基于W eb的中華絨螯蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全信息可追溯系統(tǒng)研究

陸 軍，董 娟，馮子慧

（上海市水產(chǎn)研究所，上海 200433）

中華絨鰲蟹（Eriocheir sinensis），俗稱河蟹，是我國(guó)極為重要的水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)生物。自20世紀(jì)90年代中期以來，我國(guó)中華絨鰲蟹（以下簡(jiǎn)稱河蟹）養(yǎng)殖產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，河蟹的養(yǎng)殖已成為我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)之一，2016年產(chǎn)量超過80×104t，是我國(guó)重要的出口創(chuàng)匯水產(chǎn)品之一和最具文化底蘊(yùn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)象［1］。隨著河蟹養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖強(qiáng)度的不斷增加，以及水域環(huán)境的日趨惡化，其病害問題越來越突出。在河蟹的養(yǎng)殖過程中存在用藥不科學(xué)、不規(guī)范，甚至亂用、濫用藥物的現(xiàn)象［2-5］，嚴(yán)重影響了商品河蟹的養(yǎng)成品質(zhì)和食用安全，威脅消費(fèi)者的身體健康。河蟹的質(zhì)量安全是制約我國(guó)河蟹產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)現(xiàn)的“瓶頸”問題［6］。研究開發(fā)河蟹養(yǎng)殖環(huán)節(jié)質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)，不僅可以幫助養(yǎng)殖戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖各環(huán)節(jié)存在的問題，保證河蟹品質(zhì)，提高河蟹口感，增加養(yǎng)殖戶收入，還有利于相關(guān)政府部門監(jiān)管河蟹的質(zhì)量安全，減少食品安全事故，具有重要的經(jīng)濟(jì)社會(huì)意義。

水產(chǎn)品追溯系統(tǒng)可以保障養(yǎng)殖水產(chǎn)品質(zhì)量安全、提高水產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，因而成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)［7-9］。楊信廷等［10］通過對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品從育苗、放養(yǎng)到收獲、運(yùn)輸、銷售流程的剖析，設(shè)計(jì)了水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量管理通用框架，對(duì)養(yǎng)殖用水、養(yǎng)殖生產(chǎn)、苗種管理、飼料投喂、藥物使用等全流程、全方位的電子化管理，實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的全程信息追溯。任晰等［11］在分析羅非魚養(yǎng)殖流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出可追溯標(biāo)簽，建立了基于Web的水產(chǎn)品批次質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。上述追溯編碼系統(tǒng)基于供應(yīng)鏈交換的EAN·UCC（European article numbering· uniform code council）編碼方式，存在著編碼過長(zhǎng)、防偽性差、易于仿制等問題，同時(shí)過分依賴于數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)。孫傳恒等［12］建立一套基于行政監(jiān)管體系的水產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，有效的解決了上述問題。馬莉等［13］綜合采用條碼技術(shù)、無線射頻識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等開發(fā)了基于Web服務(wù)的水產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)質(zhì)量追溯系統(tǒng)，對(duì)產(chǎn)品從流入市場(chǎng)到流出市場(chǎng)進(jìn)行全程管理。基于RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯平臺(tái)包含養(yǎng)殖環(huán)境信息，可以對(duì)魚苗苗種、魚池消毒、投飼、疾病治療、轉(zhuǎn)池等養(yǎng)殖信息進(jìn)行記錄，并在出塘?xí)r開始使用RFID，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品從養(yǎng)殖、加工、配送到銷售的全程跟蹤與追溯［14-15］。XIAO等［18］應(yīng)用 CS和 WSN技術(shù)構(gòu)建水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管體系，應(yīng)用于冷凍羅非魚片加工的智能追溯。

