農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

劉文+付彥麗+魏琨

摘要：隨著農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易的進一歩深化，消費者對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全提出了更高的要求。該文在此背景下以農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全為出發(fā)點，借鑒國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的先進經(jīng)驗，綜合使用國際通用編碼體系、標識識別技術和系統(tǒng)軟件開發(fā)技術，研究設計了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，以實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品從種植到銷售各個環(huán)節(jié)信息的追溯和監(jiān)管，及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的信息化管理，進一步加強我國對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的有效監(jiān)督，提高農(nóng)產(chǎn)品安全。

關鍵詞： 追溯系統(tǒng)；標識識別技術；編碼體系；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0073-03

Abstract： With the development of the international trade of agricultural products further deepen， consumers put forward higher requirements on the quality and safety of agricultural products. To the quality and safety of agricultural products as the starting point Based on this background， learn from the advanced experience of domestic and foreign agricultural products quality and safety traceability， comprehensive use of international general encoding system， identification technology and software development technology， the research and design of the quality and safety of agricultural products traceability system， in order to achieve traceability and supervision of agricultural products to all aspects of the sale of information from planting， and information management of agricultural products quality and safety traceability， to further strengthen the effective supervision of our country agricultural product quality， improve the safety of agricultural products.

Key words： traceability system； identification technology； coding system； quality and safety of agricultural products

國以民為本，民以食為天，食以安為先。食品是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，食品安全問題不僅事關人民的身體健康和生命安全，更關乎社會的和諧穩(wěn)定和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。食用農(nóng)產(chǎn)品種植和生產(chǎn)是食品的重要來源，為食品加工提供了主要原料，是食品的重要組成部分，其質(zhì)量安全狀況將直接影響到食品的安全。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人民的溫飽問題已經(jīng)得到了基本解決，人民不再僅僅關注能不能吃得飽，而是更加關注能不能吃得好，人們對食品的質(zhì)量安全和綠色健康提出了越來越高的要求。近年來，國家針對食品安全問題出臺了一系列的法律法規(guī)，加大對食品安全問題的處罰力度，但我國食品安全惡性事件頻發(fā)凸顯了我國食品質(zhì)量安全監(jiān)管體系的不完善。建立有效的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌” [1]全過程中農(nóng)產(chǎn)品信息的跟蹤與追溯，明確各個環(huán)節(jié)相關者的責任，能夠有效提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，提高監(jiān)管部門效率。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)設計原則

根據(jù)國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈實際情況，結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，建立良好農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)需要遵循以下幾個原則：

1） 先進性

軟件系統(tǒng)的開發(fā)設計，要采用先進的計算機技術和方法，相對成熟的軟件系統(tǒng)、硬件設備和整體方案，可以跨平臺應用，符合信息化發(fā)展的趨勢。本系統(tǒng)釆用MVC框架和Java EE技術相結(jié)合架構，使軟件系統(tǒng)具備領先的地位，是信息系統(tǒng)發(fā)展的方向，保證軟件系統(tǒng)的延續(xù)性。

2） 可擴展性

軟件系統(tǒng)設計要滿足不斷更新的業(yè)務和客戶不斷變化的需求，這就需要系統(tǒng)具有良好的可擴展性，新的功能和業(yè)務的擴展只須在現(xiàn)有機制的基礎上，增加新的應用與服務模塊，任何軟件模塊的維護和更新不影響其他軟件模塊，通過插件和模塊定制平臺的方式，輕松實現(xiàn)業(yè)務的擴展。

3） 可靠性

系統(tǒng)軟件在運行過程中，能夠抵抗異常情況的干擾，保證系統(tǒng)正常工作的能力。從系統(tǒng)軟硬件平臺及網(wǎng)絡等方面來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證信息查詢和管理的流暢性和快速性，提高軟件系統(tǒng)的無故障運行時間。

