云南農產品氣候品質評估暨溯源系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

張茂松，馮 睿，劉英豪，丁 圣

(1.云南省氣候中心，云南 昆明 650032； 2.昆明東溯科技有限公司，云南 昆明 650100；3.玉溪市元江縣氣象局，云南 元江 653300； 4.玉溪市氣象局，云南 玉溪 653100)

0 引言

隨著社會經濟的發(fā)展，農產品消費不斷升級，市場上出現(xiàn)越來越多的優(yōu)質農產品，消費群體更注重品牌化、個性化，針對這一需求，氣象部門和農業(yè)部門加深合作，展示當地氣候特點和資源優(yōu)勢，打造“氣候好產品”，提升名特優(yōu)農產品的附加值，自2012年浙江省氣象部門開展農產品氣候品質認證工作以來，全國氣象部門正在積極與農業(yè)部門一起開展各地特色農產品氣候品質評估工作[1-2]。

國內已開發(fā)的溯源系統(tǒng)有些僅面向單一農產品，有些涉及工業(yè)生產及物流環(huán)節(jié)，系統(tǒng)投入龐大，不利于面向基層初級農產品企業(yè)和生產大戶推廣使用，本系統(tǒng)面向初級農產品結合氣象和農事數據，還提供氣象品質評估報告，有利于幫助企業(yè)打造高端農產品品牌，也有利于農戶增收增效[3-10]。

1 系統(tǒng)需求

1.1 氣候品質評估

申請氣候品質評估的農產品應具有地方特色和一定的種植規(guī)模，且以常規(guī)方式種植的生產區(qū)域范圍內的初級農產品。獨特的地理環(huán)境和氣候條件決定了當地農產品的品質，依據QX/T486—2019《農產品氣候品質認證技術規(guī)范》進行氣候品質評估所需資料包括農產品資料和氣象資料兩大類。

農產品資料包括農產品的名稱、品種、品質指標和生產基地信息等。其中，品質指標主要包括內在生理生化指標和外觀指標；生產基地信息包括基地名稱、地址、生產規(guī)模、產地概況和環(huán)境條件等。

氣象資料應是代表該農產品生產區(qū)域和影響該農產品生產的時間范圍內的資料。氣象資料來源于當地氣象部門，以最能代表認證區(qū)域內氣象條件的氣象觀測站為準，如認證區(qū)域內或周邊區(qū)域的農田小氣候觀測站、區(qū)域自動氣象站或基本氣象站。氣象要素主要包括氣溫、降水量、空氣相對濕度、日照時數、土壤溫度、土壤相對濕度、太陽輻射等與農產品品質密切相關的氣象因子。由氣象部門內部專家分析相關數據資料確定農產品的氣候品質指標，出具評估報告，完成相關農產品的氣候等級評估。

1.2 農產品溯源

農產品的氣候品質評估需要追溯農產品的開花、結果和采摘等整個生育期，同時需要記錄相關灌溉、施肥和修枝除草等田間管理內容。氣候品質評估所需的農產品資料天然帶有溯源信息，由農產品企業(yè)負責自身農產品溯源信息的收集工作。雖然整個農產品從種植到消費者手中經歷的供應鏈信息繁多，但并非所有信息都與質量安全相關，也不是所有信息(如銷售和物流等信息)都可以共享或獲取。由于本系統(tǒng)涉及到的是初級農產品，不是加工農產品也不是工業(yè)品，包含農產品生育期信息、相關質檢報告及農產品企業(yè)相關信息等信息已足夠反映農產品質量，消除消費者疑慮[7-9]。本系統(tǒng)中農產品溯源信息面向所有消費者開放顯示。

1.3 非功能性需求

考慮未來推廣需求，要求系統(tǒng)性能達到：①滿足1萬家企業(yè)，100個氣象局用戶使用，可滿足10萬個消費者同時瀏覽并發(fā)訪問，5 s內顯示頁面信息，10 s內加載全部顯示內容，不會產生死鎖及沖突；②友好的容錯性，當用戶輸入錯誤數據時，系統(tǒng)應給出友好的提示，請用戶重新輸入；③無須安裝軟件或APP，基于瀏覽器；④基于云平臺，無須服務器和日常維護；⑤二維碼按需申請做到一物一碼。

系統(tǒng)安全需求：①具有定時和手動自動備份功能；②用戶密碼存儲傳輸應加密；③企業(yè)用戶和氣象局用戶要求注冊實名制，可以手機號登錄后臺和找回密碼。

2 系統(tǒng)設計

2.1 部署架構設計

根據《中國氣象局網絡安全管理辦法(試行)》和《云南省氣象信息系統(tǒng)集約化實施細則》文件精神，為加強安全防護等級和節(jié)約運營成本，系統(tǒng)基于最小數據原則進行云平臺部署[11-15]。系統(tǒng)架構如圖1所示，由軟件公司負責系統(tǒng)后期維護運營，系統(tǒng)管理員、氣象局用戶和企業(yè)用戶都對接系統(tǒng)云平臺，系統(tǒng)中僅上傳農產品溯源信息和氣候特征數據，不上傳氣象原始數據，對氣象局和企業(yè)用戶都無需擔心數據泄密風險。

圖1 系統(tǒng)部署架構Fig.1 System deployment architecture

2.2 功能模塊設計

系統(tǒng)功能模塊設計如圖2所示，系統(tǒng)劃分為“氣候品質評估系統(tǒng)”和“農產品溯源系統(tǒng)”兩大部分，分別面向氣象局用戶和農產品企業(yè)用戶。