不同水產(chǎn)品的養(yǎng)殖環(huán)節(jié)存在差異，不同的品種對(duì)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全信息追溯有不同需求［17-18］。我國(guó)目前河蟹消費(fèi)市場(chǎng)非常大，因此有必要針對(duì)河蟹養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全信息追溯系統(tǒng)進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)建立河蟹質(zhì)量追溯體系進(jìn)行了探討［20-21］。虞麗娟等［22］集成各類網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、傳感設(shè)備、RFID技術(shù)、GPS定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上海蟹苗培育、蟹種生產(chǎn)、扣蟹選優(yōu)、檢驗(yàn)檢疫、蟹種運(yùn)輸、臺(tái)灣苗栗蟹種投塘和養(yǎng)殖的全過程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控與跟蹤服務(wù)。養(yǎng)殖過程采用視頻監(jiān)控，追溯更多集中在運(yùn)輸過程，沒有對(duì)養(yǎng)成信息、尤其是用藥和飼料信息進(jìn)行記錄。ZHANG等［23］采用相似的原理實(shí)現(xiàn)了對(duì)無水活體水產(chǎn)品的追溯。

水產(chǎn)品的用藥和飼料等養(yǎng)成信息是水產(chǎn)品質(zhì)量安全最關(guān)鍵的問題，因此本文借鑒國(guó)內(nèi)外已有的研究成果，對(duì)河蟹養(yǎng)殖的危害進(jìn)行分析，確定我國(guó)河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全控制的關(guān)鍵控制點(diǎn)和監(jiān)控措施；結(jié)合EAN／UCC標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出可追溯二維碼標(biāo)簽，并應(yīng)用ActiveX控件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了客戶端標(biāo)簽打印功能；采用B／S模式結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)了基Web的河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。

1 河蟹養(yǎng)殖流程和危害分析

1.1 河蟹養(yǎng)殖流程

河蟹養(yǎng)殖生產(chǎn)過程主要有［24］：1）養(yǎng)殖設(shè)施維護(hù)，清塘消毒，防治河蟹養(yǎng)殖逃逸，消除上次養(yǎng)殖過程中殘留的病害細(xì)菌。2）水草栽植與投放螺螄，消毒后種植水草，投放螺螄，調(diào)控和凈化水體水質(zhì)。3）蟹種來源與放養(yǎng)，選用正宗長(zhǎng)江蟹苗，無傷病無病原無藥物，活動(dòng)能力強(qiáng)。依據(jù)養(yǎng)殖戶的水平和市場(chǎng)需求，選擇合適的養(yǎng)殖密度，投放其它鱖魚等進(jìn)行混養(yǎng)。4）投放餌料，以冰鮮小雜魚和其它飼料餌料，依據(jù)河蟹健康狀況和生長(zhǎng)情況，酌情投喂。5）病害防治，對(duì)常見流行病發(fā)生后，采取用藥控制病害帶來的損失。6）銷售，10月開始進(jìn)行下網(wǎng)捕撈，12月底，開始捕撈至捕完。

1.2 河蟹養(yǎng)殖危害

依據(jù)文獻(xiàn)［24-25］、實(shí)際調(diào)查和養(yǎng)殖流程，河蟹養(yǎng)殖危害主要在以下幾個(gè)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)：1）養(yǎng)殖環(huán)境，養(yǎng)殖場(chǎng)土壤、水源、空氣容易受養(yǎng)殖周邊生態(tài)大環(huán)境影響。2）苗種質(zhì)量，蟹種是河蟹養(yǎng)殖品質(zhì)控制關(guān)鍵，蟹種的好壞直接影響成蟹的品質(zhì)、口感和養(yǎng)殖戶經(jīng)濟(jì)效益，不達(dá)標(biāo)的親蟹育苗會(huì)造成商品蟹養(yǎng)殖效益下降。3）養(yǎng)殖水體，水草是無公害河蟹養(yǎng)殖過程中水體調(diào)控的關(guān)鍵，養(yǎng)殖過程中水體產(chǎn)生的細(xì)菌性、病毒性和寄生蟲，導(dǎo)致河蟹病害發(fā)生。4）肥料、飼料和漁藥使用，肥料和飼料易造成養(yǎng)殖水域環(huán)境污染，包括過剩飼料、飼料添加劑；用藥不科學(xué)、不規(guī)范，甚至亂用、濫用藥物現(xiàn)象對(duì)河蟹養(yǎng)殖帶來嚴(yán)重危害，是控制河蟹品質(zhì)和食用安全的關(guān)鍵。5）生產(chǎn)操作，養(yǎng)殖人員不當(dāng)?shù)牟僮鲗?duì)以上所列危害會(huì)有加劇惡化的作用。