4） 標準性

軟件系統(tǒng)應在結(jié)構上實現(xiàn)開放，支持與業(yè)務系統(tǒng)的相互聯(lián)通，對軟硬件平臺具備良好的兼容能力，使用標準的數(shù)據(jù)交換方式，保證數(shù)據(jù)共享，符合國家信息化建設的政策法規(guī)和規(guī)范標準，保證軟件系統(tǒng)可以與不同的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、業(yè)務系統(tǒng)及工具軟件進行平滑對接。

5） 安全性

軟件系統(tǒng)的設計不但要考慮到信息資源的充分共享，還要注意保護信息安全。設置用戶的身份驗證和角色的權限管理功能，并對數(shù)據(jù)操作過程提供完整的運行日志，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。因此軟件系統(tǒng)需要根據(jù)不同的軟件功能，不同的通信環(huán)境和不同的存儲設備，采取不同的措施，確保系統(tǒng)的業(yè)務功能的安全運行。

6） 實用易用性

軟件系統(tǒng)各項功能要一目了然，條理清晰，使各個功能操作簡單、快捷，易于用戶理解、掌握和使用，具有良好的可操作性，便于客戶和管理人員操作使用，易用性和用戶體驗是軟件系統(tǒng)成敗的關鍵要素。

1.2 追溯系統(tǒng)功能設計

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的建立，需要保證追溯系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)信息正確完整的采集、傳輸、存儲和處理，主要包括種植環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、倉儲環(huán)節(jié)、檢驗環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、包裝環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)和消費環(huán)節(jié)等追溯子系統(tǒng)。系統(tǒng)以農(nóng)產(chǎn)品的追溯碼為唯一標識，采集農(nóng)產(chǎn)品的種植、加工、倉儲、檢驗、運輸、包裝和銷售各個環(huán)節(jié)的相關信息，并及時地上傳到追溯系統(tǒng)中[2]。通過分析，系統(tǒng)具有以下功能：

1） 為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管部門提供檢疫信息的查詢和監(jiān)督管理。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管部門可以通過追溯系統(tǒng)終端查詢農(nóng)產(chǎn)品種植加工等信息，分析產(chǎn)品是否達標，能否進入市場，并且在農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)安全問題時，可以及時地采取應急措施，縮小食品安全事故的危害程度。

2） 為農(nóng)產(chǎn)品流通過程中的各個環(huán)節(jié)的負責企業(yè)提供信息管理服務。企業(yè)可以通過追溯系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息進行錄入、修改、查詢和刪除，還可以收集和分析農(nóng)產(chǎn)品信息，了解消費趨勢，指導企業(yè)種植，做出正確的農(nóng)產(chǎn)品生成計劃和農(nóng)產(chǎn)品的定價。

3） 為農(nóng)產(chǎn)品的消費者提供農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息的查詢。消費者通過追溯系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息進行查詢，在追溯系統(tǒng)中輸入農(nóng)產(chǎn)品的追溯碼，查詢、了解所消費的農(nóng)產(chǎn)品在流通過程中各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息，增強消費信心[3]。

系統(tǒng)功能結(jié)構圖如圖1。

1.3 追溯系統(tǒng)的軟件體系架構設計

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)選用的是多層分布式的軟件體系結(jié)構，主要包括了用戶界面層、外觀層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)訪問層與數(shù)據(jù)層等五個層次[4]，其分層結(jié)構及各層次的功能描述如下：

1） 數(shù)據(jù)層

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層主要用于存儲農(nóng)產(chǎn)品種植、加工、檢驗、儲藏、運輸和銷售等過程中的關鍵信息，對數(shù)據(jù)進行整合和管理，為追溯系統(tǒng)的訪問提供準確的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息和與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息有關的一致性、安全性、完整性與并發(fā)操作等信息，為追溯系統(tǒng)更好地提供必要的信息服務。本系統(tǒng)選用的是關系型數(shù)據(jù)庫SQL Server2008。

2） 數(shù)據(jù)訪問層

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問層主要是對追溯系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫的訪問，實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)和傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問層是由數(shù)據(jù)庫連接組件與訪問組件兩部分組成，為業(yè)務層提供與后臺數(shù)據(jù)庫的交互，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)表的查詢、插入、更新和刪除等操作，使業(yè)務層與數(shù)據(jù)層分離開。

