严志雁，陈桂鹏，苏小波，郑立平，吴 辉，丁 建

(1.江西省农业科学院 农业经济与信息研究所，江西 南昌 330200;2.江西省农业科学院，江西 南昌 330200;3.江西省地理国情监测与遥感院，江西 南昌 330029)



基于XML和WebService的农产品溯源数据交换技术设计与应用

严志雁1，陈桂鹏1，苏小波1，郑立平2*，吴 辉3，丁 建1

(1.江西省农业科学院 农业经济与信息研究所，江西 南昌 330200;2.江西省农业科学院，江西 南昌 330200;3.江西省地理国情监测与遥感院，江西 南昌 330029)

随着农业信息化的深入和各个层面大量农产品追溯系统的建设，农产品溯源信息数据量已急剧增大，各系统间及系统与政府监管系统间的异构数据交换与访问是亟需解决的问题。追溯系统通过暴露一个继承标准接口的WebService，使得其他系统能够通过标准化的XML消息传递机制来访问基于溯源信息数据模型的XML文件，屏蔽了系统间、数据源间的差异，使得各追溯系统间及系统与政府监管系统可以相互访问。

农产品；追溯；WebService；XML

随着农业信息化研究的深入和各个层面大量农产品追溯系统的建设[1-3]，农产品溯源信息数据量已急剧增加。由于实施数据管理系统的阶段性、技术性以及其他经济和人为因素的影响，采用的数据管理系统也大不相同，它们构成了庞大的异构系统和异构数据源[4-7]。农产品溯源信息数据交换与共享在农业追溯中大量存在，包括各类农业追溯管理系统之间，追溯子系统与其数据中心，各级农业管理部门及农业企业间的信息交换[8-10]，溯源信息交换是不同追溯系统实现联网追溯的关键之一。异构系统的信息表述统一以及无缝访问，才能实现消费者和监管部门跨平台查询，因此，涉农信息系统的数据共享及查询互操作机制，是建立全国性的农产品质量安全追溯管理信息系统[11-14]，实现质量可追溯、责任可追查的前期基础性研究工作。为发展农业信息化，更好地为农产品消费者服务，有必要建立统一的数据交换规范体系。

XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)的自描述性、可扩展性及开放性等优点已使之逐渐成为信息表示和信息交换的标准，可实现不同平台和系统间的数据交换[15-18]。WebService即web服务，WebService是用标准的、规范的基于XML的WDSL语言描述的，它向外界暴露出一个能够通过Web进行调用的API，使得程序员能够通过标准化的消息传递机制来访问这个的API[19]。WebService定义了应用程序如何在Web上实现系统交互操作，程序员用任何语言在任何平台上写WebService，其他系统可通过WebService标准协议如SOAP(Simple Object Access Protocol,简单对象访问协议)对这些WebService进行访问，WebService为异构农产品追溯系统提供了一种跨平台的查询交互手段[20-23]。

本文针对解决不同追溯系统间和政府监管部门对各类农产品溯源系统数据访问与交换问题，通过分析溯源系统信息交换模型，以XML数据文件为信息载体，建立基于统一接口WebService方式的数据交互技术，为解决异构产品追溯系统之间进行农产品信息追溯提供了一种解决方案。

1 溯源信息数据模型设计

1.1 溯源信息发布描述模型

不同追溯系统间进行数据交换的目的是查询追溯单位的生产商及其质量信息[24-25]，因此，本文设计了基于XML的农产品溯源数据交换信息模型(图1)。政府监管部门则根据相关标准要求，需查询完整的生产电子档案，由于数据交换目的不同，在数据交换信息模型的质量信息项中，增加了完整的质量信息描述模型。

