3S技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源模擬系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

余 笑，周江明

(1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710127;2.南京大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系，江蘇 南京210064)

在食品安全問題層出不窮的現(xiàn)今，食品自生產(chǎn)到消費中任何一個環(huán)節(jié)或要素出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致食品安全事件的發(fā)。參照食品安全管理體系，將食品鏈全過程的信息鏈接起來進行監(jiān)控，被認(rèn)為是實現(xiàn)食品從農(nóng)田到餐桌全程質(zhì)量安全管理的一種可行方案。而食品安全可追溯系統(tǒng)是食品安全可追溯體系的具體實現(xiàn)，對實現(xiàn)食品安全管理具有重要意義［1］。經(jīng)過全面研究認(rèn)為，我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全體系主要存在著現(xiàn)有科技水平與農(nóng)產(chǎn)品安全需求不適應(yīng)、質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、質(zhì)量管理體系不合理、質(zhì)量監(jiān)測體系不成熟、認(rèn)證體系與國際體系不接軌和法律法規(guī)體系不健全等問題［2］。因此，我國也新興了一些農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，但是問題是現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)因開發(fā)目標(biāo)和原則不同，溯源信息內(nèi)容不規(guī)范、信息流程不一致、系統(tǒng)軟件不兼容，造成了溯源信息不能資源共享和交換的問題［3］。針對這些問題，利用3S(GPS、RS、GIS)技術(shù)對溯源系統(tǒng)加以完善。在本研究中，主要利用GIS技術(shù)進行農(nóng)作物的適宜性評價分析產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 3 S技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1.1 實驗樣區(qū)

高陵縣隸屬于陜西省西安市，地處關(guān)中平原腹地，位于E109.08，N34.53。地層屬華北地區(qū)層，汾渭分區(qū)，渭河小區(qū)，水資源、地?zé)豳Y源豐富，都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，以無公害果蔬為農(nóng)產(chǎn)品支柱(見圖1)。

圖1 研究區(qū)示意圖

1.1.2 農(nóng)作物生產(chǎn)無公害適應(yīng)性評價

1)實驗數(shù)據(jù)。本研究利用在高陵縣調(diào)研的土壤采樣點中土壤環(huán)境5種檢測因子:鎘、汞、砷、鉛、鉻，灌溉水環(huán)境11種檢測因子:總汞、總鎘、總砷、總鉛、鉻(六價)、氰化物、pH值、化學(xué)需氧量、氟化物、石油類污染物、糞大腸菌群的數(shù)據(jù)，以及高陵縣1∶1 000 000的行政區(qū)劃圖、土壤圖進行研究，本研究僅以小麥為例(見表1)。

表1 小麥產(chǎn)地環(huán)境條件限值檢索表

2)評價方法。本研究利用在高陵縣調(diào)研的土壤采樣點中檢測出的各污染元素的值，土壤及灌溉水污染定量評價模型由兩個判別公式組成，即單因子污染指數(shù)法判別公式:

其中Pi為污染物i的污染指數(shù)，Ci為污染物i的實測濃度，Si為污染物i的限量標(biāo)準(zhǔn)值;另一個為多因子綜合污染指數(shù)法判別公式:

其中:P為污染物綜合污染指數(shù)，(Ci/Si)max為污染物污染指數(shù)最大值，(Ci/Si)avr為污染物污染指數(shù)平均值。

當(dāng)P(Pi)≤1時，污染未超標(biāo);當(dāng)P(Pi)＞1時，污染超標(biāo)，且P(Pi)值越大則污染程度越大。

利用嚴(yán)格控制指標(biāo)評價(Ⅰ)、一般控制指標(biāo)評價(Ⅱ)和多因子綜合污染指數(shù)法評價(Ⅲ)，評價流程如圖2所示。在GIS軟件中計算每個采樣點的數(shù)值，并空間插值生成面，進行面的賦值、空間疊置以及重分類，得到小麥適宜性種植評價數(shù)據(jù)，將以上所有數(shù)據(jù)都顯示在研制的溯源系統(tǒng)中，提供相關(guān)安全和評價信息。

圖2 定量評價流程

1.1.3 基于遙感的農(nóng)作物估產(chǎn)

遙感估產(chǎn)是根據(jù)生物學(xué)原理，在收集、分析各種作物不同光譜特征的基礎(chǔ)上，通過衛(wèi)星傳感器記錄地表信息、辨別作物類型、監(jiān)測作物長勢，并在作物收獲前預(yù)測作物的產(chǎn)量。

