基于SaaS模式的江苏省农产品质量安全追溯管理系统研究

王坤 白红武 王富国 张军燕 俞彤

摘要：从SaaS模式出发，深入分析农产品质量安全追溯管理系统的架构，结合江苏农产品点多面广的特点，构建了“两段式管理、三大环节、八个控制点、三流合一”的江苏省农产品质量安全追溯管理系统（JS-APQT。该系统包括“一个中心、五类子系统”，分别为农产品质量安全追溯管理中心、末端企业追溯系统、质量安全检测系统、政府监管系统、诚信评价及推介系统和公共信息服务系统。其中，系统基于J2EE-SOA技术构架，实现多用户B/S服务；经检验合格的产品，可自动生成QR追溯码，兼容农业部追溯标准。

关键词：SaaS模式；食品安全；追溯系统；溯源管理

中图分类号： S126文献标志码： A

文章编号：1002-1302（201412-0414-05[HS][HT9SS]

收稿日期：2014-06-20

基金项目：江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（135051]；江苏省农产品质量安全专项（编号：2130109；公益性行业（农业科研专项（编号：201303088。

作者简介：王坤（1975—，男，江苏泰兴人，副教授、高级工程师，从事信息系统架构、网络控制技术与农业信息化。E-mail：tzwk@foxmailcom。

民以食为天，食以安为先。自20世纪70年代以来，食品安全问题日益突出，国际上疯牛病、禽流感等相继暴发并跨国传播；在国内，发生了苏丹红、毒奶粉、瘦肉精等食品安全事件，食品质量安全问题已经成为全社会广泛关注的焦点问题[1]。2001年，欧盟等国家通过了《食品安全白皮书》，积极推广食品可追溯制度，强制要求进入欧盟的食品必须可追溯。美国的溯源系统主要是通过FDA进行食品安全认证建立起来的。2009年，中国的《食品安全法》应运而生，也开始重视农产品质量安全追溯，要求各省（市、区进一步落实农产品质量安全追溯制度。

江苏省积极开展农产品质量安全信息化控制探索与实践，在全省范围内实现监管机构乡镇全覆盖，基本建成了全省农产品质检体系，已初步形成“南京农产品质量安全IC卡监管模式”、“无锡朝阳全程质量控制模式”[5]、“盐城放心粮油专卖连锁店模式”[6]等几种相对较为成熟的模式。分别构建了具有地方特色的信息化系统，在国内外形成了一定的影响。但在具体实施和实践中，不难发现现有的信息系统大都为了追溯而追溯，设计视角不一、追溯管理深度不一、关键控制要素不一，造成了不同地区、不同部门、不同企业之间对流动的农产品的控制和监管信息缺乏共享机制等[7-13]。加之农产品企业大都规模不大、相对分散，软件与硬件投资的同质化非常严重，很难有效降低开发成本，而且传统的软件推广模式不利于系统推广应用。因此，从软件即服务（software as a service，SaaS模式出发，深入分析农产品质量安全追溯管理系统的架构，结合江苏农产品点多面广的特点，提出了集“两段管理、三大环节、八个控制点、三流合一”于一体的江苏省农产品质量安全追溯管理体系及其应用模式，利用J2EE-SOA技术，研制出支持过程控制与可追溯并重的“江苏省农产品质量安全追溯管理系统（简称JS-APQT”，实现多用户B/S服务，为江苏省农产品质量安全追溯管理体系建设提供有力的信息化支撑。

1材料与方法

11SaaS模式

111成熟度模型等级

SaaS是一种基于互联网提供软件服务的软件应用模式。该模式对用户的应用要求不高，适合我国规模不大的中小型企业，特别是农业企业。用户无需搭建信息化所需要的所有网络基础设施及软件、硬件运作平台，更不需要过多考虑所有前期的实施、后期的维护等一系列配套工作。用户只须根据实际需要，租赁相应的软件服务，大大降低投资风险和资金投入压力。目前，业内将SaaS模式按照高性能、可配置、可伸缩的特性细分为Level 1（定制、Level 2（可配置的、Level 3（可配置、高性能多租户、Level 4（可配置、高性能多租户、可扩展[14]四级SaaS 成熟度模型（图1。

