基于地理信息系統(tǒng)、云平臺(tái)的糧食扦樣外業(yè)管理技術(shù)與模式

何明濤，王利丹，邢 勇，秦 雯，張 穎

（1. 國(guó)貿(mào)工程設(shè)計(jì)院，北京 100037；2. 中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可中心，北京 100162）

糧油質(zhì)量扦樣是糧食交易、儲(chǔ)藏、加工過(guò)程中，保留過(guò)程樣本進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的重要工作，對(duì)保證公平交易以及控制糧食儲(chǔ)藏、加工生產(chǎn)過(guò)程，保證糧食品質(zhì)有重要意義[1]。糧油質(zhì)量扦樣包含大量的外業(yè)工作，由于技術(shù)和管理水平的不足，一直以來(lái)存在以下若干問(wèn)題：1、扦樣區(qū)域代表性不足：在扦樣區(qū)域的選擇上缺少科學(xué)依據(jù)及合理性校驗(yàn)或扦樣人員未按要求在指定扦樣地點(diǎn)扦樣且未被校驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)；2、扦樣地點(diǎn)不準(zhǔn)確：扦樣人員不熟悉地理位置，尋找指定扦樣地點(diǎn)時(shí)不夠快速準(zhǔn)確甚至無(wú)法找到正確地點(diǎn)；3、扦樣結(jié)果不客觀：扦樣人員與檢測(cè)人員相互串通，造成扦樣、檢測(cè)過(guò)程存在舞弊行為；4、扦樣信息管理系統(tǒng)建設(shè)難度大：基層扦樣單位不具備足夠的資金和運(yùn)維管理力量，無(wú)法建立相對(duì)龐大的扦樣、檢測(cè)管理平臺(tái)。本研究提供一套簡(jiǎn)便快捷的基于GIS和云平臺(tái)的扦樣管理技術(shù)和模式，用以解決上述問(wèn)題，并在全國(guó)20個(gè)省市采集樣品，經(jīng)多家糧油質(zhì)檢機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)備庫(kù)應(yīng)用予以驗(yàn)證。

1 糧食扦樣外業(yè)管理技術(shù)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

針對(duì)糧食生產(chǎn)、儲(chǔ)藏中存在的扦樣外業(yè)工作的缺陷，我們運(yùn)用GIS（地理信息系統(tǒng)）、云平臺(tái)技術(shù)建立了一整套扦樣外業(yè)操作系統(tǒng)及管理模式[2]。

該系統(tǒng)包括：1、扦樣任務(wù)管理系統(tǒng)；2、扦樣終端管理系統(tǒng)；3、檢測(cè)數(shù)據(jù)直報(bào)系統(tǒng)；4、數(shù)據(jù)合成及分析系統(tǒng)。系統(tǒng)將各種質(zhì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并進(jìn)行自動(dòng)流轉(zhuǎn)、賦值，實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食安全的全程質(zhì)量溯源和監(jiān)測(cè)、預(yù)警。實(shí)現(xiàn)糧食扦樣樣品真實(shí)可靠、檢測(cè)過(guò)程控制質(zhì)量可追溯、監(jiān)測(cè)預(yù)警、檢測(cè)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析和展示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1.1 扦樣任務(wù)管理系統(tǒng)

主要功能包括：扦樣終端用戶注冊(cè)及管理；對(duì)地圖按 XKM*XKM 規(guī)格進(jìn)行網(wǎng)格化分割及并建立編號(hào)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)扦樣任務(wù)網(wǎng)格化定義；任務(wù)列表的查看、創(chuàng)建及修改；進(jìn)行遠(yuǎn)程扦樣任務(wù)下達(dá)。

1.1.2 扦樣終端管理系統(tǒng)

