基于多终端数据交互技术的“三品一标”企业农产品质量安全追溯管理系统设计与应用

赵小中，平本强，苏 振，刘贝贝，胡 波，曹 柱，郝晓雷

(1.郑州市农产品质量检测流通中心，河南 郑州450006； 2.河南省视博电子股份有限公司，河南 郑州450008)

0 引言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，农产品质量安全已经成为人民群众和各级政府共同关注的重大民生问题[1-2]。加大对农产品生产环节的管控力度，建立及时有效的农产品质量安全追溯系统，规范追踪溯源生产行为，增强信息透明度，是解决农产品质量安全问题的重要途径[3-4]。

BANGE M P等[5]基于无线通信技术开发的便携式农事信息采集系统可提高采集效率。邓勋飞等[6]应用GIS技术对农产品产地进行地块划分，设计通用的产地身份编码体系。丘荣洲等[7]从蔬菜基地溯源管理入手，设计基于溯源技术的蔬菜基地管理系统，为蔬菜企业提供对基地农户种植进行质量管控的信息化工具。朱溪等[8]利用Android技术设计开发设施蔬菜种植管理与农产品追溯系统的手机客户端APP。孙俊等[9]将区块链技术与现有农产品追溯系统的架构相融合，提出基于区块链的农产品追溯系统基本架构。

“三品一标”农产品是指无公害、绿色、有机和地理标志农产品[10]。具有无公害(或绿色、有机、地理标志)产品认证的农产品生产企业，统称为“三品一标”企业(本文特指种植业企业)。与普通农户、一般性生产企业相比，“三品一标”企业普遍具有生产规模大、产品品种多、管理标准化和包装规范化等特点，在种植环节推行良好农业规范(GAP)管理体系，在加工环节实行良好生产操作规范(GMP)管理体系[11-12]。为提升农产品生产企业的经营管理水平和产品竞争力，推动“品牌农业”发展，保障农产品质量安全，在实施郑州市农产品质量安全追溯体系建设项目中，针对“三品一标”企业的特点，应用二维码、GIS、XML、JSON、WMS和WFS等信息技术，设计开发基于多终端数据交互技术的“三品一标”企业农产品质量安全追溯管理系统，并在实际工作中得到了应用。

1 总体架构设计

根据“三品一标”企业的特点，考虑到追溯系统结构复杂、用户面广等情况，系统采用SOA面向体系的架构设计，分为6个层级(图1)[13-15]。

(1)设备层。以农残检测仪、电脑、智能手机为信息采集端，打印机为信息输出端，利用网络设备将信息传输至服务器，为系统运行提供硬件支撑。

(2)数据层。集成“三品一标”企业的业务流和信息流，通过JDBC等数据访问技术与数据库交互，完成对数据的增删改查，实现对系统数据的存储和管理。

(3)支撑服务层。连接数据层和应用层，整合系统业务和信息处理服务，为系统的业务开展和信息处理提供技术服务支持。

(4)应用层。主体注册系统为生产企业、监督管理部门提供注册登记和登录生产管理系统、监督管理系统的账号和密码。生产管理系统为企业提供产前、产中和产后全程信息化管理手段，采集可追溯信息。监督管理系统审核用户注册信息，分配业务操作权限，审核生产信息、检测信息。追溯查询系统为消费者提供追溯信息查询服务。

(5)展示层。为生产者、监管者和消费者提供登录主体注册系统、监督管理系统、生产管理系统和追溯查询系统的窗口。

(6)用户层。用户包括监管者、和产者和消费者。

2 生产管理系统软件设计

生产管理系统是追溯系统最核心的部分。为方便企业使用，采用移动端和桌面端交互设计方式，除了具备可追溯信息采集的基本功能外，还应满足企业日常生产管理如地块管理、生产计划管理、生产档案管理、仓库管理和采购管理等的需要。