農(nóng)作物遙感估產(chǎn)程序:1.遙感信息獲取與處理。系統(tǒng)選用TM數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.遙感估產(chǎn)區(qū)劃。根基所估產(chǎn)區(qū)域的遙感影像提取作物種植區(qū)面積。3.地面采樣點布設(shè)及觀測。，監(jiān)測作物實際生長狀況和產(chǎn)量，作為遙感信息的補充和驗證。4.建立背景數(shù)據(jù)庫。主要從歷史資料和實際樣點采集的數(shù)據(jù)中，取得當(dāng)年的實際種植面積和產(chǎn)量。5.長勢及災(zāi)害監(jiān)測.監(jiān)測的主要方法是對不同生長期的植被指數(shù)監(jiān)測，根據(jù)植被指數(shù)的變化以及與資料的對比，就可以及時獲得各種作物在不同生長期的長勢，由長勢情況就能預(yù)測出作物的趨勢產(chǎn)量。6.建立遙感估產(chǎn)模型.建立遙感估產(chǎn)模型是農(nóng)作物估產(chǎn)的核心問題，模型以多種植被指數(shù)與多年實際產(chǎn)量之間的相關(guān)性進行估算。7.估算總產(chǎn)并對其精度進行評估。

系統(tǒng)中將預(yù)處理好的預(yù)估產(chǎn)區(qū)影像與分類好的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)。用多年數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量建立起來的估產(chǎn)方程進行估產(chǎn);將估算產(chǎn)量與實際產(chǎn)量對比，然后對模型進行修正、完善模型。

1.1.4 基于遙感的農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測

在可滿足森林病蟲害監(jiān)測要求的航天遙感TM和SPOT資料，主要應(yīng)用了電磁波譜中可見光至短波紅外段。在這兩種影像中的近紅外波段中在大約0.48和0.68μm處有兩個強烈的葉綠素吸收帶，0.52 ～0.6μm區(qū)間的光譜反射稱綠光小反射區(qū)，而進入0.75～1.3μm的近紅外區(qū)后，則反射率急劇上升，形成極鮮明的反射峰。當(dāng)植被葉內(nèi)含水量和葉綠素含量減少時(病蟲害侵襲)，反射率則有明顯下降，這種近紅外反射率的降低，是病蟲害發(fā)生的前兆，是利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測早期森林病蟲害的根本依據(jù)。

遙感病蟲害監(jiān)測主要是通過植被指數(shù)(VI)的變化來表征的，可用如下式子表征病蟲害的災(zāi)情:

其中:VI0為災(zāi)害前的植被指數(shù)，當(dāng)沒有災(zāi)害前的影像數(shù)據(jù)時，可以利用災(zāi)中的影像數(shù)據(jù)，用相鄰的未受災(zāi)的同類林分VI來代替;VI為災(zāi)中的植被指數(shù)。植被指數(shù)可以是比值植被指、一化差值植被數(shù)，以及垂直植被指數(shù)等。通過G值大小進行分級，從而實現(xiàn)對病蟲害程度的表更進一步的表達。

1.2 模擬系統(tǒng)的分塊

一是界面部分，就是瀏覽器中輸入網(wǎng)址后呈現(xiàn)給用戶的界面部分;二是服務(wù)器部分(在測試中運用電腦充當(dāng)服務(wù)器，即在上面運行軟件)，這個過程用戶無法看到，它主要完成的任務(wù)就是對用戶通過瀏覽器發(fā)出的請求進行處理，然后將結(jié)果響應(yīng)給用戶，這個過程通過界面來呈現(xiàn);最后是數(shù)據(jù)庫的相關(guān)方面，它把用戶的信息，農(nóng)產(chǎn)品的信息全部記錄下來，以提供查詢操作，管理員能夠擁有一定的權(quán)限，去操作數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，也就是維護管理信息。

1.3 模擬系統(tǒng)制作過程

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)依托于網(wǎng)站，用戶需要通過在瀏覽器中打開特定的網(wǎng)絡(luò)地址才能夠使用該系統(tǒng)。網(wǎng)站由展示農(nóng)產(chǎn)品溯源信息的網(wǎng)頁、處理用戶請求等業(yè)務(wù)邏輯的服務(wù)器和存儲用戶與農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)的存儲文件三個部分組成，網(wǎng)頁采用經(jīng)典的“Hyper TextMarkup Language”(html)、“Cascading Style Sheet“(css)和“Javascript”(js)三種技術(shù)實現(xiàn)，而服務(wù)器則是使用Java servlet和Java Server Pages(jsp)技術(shù)實現(xiàn)，最后存儲文件以文本格式保存所有網(wǎng)站的數(shù)據(jù)。

