基于多終端數(shù)據(jù)交互技術(shù)的“三品一標(biāo)”企業(yè)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙小中，平本強(qiáng)，蘇 振，劉貝貝，胡 波，曹 柱，郝曉雷

(1.鄭州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)流通中心，河南 鄭州450006； 2.河南省視博電子股份有限公司，河南 鄭州450008)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全已經(jīng)成為人民群眾和各級(jí)政府共同關(guān)注的重大民生問(wèn)題[1-2]。加大對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管控力度，建立及時(shí)有效的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，規(guī)范追蹤溯源生產(chǎn)行為，增強(qiáng)信息透明度，是解決農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題的重要途徑[3-4]。

BANGE M P等[5]基于無(wú)線通信技術(shù)開(kāi)發(fā)的便攜式農(nóng)事信息采集系統(tǒng)可提高采集效率。鄧勛飛等[6]應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地進(jìn)行地塊劃分，設(shè)計(jì)通用的產(chǎn)地身份編碼體系。丘榮洲等[7]從蔬菜基地溯源管理入手，設(shè)計(jì)基于溯源技術(shù)的蔬菜基地管理系統(tǒng)，為蔬菜企業(yè)提供對(duì)基地農(nóng)戶種植進(jìn)行質(zhì)量管控的信息化工具。朱溪等[8]利用Android技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)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。孫俊等[9]將區(qū)塊鏈技術(shù)與現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的架構(gòu)相融合，提出基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)基本架構(gòu)。

“三品一標(biāo)”農(nóng)產(chǎn)品是指無(wú)公害、綠色、有機(jī)和地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品[10]。具有無(wú)公害(或綠色、有機(jī)、地理標(biāo)志)產(chǎn)品認(rèn)證的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，統(tǒng)稱(chēng)為“三品一標(biāo)”企業(yè)(本文特指種植業(yè)企業(yè))。與普通農(nóng)戶、一般性生產(chǎn)企業(yè)相比，“三品一標(biāo)”企業(yè)普遍具有生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品品種多、管理標(biāo)準(zhǔn)化和包裝規(guī)范化等特點(diǎn)，在種植環(huán)節(jié)推行良好農(nóng)業(yè)規(guī)范(GAP)管理體系，在加工環(huán)節(jié)實(shí)行良好生產(chǎn)操作規(guī)范(GMP)管理體系[11-12]。為提升農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理水平和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)“品牌農(nóng)業(yè)”發(fā)展，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，在實(shí)施鄭州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系建設(shè)項(xiàng)目中，針對(duì)“三品一標(biāo)”企業(yè)的特點(diǎn)，應(yīng)用二維碼、GIS、XML、JSON、WMS和WFS等信息技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于多終端數(shù)據(jù)交互技術(shù)的“三品一標(biāo)”企業(yè)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)，并在實(shí)際工作中得到了應(yīng)用。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)“三品一標(biāo)”企業(yè)的特點(diǎn)，考慮到追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用戶面廣等情況，系統(tǒng)采用SOA面向體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為6個(gè)層級(jí)(圖1)[13-15]。

(1)設(shè)備層。以農(nóng)殘檢測(cè)儀、電腦、智能手機(jī)為信息采集端，打印機(jī)為信息輸出端，利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將信息傳輸至服務(wù)器，為系統(tǒng)運(yùn)行提供硬件支撐。

(2)數(shù)據(jù)層。集成“三品一標(biāo)”企業(yè)的業(yè)務(wù)流和信息流，通過(guò)JDBC等數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)交互，完成對(duì)數(shù)據(jù)的增刪改查，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。

(3)支撐服務(wù)層。連接數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，整合系統(tǒng)業(yè)務(wù)和信息處理服務(wù)，為系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開(kāi)展和信息處理提供技術(shù)服務(wù)支持。