圖2 系統(tǒng)功能模塊Fig.2 System function module

農產品溯源系統(tǒng)分為企業(yè)信息維護、產品信息維護、溯源碼維護、溯源信息維護和氣候品質評估提交共5大模塊?！八菰创a維護”用于對溯源碼的繳費審批，系統(tǒng)平臺有足夠的數據處理能力可以做到一物一碼，相應的溯源碼印刷等成本也會提高，企業(yè)用戶可以根據需求自行申請溯源碼數量；可以查看到溯源碼的掃碼情況，對于部分掃碼數量過多，可能存在盜碼行為的二維碼進行封禁處理?！八菰葱畔⒕S護”是用于輸入本批次溯源農產品的生育期信息、田間管理信息、加工生產信息、質檢報告及產品批次信息?！皻夂蚱焚|評估提交”是由企業(yè)用戶面向特定區(qū)域氣象局提交評估申請，等待氣象局線下審核評估。

氣候品質評估系統(tǒng)只有資格審核和評估報告兩項功能，氣象局用戶登錄后會查看到農產品企業(yè)的氣候品質評估提交信息，經過專家評估后做出是否通過審核的結果，通過審核的，由氣象局提交農產品氣候品質評估報告供申請批次農產品使用?！霸u估報告”功能用于提交上傳評估報告。

2.3 流程設計

系統(tǒng)流程設計如圖3所示，氣象局用戶登錄后，分析數據資料后對通過氣候評估的出具評估報告。企業(yè)用戶錄入相關溯源信息，需要氣候品質評估的等待氣象局出具評估報告，不需要的可以直接印刷二維碼上市銷售。消費者掃碼二維碼后查看相關溯源信息和氣候品質評估結果。系統(tǒng)管理員由系統(tǒng)維護公司承擔，主要進行信息審核工作，防止出現(xiàn)違反法律法規(guī)的信息對外發(fā)布，同時負責二維碼信息的管理和印刷職能。

圖3 系統(tǒng)流程Fig.3 System flow

2.4 用戶角色權限設計

系統(tǒng)角色設計為系統(tǒng)管理員、企業(yè)用戶、氣象局用戶和普通消費者4種，如表1所示。普通消費者僅瀏覽信息。系統(tǒng)管理員負責后臺參數維護、用戶信息審核及平臺數據備份與恢復功能。氣象局用戶負責審核氣候品質評估結果，對優(yōu)和良好等級以上的評估結果出具氣候品質評估報告。企業(yè)用戶用于自身企業(yè)和產品信息錄入，信息錄入的完整性決定了最終溯源信息的呈現(xiàn)效果。

表1 系統(tǒng)角色功能設計Tab.1 System role function design

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)技術

系統(tǒng)基于“高內聚低耦合”思想，前臺應用與后臺應用分離，這里的分離不僅要求部署是分離的，業(yè)務相關的代碼也是完全分離。系統(tǒng)使用Java語言，基于Spring Cloud微服務框架進行開發(fā)，Spring Cloud基于J2EE平臺架構，具備服務的注冊與發(fā)現(xiàn)，服務集群的治理等較完備微服務系統(tǒng)架構的一站式解決方案功能[16-19]。它可提供一套簡易的編程模型，進行服務發(fā)現(xiàn)注冊、配置中心、消息總線、負載均衡、斷路器和數據監(jiān)控等云平臺操作，對相關服務的復雜性實現(xiàn)復用，輕松地實現(xiàn)微服務項目的構建。Spring Cloud還可以滿足不同用戶的需求，前端可支持各種小程序，以及文字、圖片和視頻等多媒體展示實現(xiàn)。

3.2 溯源防偽技術

系統(tǒng)通過監(jiān)測二維碼掃碼次數或同期異地掃描來判斷是否有異常，無需安裝APP或客戶端，不限制手機操作系統(tǒng)，使用微信、支付寶和瀏覽器都可以掃描[20-21]。系統(tǒng)存儲的用戶密碼使用MD5不可逆加密算法進行加密，忘記密碼后只能重置密碼無法找回。

3.3 應用示例

元江禾潤農業(yè)發(fā)展有限公司與元江縣氣象局合作進行芒果氣候品質評估及溯源工作，禾潤公司錄入相應溯源信息，如圖4a所示，產生溯源碼使用手機掃描后，呈現(xiàn)圖4b所示界面。氣象局用戶登錄后，看見禾潤公司的氣候品質評估申請，如圖4c所示，點擊可查看產品詳細信息。

圖4 系統(tǒng)實現(xiàn)界面Fig.4 System implementation interface

4 結論與討論

開展氣候品質評估工作有利于反映當地氣候特點和資源優(yōu)勢，提升農產品的市場競爭力，是氣象部門服務國家生態(tài)文明建設、經濟社會發(fā)展和實現(xiàn)人民美好生活愿望的特色品牌。本研究基于氣候品質評估工作和農產品溯源工作相結合，基于云平臺開發(fā)，面向農產品種植、加工企業(yè)，幫助企業(yè)將農產品種植、加工過程信息和產品附屬核心、重要信息，通過產品包裝的二維碼向購買的消費者進行闡述、說明和溯源，為企業(yè)推廣產品提供溯源工具和平臺支撐。

系統(tǒng)面向初級農產品，由氣象部門提供氣候品質評估報告，不包括工業(yè)生產及銷售流通環(huán)節(jié)數據，不直接接入氣象數據，由第三方維護，與市場上其他溯源系統(tǒng)比，數據安全性高，維護及使用成本低，功能直觀，操作簡單，利于中小企業(yè)及種植戶接入平臺使用，已在云南部分基層縣區(qū)免費試用，取得了良好的社會經濟效益。