鹿茸菇質量安全追信息指標模型研究與系統設計

中圖分類號：S646.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）07-0072-08

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2025.07.011

Abstract：Lyophylum decastes isarareediblefungusand itsqualityhasattractedmuchatention fromconsumers.The large-scalecultivationofLyophyllumdecastesfactorieshasenteredaperiodofrapiddevelopment，andinordertoimprove thebrandoftheenterprise，therequirements forqualitycontrolarealsoverystrict.Basedontheserequirements，thebasic traceability unitforquality safety of Lyophyllum decastes，thecriticalcontrol pointand thequality test indexes wereanalyzed.The weightofeach evaluationfactorwas determined byusing theevaluationindex system of two-level traceability precisionandthe analytic hierarchy process（AHP）which includedconstructing judgementmatrix， hierarchicalsingle sortandconsistencytest.ThenthequalitytraceabilityinformationindexmodelofLyophylumdecastes wasestablished based onexpertopinionsandDelphi method，which providedadesignbasis forthedevelopmentof the qualityandsafetytraceabilitysystem ofLyophylum decastes basedon block chain.Anew on-chainandoff-chain datasynchronizationstrategyis designed toreducethepossibilityof data tampering.Thesmarttraceabilitysystem forthe entire processof Lyophyllum decastes factoryproduction has beendeveloped by using both MVParchitecture and microservices architecture separately for mobile terminal anddesktopplatforms，thereby promoting thequalitycontrol in the process of production and ensuring the food safety.

Keywords：Lyophyllumdecastes；qualityand safety；traceabilityaccuracy；indexsystem；analytichierarchy process;blockchain

0 引言

鹿茸菇作為珍稀食用菌，營養豐富且兼具藥用價值[1]。鹿茸菇工廠化生產企業的產業價值倍增，特色產業做大做強的過程中希望保證產品質量，提高產品品牌知名度，以滿足不同消費者的需求。追溯系統不僅能夠使產品質量安全風險有效降低，而且出現質量安全事故時，能夠快速地進行產品召回，進而保障公眾健康水平[2，3]，成為農產品質量管理的有效手段[4]

國內外學者對質量安全追溯系統的研究多是基于條碼[5]、二維碼[6]、 RFID^[7，8] 、UHFRFID9以及物聯網技術[10]，開發相應數據庫管理系統，一旦出現問題，需要查找源頭，調取供應鏈上的每個環節數據庫進行查詢，不同環節的信息交換費時費力[11」，而且數據庫的數據可以進行更改，導致各個環節信息不暢，數據可靠性得不到保障。有學者提出基于私有云的追溯管理方案，解決追溯數據量大、地域分布繁雜等問題[12]，但沒有解決傳統追溯系統遇到的根本問題。區塊鏈技術具有去中心化、分布式存儲、公開透明、不可篡改等特性[13]，可以很好地解決傳統追溯系統遇到的問題，國內外學者對基于區塊鏈的信息存儲模型與查詢方法[14]、信息保護模型[15]、物聯網設備獲取信息無縫集成技術[16]等方面進行探索研究[17]，設計基于區塊鏈技術的有機大米[18]、紅茶[19]、有機蔬菜[20]等農產品的追溯系統，其中鏈上鏈下數據協作通常采用數據庫存儲實際追溯信息，哈希值上鏈的方式，這會帶來一定的上鏈前篡改風險，為此本文設計一種新的鏈上鏈下數據同步策略，將小體量數據和大體量數據分開處理，以降低數據篡改風險。

由于農產品本身以及種植（養殖）模式的差異比較大，對一種產品追什么、追到什么程度是每個追溯系統設計首先要考慮的問題。為此，本文先分析鹿茸菇質量安全的基礎追溯單元、危害分析關鍵控制點以及質量檢測指標，計算追溯精度評價指標，進而構建鹿茸菇質量追溯信息指標模型，在這個模型基礎上利用區塊鏈技術進行系統設計，提出鏈上鏈下數據同步策略，提高追溯系統數據可信性。

1鹿茸菇質量安全追溯信息指標模型

鹿茸菇質量追溯信息指標模型構建方法：首先依據已有的相關標準規范，并閱讀相關文獻分析食用菌質量安全的基礎追溯單元；然后根據危害分析與關鍵點控制管理體系進行危害性分析，得出食用菌工廠化生產過程中的關鍵控制點；在基礎追溯單元和關鍵控制點分析的基礎上，結合食用菌工廠化生產技術標準分析質量檢測指標；運用層次分析法，計算追溯精度評價指標的權重作為指標選取的參考因素；最后結合專業經驗知識，形成科學的適用于工廠化生產的食用菌質量追溯體系的指標模型。