(4)應(yīng)用層。主體注冊(cè)系統(tǒng)為生產(chǎn)企業(yè)、監(jiān)督管理部門(mén)提供注冊(cè)登記和登錄生產(chǎn)管理系統(tǒng)、監(jiān)督管理系統(tǒng)的賬號(hào)和密碼。生產(chǎn)管理系統(tǒng)為企業(yè)提供產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后全程信息化管理手段，采集可追溯信息。監(jiān)督管理系統(tǒng)審核用戶注冊(cè)信息，分配業(yè)務(wù)操作權(quán)限，審核生產(chǎn)信息、檢測(cè)信息。追溯查詢(xún)系統(tǒng)為消費(fèi)者提供追溯信息查詢(xún)服務(wù)。

(5)展示層。為生產(chǎn)者、監(jiān)管者和消費(fèi)者提供登錄主體注冊(cè)系統(tǒng)、監(jiān)督管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和追溯查詢(xún)系統(tǒng)的窗口。

(6)用戶層。用戶包括監(jiān)管者、和產(chǎn)者和消費(fèi)者。

2 生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)是追溯系統(tǒng)最核心的部分。為方便企業(yè)使用，采用移動(dòng)端和桌面端交互設(shè)計(jì)方式，除了具備可追溯信息采集的基本功能外，還應(yīng)滿足企業(yè)日常生產(chǎn)管理如地塊管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)檔案管理、倉(cāng)庫(kù)管理和采購(gòu)管理等的需要。

2.1功能模塊設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)由3大功能模塊和12個(gè)子模塊組成，各模塊之間相互銜接、互為支撐(圖2)。

(1)產(chǎn)前管理。包括角色與用戶管理、地塊管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理和生產(chǎn)檔案管理。分配管理部門(mén)操作權(quán)限，劃分地塊并編碼，編制生產(chǎn)計(jì)劃，建立生產(chǎn)檔案。

(2)產(chǎn)中管理。包括農(nóng)資管理、采購(gòu)管理、專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)、農(nóng)事管理和質(zhì)量檢測(cè)管理。采購(gòu)管理農(nóng)資，下達(dá)、執(zhí)行和記錄農(nóng)事活動(dòng)，完成農(nóng)作物采收前的質(zhì)量安全檢測(cè)。

(3)產(chǎn)后管理。包括加工包裝管理、配送管理和追溯信息管理。記錄農(nóng)產(chǎn)品加工、包裝和配送信息，申請(qǐng)、打印追溯標(biāo)簽。

2.2業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)重點(diǎn)把控農(nóng)資采購(gòu)、農(nóng)事任務(wù)安排、質(zhì)量安全檢測(cè)和追溯信息審核等關(guān)鍵環(huán)節(jié)(圖3)?？茖W(xué)合理地采購(gòu)和使用農(nóng)業(yè)投入品是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的必要前提[16-18]。在農(nóng)資采購(gòu)環(huán)節(jié)，通過(guò)專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)調(diào)用農(nóng)業(yè)部農(nóng)資登記產(chǎn)品信息，保證采購(gòu)的農(nóng)資產(chǎn)品符合生產(chǎn)要求。在農(nóng)事任務(wù)安排環(huán)節(jié)，通過(guò)專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)調(diào)用作物標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)規(guī)程、禁用和限用農(nóng)藥名錄等信息，協(xié)助制定農(nóng)事任務(wù)，保證科學(xué)合理地使用農(nóng)業(yè)投入品。在農(nóng)作物成熟采收前設(shè)置質(zhì)量安全檢測(cè)環(huán)節(jié)，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。在打印追溯標(biāo)簽前，設(shè)置追溯信息審核環(huán)節(jié)，保證追溯信息的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性。

2.3多終端交互式設(shè)計(jì)

考慮到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際，結(jié)合桌面端和移動(dòng)端的優(yōu)缺點(diǎn)，為便于企業(yè)操作使用，生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用移動(dòng)端和桌面端交互式設(shè)計(jì)(圖4)。

