運(yùn)城蘋果品質(zhì)認(rèn)證及質(zhì)量溯源系統(tǒng)研究

周運(yùn)麗 張茜茹 趙銀玲

(山西省運(yùn)城市氣象局，山西 運(yùn)城 044000)

引言

運(yùn)城市地處N35°的地理帶,該區(qū)土壤深厚,陽光充足,降水適中,海拔較高,溫差大,是中國黃土高原的蘋果產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢地區(qū),蘋果一直以來都是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)作物。運(yùn)城品牌蘋果的發(fā)展，對提高運(yùn)城蘋果的市場競爭力有著深遠(yuǎn)的意義。然而，由于果農(nóng)以及商家的蘋果生產(chǎn)模式比較分散、信息不對稱、服務(wù)體系不健全，品質(zhì)認(rèn)證和監(jiān)管還存在很多的困難。同時(shí)，在國家越來越重視食品安全的背景下，食品品質(zhì)追溯已經(jīng)成為大勢所趨的行業(yè)要求，對于運(yùn)城蘋果企業(yè)的發(fā)展來說,長遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)就是增強(qiáng)運(yùn)城蘋果公司的國際品牌感和消費(fèi)者的信任感,塑造公司品牌形象,規(guī)范運(yùn)城蘋果食品企業(yè)經(jīng)營監(jiān)督管理,提高公司經(jīng)營管理收益,建立一套合格的運(yùn)城蘋果生產(chǎn)企業(yè)品質(zhì)認(rèn)證及質(zhì)量溯源系統(tǒng)是非常必要的[1]。

國外學(xué)者對蘋果氣候生態(tài)關(guān)系開展了研究，日、美、俄等國家在這方面取得了較多成績。我國對蘋果生產(chǎn)的研究主要集中在蘋果的區(qū)劃上，為制定蘋果的發(fā)展規(guī)劃積累了大量的指標(biāo)和成果。有些研究者觀察研究了氣象因子對蘋果質(zhì)量的影響,魏欽平應(yīng)用了多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,對位于我國不同自然生態(tài)環(huán)境類型區(qū)的紅富士蘋果果實(shí)品質(zhì)的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果分析,研究出了紅富士蘋果品質(zhì)與生態(tài)氣象因子關(guān)系。宋尚偉教授對黃河故道和豫西地區(qū)二山區(qū)的蘋果種植農(nóng)業(yè)對氣候影響進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比分析。馬杰利用1981—2010年我國大秦州地區(qū)的蘋果生產(chǎn)資源,以及4—8月平均氣溫、降雨量、日照時(shí)數(shù)等資源,構(gòu)建了綜合氣象資源指數(shù),并系統(tǒng)分析了蘋果生產(chǎn)在各個(gè)生育階段中氣候因子變化的相互關(guān)聯(lián)。劉璐通過采用K階自回歸模型預(yù)測蘋果成熟期連陰雨，同時(shí)設(shè)計(jì)了連陰雨指數(shù)，將其強(qiáng)度進(jìn)行分級。鄭小華研究建立了陜西省蘋果全年產(chǎn)量品質(zhì)監(jiān)測預(yù)報(bào)分析系統(tǒng)。近年來,隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、LBS地理地圖信息等高新技術(shù)的成熟和快速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對蘋果品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和動態(tài)管理很有必要。