1.1鹿茸菇質量安全基礎追溯單元

根據《農產品質量安全追溯操作規程食用菌》，結合企業生產操作規范，對鹿茸菇的基礎追溯單元所進行的初步分析，如表1所示。

表1鹿茸菇基礎追溯單元初步分析Tab.1 Preliminary analysis of basic traceability unit of Lyophyllum decastes

從表1可以看出，規定需要采集的追溯信息覆蓋了從鹿茸菇產前、產中、產后等全產業鏈，提供了系統數據庫設計的基礎，但在實際應用于消費者關心的質量安全時，發現主要存在的問題：（1）表1中列出的信息太多，有些對質量安全影響不大，信息追溯的實際操作性不強；（2）表1中有關涉及質量安全的定量追溯信息指標比較少，以描述性語言為主。

因此，鹿茸菇基礎追溯單元初步分析無法滿足消費者對質量安全追溯的需求，需要對以上信息進一步的分析，以確定有關鹿茸菇質量安全追溯的關鍵信息。

1.2危害分析關鍵控制點

鹿茸菇工廠化生產是一個連續的過程，生產流程如圖1所示。依據鹿茸菇的相關標準[21、操作規程和文獻[22]，結合工廠化企業實際生產經驗，對鹿茸菇工廠化生產的工藝關鍵控制點（CCP）分析如圖2所示。

由圖2可以看出，鹿茸菇生產工藝：（1）接收原材料，進行檢驗。（2）將合格的木屑、玉米芯、棉籽殼等原輔料加水進行攪拌，生成混合的栽培基質。（3）將混料自動裝瓶。（4）將裝滿栽培基質的瓶子在 121°C～ 123^°C 高溫下徹底滅菌。（5）根據生產需求進行菌種制備。（6）將制好的菌種接入滅完菌并冷卻的栽培基質中。（7）在適宜的環境中進行菌絲體培養。（8）進行搔菌，誘導食用菌完成從營養生長到生殖生長的轉換。（9）給培養好的菌絲體適宜的環境條件，促進子實體的生長。（10）子實體成熟時，即時采收。（11）按市場需求進行分級包裝銷售。其中步驟（1）、步驟（4）～步驟（7）、步驟（9）為關鍵控制點，即原材料、滅菌、菌種、接種、培養和生育6個工藝關鍵點，對這些關鍵控制點應當設置適宜限值，并做好記錄管理，監控鹿茸菇生產的每個關鍵控制點，建立長期的鹿茸菇生產數據庫，以利于對生產進行質量追溯。

1.3鹿茸菇質量檢測指標

鹿茸菇工廠化生產企業為爭創綠色產品品牌，對質量檢測要求高，同時為提升鹿茸菇的追溯精度，建立追溯數據庫，把定量的質量檢測指標記錄到數據庫中。為保證檢測的有效性，在追溯系統設計時，設計為上傳檢測報告圖片形式，不建議手錄檢測數據。

1.4追溯精度評價指標

通過對鹿茸菇基礎追溯單元、關鍵控制點、質量檢測指標等分析，獲得涉及鹿茸菇全產業鏈質量安全追溯的全部內容和必須監控的信息，但對于追溯系統設計來說，不同追溯系統之間還是有差異的，主要就是看追溯精度，涉及向前或向后追溯的距離、追溯信息采集范圍及更新頻率，以及可以確定問題源頭或產品某種特性的能力，為此需要對鹿茸菇追溯系統設計的追溯精度進行評價。利用兩層追溯精度評價指標體系，如圖3所示，各項評價因子的權重通過層次分析法來確定，最后為指標選取提供依據[23]

根據層次框架，追溯精度為目標層（A層），約束層（ B 層）包括追溯深度（ ?B₁ ）、追溯寬度 （B₂ ）、追溯精確度 （B₃）3 個方面，選擇7個指標，建立評價模型。選擇層次分析法（AHP）[24]測算追溯精度的評價指標權重值，如圖4所示，以克服樣本數據和專家經驗缺乏對追溯精度評價的影響。

1.4.1 構造判斷矩陣

構造判斷矩陣是層次分析法的關鍵一步。假定 A層中元素 A_k 與下層次 B 中 n 個元素 B₁，B₂，…，B_n 有聯系，則將 B 中元素兩兩比較，可構成判斷矩陣，如式（1）和式（2）所示。

A（B_n）=（P_ij）_n×n

式中： P_ij 與指標 j 相比，指標 i 的重要程度；

A 一一級指標判斷矩陣；

B_m ——二級指標判斷矩陣， m=1，2，3 。

表示對 A_k 而言，第 i 個元素與第 j 個元素重要度之比，通常用 1～9 比例標度方法給出[25]。運用層次分析法對鹿茸菇追溯精度的評價指標權重值時，以調查的方式邀請15位鹿茸菇生產質量安全、產品追溯和信息技術等方面的專家及典型消費者進行打分，根據式（1）和式（2），構造4組判斷矩陣。