江苏省农产品质量安全追溯管理系统（简称JS-APQT系统，面向全省范围内的优质农产品企业、“省、市、县、镇”四级农产品质量安全监管机构、“省、市、县、镇、点”五级农产品质量安全检测机构等节点，实现与流通环节的追溯系统无缝对接。针对系统带来的规模效应及容易在全省范围被推广应用因素，考量综合开发成本，避免财政资源的浪费，SaaS成熟度模型Level 3能满足JS-APQT的应用需要，设计时选择为JS-APQT的基础架构模型。随着应用范围的扩大，可适当增加负载均衡层，优化应用系统结构，提高到SaaS成熟度模型Level 4。

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112数据体系结构

JS-APQT系统的数据体系结构为多租户（Multi-Tenant模式，实现租户之间的数据既有隔离又有共享。如何保证数据安全和高可用性，是多租户数据体系结构设计的核心问题。多租户数据体系结构设计一般分为完全隔离型、完全共享型和Schema 隔离型3种[15]，具体如下所述。

（1完全隔离型，即租户拥有独立数据库，在应用程序设计时根据企业的标志动态加载数据库。优点在于设计难度低，结构简单，数据易于管理，而缺点是系统可扩展性不好，易形成设计瓶颈。

（2完全共享型，即租户共享同一数据库、共享数据库结构，通过记录中的企业标志来区分不同企业的数据。优点在于数据库的利用率很高，硬件成本较低；缺点在于数据隔离性很低，容易造成单表的数据量过大，对系统性能会产生很大的影响。

（3Schema 隔离型，是指租户共享同一数据库，通过不同的 Schema隔离数据库结构。优缺点折中于前2种方案，容易造成单个数据库里的表过多，实现数据库分区难度较大。

结合农业行业企业规模小、分散、供应链节点多的特点，JS-AQPT系统的数据体系结构集成了完全共享型和完全隔离型方案的特点，集中式实施的部分系统数据库采用完全共享型，分步式实施的系统数据库通过持久化中间件实现不同数据库的选择。

12系统设计

121设计思路系统设计基于农产品供应链，摒弃了传统的“单纯为追溯而追溯”，以强化生产源头监管为主线，力求实现农产品质量安全“从农田到餐桌”的全程监管与可追溯，以达到过程可监管、产品可溯源、问题可预警的目标。经过大量的研究与探索，形成了集“两段式管理、三大环节、八个控制点、三流合一”于一体的江苏省农产品质量安全追溯管理体系及其应用模式（图2。

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[FL（22]“两段式管理”即农产品入市前的“生产、收购、储藏、运输”等全程质量管理由农业部门负责，食药部门负责农产品入市后的“市场、消费”等全程质量管理；“三大环节”即结合江苏省现状，将供应链分为生产环节、收储运环节及流通环节3个环节；“八个控制点”主要包括主体备案、产地环境监测、投入品监管、生产过程监管、产地准出检测、追溯标识管理、市场准入、监督抽检等8个追溯控制关键点；“三流合一”即物流、信息流和控制流在农产品质量安全“从农田到餐桌”全程中的有机结合。

122总体架构如图3所示，JS-APQT系统架构体系包括安全保密体系、运行维护体系及技术架构体系三大部分。其中，安全保密体系及运行维护体系为整个系统总体架构体系提供安全可靠、长期有效的运行保障，是基础；技术架构体系为整个系统总体架构体系的核心，采用SaaS模式分层设计，基于J2EE-SOA技术构架，实现为多层B/S架构。技术架构体系细分为数据资源层、公共管理层（类似元数据服务、业务部署层、客户定制层、表现层、接口适配层等。

123功能结构JS-APQT系统包括“一个中心、五类子系统”，分别为农产品质量安全追溯管理中心、末端企业追溯系统、质量安全检测系统、政府监管系统、诚信评价及推介系统和公共信息服务系统（图4。

