一种泛接口农产品安全生产和质量追溯管理系统的研究与设计

2015-09-29徐志福石晓燕叶宏宝

浙江农业科学 2015年12期

关键词：管理系统农产品生产

徐志福，石晓燕，叶宏宝，李　冬

（浙江省农业科学院数字农业研究所，浙江杭州 310021）

一种泛接口农产品安全生产和质量追溯管理系统的研究与设计

徐志福，石晓燕，叶宏宝，李冬

（浙江省农业科学院数字农业研究所，浙江杭州 310021）

可追溯系统是构建食品安全体系的一个重要组成部分，通过对国内外可追溯系统的研究现状、系统设计思路和主要结构的阐述分析，本研究面向 “泛接口”设计，运用条码技术和计算机组件技术，实现了农产品的安全生产控制，构建了基于.NET构架的农产品安全生产和质量追溯管理系统。使用该系统可以提高基地生产管理水平，增强消费者的农产品安全意识。

农产品；安全生产；追溯；泛接口

文献著录格式：徐志福，石晓燕，叶宏宝，等.一种泛接口农产品安全生产和质量追溯管理系统的研究与设计［J］.浙江农业科学，2015，56（12）：2092-2095.

随着我国经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，吃出美味、吃出健康已经成为普通百姓的生活追求，社会对农产品质量安全的关注上升到前所未有的高度［1］。在国际上，欧盟、美国等发达国家和地区要求对出口到当地的部分食品必须具备可追溯性功能，否则就不允许上市销售［2］。发达国家建立的食品质量安全追溯体系，除了可以有效保证食品安全卫生和可溯源外，其贸易壁垒的作用也日益凸显。由此可见，建立农产品可追溯系统不仅能为人民群众提供优质安全的农产品，同时也是打破国外因食品安全追溯而设置的贸易壁垒的重要手段。

可追溯系统最早应用于汽车、飞机等一些工业品的产品召回制度中。对于追溯系统在食品安全中的应用研究，最初是由欧盟为应对疯牛病问题于1997年开始逐步建立起来的［2］。自此许多发达国家和地区开始应用可追溯系统进行农产品质量安全管理。中国的农产品追溯系统建设正处于起步阶段，国家制定了一些相关的标准和指南，一些地方和企业初步建立了部分食品可追溯制度［3-4］，发布了一些法规，并且开展了农产品可追溯系统的初步试点示范工作［5］。但是现有的研究多集中在畜牧产品行业且只能追溯到生产企业，而农产品在生产、包装、个体标识等方面又存在很大不同，且消费者需要了解与蔬菜安全相关的用药、施肥和检测等信息。因此，本研究以各农产品生产基地的生产履历数据为基础，以条码为载体，利用网络技术、数据库技术、安全预警技术和条码技术，通过构建统一的追溯平台，实现对农产品生产基地的安全生产管理和为消费者提供追溯。

1　系统设计的思路

农产品安全生产和质量追溯管理系统以农产品为研究对象，以生产履历中心为管理平台，以产品追溯码为信息传递工具，以产品追溯标签为表现形式，以追溯管理网络平台为服务手段，实现农产品从生产基地、加工贮运、销售终端的全过程质量追溯。

该系统从生产基地和消费者两个不同角度设计，包括两个核心内容：蔬菜安全生产管理系统和蔬菜质量追溯系统，其框架如图1。生产基地端的蔬菜安全生产管理系统对农产品生产履历信息（包括农户信息、地块信息、生产过程信息、包装信息等）进行统一记录存储，并且在产品包装时，按照一定的编码规则设计生成带有产品履历信息的追溯码，完成生产履历和具体蔬菜产品的关联；在销售端，当消费者买到带有条码的蔬菜产品时，可以通过质量追溯系统中的网站、超市扫描机等不同平台输入追溯码，从而实现消费者对所购蔬菜产品的生产履历信息查询。

图1　农产品安全生产和质量安全追溯管理系统基本框架

2　系统的主要结构

农产品安全生产和质量安全追溯管理系统由3个主要的子系统构成，共同实现质量安全追溯的功能。

2.1农产品安全生产管理系统

农产品安全生产管理系统以蔬菜生产基地为单位，以组件技术为支撑，通过分析不同生产基地的生产流程，开发面向生产基地个性化需求的系统，用于对农产品生产基地生产履历信息的统一管理，履历中心内记录农产品的产地信息、生产者信息、田间记录、监测信息、库存、销售以及流通信息、消费者意见和建议等，所有这些信息构成了追溯管理的基础数据库。

2.1.1安全生产过程信息的智能管理

系统通过集成不同的组件实现农作物生产（产前、产中、产后）信息的管理，主要包括：农作物基地基本信息（生产者信息、产地环境信息）管理；农作物安全生产操作信息（施肥、防治病虫害、灌溉等信息）管理；种子、农药、化肥等农资基本信息（品名、防治类型、残留期等）和库存信息管理；农作物产品的基本信息和销售信息管理。农作物生产过程信息是生产者、管理部门以及消费者可以追溯与农作物产品有关的生产、加工、销售、检测等各类信息的基础。