移動(dòng)端具有易攜帶、信息采集便捷等優(yōu)點(diǎn)，但信息存儲(chǔ)量和顯示面積有限，主要用于接收消息通知和采集農(nóng)事活動(dòng)信息，包括農(nóng)事任務(wù)數(shù)據(jù)和圖片視頻信息。桌面端具有功能強(qiáng)大、信息存儲(chǔ)量大和分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但配置體積大、不便于攜帶，主要用于信息的存儲(chǔ)、搜索、分析和處理，以及查看和管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

具體流程：在桌面端添加地塊信息時(shí)，系統(tǒng)后臺(tái)生成地塊二維碼，并通過(guò)桌面端將地塊二維碼下載和打印，置于地塊上。生產(chǎn)者通過(guò)APP掃描地塊二維碼自動(dòng)選擇地塊，選擇要完成的產(chǎn)品種類(lèi)和本次執(zhí)行的農(nóng)事任務(wù)等信息，錄入農(nóng)事活動(dòng)過(guò)程中可以拍攝相關(guān)的活動(dòng)照片或視頻，移動(dòng)端采集的農(nóng)事記錄信息通過(guò)Web Service接口將XML數(shù)據(jù)傳輸至桌面端，后者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析和處理。移動(dòng)端和服務(wù)器端交互接口部分設(shè)計(jì)程序如下。

public Result saveActiInfo(String archiveCodes，String actiTypeCode，StringactiTypeName，String employeeCode，

String employeeName，StringactiDate，StringextendActiTypejson，StringmediaJson){

Result result=new Result()；

StaticLog.info(“APP端進(jìn)入農(nóng)事提交保存方法”)；

try {

Integer flag=actiActiService.saveInfo(archiveCodes，actiTypeCode，actiTypeName，employeeCode，employeeName，

actiDate，extendActiTypejson，mediaJson)；

if(flag==10000){

fillResult(result，200，10000，“保存成功”)；

}else if(flag==10003){

fillResult(result，200，99999，“生產(chǎn)檔案不存在”)；

}else{

fillResult(result，200，99999，“保存失敗，請(qǐng)稍后重試?！?；

}

StaticLog.info(“APP端農(nóng)事提交保存結(jié)果：”+flag)；

}catch(Exception e){

StaticLog.error(e.getMessage()，e)；

fillResult(result，500，99999，“保存失敗，請(qǐng)稍后重試?！?；

}

return result；

}

2.4追溯編碼設(shè)計(jì)

2.4.1追溯編碼規(guī)則設(shè)計(jì)

追溯碼是農(nóng)產(chǎn)品終端銷(xiāo)售時(shí)承載追溯信息直接面對(duì)消費(fèi)者的專(zhuān)用代碼，是展現(xiàn)給消費(fèi)者具有追溯功能的統(tǒng)一代碼[16]。為方便與流通環(huán)節(jié)追溯系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到餐桌全程質(zhì)量安全可追溯，參照《農(nóng)產(chǎn)品追溯編碼導(dǎo)則》《肉類(lèi)蔬菜流通追溯體系編碼規(guī)則》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定系統(tǒng)編碼規(guī)則(表1)[19-20]。

表1 系統(tǒng)編碼規(guī)則

2.4.2二維碼生成

表2 追溯信息與關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)

2.5關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.5.1二維碼技術(shù)

主要用于追溯信息管理環(huán)節(jié)。二維碼技術(shù)是采用特殊的二維碼圖形記錄農(nóng)產(chǎn)品信息，具有信息密度高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)和防偽性好等特點(diǎn)，能夠和產(chǎn)品直接相連，做到一物一碼。通過(guò)圖像處理與編碼技術(shù)，將包含產(chǎn)品信息的二進(jìn)制數(shù)字排列，形成不同的矩陣組合。在智能移動(dòng)端掃描解析重新生成產(chǎn)品的詳細(xì)信息，了解種植過(guò)程的明細(xì)。