用于不同追溯系统间数据交换的查询信息模型包括5个方面的内容，具体见图1。

图1 异构系统信息交换模型

根据调研，用于政府监管部门的农产品电子生产档案描述模型，通过对各类溯源系统调研结果的总结归纳，将收录的追溯信息数据元划分为6个环节信息(图2)。

图2 质量信息描述模型

1.2 基于XML Schema的追溯信息数据模型的实现

根据溯源信息特点，可利用XML Schema定义一套溯源信息的数据格式[26-27]。按照图1结构，编写溯源信息词表，词表采用模块化设计，将不同层次元素和属性定义在不同模块，主要内容包括元素和属性命名、元素间关系及元素顺序等[28]，位于顶层的是根元素。

为方便查询交换和针对不同系统查询，XML文件根标记下有一个必需且唯一的追溯号属性，XML Schema有5个子元素，这些子元素均为复杂类型，包含下级元素。文件定义示例如下：

2 交互查询应用架构的设计

2.1 异构追溯系统查询架构

目前，大多数农产品追溯系统都有一定的区域性、针对性，各个溯源系统仅能查询本系统采集农产品溯源信息，溯源系统在农产品生产、加工、流通和销售的各个阶段可以采用自定义的数据组织方式与本身的数据库进行信息交互。

为使每一个农产品溯源系统都成为开放系统，每个系统都需对外发布一个数据查询的WebService，使得其他系统通过此WebService查询本系统的追溯信息；为使追溯系统能够查询其他农产品溯源系统的追溯信息，每个农产品溯源系统应具备一个调用WebService获取数据和解析XML数据文件的查询模块，具体追溯系统查询结构见图3。

图3 异构追溯系统查询架构

2.2 政府监管系统的查询架构

政府农业部门的监管系统按照相关标准，制定如图4所描述的XML标准数据接口，对外提供统一的数据访问接口，即其他相关单位要访问政府农业部门业务信息系统中的数据时需遵循此接口。对于支持政府监管的追溯系统，需要开发提供的标准数据接口的WebService，并部署在Internet上，同时在对应监管部门的系统中进行注册备案，请求加入监管的目录。

图4 政府监管系统的查询架构

2.3 WebService支持的接口

每个系统发布的对外查询WebService都应遵循相同的规则，也就是实现ITraceWebService接口(图5)，该接口的作用：一是实现追溯码的传递，并连接服务器数据库完成查询，并返回查询结果；二是获取农产品溯源信息描述模型的XML Schema。

图5 ITraceWebService接口

具体实现的部分代码是：

Public Class QueryWebService：ITraceWebService

{

Bool isLegalTracyCode (tracyCode);//判断追溯码的合法性

String ExecuteQuery (tracyCode);//通过传递追溯码的，连接服务器数据库完成查询，并返回string形式的查询结果。

String GetXMLSchema ();//返回本系统农产品质量的数据结构。

}

基于追溯信息描述模型的XML追溯数据文件主要用于实现溯源数据的结构化传递和解析，本文需要通过WebService的信息传递，在不同系统间传递以XML文件格式描述的追溯信息。由于所有系统的WebService都支持ITraceWebService接口，即支持相同的调用方法和返回元素等，因此追溯系统开发商可以很容易通过对WebService的调用获得溯源数据XML文件，然后对文件内容进行XML解析，理解以XML格式定义的追溯信息，具体执行过程如图6所示。用户启动查询流程，出现查询界面，输入查询条件，系统对查询条件进行检验，若合法，则调用产品信息表进行查询，然后将查询结果显示出来。

3 基于WebService的农产品溯源信息交换应用案例

2015年国务院发布《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》后，江西省委省政府提出了“123+N”的江西智慧农业发展路径，即建成即江西农业云、农业应急指挥中心、“12316”综合信息服务中心、农业综合支撑平台、农产品追溯监管平台、农产品电子商务平台，建设“N个系统”即涉及种植业、农业技术服务等各部门子系统。目前江西省已建成了多个农产品追溯系统，异构系统至少有10个，需要交换的数据量至少10 G。巨大的数据交换量需求对农产品追溯监管平台的系统开发及消费者的查询是严峻的挑战。为了应对这一问题，实现异构系统的信息表述统一以及无缝访问，实现消费者和监管部门跨平台查询，是建立涵盖全省的农产品质量安全追溯管理信息系统，实现联网追溯、责任可追查的前期基础性工作。基于XML和WebService的农产品溯源数据交换技术简单易行，能够不改变现有系统并为在增加少量系统功能的情况下解决数据交换问题。