當(dāng)服務(wù)器啟動之后，用戶在登錄界面輸入用戶名和密碼之后就能夠訪問農(nóng)產(chǎn)品追溯詳細(xì)信息了，之后能夠?qū)@個產(chǎn)品做出相應(yīng)的評價，點擊右上角的注銷鍵退出該系統(tǒng)。

1.4 技術(shù)流程

本研究將整個溯源模擬系統(tǒng)大致分為如下圖所示三部分，界面部分的開發(fā)工具是Adobe Dreamweaver CS5［4］，能夠用于簡單明了構(gòu)建基于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)站，發(fā)語言選用的是html［5］和CSS語言;服務(wù)器部分用java語言以及祥云技術(shù)來進行開發(fā):Servlet和jsp，在系統(tǒng)模擬中選擇的開發(fā)工具是eclipse ee，用的服務(wù)器是tomcat。數(shù)據(jù)庫用的是Mysql語言。各部分之間進行相互的請求及響應(yīng)，則構(gòu)成了整個系統(tǒng)的運作機制。

2 成果

登陸系統(tǒng)過后，在對話框中輸入要查詢產(chǎn)品的朔源碼，系統(tǒng)經(jīng)過在已有的數(shù)據(jù)庫中進行字段匹配，如果字段匹配上則在產(chǎn)品展示界面顯示該產(chǎn)品的所有信息，圖3產(chǎn)品展示信息。產(chǎn)品簡介界面主要是用來顯示用戶查詢農(nóng)產(chǎn)品的追溯碼、圖片及其他詳細(xì)信息，這些信息管理員在后臺數(shù)據(jù)庫中可以批量更改，這大大減少了管理人

為了公路的安全，根據(jù)與會專家討論，取A與B范圍的并集。

2.3.2 砂金礦體范圍

根據(jù)《條例》第二十條:“禁止在公路橋梁跨越的河道上下游的下列范圍內(nèi)采砂:(一)特大型公路橋梁跨越的河道上游500 m，下游3 000m;(二)大型公路橋梁跨越的河道上游500 m，下游2 000 m;(三)中小型公路橋梁跨越的河道上游500 m，下游1 000 m?！?/p>

跨越寺灣和西簧兩個砂金礦的四個橋梁均為大型公路橋梁，故保護帶寬度在基本垂直大橋方向上游取500m，下游取2 000m。

2.4 資源儲量估算參數(shù)的確定

資源量估算圖均由MAPGIS軟件制成，塊段投影面積是在計算機上點擊屬性信息獲得面積，再乘以相應(yīng)比例尺求得。資源量估算采用的圖件比例尺為1∶1 000。其他參數(shù)據(jù)依據(jù)原報告。

2.5 資源儲量估算結(jié)果

采用水平投影地質(zhì)塊段法或地質(zhì)塊段法對擬壓覆區(qū)范圍的儲量進行估算，得出的結(jié)果如下:壓覆釩礦礦石量81.29×104 t;壓覆寺灣(332)+(333)總礦砂量3 851 169 m3，總金屬量664.4 kg;壓覆西簧(332)+(333)總混合砂量2 593 610m3，總金屬量472.98 kg。

經(jīng)驗證明，該技術(shù)方法所需要的各種參數(shù)是可以獲取的，在實際工作中是可行的［2］。

3 結(jié)語

(1)在估算擬壓覆資源儲量時，資源儲量估算水平投影圖法比垂直縱投影圖法更直觀易懂。

(2)估算建設(shè)項目擬壓覆資源儲量時，正確計算擬壓覆范圍邊界是關(guān)鍵。

(3)估算壓覆地下開采的礦產(chǎn)資源時，參考《規(guī)程》根據(jù)移動角確定擬壓覆范圍。若有行業(yè)規(guī)范、條例，應(yīng)結(jié)合它們綜合考慮擬壓覆的范圍。

(4)壓覆露天開采的礦產(chǎn)資源時，綜合考慮露采境界、爆破距離以及相關(guān)行業(yè)規(guī)范條例規(guī)定的保護距離所確定擬壓覆范圍。

［1］張玉法，王大剛，王昌念等.高速公路壓覆煤炭資源節(jié)約與綜合利用的探討［J］.中國礦業(yè)，2012(4):41－44 .

［2］劉東華、刑永強、翟丹丹等.建設(shè)項目壓覆礦產(chǎn)資源儲量技術(shù)方法研究—以南水北調(diào)中線一期工程總干渠為例［J］.河南科學(xué)，2010(9):1182－1188.