畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

孫汝星，范榮雙 ，趙業(yè)隆

（ 1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 測繪與地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2.中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830）

近年來，頻發(fā)的食品安全事故嚴重損害了消費者的利益。國內(nèi)外畜產(chǎn)品安全事故引發(fā)一系列問題，河南雙匯瘦肉精事件，合肥雨潤火腿參入過期肉事件，南京、合肥等地的牛肉膏事件，北京驚現(xiàn)“美容豬蹄”事件等食品安全事故嚴重損害了公眾利益。中國畜產(chǎn)品生產(chǎn)空間分散、管理模式不健全導(dǎo)致畜產(chǎn)品在生產(chǎn)和加工過程中存在潛在的質(zhì)量安全問題，畜產(chǎn)品生產(chǎn)鏈條長（中間環(huán)節(jié)較多），生產(chǎn)環(huán)境開放，乳制品需求大但易變質(zhì)，生產(chǎn)過程中不可控因素較多。對畜產(chǎn)品進行安全檢測，實現(xiàn)養(yǎng)殖、生產(chǎn)、加工的空間可視化表達；利用GIS分析功能，實現(xiàn)安全預(yù)測和預(yù)警的畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)具有較強的現(xiàn)實性與可行性。通過畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)可進行安全風(fēng)險評估和預(yù)警分析，得到產(chǎn)地生產(chǎn)環(huán)境評價與預(yù)警、產(chǎn)地畜產(chǎn)品質(zhì)量安全評價、質(zhì)量安全預(yù)警覆蓋范圍、質(zhì)量安全預(yù)警覆蓋人口等結(jié)果，防患于未然，意義重大[1-4]。

1 畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計

畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)主要分為信息上報系統(tǒng)、信息分析管理系統(tǒng)和地理信息管理平臺3個部分，功能見圖1。

1.1 畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測模塊設(shè)計

該系統(tǒng)模塊設(shè)計流程如圖2所示。將畜牧養(yǎng)養(yǎng)殖基地、奶站、屠宰點以及畜產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測站采集的與質(zhì)量安全相關(guān)的信息通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到服務(wù)器；服務(wù)器對上傳信息進行數(shù)據(jù)規(guī)范化、索引建立以及內(nèi)外網(wǎng)關(guān)聯(lián)更新等處理，完成信息入庫；畜牧管理人員對服務(wù)器上的質(zhì)量安全信息進行各種查詢、統(tǒng)計和分析，及時了解監(jiān)測區(qū)內(nèi)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全的詳細情況和變化動態(tài)，提前制定應(yīng)對措施；并利用這些信息實現(xiàn)安全生產(chǎn)因子自動預(yù)警、產(chǎn)品追蹤與預(yù)警分析、區(qū)域質(zhì)量安全評價等預(yù)測預(yù)警分析功能，對已發(fā)生的畜產(chǎn)品質(zhì)量安全事故實行自動預(yù)警、快速追蹤并由相關(guān)人員及時處理，對未發(fā)生的質(zhì)量安全問題，實現(xiàn)安全預(yù)測和風(fēng)險評估，為質(zhì)量監(jiān)測區(qū)域畜產(chǎn)品質(zhì)量安全建立高效的預(yù)防和應(yīng)急體系[5]。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖

圖2 模塊設(shè)計流程圖

1.2 信息采集模塊設(shè)計

信息采集包括兩種模式：實地采集和結(jié)合生產(chǎn)地質(zhì)檢中心已有數(shù)據(jù)進行信息采集。實地采集內(nèi)容主要是與畜產(chǎn)品質(zhì)量安全相關(guān)的生產(chǎn)因子，利用物聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)對接進行信息采集；質(zhì)檢中心的信息采集方式是與現(xiàn)有“質(zhì)量安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)”進行對接。

1.3 信息入庫模塊設(shè)計

畜產(chǎn)品質(zhì)量信息入庫主要包含用戶驗證、數(shù)據(jù)處理、信息索引和內(nèi)外網(wǎng)關(guān)聯(lián)更新4個部分。首先對上報信息的用戶權(quán)限和合法性進行驗證，通過驗證則對上報信息進行分類和規(guī)范化處理；再對處理后的信息建立索引并存入外網(wǎng)服務(wù)器；最后完成內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器信息的更新。

1.4 管理與統(tǒng)計分析模塊設(shè)計

管理與統(tǒng)計分析主要包括企業(yè)信息分類查詢，安全生產(chǎn)因子分類查詢，安全生產(chǎn)因子統(tǒng)計分析、報表與制圖以及視頻監(jiān)視功能。企業(yè)信息分類查詢是通過名稱檢索、行政區(qū)劃、地圖選取等方式查詢企業(yè)信息，結(jié)果以文字描述、圖片、表格、空間分布等多種形式表達。安全生產(chǎn)因子分類查詢是通過企業(yè)名稱、因子名稱、產(chǎn)品品種分類、上報時間等方式查詢安全生產(chǎn)因子的詳細參數(shù)信息，結(jié)果主要以報表形式輸出[6-7]。

1.5 預(yù)測預(yù)警分析模塊設(shè)計

預(yù)測預(yù)警分析主要包括預(yù)估風(fēng)險、時間序列預(yù)測、產(chǎn)品追蹤和預(yù)警分析、遠程診斷和畜產(chǎn)品安全預(yù)測5 個部分[8]。產(chǎn)品追蹤和預(yù)警分析是根據(jù)企業(yè)銷售記錄追蹤產(chǎn)品流向，得到產(chǎn)品空間分布；再對產(chǎn)品所在的市場或超市的銷售范圍進行分析，得到產(chǎn)品的覆蓋區(qū)域以及范圍。