2.1.2安全生产预警及辅助决策

在生产过程管理中，通过农作物安全生产辅助决策模型（通过集成标准信息来实现）的分析，对农产品生产过程实行安全预警及辅助决策，即对影响农产品质量安全的违规行为进行监测，实时提出预警信息，给出纠偏的建议，提醒生产者，供生产者决策应用。预警及智能决策分农药使用辅助决策、肥料使用辅助决策和产品检测辅助决策3部分。

2.2追溯码的生成及标签印制系统

本系统从如何确定农产品 “身份”出发，针对蔬菜自身特点对蔬菜产品进行追溯编码设计，确定以同一批次生产的产品作为其 “身份”制定的标准。同一批次是指某基地在同一时间、同一地块内生产的同一品种的产品。最后采用在全世界范围内具有唯一性、通用性、标准性的EAN/UCC-128编码规范来编制蔬菜产品的追溯条形码。通过使用该编码方式进行信息承载，可关联产品、生产者、生产时间、生产过程等各类信息，并且可伴随产品的流通不断加载增量，便于追踪回溯信息。该种数据编码技术有相当的可控性，可以按量发放、注册生效、到期失效。追溯码生成后，通过专用的条码标签打印机打印，可随时产码，随时使用。

2.3追溯信息查询及安全生产辅导与咨询服务系统

追溯信息查询及安全生产辅导与咨询服务系统界面友好、功能强大，是以生产履历中心数据库为基础开发完成的，实现了追溯查询、新闻动态、生产基地展示、生产辅导、技术天地、专家咨询等功能。

追溯查询的方式分为网络追溯、扫描追溯。消费者通过网站、条码扫描器输入唯一追溯号，追溯系统将相关追溯信息返回给消费者。通过查询平台可以进行产品的产地信息、生产基地信息、生产过程信息、检测信息等相关信息的查询，实现了前期生产与最终消费之间的信息追溯。

在安全生产辅导与咨询服务方面，系统以文字、图像等多种媒体形式对主要农作物的病虫害诊断和防治进行辅导，生产者既能快速地找出在生产中遇到的病虫害种类，也可以全面了解病虫害的发生情况，帮助他们解决病虫害防治难的问题；技术天地模块提供农作物安全生产相关的各种关键技术；行业专家咨询服务为生产者提供了一个交流平台，生产者可以在这里向专家咨询生产过程中遇到的各种问题；在线视频服务模块用于展示一些农作物安全生产相关视频短片。

3　泛接口系统的实现

农产品安全生产和质量安全追溯管理系统考虑到多用户性和可扩展性，系统采用了B/S的体系结构；服务器端操作系统选用Windows Server 2003，负责Web站点的管理与信息发布，客户端可为W indows98/NT/2000/XP/win7各种版本的操作系统。整个系统以.net为开发平台，以C#为开发工具，以SQL Server2008为网络数据库，采用面向对象的开发思想，在编写系统公共类的基础上实现相应功能。

3.1远程通信接口

远程通信是系统核心之一，是远程测控的实现基础。随着通信技术的发展，系统可提供较多的通信方式供用户选择，具体采用何种方式需要综合考虑使用场合、稳定性与可靠性、建设成本等多方面因素。

随着Intranet/Internet技术的普及，采用计算机网络，基于TCP/IP协议来实现远程测控，自然成为首选方案。此方案有技术成熟、开发资源丰富、网络传输快速稳定可靠等特点，而且由于计算机与网络知识的普及，相关设备的标准化，系统部署相对容易，直接客户使用和维护简单。系统中对UDP协议进行了封装，在中心服务器上实现快速可靠的网络实时数据库，可迅速处理智能控制器发出的请求。

在现实工作中，有些测控现场地处偏僻，不具备计算机网络通信条件，此时GPRS等无线网络可有效解决问题。将GPRS数据传输单元（DTU）安装在智能控制器串口上，即可实现数据的透明传输。GPRS数据传输有两种模式，网关模式和短信模式。网关模式需要中心服务器在指定的端口侦听、接收和发送网络数据，因此需要中心服务器提供公网IP，即Internet环境；而短信模式只需在服务器端加装短信收发模块，服务器程序对接收到的短信内容进行解析即可，此模式服务器端无须公网IP，可部署在局域网环境。