本文針對蘋果產(chǎn)地、質(zhì)量、個(gè)數(shù)、著色度、含糖量、含酸量、硬度、氣候品質(zhì)評價(jià)等蘋果品質(zhì)指標(biāo)，試圖對物聯(lián)網(wǎng)條件下的品質(zhì)認(rèn)證作出探索。以運(yùn)城蘋果產(chǎn)品為實(shí)例，設(shè)計(jì)基于氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)和蘋果生產(chǎn)品質(zhì)數(shù)據(jù)的蘋果品質(zhì)認(rèn)證及蘋果質(zhì)量溯源管理系統(tǒng)[2]，實(shí)現(xiàn)蘋果生產(chǎn)、運(yùn)輸和存儲過程的質(zhì)量溯源管理。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)遵循了軟件工程中“高內(nèi)聚低耦合”的總體設(shè)計(jì)思想,實(shí)行了3層次軟件架構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)訪問層面由蘋果作物生長期監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)分析、蘋果品質(zhì)數(shù)據(jù)分析等多個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模型構(gòu)成,服務(wù)邏輯層面則要求各個(gè)系統(tǒng)模型都可以同時(shí)完成,能夠?qū)崿F(xiàn)氣象觀測數(shù)據(jù)分析收集,并負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)的主要服務(wù)功能,氣候認(rèn)證結(jié)果及其蘋果溯源信息數(shù)據(jù)顯示等主要服務(wù)內(nèi)容和邏輯數(shù)據(jù)分析主要功能。數(shù)據(jù)層的所有數(shù)據(jù)處理工作最后都統(tǒng)一管理在一套后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),并利用了氣象機(jī)構(gòu)內(nèi)部有關(guān)軟件系統(tǒng)的管理接口技術(shù)。表現(xiàn)層進(jìn)行了功能界面展示與設(shè)計(jì)工作,為接收用戶信息等各種功能要求并且為將數(shù)據(jù)信息回到現(xiàn)實(shí)世界提出了功能界面連接。

1.2 數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫來存儲和管理數(shù)據(jù)[3]，通過溯源實(shí)地調(diào)研和CMISS定點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)記錄蘋果有關(guān)信息，確定蘋果品質(zhì)數(shù)據(jù)表、各個(gè)生育期氣象數(shù)據(jù)表、蘋果產(chǎn)地信息表、標(biāo)簽生成與發(fā)放記錄表等數(shù)據(jù)庫，信息表組成了蘋果氣候品質(zhì)信息追溯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，是系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 采用的技術(shù)方法

蘋果采集地點(diǎn)所在的國家氣象站點(diǎn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或地方氣象站,與果園內(nèi)小氣侯儀的日值數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合,并按照不同生育期統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段內(nèi)的日均溫度、降水量、太陽日照時(shí)間、活動積溫等。通過多元逐步回歸方程算法即可建立蘋果品質(zhì)指標(biāo)與外部氣象因子間的回歸方程，得到符合蘋果品質(zhì)指標(biāo)的氣候影響模型。

運(yùn)城市蘋果品質(zhì)認(rèn)證及溯源系統(tǒng)是根據(jù)得到的蘋果品質(zhì)指標(biāo)的氣候模型而建立的，該認(rèn)證系統(tǒng)前臺以HTML5、Bootstrap、Jquery、Thymeleaf等WEB技術(shù)設(shè)計(jì)和展示頁面。數(shù)據(jù)庫的存儲框架一般使用MySQLl數(shù)據(jù)庫,而和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間交互使用的是Mybatis框架,業(yè)務(wù)功能管理以Spring框架進(jìn)行。系統(tǒng)基于Java Ruoyi框架研發(fā)而成。

3 功能性需求分析

3.1 氣象信息數(shù)據(jù)模塊

系統(tǒng)對接CMISS系統(tǒng)，啟用定時(shí)任務(wù)，每隔24h執(zhí)行1次，定時(shí)獲取各蘋果監(jiān)測站前1d平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日較差等氣象要素值，為系統(tǒng)提供真實(shí)可靠數(shù)據(jù)支撐。

對數(shù)據(jù)庫中的氣象信息進(jìn)行可視化分析，用戶可以根據(jù)不同時(shí)間、不同地點(diǎn)，對不同時(shí)間段、不同地點(diǎn)的走勢形成折線圖；對某一地區(qū)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行對比形成柱狀圖。

3.2 蘋果品質(zhì)數(shù)據(jù)模塊

軟件系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入功能，用戶可通過預(yù)先下載軟件系統(tǒng)提供的模板，將各觀測點(diǎn)每年生成的有關(guān)蘋果果重、可溶性固形物、干物質(zhì)、橫徑、縱徑、硬度、含糖量、酸度、體積、裂紋、著色等數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部。

實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)庫中所存數(shù)據(jù)展示到頁面中。管理員可以點(diǎn)擊添加按鈕，輸入和選擇對應(yīng)的蘋果的相關(guān)信息，并提交保存。用于一次性上傳存有大量的原始數(shù)據(jù)的文檔的模塊，選擇上傳一個(gè)文檔，如Excel表格，系統(tǒng)解析文檔將其中的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的模塊。