图6 查询产品序列

图7 异构追溯系统数据查询界面

本文在.NET框架的支持下，采用ASP.NET和C#语言，分别开发农产品追溯系统交换接口和政府监管中心数据。政府质量追溯系统的数据中心服务器端操作系统选用Windows Server 2008 Enterprise，数据库系统为SQL Server 2008。考虑到跨平台性，政府质量追溯系统采用B/S的体系结构，网络追溯采用网站形式为消费者提供基于浏览器查询平台(图7)。

目前，该系统已经在北京市乐苹农产品产销有限公司、北京小汤山特菜基地等多家企业得到了应用，从使用情况来看，该系统规范了农产品档案的管理，提升了产品附加值，提高了企业的声誉，满足了消费者的知情权，取得了良好的经济效益和社会效益。

4 结论

本文建立了分布式异构农产品溯源数据交换和交互查询模型，探讨了基于XML的追溯信息描述模型及数据传输WebService方法，提出了分布式异构农产品溯源系统数据交换中的应用思路，通过WebService屏蔽了数据库、数据结构或者数据接口的细节，将完全不同的异构分布式数据库中的数据，统一到XML追溯信息描述模型上来，屏蔽了异构农产品溯源平台的差异；通过WebService的查询，在不改变原有各农产品溯源信息系统体系结构与分布方式、数据存储结构的基础上，能有效地集成溯源数据，实现了数据共享，为农产品追溯信息服务平台对接电商系统奠定了技术基础。

互联网技术正逐步进入一个开放、标准和跨平台的时代，在未来的应用中可利用WebService规范来构建一个网络农产品溯源系统，人们能够通过一个平台方便地查询获得各种农产品溯源信息的服务。根据农业信息化的需求，农产品追溯监管平台的建设，对江西省的农产品生产及消费层面都将产生巨大影响。

[1] 陆昌华,王立方,胡肄农,等.动物及动物产品标识与可追溯体系的研究进展[J].江苏农业学报,2009(1):197-202.

[2] 王立方,陆昌华,谢菊芳,等.家畜和畜产品可追溯系统研究进展[J].农业工程学报,2005，21(7):168-174.

[3] 王波,王顺喜,李军国,等.农产品和食品领域可追溯系统的研究现状[J].中国安全科学学报,2007，17(10):108-114,177.

[4] 昝林森,郑同超,申光磊,等.牛肉安全生产加工全过程质量跟踪与追溯系统研发[J].中国农业科学,2006，39(10):2083-2088.

[5] 杨信廷,钱建平,孙传恒,等.蔬菜安全生产管理及质量追溯系统设计与实现[J].农业工程学报,2008，24(3):162-166.

[6] 任守纲,徐焕良,黎安,等.基于RFID/GIS物联网的肉品跟踪及追溯系统设计与实现[J].农业工程学报,2010，26(10):229-235.

[7] 杨信廷,孙传恒,钱建平,等.基于流程编码的水产养殖产品质量追溯系统的构建与实现[J].农业工程学报,2008，24(2):159-164.

[8] 郭曼,朱海鹏,郦晶.基于数据网格的RFID农产品跟踪与追溯系统研究[J].农机化研究,2007(11):101-104.

[9] 孔洪亮,李建辉.全球统一标识系统在食品安全跟踪与追溯体系中的应用[J].食品科学,2004，25(6):188-194.

[10] Opara L U. Traceability in agriculture and food supply chain: A review of basic concepts, technological implications, and future prospects[J]. European Journal of Operational Research, 2003, 1(1): 101-106.

[11] 杨天和,褚保金.“从农田到餐桌”食品安全全程控制技术体系研究[J].食品科学,2005，26(3):264-268.