1. 4.2 層次單排序

層次單排序指每一個判斷矩陣各因素針對其準則的相對權重，所以本質上是計算權重向量。

首先，計算 n×n 維判斷矩陣每行所有元素的幾何平均值 $＼overline { { ＼boldsymbol { ＼mathscr { w } } _ { i } } }$ ，如式（7）所示。

則

然后，根據式（8）將 歸一化處理。

則歸一化處理后向量 w=（w₁，w₂，…，w_n）^T

最后，將構造的判斷矩陣，根據上述過程進行層次單排序計算，得到指標權重結果如式（9）所示。

1. 4.3 一致性檢驗

由于AHP是建立在專家的主觀判斷之上，為了保證一致性和可信性，需要進行一致性檢驗。為此引入式（10）和式（11）。

式中： CI 一致性指標；λ 最大特征根；RI 1 隨機一致性指標；CR 檢驗系數；N 階數。由此計算得出一致性檢驗結果見表2。

表2一致性檢驗結果 Tab.2 Consistency test results

一般地， CI 接近于 0，CRlt;0.1 ，則認為該判斷矩陣通過一致性檢驗，否則就不具有滿意的一致性。

1.4.4 各因素權重與分析

由表2可以看出， CRlt;0.1 ，判斷矩陣通過一致性檢驗，結果可以接受。在約束層 B₁，B₂ 和 B₃ 的比較中，追溯精確度尤為重要，權重達到0.7986，因此在追溯信息設計時，首先考慮追溯精確度，追溯寬度排最后。在追溯精確度中，追溯單元劃分權重最高，達0.7306，說明追溯單元劃分是進行追溯信息指標選擇的重要指標。

1.4.5各指標總排序

層次總排序是指同一層次所有因素對目標層的相對重要性排序，結果如表3所示。

表3約束層 對標準層 c 總排序

Tab.3 Total sorting of constraint B forstandard layer c

由表3可知，二級指標中前3個排序依次為追溯單元劃分、可量化指標、信息采集范圍，權重依次為0.5834、0.1505、0.0804，追溯信息指標選擇首先是單元的劃分，所以重要性最高；追溯信息能否量化獲取，對于衡量追溯系統較為重要；采集到的追溯信息范圍越廣，精度越高，系統的追溯效果越好。通過各項指標權重計算，更加科學合理地利用涉及鹿茸菇質量安全的重要信息來構建追溯信息指標模型。

1.5鹿茸菇質量追溯信息指標模型

針對鹿茸菇采用德爾斐法，分別邀請15位在鹿茸菇種植、加工及產品追溯等領域具有較高學術水平、豐富的實踐經驗和較強分析能力的專家，依據上述原則對全產業鏈中的指標細項進行逐個分析、打分，最終構建鹿茸菇追溯信息指標模型，如圖5所示。

2 指標模型應用實例

應用所構建的鹿茸菇追溯信息指標模型，分析山東濱州某食用菌企業生產鹿茸菇的追溯信息指標，表4為生產環節原材料的追溯信息。

表4鹿茸菇追潮信息指標（原材料） Tab.4Traceabilityinformationindexof Lyophyllumdecastes （Raw material）

表4中關鍵控制點信息是生產企業對原材料安全質量關注的關鍵信息，不能簡化，原材料的其他非關鍵控制點信息（產品質量情況、規格、入庫數量、人庫單號、檢驗方式、檢驗單號、出庫數量、出庫單號）可以簡化。

3 追溯系統設計

基于所構建的鹿茸菇質量追溯信息指標模型，采用移動互聯網技術，構建了鹿茸菇質量安全追溯系統。整個系統分為追溯系統后端與移動APP前端，后端采用微服務架構模式，用于存儲鹿茸菇質量安全基礎追溯單元信息，并基于區塊鏈技術構建了數據同步機制，保證追溯信息的安全可靠，移動APP端采用MVP的架構模式，提供了信息采集以及追溯掃描功能，向用戶展示鹿茸菇生產、加工、檢驗、儲運、包裝、銷售全鏈條的追溯信息。

