果蔬生產(chǎn)過程追溯平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

李喬宇　秦磊磊　穆元杰　劉淑云　尚明華

摘 要：針對果蔬追溯過程中信息不健全的問題，文中基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)了果蔬生產(chǎn)過程追溯平臺。平臺圍繞果蔬的生產(chǎn)檔案，建立交叉驗(yàn)證的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了種植計劃、生產(chǎn)記錄、肥料記錄、農(nóng)藥記錄、農(nóng)事操作、過程影像、采收入庫等功能，可以提供準(zhǔn)確完備的果蔬生產(chǎn)過程全程的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：果蔬生產(chǎn);農(nóng)產(chǎn)品追溯;數(shù)據(jù)模型;物聯(lián)網(wǎng);管理平臺;交叉驗(yàn)證

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）07-00-03

0 引 言

果蔬是中國家庭的日常必需品，產(chǎn)品質(zhì)量安全關(guān)乎千家萬戶的健康安危，越來越受到人們的重視。保障果蔬的食品安全涉及生產(chǎn)、收購包裝、保鮮貯存、物流運(yùn)輸、市場銷售五個環(huán)節(jié)。其中，生產(chǎn)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。國內(nèi)農(nóng)戶標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和安全用藥意識不強(qiáng)，有時為追求防控效果隨意加大農(nóng)藥的劑量和增加施藥次數(shù)，甚至使用國家禁止使用或限制使用的高毒農(nóng)藥，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留和超標(biāo)，是造成食品安全問題的最直接因素。此外，施肥過量也會造成耕地板結(jié)、土壤酸化甚至重金屬超標(biāo)的問題[1]。

農(nóng)產(chǎn)品追溯是解決食品安全問題的一個方向[2-6]。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)等，可以有效地將果蔬生產(chǎn)、收購、存儲、流通、銷售環(huán)節(jié)的信息串聯(lián)，形成對食品安全問題的溯源和定責(zé)[7-12]。但是在實(shí)際使用中，溯源過程仍然存在信息不完善、不健全的問題。因此，果蔬生產(chǎn)過程追溯平臺在已有物聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)上[13-15]，專注于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的完備性，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了一套數(shù)據(jù)模型，可以通過批次號向追溯過程的后續(xù)環(huán)節(jié)提供健全的果蔬生產(chǎn)信息。

1 數(shù)據(jù)模型設(shè)計

1.1 追溯數(shù)據(jù)電子目錄

果蔬產(chǎn)品追溯涉及生產(chǎn)、采收、存儲、物流、銷售多個環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)追溯數(shù)據(jù)能夠自動匹配，在每個環(huán)節(jié)中均設(shè)有批次號，通過批次號進(jìn)行不同環(huán)節(jié)的信息鏈接。追溯數(shù)據(jù)匹配流圖如圖1所示。

在果蔬定植時自動生成生產(chǎn)批次號，產(chǎn)中信息錄入過程中通過生產(chǎn)批次號連接在一起;采收時，系統(tǒng)自動形成采收批次號，采收批次號其中一項(xiàng)數(shù)據(jù)為生產(chǎn)批次號，這樣兩個環(huán)節(jié)便自動聯(lián)系在一起，采收后的檢測等數(shù)據(jù)與采收批次綁定即可;其他幾個環(huán)節(jié)與采收批次流程相同，均通過批次號上下連接，這樣實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的自動匹配。

1.2 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)模型

基于“需求分析—數(shù)據(jù)模型搭建—平臺功能實(shí)現(xiàn)”的流程，通過對萊陽、威海幾家公司的實(shí)地調(diào)研，明確了果蔬生產(chǎn)過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)類型，包括果蔬產(chǎn)品、所屬地塊、農(nóng)事操作、工作人員、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)模型，如圖2所示。數(shù)據(jù)模型以定植記錄為中心，從果蔬定植開始，產(chǎn)生以批次號為標(biāo)識的定植記錄，定植記錄關(guān)聯(lián)生產(chǎn)過程中的全方位信息，包括地塊信息、果蔬信息、農(nóng)事操作。進(jìn)一步地，地塊信息會關(guān)聯(lián)到所布置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、對關(guān)鍵過程記錄的影像數(shù)據(jù)以及對土壤的檢測記錄;農(nóng)事操作關(guān)聯(lián)相關(guān)的工作人員和操作記錄，主要是施肥、施藥，又會關(guān)聯(lián)到農(nóng)用資料的數(shù)據(jù)表。采收時生成采收批次號，用于后續(xù)的追溯環(huán)節(jié)對接，由于采收一般會發(fā)生多次，會對應(yīng)多個采收批次號。數(shù)據(jù)模型構(gòu)造了數(shù)據(jù)的相互驗(yàn)證機(jī)制，可以保證生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

