種植訂單唯一編號，可在農產品訂單信息表中檢索到關聯的地塊標識碼，再通過地塊標識碼從地類圖斑矢量圖層中檢索到種植農產品的地塊多邊形要素及其權屬信息和土地質量調查評價信息；農產品流向用于區分農產品是入庫還是出庫；用戶ID是當前使用系統的用戶ID，可在用戶信息表中檢索到用戶所在單位和位置信息；源追溯ID用于記錄上一次農產品流向發生變化時的追溯ID，是實現農產品追溯的關鍵字段之一，通過其可一直遞歸檢索農產品出入庫記錄，直至源追溯ID為空，停止追溯。

表1 農產品出入庫信息表

2.2 農產品在線追溯流程

對農產品進行追溯時，需要有二維追溯碼，系統采用關鍵溯源表中的追溯ID 生成農產品的二維追溯碼。農產品從種植到加工、再到超市上架的過程中均采用每個環節的追溯ID生成追溯碼，通過掃描二維追溯碼便可獲得追溯ID。首先根據追溯ID 從農產品出入庫信息表中檢索溯源信息，獲得溯源記錄；再通過溯源記錄中的訂單號，在訂單數據表中檢索對應的地塊標識碼，進而檢索地塊信息和土地質量調查評價結果；然后判斷溯源信息中的源追溯ID是否為空，若不為空，則說明當前追溯的農產品之前還有流向變化信息，需以源追溯ID 為農產品上一次變化的追溯ID 繼續檢索農產品的流向變化信息，得到上次的溯源記錄，遞歸上述追溯檢索操作，直到溯源記錄中的源追溯ID為空，停止追溯過程。

3 系統實現

2017—2019年陜西省地質調查院在紫陽縣、漢陰縣開展了1∶5萬土壤地球化學調查評價工作，完成面積為3 600 km2，實現了紫陽、漢陰兩縣全域覆蓋。目前安康市已培育富硒農業園區1 107 個，農民專業合作社2 290 個，帶動農戶22.8 萬戶；培育富硒農業產業化龍頭企業277 家，規模以上富硒食品加工企業239家，建立工業加工園15個。安康市從科技攻關創新、完善標準體系、擴大品牌影響等方面打造富硒產業，連年保持高增長態勢，產業總規模預估將突破800 億元。農產品在線追溯對于安康市大力發展富硒農產品產業具有重要意義，本文以富硒地質資源數據庫為基礎，開發并實現了農產品二維追溯碼生成和一碼追溯系統，為富硒農產品加工企業以及其他富硒產品種植、銷售企業提供富硒產品質量溯源信息，促進富硒農產品加工與銷售的長足發展，使真正富硒的產品有據可查。

本文設計的農產品在線追溯系統分為出入庫登記、出入庫管理、一碼溯源3 大塊。出入庫登記包括入庫信息登記和出庫信息登記。出入庫管理包括查詢、刪除和編輯等功能，可對已登記的入庫和出庫信息進行查詢、刪除和編輯，查詢結果通過表格形式呈現。通過表格可查詢數據的詳細屬性信息，并可通過編輯和刪除按鈕進行對應操作；利用生成追溯碼功能可針對任意一條農產品流向變化記錄生成唯一的追溯碼，功能界面見圖2 所示。一碼溯源則利用追溯碼進行農產品追溯，追溯得到的種植日記、農產品軌跡、農產品相關數據統計以及農產品滯留時間變化圖將在界面進行展示，且在地圖主界面展示農產品軌跡圖（圖3）。其中，種植日記包括農產品的播種、澆水、施肥、除蟲、收獲等類型；農產品軌跡信息包括農產品經過的地點、時間和停留天數；農產品相關數據統計包括從種植到追溯為止經歷的總天數和種植總天數。

圖2 農產品入庫界面

圖3 一碼溯源界面

4 結 語

富硒農產品是鄉村振興的重要途徑之一，基于土地質量調查評價成果和地類圖斑數據，可將地塊與其富硒評價結果進行數據集成，并將每個地塊與其種植的農產品訂單進行關聯檢索，為農產品追溯提供完整的溯源信息。本文基于WebGIS 技術開發了農產品在線追溯系統，采用空間數據庫統一存儲和管理地類圖斑、土地質量調查評價數據、農產品訂單等相關數據，實現了農產品出入庫管理、生成追溯碼、一碼追溯等功能。通過追溯可檢索到農產品產地地塊信息、土地質量調查信息和農產品的位置變化信息，并可在線展示農產品訂單種植日記、統計農產品停留時間等。該系統是陜西省安康市富硒地質資源大數據平臺的核心模塊之一，為安康市富硒農產品的發展規劃和產業推廣提供了技術支撐。