[12] 樊红平,冯忠泽,杨玲,等.可追溯体系在食品供应链中的应用与探讨[J].生态经济,2007(4):63-65.

[13] 刘晓珂，黄红星，郑业鲁，等.农产品追溯标识技术研究进展[J].江西农业学报,2014,26(10):89-93.

[14] 刘俊华,王菁.我国食品安全监督管理体系建设研究[J].世界标准化与质量管理,2003(5):4-7.

[15] 王仲,陈晓鸥.基于XML的数据交换与存取技术研究[J].计算机工程与应用,2001，27(24):108-111.

[16] 王海波,耿晖,姜吉发,等.基于XML的数据交换的实现[J].计算机应用,2001，21(4):67-68.

[17] 瞿裕忠.一个基于XML的数据交换原型系统[J].计算机工程,2000,26(9):35-37.

[18] 李军怀,周明全,耿国华,等.XML在异构数据集成中的应用研究[J].计算机应用,2002，22(9):10-12.

[19] 杨涛,刘锦德.WebServices技术综述:一种面向服务的分布式计算模式[J].计算机应用,2004，24(8):1-4.

[20] 邬伦,唐大仕,刘瑜.基于WebService的分布式互操作的GIS[J].地理与地理信息科学,2003，19(4):28-32.

[21] 李红信,范玉顺.基于WebService的异构工作流管理系统的集成和互操作研究[J].信息与控制,2003，32(3):193-197.

[22] 舒剑,胡春明,葛声,等.WebService运行管理平台的研究与实现[J].计算机研究与发展,2004，41(3):442-450.

[23] 孙波,傅骞.基于WebService的开放式教育资源库体系研究[J].中国电化教育,2003(10):77-79.

[24] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 29373─2012 农产品追溯要求 果蔬[S].北京：中国标准出版社，2012.

[25] 黄家怿，谢秋波，孟祥宝，等.农产品质量安全在线监控系统设计与实现[J].南方农业学报，2014,45(9):1708-1712.

[26] Didier M. XML高级编程[M].北京:机械工业出版社,2001:27.

[27] 陈天煌,邹青梅.基于XML的异构数据库信息共享技术研究[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程,2005,29(1):129-132.

[28] 杨信廷,钱建平,赵春江,等.基于XML的蔬菜溯源信息描述语言构建及在数据交换中的应用[J].农业工程学报,2007，23(11):201-205.

(责任编辑:曾小军)

Design and Application of Agricultural Product Traceability Data Exchange Technology Based on XML and WebService

YAN Zhi-yan1, CHEN Gui-peng1, SU Xiao-bo1, ZHENG Li-ping2*, WU Hui3, DING Jian1

(1. Institute of Agricultural Economics and Information, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China; 2. Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China; 3. Geographic Condition Monitoring and Remote Sensing Institute of Jiangxi Province, Nanchang 330029, China)

Along with the development of agricultural informationalization and the construction of a large number of agricultural product traceability systems at various levels, the data volume of agricultural product traceability information has increased sharply, and the exchange and access of heterogeneous data among different traceability systems, or between a traceability system and government’s supervision system have become an urgent problem to solve. Through exposing a WebService which inherited the standard interface, the traceability system can make other systems access the XML documents which are based on the traceability information data model by the standardized XML message passing mechanism, and can shield the differences among various systems or different data formats, which makes different traceability systems and government’s supervision system can access each other.

Agricultural product; Traceability; WebService; XML

2016-08-01

江西省科技支撑计划项目“农产品溯源信息共享平台研究与应用”(20132BBF60081)、“基于多源无线网络的农业生产管 理与溯源信息自动获取方法研究”(20144BBF60021)；江西省农业科学院创新基金项目“芦笋等高值农产品质量安全追溯 系统研究与应用”(2011CJJ014)。

严志雁(1982─)，男，助理研究员，硕士，研究方向：农业信息技术。*通讯作者：郑立平。

TP393.4

A

1001-8581(2016)11-0080-05