1.3 河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全控制關(guān)鍵點(diǎn)

基于河蟹養(yǎng)殖和危害分析和現(xiàn)有文獻(xiàn)，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)行的 HACCP（Hazard analysis and dritical dontrol point，危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)）計(jì)劃，確定無公害河蟹養(yǎng)殖危害的關(guān)鍵因素和監(jiān)控措施，如表1所示。河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全控制關(guān)鍵點(diǎn)分別為：養(yǎng)殖場(chǎng)、蟹種育苗、水體環(huán)境、餌料投喂和病害防治。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將重點(diǎn)對(duì)這5個(gè)質(zhì)量安全控制關(guān)鍵點(diǎn)信息進(jìn)行追溯。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)建設(shè)規(guī)劃為軟件支撐平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)、安全系統(tǒng)三大部分。應(yīng)用系統(tǒng)是核心，提供前后臺(tái)的具體功能實(shí)現(xiàn)（包括：河蟹生態(tài)養(yǎng)成信息采集、河蟹生態(tài)育苗信息采集、河蟹核心種源人工育苗信息采集、溯源系統(tǒng)等），而安全系統(tǒng)則保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免網(wǎng)絡(luò)的非授權(quán)使用，同時(shí)，系統(tǒng)提供對(duì)Web Services支持，為最終建成面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）。系統(tǒng)的整體架構(gòu)由硬件基礎(chǔ)平臺(tái)、軟件支持平臺(tái)和應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)構(gòu)成。系統(tǒng)采用先進(jìn)的架構(gòu)體系，支持Windows、Linux操作系統(tǒng)，支持Oracle數(shù)據(jù)庫，同時(shí)支持當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如 SQL Server 2000、Sybase、MySQL等。

系統(tǒng)采用純B／S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，邏輯結(jié)構(gòu)分為3層結(jié)構(gòu)：即表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。如圖1所示。對(duì)業(yè)務(wù)中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，采用JSP、Servlet等技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理和應(yīng)用集成。采用JDBC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類數(shù)據(jù)庫的訪問操作，采用XML技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳送讀取，并通過Web Services技術(shù)對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行讀取和發(fā)布。

表現(xiàn)層是直接與用戶交互的界面，綜合了多角色人員如：操作人員、系統(tǒng)管理人員、系統(tǒng)維護(hù)人員日常使用所需要的界面，因此采用通用的Web界面方式，保障較強(qiáng)的界面友好性。業(yè)務(wù)邏輯層是業(yè)務(wù)系統(tǒng)中各項(xiàng)邏輯的匯總，有關(guān)業(yè)務(wù)處理的各種業(yè)務(wù)邏輯，包括計(jì)算規(guī)則、工作流引擎、查詢、統(tǒng)計(jì)、權(quán)限等邏輯，是系統(tǒng)穩(wěn)定性、正確性的保障。數(shù)據(jù)層分為兩個(gè)層面：1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)通過3000人左右用戶同時(shí)在線操作的壓力檢驗(yàn)，在技術(shù)上將可能的業(yè)務(wù)擴(kuò)展需求、數(shù)據(jù)分析、歷史分析打下穩(wěn)定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；2）數(shù)據(jù)庫，采用通用性的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，可以支持 SQL Server、Oracle等主流關(guān)系型數(shù)據(jù)。