3） 業(yè)務層

系統(tǒng)的業(yè)務層主要為追溯系統(tǒng)提供業(yè)務控制和業(yè)務邏輯，便于管理不同的業(yè)務關系，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中各個功能，包括各個流通環(huán)節(jié)信息管理、安全管理等功能，通過不同的接口為系統(tǒng)的各個用戶提供各自所需的功能，同時通過信息采集傳輸網(wǎng)關，支持農(nóng)產(chǎn)品流通過程中各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸與共享。

4） 邏輯層

系統(tǒng)的邏輯層主要能起到隔離各種業(yè)務邏輯的作用。邏輯層是系統(tǒng)終端用戶界面和系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)邏輯處理的緩沖區(qū)，該層的作用是方便系統(tǒng)開發(fā)團隊的分工，能使同一業(yè)務邏輯滿足不同終端發(fā)出的請求，能作為追溯系統(tǒng)中的子系統(tǒng)間相互作用的接口，且可以把終端用戶界面與業(yè)務邏輯處理隔離開，當系統(tǒng)中的業(yè)務邏輯發(fā)生改變時不需要去修改終端用戶端的應用程序。

5） 界面層

系統(tǒng)的界面層用于支持各種數(shù)據(jù)展現(xiàn)和交互方式，顯示不同用戶請求的相應農(nóng)產(chǎn)品的信息。友好的用戶界面和個性化的服務，為用戶提供易于理解，易于操作的追溯系統(tǒng)界面。界面層根據(jù)用戶的不同需求，顯示從后臺數(shù)據(jù)庫中返回的農(nóng)產(chǎn)品信息。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的建立離不開高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫設計，數(shù)據(jù)庫設計是追溯系統(tǒng)的設計與實施的基礎，依據(jù)于農(nóng)產(chǎn)品的特點，數(shù)據(jù)庫表設計從農(nóng)產(chǎn)品種植環(huán)節(jié)到銷售環(huán)節(jié)各個階段的數(shù)據(jù)進行設計，以簡潔高效的設計原則，共設計了用戶表，管理員表，農(nóng)產(chǎn)品基本信息表，產(chǎn)地信息表，噴藥信息表，施肥信息表，加工信息表，倉儲信息表，檢測信息表，運輸信息表，包裝信息表，銷售信息表和公告信息表共13個表[5]。其中用戶信息表、產(chǎn)品基本如表1、表2所示。

3 追溯編碼方案的設計

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)實現(xiàn)可管理的基礎是設計和建立統(tǒng)一的編碼體系，從而確定農(nóng)產(chǎn)品的“身份”[6]。追溯編碼制度是記錄農(nóng)產(chǎn)品從種植到銷售流通全過程中的專用身份標志，是農(nóng)產(chǎn)品追溯過程中信息交換與處理的前提，也是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品可追溯的基本。本系統(tǒng)參考EAN/UCC系統(tǒng)方法設計了系統(tǒng)追溯編碼。