3.3 品質(zhì)評價(jià)模塊

通過對各類氣象因子在不同生育期內(nèi)對蘋果的影響進(jìn)行了評級標(biāo)準(zhǔn)的分析，最終將蘋果分為二級、一級、特級3個(gè)等級。所有相關(guān)要素全部達(dá)到二級或者超過1/2的要素達(dá)到二級，將被評定為二級。所有相關(guān)要素達(dá)到一級或超過1/2的要素達(dá)到一級，其余要素達(dá)到二級的，將被評定為一級。所有相關(guān)要素達(dá)到或超過1/2要素達(dá)到特級，其余要素達(dá)到一級，將被評為特級。同時(shí)系統(tǒng)提供了求平均值、求和等實(shí)時(shí)計(jì)算功能，為后續(xù)蘋果品質(zhì)評價(jià)提供數(shù)據(jù)計(jì)算能力支撐。

3.4 蘋果溯源模塊

由于各蘋果對果實(shí)質(zhì)量和氣象影響因子的回歸模式均為單因子模式,因此運(yùn)用該回歸模式,根據(jù)運(yùn)城蘋果的實(shí)際品質(zhì)情況,并依據(jù)中國農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《紅富士蘋果》(NYT 1075-2006)各蘋果質(zhì)量特級、一級和二級的分級測定規(guī)范,通過測算得出與各蘋果質(zhì)量指標(biāo)不同級別相應(yīng)的氣象影響要素臨界值,將其作為運(yùn)城紅富士蘋果氣候品質(zhì)分級指標(biāo)，見表1。由于運(yùn)城蘋果的硬度較小,故將硬度指標(biāo)調(diào)整為>4.4N·cm-2。從表1可知,在氣候環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)同時(shí)獲得滿足時(shí),如著色期平均最低氣溫≥10.9℃,花期平均活動積溫≤450.2℃·d-1,全生育期平均最低氣溫>14.2℃,膨大期活動積溫≤1959.8℃·d-1全著色期日照量>43.8h,則果品的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到了特級。使用紅果品氣候指數(shù),就可以對運(yùn)城紅富士蘋果的各項(xiàng)質(zhì)量等級做出即時(shí)預(yù)報(bào)與綜合評估[4]。

管理員也可以新添加一個(gè)蘋果,并錄入當(dāng)前蘋果產(chǎn)品所屬溯源的基礎(chǔ)信息、產(chǎn)地信息、氣象信息等有關(guān)要素，見圖1,并使用AES與RSA的混合加密算法自動形成蘋果氣候品質(zhì)驗(yàn)證的二維碼標(biāo)簽,用戶可以通過手機(jī)掃描此二維碼標(biāo)簽對已認(rèn)證蘋果產(chǎn)品進(jìn)行追溯信息檢索,即可得到當(dāng)前的蘋果氣候認(rèn)證信息、追溯信息、產(chǎn)品信息和全生育期間的氣象要素?cái)?shù)據(jù)走勢等有關(guān)信息,同時(shí)使用者也可以通過掃描此二維碼標(biāo)簽檢索該產(chǎn)品的追溯報(bào)告[5]。

圖1 溯源信息填寫

4 總結(jié)展望

運(yùn)城蘋果質(zhì)量認(rèn)證與責(zé)任追溯體系,通過平臺評判和專家評審相結(jié)合的運(yùn)行方法,率先完成了對運(yùn)城蘋果氣候質(zhì)量認(rèn)定和追溯工作的全程信息管理一體化流程運(yùn)行,有效提高了質(zhì)量認(rèn)定工作可靠性。但該系統(tǒng)還具有一些技術(shù)不足，隨著蘋果氣候品質(zhì)數(shù)據(jù)不斷增加，蘋果氣候品質(zhì)認(rèn)證技術(shù)更加成熟，經(jīng)驗(yàn)更加豐富，系統(tǒng)中現(xiàn)有的蘋果氣候品質(zhì)評價(jià)模型也需按照業(yè)務(wù)要求不斷改進(jìn),以滿足業(yè)務(wù)需求。蘋果氣候品質(zhì)認(rèn)證是新興業(yè)務(wù),在以后的工作中，將豐富認(rèn)證溯源的內(nèi)容以滿足更多的功能需求,進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)存儲與處理能力,不斷完善、優(yōu)化認(rèn)證模型。