主要功能包括：實(shí)現(xiàn)與扦樣任務(wù)管理系統(tǒng)的銜接；具備移動(dòng)GIS系統(tǒng)平臺(tái)，可進(jìn)行扦樣地理位置的自動(dòng)校驗(yàn)；進(jìn)行樣品基本信息的錄入；對(duì)扦樣過(guò)程的時(shí)間、位置信息進(jìn)行自動(dòng)記錄；對(duì)照片、視頻等過(guò)程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)記錄；對(duì)扦樣過(guò)程記錄數(shù)據(jù)選擇性生成二維碼（帶數(shù)字編碼）并現(xiàn)場(chǎng)打印；對(duì)扦樣過(guò)程記錄文件的導(dǎo)出及上傳。

1.1.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)直報(bào)系統(tǒng)

主要功能包括：進(jìn)行檢測(cè)業(yè)務(wù)端的注冊(cè)及用戶管理；對(duì)樣品二維碼進(jìn)行掃描識(shí)別及數(shù)據(jù)提??；對(duì)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)按WHO格式的錄入及初步處理；建立檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)；可將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)平臺(tái)。

圖2 檢測(cè)數(shù)據(jù)直報(bào)系統(tǒng)界面

1.1.4 數(shù)據(jù)合成及分析系統(tǒng)

主要功能包括：建立數(shù)據(jù)管理云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)站等基層數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程處理和服務(wù)；以扦樣二維碼為唯一標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)扦樣數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)的后臺(tái)合成；根據(jù)基于地理信息的樣品檢測(cè)結(jié)果，在地圖上能準(zhǔn)確的展示，展示方式：根據(jù)不同的指標(biāo)、不同的污染水平或統(tǒng)計(jì)方式，根據(jù)行政區(qū)劃，按專題地圖方式展示；在地圖上任意選取若干樣品標(biāo)記點(diǎn)，能自動(dòng)計(jì)算并顯示平均值、方差等相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析；可按要求進(jìn)行選樣所在行政區(qū)域的質(zhì)量狀態(tài)顏色渲染（如重金屬、衛(wèi)生指標(biāo)。綠色正常、黃色預(yù)警、紅色污染等），直接在該地圖上展示。

同時(shí)，本系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)了一種第三方的扦樣信息管理模式，對(duì)于投資及技術(shù)能力不具備建設(shè)信息系統(tǒng)條件的單位，可采用平臺(tái)租賃等合作模式。因此，系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)了分權(quán)限用戶管理系統(tǒng)，使用者可根據(jù)需求租用云平臺(tái)，使用平臺(tái)的地圖資源、BI等數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、及扦樣遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)進(jìn)行扦樣工作的管理。

圖3 數(shù)據(jù)合成及分析系統(tǒng)界面1

圖4 數(shù)據(jù)合成及分析系統(tǒng)界面2

1.2 糧食扦樣外業(yè)技術(shù)實(shí)施方式

質(zhì)檢部門首先根據(jù)遙感地圖可以得出所要扦樣品種的產(chǎn)區(qū)位置，根據(jù)產(chǎn)區(qū)位置繪制出產(chǎn)區(qū)地圖，將地圖劃分成 X公里*X公里的網(wǎng)格，并根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)種糧戶數(shù)分布決策扦樣數(shù)量、品種及地點(diǎn)，給出扦樣地點(diǎn)的經(jīng)、緯度信息，發(fā)布任務(wù)。

扦樣人員接受任務(wù)并根據(jù)手持機(jī)地圖導(dǎo)航功能前往任務(wù)中指定的扦樣地點(diǎn)。

到達(dá)地點(diǎn)后，在手持終端上針對(duì)任務(wù)校驗(yàn)時(shí)間地點(diǎn)，時(shí)間地點(diǎn)通過(guò)校驗(yàn)則繼續(xù)向下進(jìn)行扦樣信息記錄工作，如不通過(guò)校驗(yàn)則根據(jù)提示經(jīng)緯度信息尋找正確地點(diǎn)，直至通過(guò)地理位置校驗(yàn)。