3.1系統需求分析

鹿茸菇質量追溯系統是一個多環節、多用戶角色的系統，核心在于追溯信息的生成與利用，追溯信息的產生依賴廠家的信息管理，追溯信息的利用面向廠家與消費者，提供追溯信息的展示服務。基于追溯信息的生成與利用這一核心環節，進而確定了兩類用戶。（1）廠家。廠家是信息的管理者，進行鹿茸菇生產、加工、檢驗、儲運、包裝、銷售全鏈條的信息管理，可以對追溯信息進行添加、查詢、修改、刪除等操作，同時可以掃描追溯碼查看追溯信息。（2）消費者。消費者是追溯信息的使用方，可以通過掃描追溯碼查看鹿茸菇生產、加工、檢驗、儲運、包裝、銷售全鏈條的追溯信息。

3.2 系統設計

3.2.1 架構設計

基于3.1節的需求分析以及追溯信息的管理與利用這一核心環節，結合數據安全性，同時考慮系統使用上的便利性，設計鹿茸菇質量追溯系統的核心架構，整體由數據采集層、存儲層以及應用層組成。廠家通過攝像設備、環境傳感器以及掃描設備對鹿茸菇生產全鏈條的信息進行采集；存儲層中，結合區塊鏈技術以及數據協同策略實現了數據的安全存儲；廠家以及消費者使用追溯系統，實現鹿茸菇全鏈條的追溯信息查看。整體構架如圖6所示。

3.2.2 后端設計

追溯系統服務端架構如圖7所示，存儲層使用mysql作為結構化數據存儲引擎，使用文件系統作為圖片等文件存儲，使用基于Fabric搭建的區塊鏈網絡作為區塊鏈存儲核心。平臺整體采用微服務架構研發，采用token機制進行身份認證，以nginx作為反向代理，接口遵循restful風格，采用Redis作為緩存層。數據上鏈操作采用單獨的上鏈代理實現，上鏈代理采用事件驅動引擎（nodejs）實現，提高I/O性能。

3.2.3 前端設計

追溯系統APP分為基礎層、數據交互層、UI層。基礎層主要包括網絡、統計、圖片、Activity與Fragment基類等；數據交互層主要包括數據解析、數據的增刪改查、數據加密等功能；UI層主要是跟用戶的界面交互。采用模塊化設計，遵循開閉原則、接口隔離原則，方便系統的開發與擴展。整個系統采用MVP架構模式構建，解耦Activity或Fragment承載的繁雜邏輯，MVP架構如圖8所示，Model提供頁面數據，View負責頁面顯示，Presenter負責業務邏輯處理。

圖8MVP架構Fig.8MVParchitecture

3.2.4 區塊鏈數據協同策略

追溯系統采用X.509格式數字證書作為區塊鏈身份識別和權限控制技術，采用PBFT算法作為共識算法，使用golang語言作為智能合約開發語言。

如圖9所示，對結構化小體量數據采用直接上鏈策略，減少數據篡改的可能性，小體量數據同步寫入區塊鏈和鏈下數據庫，以鏈上數據為準，對鏈上數據存儲流程進行嚴格的成功性檢驗，通過鏈上鏈下同步與交互模塊實現小體量數據的鏈上鏈下同步。視頻、圖片等大體量數據先存儲到鏈下存儲結構，然后通過鏈上鏈下同步與交互機制實現哈希值上鏈，哈希算法優先采用國產SM3算法。

3.3 系統實現

基于需求分析以及架構設計方案，前端及后端均以Java作為開發語言，golang語言作為區塊鏈智能合約開發語言，開發實現了鹿茸菇質量追溯系統。典型功能頁面如圖10所示。通過輸入或者掃描追溯碼，即可展示給用戶鹿茸菇生產全鏈條的追溯信息，如圖10（a）所示；廠家可以通過手機端或者Web端進行追溯信息的管理，如圖10（b）和圖10（c）所示。

圖10典型功能頁面Fig.10Typical function page

4結論

1）以鹿茸菇為研究對象，通過分析鹿茸菇質量安全追溯的基礎單元、HACCP和關鍵控制點以及質量檢測指標，利用兩層追溯精度評價指標體系，采用層次分析法，通過構造判斷矩陣、層次單排序和一致性檢驗，確定各項評價因子的權重，綜合專家意見，利用德爾斐法，構建鹿茸菇質量追溯信息指標模型，并基于此模型給出鹿茸菇生產環節原材料的追溯信息實例，為追溯系統提供設計基礎。

2）移動端采用MVP架構進行業務邏輯處理、數據交互與展示。桌面端基于微服務架構模式，存儲鹿茸菇質量安全基礎追溯單元信息，通過小體量數據直接上鏈和大體量數據先鏈下存儲，再鏈上鏈下同步與交互的機制，減少數據篡改的可能性，提高數據可信度，實現鹿茸菇追溯過程數據存儲與傳送可靠性。基于需求分析以及架構設計，完善鹿茸菇質量追瀕系統，促進鹿茸菇生產過程中的品質控制，保證食品安全。

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