2.5.2GIS技術(shù)

主要用于地塊管理環(huán)節(jié)。地理信息系統(tǒng)(GIS)提供追溯的地理位置信息，把地圖的視覺(jué)化效果和地理分析功能與數(shù)據(jù)庫(kù)集成在一起。GIS系統(tǒng)將地塊管理、質(zhì)量檢測(cè)管理和溯源編碼管理等功能模塊與監(jiān)督管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)融合與聯(lián)動(dòng)，將各類(lèi)預(yù)警信息在地圖上直觀呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警和應(yīng)急指揮。

2.5.3異構(gòu)系統(tǒng)整合技術(shù)

主要用于農(nóng)事管理和檢測(cè)管理等環(huán)節(jié)。通過(guò)SOA技術(shù)整合解決跨PC端和移動(dòng)端的異構(gòu)性問(wèn)題。系統(tǒng)采用面向服務(wù)(SOA)的設(shè)計(jì)思想，按需裝配的組件化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、資源和用戶的融合管理和端到端管理。基于SOA技術(shù)框架的松耦合的信息交換體系為系統(tǒng)提供Web Service接口。采用Web Service技術(shù)框架，通過(guò)松耦合、分布式和易擴(kuò)展的開(kāi)放管理平臺(tái)，提升各業(yè)務(wù)融合能力。

2.5.4異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)

主要用于農(nóng)事管理環(huán)節(jié)。多終端的數(shù)據(jù)格式存在多樣性，主要通過(guò)XML技術(shù)和JSON技術(shù)統(tǒng)一和轉(zhuǎn)換。XML即可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，是一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)語(yǔ)言，使用簡(jiǎn)單的標(biāo)記描述數(shù)據(jù)，在Internet中可跨平臺(tái)處理結(jié)構(gòu)化文檔信息。系統(tǒng)接收到請(qǐng)求方的請(qǐng)求后進(jìn)行對(duì)應(yīng)交易處理，返回XML格式的數(shù)據(jù)給請(qǐng)求方系統(tǒng)。JSON用于服務(wù)器和客戶端的數(shù)據(jù)交互，在不同的編程語(yǔ)言之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的報(bào)表插件與服務(wù)端數(shù)據(jù)傳輸格式采用JSON格式傳輸，便于格式統(tǒng)一和提高識(shí)別處理效率。

2.5.5空間數(shù)據(jù)交換技術(shù)

主要用于數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)。空間數(shù)據(jù)交換采用GML格式，遵守OGC規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，主要采用WMS和WFS技術(shù)。WMS通過(guò)地理空間信息的數(shù)據(jù)制作地圖，并返回地圖圖象。WFS通過(guò)GML傳遞地理空間數(shù)據(jù)，在基于HTTP協(xié)議的分布式計(jì)算平臺(tái)上對(duì)地理要素進(jìn)行增刪改查等操作，同時(shí)保證地理數(shù)據(jù)變化的一致性。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1開(kāi)發(fā)環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境

3.2系統(tǒng)界面

3.2.1主體注冊(cè)和審核

企業(yè)登錄主體注冊(cè)系統(tǒng)，提交備案信息，經(jīng)監(jiān)督管理系統(tǒng)審核通過(guò)后，保存到信息中心服務(wù)器，系統(tǒng)界面如圖5和圖6所示。

3.2.2用戶管理

企業(yè)按照監(jiān)督管理系統(tǒng)提供的賬號(hào)和密碼登錄生產(chǎn)管理系統(tǒng)，構(gòu)建組織結(jié)構(gòu)信息系統(tǒng)，依據(jù)部門(mén)職責(zé)和人員分工分配操作權(quán)限，系統(tǒng)界面如圖7所示。

3.2.3地塊劃分與管理

生產(chǎn)部應(yīng)用GIS技術(shù)劃定、標(biāo)注基地范圍，根據(jù)基地屬性和作物種植情況劃分、標(biāo)注和編碼地塊信息，系統(tǒng)界面如圖8所示。

