基于Android的设施蔬菜种植管理与农产品追溯系统研究与实现

朱 溪，李瑜玲，杨英茹

（1.石家庄市人民政府办公厅，河北 石家庄 050011；2.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041）

“民以食为天”，从古到今食品一直是国计民生的重要组成部分。随着生活质量的提高，食品安全尤其是农产品安全问题备受关注，无公害、绿色、有机农产品成为人们的热点话题。食品安全过程监督监管机制的形成，意味着从田间地头到餐桌的全过程安全监控模式已经得到国内外机构和相关食品安全专家的认可，同时安全的追溯系统管理制度也可为全过程监督提供有效手段。

互联网的迅速发展，带动了多方面衍生技术的不断创新。目前，二维码在支付、产品标识等方面应用越来越广泛，同时相适应的移动智能设备也更加丰富多彩，互联网和二维码的有机结合作为一种新兴的数据信息技术目前已处于稳定发展期，在电商、金融、支付、物流、产品溯源等领域应用前景十分广阔。二维码具有操作便捷、普及度高、成本低等特点，将其与农业相结合，可为食品生产安全追溯系统的开发提供新的思路和模式[1]。

随着国内外专家对可追溯系统的关键技术、系统框架和实际应用的不断探讨和研究，目前条形码、射频识别技术（RFID）和二维码等相关技术已经可以很好的实现对物体的识别，同时能够获取物体变化的状态过程。利用集成二维码的移动客户端系统，可以依据标准化种植规程，记录农事种植过程、实时更新环境参数等物联信息，同时结合农产品销售渠道和物流渠道打造全方位全产业链的追溯体系。利用二维码技术对农产品网络地址、种植过程、产品介绍、产品图片与视频等数据信息进行多维度编码，形成包括种植、管理、流通等环节的二维码，进而可扫描查看，确保每一个环节透明可见[2]。

基于以上需求和功能原理，构造了基于Android的设施蔬菜种植管理与农产品追溯系统，本系统适用于设施大棚蔬菜，能够实时并且可靠地提供溯源信息。

1 系统分析与设计

1.1 溯源系统模型的探讨

农产品溯源系统模型传统意义上包括宽度、精确度、深度等几个基本特征[3]。其中，把描述溯源信息范围的环境定义为宽度，如：农产品原产地、农产品加工过程、农产品病虫害防治等环境。从定义上讲，溯源信息宽度越大越有利于防止农产品质量安全问题的发生，同时搭建系统所花费的成本也就越高。把描述溯源信息前后的距离定义为深度，如：从开始种植到成熟、从种植前大棚整理至销售环节等。溯源个体信息的范围为溯源信息的精确度，如：农产品的产地为某省、某县还是某个设施大棚，溯源信息个体的信息范围越大其精确度就越低。

本应用系统包括了设施蔬菜种植、加工、运输等环节，是针对设施大棚蔬菜的全程溯源信息系统。由于设施蔬菜在种植管理中的环境具有封闭性与可控性，因此可形成标准化的种植流程，种植户可以按照种植流程在客户端中进行种植记录管理，还可以利用手机进行图像信息采集，另外还可通过设施大棚中的物联检测设备记录环境信息[4]。由于设施蔬菜溯源信息模型结构性强，同时较为简单，因此可以使用二维码作为唯一的索引溯源码，记录从种植到销售整个过程各环节的溯源信息流。

本应用系统以精确度、深度和宽度为基本特征进行构建，精确度是针对具有唯一性的设施大棚农产品，深度是从设施蔬菜的种植到运输的过程，宽度包含大棚信息、农户信息、生产规程信息、种植记录信息、物联网数据信息和物流运输信息等。

1.2 溯源系统总体设计

本系统共包括六大功能版块，分别为用户与大棚信息、标准种植规程、物联网数据采集、种植服务管理、节点溯源信息查询以及物流溯源信息采集（图1）。用户与大棚信息版块包括种植户、合作社、设施蔬菜大棚、种植服务专家等角色用户信息登录与验证。标准种植规程版块为设施蔬菜种植户提供标准化种植流程，同时提供农事记录与种植矫正专家农事指导信息等。物联网数据采集版块利用物联传感器采集系统为生产提供科学准确的环境参数[5]。种植服务管理版块提供专业的种植指导和服务。节点溯源信息查询版块针对大棚定位信息、节点溯源追踪、节点二维码解码等功能提供工具，为各个节点进行信息查询提供支持。物流溯源信息采集版块包含农产品流入信息记录和流出信息记录等。

图1 溯源系统总体结构图Fig.1 Overall structure of traceability system

整个系统各结构版块都通过移动互联技术和手机进行采集和记录[6]，形成每一个节点的追溯源，在形成信息完备的二维码之前，所有的农产品信息均以动态信息的形式存储在二维码中。

标准种植规程版块采用分散的记录模式，利用手机的便捷性为用户提供种植农事记录如施肥管理、灌溉管理、病虫防治、栽培管理等，系统自动整合生成完整的种植追溯记录。

由于生长环境对设施蔬菜的质量影响较大，所以将物联传感器等部署在设施大棚中，采集生产区域的光照、二氧化碳浓度、土壤温湿度、空气温湿度等参数实时记录并传递给服务器[7]，生成一个溯源信息采集源[8]。同时，农技人员通过手机系统可以及时查看数据，指导生产。

