基于Android的設(shè)施蔬菜種植管理與農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

朱 溪，李瑜玲，楊英茹

（1.石家莊市人民政府辦公廳，河北 石家莊 050011；2.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050041）

“民以食為天”，從古到今食品一直是國計民生的重要組成部分。隨著生活質(zhì)量的提高，食品安全尤其是農(nóng)產(chǎn)品安全問題備受關(guān)注，無公害、綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品成為人們的熱點(diǎn)話題。食品安全過程監(jiān)督監(jiān)管機(jī)制的形成，意味著從田間地頭到餐桌的全過程安全監(jiān)控模式已經(jīng)得到國內(nèi)外機(jī)構(gòu)和相關(guān)食品安全專家的認(rèn)可，同時安全的追溯系統(tǒng)管理制度也可為全過程監(jiān)督提供有效手段。

互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，帶動了多方面衍生技術(shù)的不斷創(chuàng)新。目前，二維碼在支付、產(chǎn)品標(biāo)識等方面應(yīng)用越來越廣泛，同時相適應(yīng)的移動智能設(shè)備也更加豐富多彩，互聯(lián)網(wǎng)和二維碼的有機(jī)結(jié)合作為一種新興的數(shù)據(jù)信息技術(shù)目前已處于穩(wěn)定發(fā)展期，在電商、金融、支付、物流、產(chǎn)品溯源等領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊。二維碼具有操作便捷、普及度高、成本低等特點(diǎn)，將其與農(nóng)業(yè)相結(jié)合，可為食品生產(chǎn)安全追溯系統(tǒng)的開發(fā)提供新的思路和模式[1]。

隨著國內(nèi)外專家對可追溯系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)框架和實際應(yīng)用的不斷探討和研究，目前條形碼、射頻識別技術(shù)（RFID）和二維碼等相關(guān)技術(shù)已經(jīng)可以很好的實現(xiàn)對物體的識別，同時能夠獲取物體變化的狀態(tài)過程。利用集成二維碼的移動客戶端系統(tǒng)，可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化種植規(guī)程，記錄農(nóng)事種植過程、實時更新環(huán)境參數(shù)等物聯(lián)信息，同時結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品銷售渠道和物流渠道打造全方位全產(chǎn)業(yè)鏈的追溯體系。利用二維碼技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)地址、種植過程、產(chǎn)品介紹、產(chǎn)品圖片與視頻等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多維度編碼，形成包括種植、管理、流通等環(huán)節(jié)的二維碼，進(jìn)而可掃描查看，確保每一個環(huán)節(jié)透明可見[2]。

基于以上需求和功能原理，構(gòu)造了基于Android的設(shè)施蔬菜種植管理與農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，本系統(tǒng)適用于設(shè)施大棚蔬菜，能夠?qū)崟r并且可靠地提供溯源信息。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計

1.1 溯源系統(tǒng)模型的探討

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)模型傳統(tǒng)意義上包括寬度、精確度、深度等幾個基本特征[3]。其中，把描述溯源信息范圍的環(huán)境定義為寬度，如：農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地、農(nóng)產(chǎn)品加工過程、農(nóng)產(chǎn)品病蟲害防治等環(huán)境。從定義上講，溯源信息寬度越大越有利于防止農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的發(fā)生，同時搭建系統(tǒng)所花費(fèi)的成本也就越高。把描述溯源信息前后的距離定義為深度，如：從開始種植到成熟、從種植前大棚整理至銷售環(huán)節(jié)等。溯源個體信息的范圍為溯源信息的精確度，如：農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地為某省、某縣還是某個設(shè)施大棚，溯源信息個體的信息范圍越大其精確度就越低。

本應(yīng)用系統(tǒng)包括了設(shè)施蔬菜種植、加工、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，是針對設(shè)施大棚蔬菜的全程溯源信息系統(tǒng)。由于設(shè)施蔬菜在種植管理中的環(huán)境具有封閉性與可控性，因此可形成標(biāo)準(zhǔn)化的種植流程，種植戶可以按照種植流程在客戶端中進(jìn)行種植記錄管理，還可以利用手機(jī)進(jìn)行圖像信息采集，另外還可通過設(shè)施大棚中的物聯(lián)檢測設(shè)備記錄環(huán)境信息[4]。由于設(shè)施蔬菜溯源信息模型結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，同時較為簡單，因此可以使用二維碼作為唯一的索引溯源碼，記錄從種植到銷售整個過程各環(huán)節(jié)的溯源信息流。

本應(yīng)用系統(tǒng)以精確度、深度和寬度為基本特征進(jìn)行構(gòu)建，精確度是針對具有唯一性的設(shè)施大棚農(nóng)產(chǎn)品，深度是從設(shè)施蔬菜的種植到運(yùn)輸?shù)倪^程，寬度包含大棚信息、農(nóng)戶信息、生產(chǎn)規(guī)程信息、種植記錄信息、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息和物流運(yùn)輸信息等。