3.2W eb service访问接口

在分布式应用程序开发中，基于XML的Web service技术应用越来越广泛，使得整个的应用程序开发技术从以操作系统为中心的应用程序组织模式扩展到以网络为中心的组织模式。Web service可使用SOAP协议和外界通信，而SOAP协议的跨平台、跨语言和不受防火墙限制等特点也为系统的跨平台应用打下了基础。

gSOAP2工具提供了一个SOAP/XML关于C#语言的实现，从而让C#语言开发编写Web service或客户端程序的工作变得较为轻松。gSOAP2利用编译器技术提供了一组透明化的SOAP API，并将与开发无关的SOAP实现细节相关的内容对用户隐藏起来。利用gSOAP2在测控中心服务器实现Web service，在远程工作站实现客户端，可简便可靠的实现数据的远程访问，且对Internet具有良好的支持特性。

由于Web service接口的标准化，其他客户端程序只要遵守相应规范，具有相应权限亦可访问，这一特性为系统的可扩展性和跨平台性提供了良好的保证。

3.3智能控制器接口

智能控制器在系统中起到现场管理和网关作用，地位相当重要。系统选用ATMEL公司的基于ARM7的闪存MCU AT91SAM7X128作为控制芯片，芯片内含嵌入式10/100以太网MAC、3个通用异步收发器（UART）及高速AES/3DES加密引擎等，功能和性能可以满足系统需求。智能控制器简要逻辑结构如图2所示。

智能控制器与测控中心通过以太网（TCP/IP）进行通信，系统开发了一套实时TCP协议软件包，可方便快速地实现数据交换。协议定义了两种数据帧类型，即命令帧和数据帧，命令帧能获得比数据帧更高的优先级，会被立即传送到相应测控节点。测控中心数据的采集以智能控制器为对象分主动和被动两种模式，在主动模式下智能控制会主动将采集到的数据发送到测控中心，中心进行解析处理即可；在被动模式下智能控制只有在接到中心采集命令后才会返回当前数据。

图2　智能控制器逻辑结构

3.4单片机接口

单片机接口板亦可称为单片机数据采集板或单片机控制器，主要功能包括开关量/模拟量输入输出、RS232/485通信和LCD显示等。单片机接口板一方面要承担信号的转换和输入输出，另一方面要承担与智能控制器的通信，其内部程序要实现Modbus协议栈。在系统中表现为一个测控节点，每一个测控节点应具有在该Modbus总线上唯一的地址，并能接收和处理Modbus数据帧和命令。单片机接口板基本组成如图3所示。

图3　单片机接口板基本组成

4　讨论

本系统在分析农产品生产过程的基础上，设计与开发了农产品安全生产和质量安全追溯管理系统，实现了各种信息管理、生产预警和辅助决策等功能。系统采用符合EAN/UCC标准的条码，结合产品编码和流程编码，设计了符合农产品特点的产品追溯码，通过该载体将信息流与实物流联系起来，实现各个环节的数据交换。本系统采用网站的形式给公众提供了一个追溯查询的平台，消费者可通过不同方式追溯到产品的最新信息。

农产品安全生产和质量安全追溯管理系统具有十分简洁的用户操作界面和操作流程，即使是计算机操作能力较低的农业从业人员，也很容易接受。本系统还具有一定的扩展性，追溯系统不仅可以在蔬菜上使用，还可以在水产品、畜禽产品、生产投入品等产品上应用。该系统规范了农产品档案的管理，可以提升产品附加值，提高企业的声誉，满足消费者的知情权，能够取得良好的经济效益和社会效益。

本研究面向 “泛接口”系统设计思想，通过“路由机制”实现了URL对象与Action对象的互通；“配置文件+相应算法”实现了类对象与表对象的互通，这种互通体现在代码实现层面的设计模式、数据库层面的中间表应用、ORM的配置文件、MVC中URL与Action之间的路由机制等，最终实现系统的远程通信接口、Web service访问接口、智能控制接口、单片机接口的互相解耦合自由连通，突破传统将安全升华到了更高的层次。

系统从数字化农业的角度构建了农产品安全生产和质量安全追溯管理系统。当然对存在多层流通环节的产品要实现全程追溯，还需要建立相应的流通管理系统及相关法律法规和技术的配合完善，并将已有成果迅速推广转化。

［1］陈红华，田志宏.国内外农产品可追溯系统比较研究［J］.商场现代化，2007（7）：5-6.

［2］ Schwägele F.Traceability from a European perspective［J］. Meat Science，2005，71（1）：164-173.

［3］谢菊芳，陆昌华，李保明，等.基于.NET构架的安全猪肉全程可追溯系统实现［J］.农业工程学报，2006，22（6）：218-220.

［4］兰洪杰，黄锋权，林自葵.2008年北京奥运会食品可追溯系统设计［J］.中国储运，2008（5）：86-89.

［5］叶春玲，张兵，古松浩，等.应用于蔬菜质量安全可追溯系统的蔬菜产品追溯标签的设计与实现［J］.食品科学，2007，28（7）：572-574.

（责任编辑：侯春晓）

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0528-9017（2015）12-2092-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20151257

2016-06-30

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