系統(tǒng)編碼制度的設計是實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全相關信息追溯的基本要求。對農(nóng)產(chǎn)品的追溯編碼應遵從唯一性、穩(wěn)定性、規(guī)范性、通用性、可擴充、合理性和簡明性等原則。本文通過分析了國家和國際相關的標準規(guī)則，結(jié)合EAN/UCC系統(tǒng)的要求，設計的編碼信息內(nèi)容由產(chǎn)地編碼、產(chǎn)品種類和產(chǎn)品批次共3部分由15位數(shù)字組成。產(chǎn)地編碼由6位數(shù)字組成，由市級編碼、區(qū)縣編碼和鄉(xiāng)鎮(zhèn)編碼組成，市級編碼由前2位組成，區(qū)縣編碼由中間2位組成，鄉(xiāng)鎮(zhèn)編碼由后2位組成，這種三級編碼制度，管理比較簡明和方便；產(chǎn)品種類由4位數(shù)字組成，其中大類別由1 位表示，根據(jù)傳統(tǒng)一般把農(nóng)產(chǎn)品分為六大類，分別用0到5代表水果，蔬菜，畜禽，水產(chǎn)品，林產(chǎn)品和其他農(nóng)產(chǎn)品，6到9作為擴充備用，小類別由3位表示，可以產(chǎn)生999種編碼組合，如果隨著生物科技的發(fā)展而導致農(nóng)產(chǎn)品的種類增加，也可以方便進行種類的擴充；產(chǎn)品年份由5位數(shù)字組成，其中前2位表示農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)年份，后3位表示當年農(nóng)產(chǎn)品在基地生產(chǎn)出來的批次，使用這種編碼方式，農(nóng)產(chǎn)品從一開始生產(chǎn)就有了一個唯一的編碼，保證了農(nóng)產(chǎn)品的可追溯性。追溯條碼示例圖如圖2所示。

4 標識識別技術的設計

與條形碼技術相比，無線射頻識別技術通過無線射頻信號進行信息傳送，即使在沒有光源的環(huán)境中依然可以進行相關數(shù)據(jù)的讀?。粺o線射頻識別技術具有更強的穿透性，可穿透除金屬材質(zhì)外的任何標簽，比條形碼具有更強的識別能力[7]；無線射頻識別技術具有抗污性強的特點，條形碼一般是附著于紙張上，如果紙張損壞，其中所存儲的信息將無法進行讀取，而RFID標簽具有防水、防塵、防磁、耐高溫的特性，不受灰塵、高溫、雨水等惡劣環(huán)境的影響；此外，RFID標簽具有讀寫能力，一次能讀取多個標簽，工作距離長，工作時間長，存儲信息容量大，存儲信息可更改，標簽上信息可加密，可識別高速運動物體，不易被仿制等的優(yōu)點。無線射頻識別技術的缺點是RFID電子標簽成本比條形碼的價格高很多，對于一些廉價、數(shù)量大的產(chǎn)品的應用，會導致成本過高，目前還無法完全取代條形碼技術[8]。

在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中，RFID技術應用前景廣闊，但是在現(xiàn)階段的農(nóng)產(chǎn)品追溯的實際應用過程中，RFID技術的存在單位成本較高的問題，如果對數(shù)量大、小包裝的農(nóng)產(chǎn)品應用RFID技術，會導致農(nóng)產(chǎn)品的成本增加，造成經(jīng)濟負擔，而條碼技術具有低成本、易制作的特點，此時，使用條碼技術可以很好解決這個困擾，條碼技術不但可以將存儲在RFID標簽的數(shù)據(jù)信息完整地轉(zhuǎn)移到條碼中，還可以幫助消費者快速識別農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，本系統(tǒng)將條碼技術和無線射頻識別技術結(jié)合在一起，對農(nóng)產(chǎn)品的種植、加工、倉儲、檢驗、運輸、包裝和銷售各個環(huán)節(jié)采用不同的標識技術進行標識，這也是建立農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。圖3為本系統(tǒng)中RFID錄入基本信息界面：

5 結(jié)束語

近年來，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全已成為國內(nèi)外普遍關注的熱點。作為保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效手段，質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)已在美國、意大利、英國等發(fā)達國家得到廣泛應用，并取得顯著效果。中國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)產(chǎn)品是重要傳統(tǒng)的出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，歷年來我國政府對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全都高度關注，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，為農(nóng)產(chǎn)品追溯過程中的監(jiān)管部門、各環(huán)節(jié)企業(yè)和消費者，提供了對農(nóng)產(chǎn)品從種植、運輸、倉儲、加工、檢驗、包裝、銷售和消費各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全管理和農(nóng)產(chǎn)品信息追溯，給農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供了預警機制，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[9]。

本研究以EAN/UCC國際編碼體系、二維碼技術和RFID技術為基礎，分析研究農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，運用MVC框架、Java EE平臺并結(jié)合SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫技術，設計并實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。

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