表1 河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全控制關(guān)鍵點(diǎn)和監(jiān)控措施Tab.1 Key points and controlmeasures of quality and safety control in Eriocheir sinensis breeding

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The architecture of system

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)總體思路和河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全關(guān)鍵點(diǎn)控制，系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃椋吼B(yǎng)殖場(chǎng)概況、河蟹生態(tài)養(yǎng)殖、河蟹生態(tài)育苗、河蟹種質(zhì)篩選、質(zhì)量溯源查詢5個(gè)模塊（圖2）?？紤]到河蟹個(gè)頭小、數(shù)量大的特點(diǎn)，采用“批次標(biāo)示”方法實(shí)現(xiàn)對(duì)河蟹的養(yǎng)成信息跟蹤，即對(duì)一個(gè)池塘同一批次捕撈的河蟹，采用同一個(gè)二維碼進(jìn)行標(biāo)示。同一批次河蟹捕撈出售時(shí)，養(yǎng)殖戶在“溯源在線”模塊的二級(jí)子模塊中錄入養(yǎng)殖種類、養(yǎng)殖場(chǎng)名稱、池塘編號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)及銷售日期，系統(tǒng)可自動(dòng)生成二維碼。消費(fèi)者可以通過電腦和手機(jī)掃描二維碼查詢所購買的河蟹養(yǎng)成信息。河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全控制和監(jiān)控由“養(yǎng)殖場(chǎng)概況”、“河蟹生態(tài)育苗”、“河蟹生態(tài)養(yǎng)殖”和“河蟹種質(zhì)篩選”等子系統(tǒng)功能模塊共同完成。為了系統(tǒng)的正常運(yùn)行和管理，添加一個(gè)“系統(tǒng)維護(hù)”子系統(tǒng)。各個(gè)功能模塊銜接通過Web Service實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件運(yùn)行于Internet環(huán)境之上，采用B／S的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。系統(tǒng)總體上是一個(gè)多層的分布式軟件體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)基于Tomcat平臺(tái)，開發(fā)工具采用 Eclipse，開發(fā)語言有 JAVA、HTML、JavaScripthe、DIV+CSS?？蛻舳撕蛻?yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的通信以及異構(gòu)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換等通過應(yīng)用層業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問層的數(shù)據(jù)訪問類來實(shí)現(xiàn)。表現(xiàn)層是Web瀏覽器。邏輯層是Web服務(wù)器，基于Tomcat的JSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使用Tomcat作為系統(tǒng)的Web服務(wù)器，服務(wù)器操作系統(tǒng)選用 Windows Server 2008 Core。

3.2 信息采集

養(yǎng)殖戶登錄河蟹生態(tài)養(yǎng)殖信息化管理質(zhì)量溯源系統(tǒng)主菜單后，選擇系統(tǒng)的主界面的“養(yǎng)殖場(chǎng)概況”、“河蟹生態(tài)育苗”、“河蟹生態(tài)養(yǎng)殖”和“河蟹種質(zhì)篩選”等子系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際養(yǎng)殖情況記錄各種信息。養(yǎng)殖場(chǎng)概況首次建立用戶時(shí)填寫，如信息有變更需登錄系統(tǒng)進(jìn)行修改。河蟹生態(tài)養(yǎng)殖信息在放養(yǎng)時(shí)錄入種草、飼料、養(yǎng)殖池塘、放養(yǎng)日期、放養(yǎng)數(shù)量等日常管理信息，在起捕以及每次用藥施肥后更新相關(guān)信息。河蟹生態(tài)育苗信息在育苗前錄入親本、養(yǎng)殖環(huán)境和條件信息，育苗后每次銷售時(shí)更新苗種去向信息。種質(zhì)篩選錄入育苗環(huán)境和親本參數(shù)信息。具體錄入和更新內(nèi)容見圖3。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig 2 The function structure of system