2 平臺功能實(shí)現(xiàn)

果蔬生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)涉及對種植基地信息、種植信息、品控信息等多種信息，其信息來源主要是：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)測控設(shè)備主動獲取以及APP/Web交互接口錄入。果蔬生產(chǎn)過程追溯平臺基于已研建的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，重點(diǎn)工作在于：構(gòu)建與果蔬追溯信息匹配的數(shù)據(jù)庫，并對存入數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，以得到真實(shí)全面的數(shù)據(jù);開發(fā)追溯環(huán)節(jié)信息交互平臺，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的查看與錄入;追溯業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)電子目錄構(gòu)建以及追溯產(chǎn)品信息自動匹配。果蔬生產(chǎn)過程追溯平臺主要功能包括基于農(nóng)產(chǎn)品安全追溯元數(shù)據(jù)的種植計劃、生產(chǎn)記錄、肥料記錄、農(nóng)藥記錄、農(nóng)事操作、過程影像、采收入庫、農(nóng)殘檢測及公司信息等內(nèi)容。

2.1 Web端信息交互方法

2.1.1 種植計劃

進(jìn)入“生產(chǎn)檔案”界面，點(diǎn)擊右側(cè)菜單欄第一項(xiàng)可進(jìn)入“種植計劃”界面，如圖3所示，在該界面中可查看、添加、刪除種植計劃信息。種植計劃是與農(nóng)業(yè)基層服務(wù)站合作建立的種植模板，對不同果蔬按照時間線制定了農(nóng)事操作日歷，包括果蔬的生長期、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的農(nóng)事操作等，方便工作人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的種植，是整個果蔬生產(chǎn)過程的核心。

2.1.2 生產(chǎn)記錄

生產(chǎn)記錄是園區(qū)生產(chǎn)單元中定植果蔬時的信息記錄，可用于產(chǎn)品追溯的起始。在“生產(chǎn)記錄”界面選擇種植計劃的模板，添加生產(chǎn)記錄，生成生產(chǎn)批次號。后續(xù)果蔬生產(chǎn)過程全程的信息都可以根據(jù)生產(chǎn)批次號查詢，如圖4所示。

2.1.3 肥料/農(nóng)藥記錄

在“生產(chǎn)檔案”界面右側(cè)的菜單欄可進(jìn)入“肥料記錄”/“農(nóng)藥記錄”界面，如圖5所示，該部分用于記錄果蔬生長過程中果蔬的施肥施藥情況?？筛鶕?jù)肥料/農(nóng)藥種類、使用日期及生產(chǎn)批次號查詢肥料記錄。每次進(jìn)行施肥、施藥操作時要添加新的操作記錄，如圖6所示，肥料/農(nóng)藥的用量會與后臺中已采購的農(nóng)資數(shù)據(jù)表相關(guān)聯(lián)，保證數(shù)據(jù)的可信。

2.1.4 農(nóng)事操作

一般的農(nóng)事操作在菜單欄的“農(nóng)事操作”界面進(jìn)行管理，如圖7所示，主要包括不涉及農(nóng)資的澆水、剪枝、套袋等具體農(nóng)事操作。該界面中可查看、添加、刪除農(nóng)事操作信息。

2.1.5 過程影像

通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，但是由于存儲容量的限制，視頻信息一般不會留存。而視頻信息又是果蔬生長過程安全性的有效證明，因此平臺根據(jù)種植計劃中制定的生長期關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)存儲監(jiān)控視頻作為生長過程中關(guān)鍵時期的影像數(shù)據(jù)。在“生產(chǎn)檔案”界面的“過程影像”功能中可以根據(jù)生產(chǎn)單元和時間段查看對應(yīng)的過程影像信息，如圖8所示。