（1农产品质量安全追溯管理中心。是整个系统的核心，包括中心数据库、数据中心和控制中心三大模块。可实现数据采集、数据分析、数据管理、租户管理、定制管理、系统管理、数据交换、企业认证、产品认证、视频信息采集、产品投诉及召回管理等功能。

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[FL（22]

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（2末端企业追溯系统。包括生产企业追溯系统、收储运企业追溯系统、流通企业追溯系统、农业投入品追溯系统、团体消费追溯系统等5个子系统，基本覆盖了农产品供应链主要环节企业，基于统一架构，实现农产品供应链全程信息化和透明化，消除各环节间“信息不对称”现象。流通企业追溯系统及团体消费追溯系统作为流通环节中的功能模块，不属于农业委员会职权管辖范围，所以按照商务部有关标准实现系统接口对接。

（3质量安全检测系统。实现农产品质量检测数据的自动采集、管理及远程上传。“省、市、县、镇、点”五级质量安全检测机构及授权速测点可根据需要，定期或随机对辖区内的农产品进行抽检，协助无检测手段的农产品基地进行产品准出检测。

（4政府监管系统。按照“省-市-县（市、区-镇”4级行政体系，建立属地管辖范围内农产品质量监管体系数据库，可实现四级政府依据各自权限对属地农产品质量进行动态监管。通过对各种农产品质量数据的组合查询、规则分析等来实现预警和风险评估。如发现产品质量安全问题，可根据预警信息，立即进入纠偏程序，启动追溯程序，查找生产日期，确定基地、相关记录，分析成因，研究纠偏对策，采取纠偏措施并进行纠偏后评估。

（5诚信评价及品牌推介系统。按照预设的五星级企业质量诚信评价模型，自动对该企业相关数据进行分析统计，形成企业质量诚信评价等级，对诚信度较好的企业采用在线推广、专题介绍等方式进行在线推介。

（6公共信息服务系统。面向广大消费者，消费者可以根据二维码追溯标识进行防伪追溯，查看该批次农产品的生产过程、投入品使用情况、检测记录及产品认证情况，也可以查阅与农产品质量安全相关的新闻公告、供求信息、三品信息、企业诚信等级、品牌推介等，还可以向有关部门进行在线投诉。

13关键技术

JS-APQT系统作为江苏省农产品质量安全追溯管理体系建设的信息化公共支撑平台，必须要符合其体系框架要求。因此，JS-APQT系统在设计时，专门集成了HACCP体系及关键控制点分析技术、农业投入品交通灯规则及预警技术、支持技术规程嵌入的标准化生产过程控制技术、不同型号速测设备松耦合集成技术等，实现体系要求的物流、信息流和控制流的三流合一。

131HACCP体系及关键控制点分析技术

利用HACCP体系及关键控制点分析技术，分析形成了江苏省农产品质量安全追溯管理体系中涉及到的八大质量安全关键控制点，基于已知的国内外农产品生产技术规程，进行关键点分析，提炼出标准化生产过程中关键点及相应要求，设置到数据库中，为标准化生产过程控制提供基础数据。

132农业投入品交通灯规则及预警技术

利用红黄绿交通灯规则，对农业投入品的生产、经销、采购、使用进行预警控制，“红灯”代表禁用投入品，“黄灯”代表限用投入品，“绿灯”代表可用投入品。依据国家三品认定标准中相关技术规程，对某一品类或某一品种进行规则设定，利用内置的农业投入品控制池技术，系统进行自动判断，发现违规现象，则自动预警。

133支持技术规程嵌入的标准化生产过程控制技术

利用HACCP关键点分析技术，将农产品相应的生产技术规程进行提炼分析，形成过程控制中的关键点清单及其相应要求（如注意点、禁止事项等，初始化到标准化生产过程控制规则库中。当用户建立生产批次档案时，选择该批农产品的生产标准，自动调用相应的生产标准控制规则，自动生成该批农产品的主要生产环节及其提示信息，用户可以依据相关信息进行生产，并录入实际生产记录信息。利用内置的预警规则，对录入生产信息进行预警分析，便于控制生产过程。