3.2.4生產(chǎn)計(jì)劃管理

生產(chǎn)部依據(jù)地塊劃分情況，制定年度生產(chǎn)計(jì)劃。選擇關(guān)聯(lián)地塊、地塊面積和計(jì)劃種植的品種，設(shè)定播種(移栽)、收獲時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)農(nóng)事活動(dòng)的進(jìn)行情況自動(dòng)顯示目前的執(zhí)行狀態(tài)和進(jìn)度，系統(tǒng)界面如圖9所示。

3.2.5農(nóng)資采購(gòu)管理

供應(yīng)部依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃或農(nóng)事任務(wù)單，調(diào)用農(nóng)資庫(kù)存信息和農(nóng)業(yè)部農(nóng)資登記產(chǎn)品信息，填寫(xiě)采購(gòu)單，經(jīng)審核后進(jìn)行農(nóng)資采購(gòu)，系統(tǒng)界面如圖10和圖11所示。

3.2.6農(nóng)事管理

生產(chǎn)部根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃創(chuàng)建生產(chǎn)檔案，借助專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)，下達(dá)農(nóng)事任務(wù)單，通過(guò)PC端或手機(jī)端錄入農(nóng)事信息，系統(tǒng)界面如圖12和圖13所示。

3.2.7專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)指導(dǎo)

專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)主要包括農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥登記產(chǎn)品信息、農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)規(guī)程、禁用和限用農(nóng)藥名錄等，輸入搜索要求和選擇相關(guān)類(lèi)型，即可獲得科學(xué)有效的施肥施藥指導(dǎo)建議，系統(tǒng)界面如圖14所示。

3.2.8質(zhì)量安全檢測(cè)

農(nóng)作物成熟采收前，通過(guò)開(kāi)發(fā)的基于PC端的農(nóng)殘速測(cè)儀智能化檢測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可采收入庫(kù)，系統(tǒng)界面如圖15所示。

3.2.9追溯標(biāo)簽申請(qǐng)和打印

農(nóng)產(chǎn)品加工包裝后，在線申請(qǐng)追溯標(biāo)簽，經(jīng)監(jiān)督管理系統(tǒng)審核后，打印粘貼追溯標(biāo)簽，系統(tǒng)界面如圖16和圖17所示。

3.2.10追溯碼查詢(xún)

用戶可以登錄鄭州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息網(wǎng)(圖18)，輸入追溯碼查詢(xún)，或者用手機(jī)掃描二維碼查詢(xún)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，自2017年在鄭州市28家種植企業(yè)進(jìn)行了示范推廣應(yīng)用，共建立生產(chǎn)檔案2000多個(gè)，檢測(cè)蔬菜3500多批次，打印追溯標(biāo)簽40多萬(wàn)張。推廣應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從種植、檢測(cè)、采收、加工、包裝和配送的全程質(zhì)量安全控制和跟蹤溯源。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于多終端數(shù)據(jù)交互技術(shù)的“三品一標(biāo)”企業(yè)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)，采用SOA面向體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用移動(dòng)端和桌面端交互設(shè)計(jì)方式，通過(guò)設(shè)置專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)、農(nóng)資采購(gòu)管理、質(zhì)量檢測(cè)管理和追溯信息管理等功能模塊控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證追溯信息的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性，從而保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從種植、檢測(cè)、采收、加工、包裝和配送的全程質(zhì)量安全控制和跟蹤溯源。專(zhuān)家輔助支持信息庫(kù)可獨(dú)立開(kāi)發(fā)為APP，增加圖像識(shí)別模塊和語(yǔ)音識(shí)別模塊，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的病蟲(chóng)害圖片和農(nóng)作物病情描述，準(zhǔn)確識(shí)別病蟲(chóng)害種類(lèi)，提供病蟲(chóng)害防治解決方案。增加產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，采集溫度、濕度和光照等信息，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。