3.3 二維碼實(shí)現(xiàn)

河蟹的養(yǎng)殖、管理和捕撈銷售都是批次的，本文系統(tǒng)追溯的是河蟹日常養(yǎng)殖、管理和銷售去向信息，因此采用批次追溯方法。項(xiàng)目二維碼標(biāo)志方法采用國(guó)際編碼標(biāo)志，同時(shí)參考《EAN／UCC全球統(tǒng)一標(biāo)示系統(tǒng)食品安全可追溯應(yīng)用案例集》（以下簡(jiǎn)稱《EAN／UCC案例集》）中的相關(guān)標(biāo)示規(guī)范，設(shè)計(jì)河蟹同批次產(chǎn)品追溯方法［26-27］。二維碼標(biāo)簽條碼作為信息載體記錄可追溯信息，標(biāo)簽上顯示內(nèi)容為“文本信息+二維碼”。同批次河蟹銷售供應(yīng)鏈為養(yǎng)殖戶到水產(chǎn)品銷售市場(chǎng)，二維碼記錄可追溯信息包括蟹苗、蟹種放養(yǎng)數(shù)量、日常管理、病害情況、投入品、產(chǎn)量、銷售去向等。

3.4 二維碼打印

進(jìn)入主菜單后，選擇系統(tǒng)的主界面上“蟹種養(yǎng)殖在線登記”，進(jìn)入二級(jí)子菜單，再選擇：溯源系統(tǒng)，顯示如下圖4。

圖3 系統(tǒng)界面示例Fig.3 System interface

圖4 溯源系統(tǒng)Fig.4 Interfaces of traceability system

在“溯源在線”模塊錄入養(yǎng)殖種類、養(yǎng)殖場(chǎng)名稱、池塘編號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)及銷售日期，系統(tǒng)可自動(dòng)生成二維碼標(biāo)簽（圖5）。

圖5 二維碼標(biāo)簽圖Fig.5 The graph of QR code

追溯系統(tǒng)采用ActiveX控件來實(shí)現(xiàn)二維碼標(biāo)簽的打印功能。安裝后，管理人員可以通過熱敏打印機(jī)將二維碼打出，貼于銷售品種包裝上，消費(fèi)者可通過安裝了溯源系統(tǒng)客戶端的手機(jī)或是平板終端掃描出產(chǎn)品來源信息。用已經(jīng)安裝完成的溯源系統(tǒng)客戶端的手機(jī)或是平板終端，攝像頭對(duì)焦二維碼，會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至云平臺(tái)系統(tǒng)界面，用戶即可以查詢相關(guān)信息。

4 小結(jié)

本文分析了中華絨鰲蟹養(yǎng)殖流程和養(yǎng)殖過程中的危害，結(jié)合無公害河蟹養(yǎng)殖HACCP質(zhì)量管理體系，確定了河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全監(jiān)管措施的5個(gè)關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控措施；依據(jù)EAN／UCC標(biāo)示系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出了質(zhì)量安全信息二維碼追溯方案；采用B／S模式結(jié)構(gòu)體系，建立了基于Web的河蟹養(yǎng)殖質(zhì)量安全信息科追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)向外部信息發(fā)布以及內(nèi)部信息管理的融合。該系統(tǒng)對(duì)蟹苗、蟹種放養(yǎng)數(shù)量、日常管理、病害情況、投入品、產(chǎn)量、銷售去向等養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程監(jiān)管，為河蟹實(shí)現(xiàn) “從源頭到餐桌”的質(zhì)量安全信息的可追溯提供良好的管理操作平臺(tái)。本研究是基于批次的追溯方案，由于河蟹數(shù)量巨大，個(gè)體標(biāo)示需要耗費(fèi)大量人力財(cái)力，增加養(yǎng)殖成本，也沒有必要，因此不適宜采用個(gè)體標(biāo)示方法。

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