1.2 溯源系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)共包括六大功能版塊，分別為用戶與大棚信息、標(biāo)準(zhǔn)種植規(guī)程、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、種植服務(wù)管理、節(jié)點(diǎn)溯源信息查詢以及物流溯源信息采集（圖1）。用戶與大棚信息版塊包括種植戶、合作社、設(shè)施蔬菜大棚、種植服務(wù)專家等角色用戶信息登錄與驗證。標(biāo)準(zhǔn)種植規(guī)程版塊為設(shè)施蔬菜種植戶提供標(biāo)準(zhǔn)化種植流程，同時提供農(nóng)事記錄與種植矯正專家農(nóng)事指導(dǎo)信息等。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集版塊利用物聯(lián)傳感器采集系統(tǒng)為生產(chǎn)提供科學(xué)準(zhǔn)確的環(huán)境參數(shù)[5]。種植服務(wù)管理版塊提供專業(yè)的種植指導(dǎo)和服務(wù)。節(jié)點(diǎn)溯源信息查詢版塊針對大棚定位信息、節(jié)點(diǎn)溯源追蹤、節(jié)點(diǎn)二維碼解碼等功能提供工具，為各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息查詢提供支持。物流溯源信息采集版塊包含農(nóng)產(chǎn)品流入信息記錄和流出信息記錄等。

圖1 溯源系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure of traceability system

整個系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)版塊都通過移動互聯(lián)技術(shù)和手機(jī)進(jìn)行采集和記錄[6]，形成每一個節(jié)點(diǎn)的追溯源，在形成信息完備的二維碼之前，所有的農(nóng)產(chǎn)品信息均以動態(tài)信息的形式存儲在二維碼中。

標(biāo)準(zhǔn)種植規(guī)程版塊采用分散的記錄模式，利用手機(jī)的便捷性為用戶提供種植農(nóng)事記錄如施肥管理、灌溉管理、病蟲防治、栽培管理等，系統(tǒng)自動整合生成完整的種植追溯記錄。

由于生長環(huán)境對設(shè)施蔬菜的質(zhì)量影響較大，所以將物聯(lián)傳感器等部署在設(shè)施大棚中，采集生產(chǎn)區(qū)域的光照、二氧化碳濃度、土壤溫濕度、空氣溫濕度等參數(shù)實時記錄并傳遞給服務(wù)器[7]，生成一個溯源信息采集源[8]。同時，農(nóng)技人員通過手機(jī)系統(tǒng)可以及時查看數(shù)據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)。

農(nóng)產(chǎn)品成熟后，利用物流采集系統(tǒng)，結(jié)合定位信息，為農(nóng)產(chǎn)品物流環(huán)節(jié)提供流通追溯信息源。通過掃描農(nóng)產(chǎn)品二維碼能夠解析到農(nóng)產(chǎn)品的種植戶、種植大棚編號、大棚經(jīng)緯度信息等。

通過整合設(shè)施蔬菜各節(jié)點(diǎn)的溯源信息，形成完備的唯一的追溯信息二維碼，通過手機(jī)掃描就能了解農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的所有信息，為保障農(nóng)產(chǎn)品安全提供數(shù)據(jù)支持和便捷的追溯體系[9]。

2 溯源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

本應(yīng)用系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要為二維碼技術(shù)與定位技術(shù)。

2.1 二維碼技術(shù)

對比條形碼的單一性，二維碼具有高容量、高密度、糾錯力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，存儲信息能夠在二維空間的水平和垂直2個方向上進(jìn)行。二維碼不但能夠存儲傳統(tǒng)的文本信息，還可以存儲網(wǎng)絡(luò)地址、圖片信息等大容量的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)利用ZXing開源庫進(jìn)行二維碼解碼（圖2），ZXing項目不僅支持平臺Web開發(fā)，也支持移動端開發(fā)，采用二維碼為常用的QR碼。其功能不斷擴(kuò)展有較多新版本，其類庫主要包括了Capture Activity（掃描器）、Capture Activity Handler（解碼處理類）、Decode Thread（解碼的線程）等。

圖2 ZXing開源庫解碼模塊流程圖Fig.2 ZXing open source library decoding module flowchart

使用前需要先導(dǎo)入開源庫ZXing，包括核心JAR包、資源文件、源代碼等。開啟攝像頭進(jìn)行二維碼解碼的類為Capture Activity，因此要在 Android Manifest.xml里注冊該Activity，另外如果解碼成功需要進(jìn)入其寫在該類中的handle Decode（）方法，在回調(diào)函數(shù)中根據(jù)掃描的結(jié)果判定是否為該系統(tǒng)生成的二維碼，如果是則提取溯源碼，并跳轉(zhuǎn)到溯源結(jié)果展示頁面或者作為下一步溯源信息的起點(diǎn)。