2 數(shù)據(jù)處理和存儲系統(tǒng)設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)處理

為了便于管理以及提高數(shù)據(jù)訪問效率，需將多樣化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī)范的存儲格式，從而進行存儲。

2.1.1 數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式

數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式由系統(tǒng)采用的3種數(shù)據(jù)格式?jīng)Q定，分為空間數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式和多媒體數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式。

1）空間數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式：在數(shù)據(jù)庫中使用ArcSDE進行訪問和管理空間數(shù)據(jù)，因此主要采用ArcGIS數(shù)據(jù)格式進行存儲[9-10]。

2）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要采用表格和文本文檔等進行存儲，其中表格以表的方式進行存儲和管理，文本文檔直接以txt、doc文檔和網(wǎng)頁等方式進行存儲。

3）多媒體數(shù)據(jù)存儲規(guī)范格式：多媒體數(shù)據(jù)中以avi等格式存儲視頻，以 bmp、jpg等格式存儲圖片。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換

在數(shù)據(jù)建庫過程中需要對不同結(jié)構(gòu)、不同格式數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī)范的存儲格式，以滿足數(shù)據(jù)庫的標準和系統(tǒng)調(diào)用的要求。

2.2 存儲系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 數(shù)據(jù)庫軟件平臺

分析數(shù)據(jù)庫建庫整體流程，解決空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的一體化集成管理是數(shù)據(jù)庫建庫的首要問題。該系統(tǒng)以O(shè)racle 為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，解決數(shù)據(jù)庫集成設(shè)計需要[11]。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫的物理存儲模式

根據(jù)監(jiān)測區(qū)需求和數(shù)據(jù)庫軟件平臺，以C/S體系為數(shù)據(jù)庫物理存儲模式。所有數(shù)據(jù)均存儲于服務(wù)器中，用戶在工作站上查詢、修改服務(wù)器中的數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)絡(luò)進行[12]。

3 畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)

本文以3S技術(shù)為支持，采用B/S結(jié)構(gòu)，結(jié)合GIS空間分析、專家知識系統(tǒng)庫等技術(shù)，建立了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)。以C#為開發(fā)語言，Visual Studio 2010為開發(fā)環(huán)境，前臺系統(tǒng)界面使用Ado.NET開發(fā)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用ArcSDE+Oracle的空間數(shù)據(jù)管理模式。

3.1 系統(tǒng)界面設(shè)計

系統(tǒng)完成了畜產(chǎn)品養(yǎng)殖場信息、客戶信息、銷售信息、用藥信息、獸藥信息管理、地圖平臺等模塊的開發(fā)，實現(xiàn)了各類上報信息的增、刪、改、查功能，開發(fā)了畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測年度統(tǒng)計分析模塊，實現(xiàn)了對區(qū)域內(nèi)畜產(chǎn)品生產(chǎn)狀況的總體分析和分類統(tǒng)計分析，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)界面設(shè)計

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)包括信息采集、歷史上報查看、企業(yè)信息、銷售記錄、試藥信息、獸藥管理、地圖平臺七大模塊。前6個模塊主要依賴數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息管理，地圖平臺模塊是結(jié)合GIS分析功能在ArcSDE+Oracle數(shù)據(jù)庫支持下實現(xiàn)的，是該系統(tǒng)的區(qū)別于其他管理系統(tǒng)的地方，主要包括預(yù)估風(fēng)險、產(chǎn)品追蹤和預(yù)警分析、區(qū)域質(zhì)量安全評價、遠程診斷、風(fēng)險評估和畜產(chǎn)品質(zhì)量安全預(yù)測等功能。

3.2.1 預(yù)估風(fēng)險功能

該功能根據(jù)國家最低標準，定時對畜牧養(yǎng)殖基地安全生產(chǎn)因子進行預(yù)警，并自動將預(yù)警結(jié)果及其位置顯示到地圖上，以便采取應(yīng)對措施（圖4）。

圖4 預(yù)估風(fēng)險模擬效果圖

3.2.2 時空序列監(jiān)測功能

采用時間序列方法對動物資源疫病發(fā)生點進行預(yù)測，可為動物疫病防治提供第一手資料（圖5）。

圖5 時空序列預(yù)測疫病發(fā)生區(qū)域

3.2.3 產(chǎn)品追蹤和預(yù)警分析功能

該功能用于對引發(fā)質(zhì)量安全問題的畜產(chǎn)品進行流向追蹤和影響預(yù)警。通過畜牧養(yǎng)殖基地的銷售記錄和銷售客戶的位置定位，可對問題產(chǎn)品的流向進行快速追蹤；通過對銷售客戶銷售覆蓋范圍和周邊人口的分析，選取合理緩沖方法（點、線、面）以及合理緩沖半徑，快速獲取該問題畜產(chǎn)品的影響覆蓋范圍，為農(nóng)業(yè)局的快速響應(yīng)和決策支持提供科學(xué)依據(jù)（圖6）。

圖6 線緩沖區(qū)影響覆蓋區(qū)域圖

4 結(jié) 語

本文結(jié)合GIS網(wǎng)絡(luò)分析功能，實現(xiàn)了畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。通過安全因子預(yù)警分析功能可過濾不合格的畜產(chǎn)品，讓廣大民眾能夠吃到“放心肉”；地圖平臺下的產(chǎn)品追蹤和預(yù)警分析功能，能以可視化的方式將問題畜產(chǎn)品覆蓋區(qū)域和覆蓋人口展現(xiàn)在系統(tǒng)中，快速追蹤并處理問題畜產(chǎn)品，解決由此可能產(chǎn)生的社會問題[12]。

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