134不同型号速测设备松耦合集成技术

在推广过程中，涉及到不同厂家不同型号的农产品快速检测设备，存在不同的接口技术、不同的信息标准、不同的采集技术。因此，采用松耦合集成技术，制定专门的检测设备信息接口标准，研发出公共的接口Web服务接口，支持对上传数据的过滤、分析和入库。支持农产品快速检测设备厂家依据标准开发相应的电脑控制终端程序，实现检测设备数据的自动采集与远程上传，构建统一的农产品检测信息网络。

2结果与分析

21及时获取产地环境监测数据

根据追溯管理体系对产地环境监管的要求，专门设计产地环境监测数据库，用于对专业检测机构出具的农产品企业产地环境监测数据的维护、存储与分析，内置产地环境评价规则，建立产地环境质量综合评价模型，对产地环境质量进行辅助分析。例如，在江苏省盐城市某生产基地的大棚里布置了4个无线传感器节点，实时采集作物的环境信息（如温度、湿度、CO2浓度、土壤湿度等。当温度过高或湿度过大时，系统会自动向管理者发出预警信息，以避免重大损失。系统自动获取农产品的产地环境参数，经过整理，存入指定的数据库，为JS-APQT系统提供重要的源头信息。通过物联网技术来构建设施监控系统，与JS-APQT系统有机结合起来，一定程度上解决了农产品追溯的源头信息。

22保障追溯信息安全有效

在追溯信息安全方面，主要采取了以下几个措施：（1网络层面，利用专业的硬件防火墙实现内外分离，数据库服务器设置在防火墙之后，通过有效的过滤机制实现访问安全。（2服务器层面，实现数据库服务器与应用服务器之间的物理分离，对数据实现多重备份，通过磁盘阵列技术（RAID，redundant arrays of independent disks，以保证在数据遭到破坏时，可通过备份进行恢复。必要时专门设置异地备份服务器。（3数据层面，对关键数据进行加密处理。对于数据库的核心数据，例如租户信息、用户名、密码、产品检测报告等，在写入数据库之前实施加密，提取数据时再进行解密。即使有人通过非法手段得到数据库，也难以获得有价值的关键数据[15]，本系统采用JCE（java cryptographic extensions来对关键数据实施加密和解密。此外，通过农产品控制池技术，将产品检测与上市销售相结合，实现准出控制。例如，质检员通过农产品质量安全检测系统终端，快速检测并自动上报数据，检测合格后，具备上市资格，打印该批次农产品追溯标志，粘贴，销售。

23增强通用性的二维码编码规则

根据农业部标准，参照《NYT 1431—2007农产品追溯编码导则》。采用29位长码，其含义为县行政区划（6位+乡镇（3位+村（3位+产地分类代码（5位+流水号（3位+产品信息码（9位，方便消费者通过短信或电话的方式查询。基于QR二维码技术，系统设计了追溯性包装标识和追溯性产品标志2种规格，具体样式如图5所示。产地准出检测通过后，自动生成追溯性二维码标志，打印出标志，再粘贴到产品上。

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24提供多种代理商查询

为保障消费者的知情权，便于消费者查询，系统支持短信服务、电话咨询、网络服务、专用查询设备、智能终端等多种信息查询途径。消费者可通过贴有追溯码的产品包装查询到该产品的质量安全信息，例如品种、产地、责任人、产地环境、投入品检测、生产记录、产品检测报告等。为支持多种信息查询途径，系统专门设计了各种相应的代理商，充分利用多种代理商的主动性及协作性，以主动服务的方式完成消费者对农产品质量安全信息的查询（图6。