扦樣人員開(kāi)始扦樣、填寫(xiě)信息等相關(guān)工作[3]，手持終端記錄開(kāi)始時(shí)間、位置信息及填寫(xiě)內(nèi)容。

手持終端生成樣品信息二維碼，打印后貼于樣品袋表面。

手持終端對(duì)扦樣環(huán)境、樣品袋拍照。

完成扦樣相關(guān)工作，手持終端記錄結(jié)束時(shí)間、位置信息，生成一條完整扦樣記錄。

扦樣信息上傳至云端服務(wù)器。

檢驗(yàn)人員接樣，掃描樣品編碼，建立信息關(guān)聯(lián)，進(jìn)行樣品檢驗(yàn)并將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器。

云端服務(wù)器對(duì)扦樣信息和檢測(cè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)合并處理，形成基于GIS地理信息的扦樣檢測(cè)結(jié)果展示、分析。

圖5 糧食扦樣外業(yè)實(shí)施流程圖

2 糧食扦樣外業(yè)管理技術(shù)應(yīng)用

2.1 糧油質(zhì)量檢測(cè)站的應(yīng)用

本系統(tǒng)自開(kāi)發(fā)以來(lái)，已連續(xù) 5年為糧食行業(yè)樣品采集工作提供軟件和硬件支持，樣品采集涉及河南、河北、山東、安徽、吉林、內(nèi)蒙、湖南、湖北、云南、四川等省、市、自治區(qū)近20個(gè)，采集樣品 4 000余份；先后服務(wù)安徽省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站、湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心、四川遂寧糧油質(zhì)檢站等我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食檢測(cè)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，有效保證了樣品采集的代表性、真實(shí)性和信息獲得的有效性、準(zhǔn)確性，為政府監(jiān)管與決策提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

2.2 國(guó)家儲(chǔ)備庫(kù)的應(yīng)用

本系統(tǒng)還服務(wù)清苑國(guó)家糧食儲(chǔ)備庫(kù)、大廠回族自治縣糧食局直屬庫(kù)等國(guó)家和和地方糧庫(kù)，用于對(duì)糧食集并的管理，有效保障了集并糧扦樣檢測(cè)的真實(shí)性和代表性，降低了大宗糧食集并質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 糧油食品企業(yè)的應(yīng)用

瑪氏食品（中國(guó)）有限公司、安徽正宇面粉有限公司等國(guó)內(nèi)外糧食加工、飼料生產(chǎn)和順豐速運(yùn)等物流企業(yè)、食品企業(yè)20余家，為相關(guān)企業(yè)的原料收購(gòu)調(diào)查工作提供了切實(shí)有效的采樣工具，規(guī)避了扦、檢串通舞弊風(fēng)險(xiǎn)，提高了糧食原料調(diào)研的效率，減少相關(guān)企業(yè)不合格原料采購(gòu)造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失，并在生產(chǎn)源頭上對(duì)食品飼料安全進(jìn)行有效把關(guān)。

2.4 地方糧食質(zhì)量安全評(píng)估應(yīng)用

北京市科委項(xiàng)目“霉菌毒素高通量篩查和自動(dòng)化前處理技術(shù)研究及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”，應(yīng)用本系統(tǒng)采集樣品近200份，為摸清北京市糧食質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)情況提供技術(shù)支持。

3 總結(jié)

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)糧油檢測(cè)站、國(guó)家儲(chǔ)備糧庫(kù)、糧油食品企業(yè)等應(yīng)用，使扦樣任務(wù)分配合理，扦得樣品具有代表性。

建立了較完善的野外扦樣作業(yè)管理體系，規(guī)范了扦樣操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)扦樣作業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)管。

通過(guò)扦、檢分開(kāi)，后臺(tái)數(shù)據(jù)合成，保證了樣品檢測(cè)公平、公正，減少了舞弊行為。

得益于本系統(tǒng)豐富的數(shù)據(jù)處理手段，使扦、檢成果輕松處理，可視直觀。

平臺(tái)租用的管理模式，可解決基層單位建設(shè)資金及技術(shù)人員不足的問(wèn)題。

備注：本文的彩色圖表可從本刊官網(wǎng)（http://lyspkj.ijournal.cn/ch/index.axpx）、中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普、超星等數(shù)據(jù)庫(kù)下載獲取。