2.2 GPS 定位技術(shù)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS，是以24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，面向全球各地全天候提供三維位置、三維速度等信息的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS由3部分組成，分別為地面控制部分、空間部分和用戶裝置部分。其中，地面控制部分由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)組成；空間部分由分布在6個軌道平面的24顆衛(wèi)星組成；用戶裝置部分由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線共同組成。GPS的基本原理是通過測量已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)計算接收機(jī)的具體位置，再根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。

本應(yīng)用系統(tǒng)利用第三方定位庫百度地圖SDK實現(xiàn)定位功能。首先進(jìn)行配置，主要分為4個步驟：（1）下載定位地圖庫文件，解壓縮so文件，同時放入對應(yīng)的APP框架文件夾內(nèi)。（2） 配置Android Manifest.xml配置文件，首先需要聲明service組件，每個APP擁有自己單獨(dú)的定位service，其次在application標(biāo)簽中設(shè)置高德地圖的開發(fā)者Key，同時開啟定位權(quán)限配置。（3） 在主線程中聲明A Map Location Client類對象，傳Context類型的參數(shù)，其中用get Application Context（） 方法獲取全進(jìn)程有效的Context，創(chuàng)建A Map Location Client Option對象，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)。（4） A Map Location Listener接口只有 on Location Changed方法可以實現(xiàn)，用于接收異步返回的定位結(jié)果，回調(diào)參數(shù)是A Map Location，再判斷A Map Location對象不為空，當(dāng)定位錯誤碼類型為0時定位成功。通過對A Map Location類的數(shù)據(jù)解析，能夠獲取定位的基本信息，如經(jīng)緯度、地點(diǎn)名稱、區(qū)域代碼等。如果定位失敗，需要確定手機(jī)是否開啟了定位設(shè)置，如果沒有開啟需要手動啟用。通過以上開發(fā)與設(shè)置獲取經(jīng)緯度與地理位置信息后，可在APP系統(tǒng)中查看定位信息，同時系統(tǒng)利用該定位數(shù)據(jù)綁定溯源二維碼并上傳系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

3 溯源系統(tǒng)的實現(xiàn)

目前，Android系統(tǒng)開發(fā)主流分為MVC、MVVM、MVP等架構(gòu)。溯源系統(tǒng)采用MVC架構(gòu)，主要業(yè)務(wù)板塊利用二維碼開源框架ZXing、百度地圖SDK等第三方庫[10]，其中包括網(wǎng)絡(luò)框架okhttp、圖片加載Glide等開源框架。未登錄的游客可以點(diǎn)擊首頁查看相關(guān)的業(yè)務(wù)信息，同時能夠清晰的看到整個追溯體系的業(yè)務(wù)流程框架（圖3）。該APP系統(tǒng)采用游客部分權(quán)限可用的用戶模式，當(dāng)用戶點(diǎn)擊需要登錄的版塊時，系統(tǒng)自動彈出登錄界面，用戶類型可選擇種植用戶、服務(wù)專家、管理人員，登錄后可進(jìn)入各自信息進(jìn)行個性化展示，數(shù)據(jù)編輯和上報，也可使用二維碼掃描功能或輸入數(shù)字碼查詢節(jié)點(diǎn)追溯信息（圖4）[11]。

圖3 溯源系統(tǒng)APP主界面Fig.3 Main interface of traceability system APP

圖4 二維碼掃碼界面Fig.4 Two dimensional code scanning interface

圖5 種植追溯信息Fig.5 Planting traceability information

種植記錄與農(nóng)產(chǎn)品物流等多環(huán)節(jié)結(jié)合是該系統(tǒng)二維碼追溯信息的特色，點(diǎn)擊用戶大棚，可以查看溯源信息的動態(tài)列表，包括種植追溯信息（圖5）、專家服務(wù)追溯信息和物流節(jié)點(diǎn)溯源信息。對各個節(jié)點(diǎn)的溯源信息采集后可形成完備二維碼（圖6）。

圖6 溯源完備二維碼Fig.6 Two-dimensional code of complete traceability

4 結(jié)語

本文在確定設(shè)施蔬菜從生產(chǎn)到供應(yīng)環(huán)節(jié)的溯源需求后，提出了以構(gòu)建完備溯源二維碼為主線的開發(fā)思路，搭建了包括設(shè)施蔬菜種植用戶與大棚信息、標(biāo)準(zhǔn)種植規(guī)程信息、種植服務(wù)管理信息、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集信息、節(jié)點(diǎn)溯源信息和物流溯源信息的結(jié)構(gòu)模型，利用Android開發(fā)技術(shù)、二維碼開源庫ZXing和GPS定位技術(shù)等，成功開發(fā)出了設(shè)施蔬菜種植管理與農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的手機(jī)客戶端APP。該應(yīng)用系統(tǒng)充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與二維碼相融合，提高了溯源系統(tǒng)的可靠性、實時性和準(zhǔn)確性，為農(nóng)產(chǎn)品安全信息追溯提供了有力的數(shù)據(jù)保障。