农产品成熟后，利用物流采集系统，结合定位信息，为农产品物流环节提供流通追溯信息源。通过扫描农产品二维码能够解析到农产品的种植户、种植大棚编号、大棚经纬度信息等。

通过整合设施蔬菜各节点的溯源信息，形成完备的唯一的追溯信息二维码，通过手机扫描就能了解农产品从生产到销售的所有信息，为保障农产品安全提供数据支持和便捷的追溯体系[9]。

2 溯源系统关键技术研究

本应用系统中涉及的关键技术主要为二维码技术与定位技术。

2.1 二维码技术

对比条形码的单一性，二维码具有高容量、高密度、纠错力强、可靠性高等特点，存储信息能够在二维空间的水平和垂直2个方向上进行。二维码不但能够存储传统的文本信息，还可以存储网络地址、图片信息等大容量的数据。本系统利用ZXing开源库进行二维码解码（图2），ZXing项目不仅支持平台Web开发，也支持移动端开发，采用二维码为常用的QR码。其功能不断扩展有较多新版本，其类库主要包括了Capture Activity（扫描器）、Capture Activity Handler（解码处理类）、Decode Thread（解码的线程）等。

图2 ZXing开源库解码模块流程图Fig.2 ZXing open source library decoding module flowchart

使用前需要先导入开源库ZXing，包括核心JAR包、资源文件、源代码等。开启摄像头进行二维码解码的类为Capture Activity，因此要在 Android Manifest.xml里注册该Activity，另外如果解码成功需要进入其写在该类中的handle Decode（）方法，在回调函数中根据扫描的结果判定是否为该系统生成的二维码，如果是则提取溯源码，并跳转到溯源结果展示页面或者作为下一步溯源信息的起点。

2.2 GPS 定位技术

全球卫星定位系统，简称GPS，是以24颗定位人造卫星为基础，面向全球各地全天候提供三维位置、三维速度等信息的无线电导航定位系统。GPS由3部分组成，分别为地面控制部分、空间部分和用户装置部分。其中，地面控制部分由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成；空间部分由分布在6个轨道平面的24颗卫星组成；用户装置部分由GPS接收机和卫星天线共同组成。GPS的基本原理是通过测量已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，综合多颗卫星的数据计算接收机的具体位置，再根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

本应用系统利用第三方定位库百度地图SDK实现定位功能。首先进行配置，主要分为4个步骤：（1）下载定位地图库文件，解压缩so文件，同时放入对应的APP框架文件夹内。（2） 配置Android Manifest.xml配置文件，首先需要声明service组件，每个APP拥有自己单独的定位service，其次在application标签中设置高德地图的开发者Key，同时开启定位权限配置。（3） 在主线程中声明A Map Location Client类对象，传Context类型的参数，其中用get Application Context（） 方法获取全进程有效的Context，创建A Map Location Client Option对象，并设置相关参数。（4） A Map Location Listener接口只有 on Location Changed方法可以实现，用于接收异步返回的定位结果，回调参数是A Map Location，再判断A Map Location对象不为空，当定位错误码类型为0时定位成功。通过对A Map Location类的数据解析，能够获取定位的基本信息，如经纬度、地点名称、区域代码等。如果定位失败，需要确定手机是否开启了定位设置，如果没有开启需要手动启用。通过以上开发与设置获取经纬度与地理位置信息后，可在APP系统中查看定位信息，同时系统利用该定位数据绑定溯源二维码并上传系统数据库。

3 溯源系统的实现

目前，Android系统开发主流分为MVC、MVVM、MVP等架构。溯源系统采用MVC架构，主要业务板块利用二维码开源框架ZXing、百度地图SDK等第三方库[10]，其中包括网络框架okhttp、图片加载Glide等开源框架。未登录的游客可以点击首页查看相关的业务信息，同时能够清晰的看到整个追溯体系的业务流程框架（图3）。该APP系统采用游客部分权限可用的用户模式，当用户点击需要登录的版块时，系统自动弹出登录界面，用户类型可选择种植用户、服务专家、管理人员，登录后可进入各自信息进行个性化展示，数据编辑和上报，也可使用二维码扫描功能或输入数字码查询节点追溯信息（图4）[11]。

图3 溯源系统APP主界面Fig.3 Main interface of traceability system APP

图4 二维码扫码界面Fig.4 Two dimensional code scanning interface

图5 种植追溯信息Fig.5 Planting traceability information

种植记录与农产品物流等多环节结合是该系统二维码追溯信息的特色，点击用户大棚，可以查看溯源信息的动态列表，包括种植追溯信息（图5）、专家服务追溯信息和物流节点溯源信息。对各个节点的溯源信息采集后可形成完备二维码（图6）。

图6 溯源完备二维码Fig.6 Two-dimensional code of complete traceability

4 结语

本文在确定设施蔬菜从生产到供应环节的溯源需求后，提出了以构建完备溯源二维码为主线的开发思路，搭建了包括设施蔬菜种植用户与大棚信息、标准种植规程信息、种植服务管理信息、物联网数据采集信息、节点溯源信息和物流溯源信息的结构模型，利用Android开发技术、二维码开源库ZXing和GPS定位技术等，成功开发出了设施蔬菜种植管理与农产品追溯系统的手机客户端APP。该应用系统充分利用移动互联网技术与二维码相融合，提高了溯源系统的可靠性、实时性和准确性，为农产品安全信息追溯提供了有力的数据保障。