25应用效果

JS-APQT系统作为江苏省农产品质量安全追溯管理体系信息化支撑平台，首先以盐城市为试点，通过44家生产基地及涉及到的“市、县、镇”3级监管机构、检测机构等近200家试点载体开展全方位的试点工作，达到了质量信息可查询、问题产品可溯源、事故隐患可预警的目标。2012年，在江苏省丹阳市天禾生态农业科技发展有限公司、江苏省张家港市常阴沙现代农业示范园区等建立了行业企业示范点，形成了以行业龙头企业引导下的企业质量安全追溯管理示范应用模式；在江苏省扬州市江都区建立了以乡镇为单位的区域性追溯管理示范应用模式。2013年，分别在泰州市、镇江市、淮安市、宿迁市、盐城市建立了地市级追溯管理示范区域，形成了地市级追溯管理示范应用模式。目前，已推广江苏省13个省[FL]

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[FL（22]辖市、76个县（市、区、乡镇387家、检测机构（点585家、农产品企业1 886家，县（市、区覆盖率达到100%，乡镇覆盖率达到全省涉农乡镇的406%。在同类项目中推广规模全国最大，受到省厅领导和农业部领导的一致好评。

3结语

本研究在消化吸收国内同类技术基础上[7-13]，分析区域农产品生产链的特点，构建一种基于SaaS模式的农产品质量安全追溯管理系统。经过试点验证与推广应用，为进一步营造市场氛围，强化示范引导，推行诚信评价及品牌推介，建立了“放心吃诚信品牌推介网”。为配合各级监管机构的信息服务要求，建立了“省市县农产品质量安全监管网站群”，形成了具有江苏特色的农产品质量安全追溯管理体系。JS-APQT 系统在江苏省得以大规模推广，很大程度上依赖于政府财政资金的支持。对企业而言，确实存在投入产出不高和管理成本增加等问题。能否形成企业质量安全追溯长效机制，能否利用市场引导机制，能否建立企业诚信机制，这是今后农产品质量安全信息化工作的重点。信息系统运行的同时，应加强法制建设，加大对不诚信企业的惩罚力度，引导农产品产业进入优质优价的良性循环，切实保障百姓的“菜篮子”安全。

[HS2][HT85H]参考文献：[HT8SS]

[1][（#]白红武，孙传恒，丁维荣，等 农产品溯源系统研究进展[J] 江苏农业科学，2013，41（4：1-4

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

[3]Smith G C，Tatum J D，Belk E，et al Traceability from a US perspective[J] Meat Science，2005，71（1：174-193

[4]食品商务网 南京市升级农产品质量安全IC卡监管系统[EB/OL] （2009-07-02[2014-09-12] http：//www21foodcn/html/news/35/477151htm

[5]季辉，孙翔 一种新型的农产品全程质量控制模式——无锡“朝阳模式”的实践与启示[J] 农业质量标准，2003（1：16-17

[6]张希颖，祃海霞 第三方物流与农产品连锁经营模式创新——河北省农产品营销模式分析[J] 价格理论与实践，2007（7：79-80

[7]闵小平，何旭平，费新东 江苏省农产品质检体系建设的实践与思考[J]农产品质量与安全 2014（2：54-56

[8]白红武，孙爱东，陈军，等 基于物联网的农产品质量安全溯源系统[J] 江苏农业学报，2013，29（2：415-420

[9]杨信廷，孙传恒，钱建平，等 基于UCC/EAN-128条码的农产品质量追溯标签的设计与实现[J] 包装工程，2006，27（3：113-114

[10][（#]李辉，傅泽田，付骁，等 基于Web的蔬菜可追溯系统的设计与实现[J] 江苏农业学报，2008，24（5：716-719

[11]谢菊芳，陆昌华，李保明，等 基于[G-3]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

[12]陆昌华，王立方，谢菊芳，等 工厂化猪肉安全生产溯源数字系统的设计[J] 江苏农业学报，2004，20（4：259-263

[13]姚芳，刘靖，展跃平，等 熟肉制品质量安全可追溯系统的构建与实现[J] 江苏农业学报，2012，28（3：667-672

[14]赵进 SaaS成熟度模型浅析[J] 程序员，2008（8：52-54

[15]袁志俊，夏红霞 基于SaaS模式在线软件系统开发方案的研究[J] 计算机工程与设计，2009，30（11：2714-2717