2.1功能模块设计

生产管理系统由3大功能模块和12个子模块组成，各模块之间相互衔接、互为支撑(图2)。

(1)产前管理。包括角色与用户管理、地块管理、生产计划管理和生产档案管理。分配管理部门操作权限，划分地块并编码，编制生产计划，建立生产档案。

(2)产中管理。包括农资管理、采购管理、专家辅助支持信息库、农事管理和质量检测管理。采购管理农资，下达、执行和记录农事活动，完成农作物采收前的质量安全检测。

(3)产后管理。包括加工包装管理、配送管理和追溯信息管理。记录农产品加工、包装和配送信息，申请、打印追溯标签。

2.2业务流程设计

业务流程设计重点把控农资采购、农事任务安排、质量安全检测和追溯信息审核等关键环节(图3)。科学合理地采购和使用农业投入品是保障农产品质量安全的必要前提[16-18]。在农资采购环节，通过专家辅助支持信息库调用农业部农资登记产品信息，保证采购的农资产品符合生产要求。在农事任务安排环节，通过专家辅助支持信息库调用作物标准化生产规程、禁用和限用农药名录等信息，协助制定农事任务，保证科学合理地使用农业投入品。在农作物成熟采收前设置质量安全检测环节，保障农产品质量安全。在打印追溯标签前，设置追溯信息审核环节，保证追溯信息的真实性、准确性和完整性。

2.3多终端交互式设计

考虑到农业生产的实际，结合桌面端和移动端的优缺点，为便于企业操作使用，生产管理系统采用移动端和桌面端交互式设计(图4)。

移动端具有易携带、信息采集便捷等优点，但信息存储量和显示面积有限，主要用于接收消息通知和采集农事活动信息，包括农事任务数据和图片视频信息。桌面端具有功能强大、信息存储量大和分辨率高等优点，但配置体积大、不便于携带，主要用于信息的存储、搜索、分析和处理，以及查看和管理业务数据。

具体流程：在桌面端添加地块信息时，系统后台生成地块二维码，并通过桌面端将地块二维码下载和打印，置于地块上。生产者通过APP扫描地块二维码自动选择地块，选择要完成的产品种类和本次执行的农事任务等信息，录入农事活动过程中可以拍摄相关的活动照片或视频，移动端采集的农事记录信息通过Web Service接口将XML数据传输至桌面端，后者对数据进行详细分析和处理。移动端和服务器端交互接口部分设计程序如下。

public Result saveActiInfo(String archiveCodes，String actiTypeCode，StringactiTypeName，String employeeCode，

String employeeName，StringactiDate，StringextendActiTypejson，StringmediaJson){

Result result=new Result()；

StaticLog.info(“APP端进入农事提交保存方法”)；

try {

Integer flag=actiActiService.saveInfo(archiveCodes，actiTypeCode，actiTypeName，employeeCode，employeeName，

actiDate，extendActiTypejson，mediaJson)；

if(flag==10000){

fillResult(result，200，10000，“保存成功”)；

}else if(flag==10003){

fillResult(result，200，99999，“生产档案不存在”)；

}else{

fillResult(result，200，99999，“保存失败，请稍后重试。”)；

}

StaticLog.info(“APP端农事提交保存结果：”+flag)；

}catch(Exception e){

StaticLog.error(e.getMessage()，e)；

fillResult(result，500，99999，“保存失败，请稍后重试。”)；

}

return result；

}

2.4追溯编码设计

2.4.1追溯编码规则设计

追溯码是农产品终端销售时承载追溯信息直接面对消费者的专用代码，是展现给消费者具有追溯功能的统一代码[16]。为方便与流通环节追溯系统对接，实现农产品从产地到餐桌全程质量安全可追溯，参照《农产品追溯编码导则》《肉类蔬菜流通追溯体系编码规则》等技术标准，制定系统编码规则(表1)[19-20]。

表1 系统编码规则

2.4.2二维码生成

表2 追溯信息与关联的数据库

2.5关键技术应用

2.5.1二维码技术

主要用于追溯信息管理环节。二维码技术是采用特殊的二维码图形记录农产品信息，具有信息密度高、纠错能力强和防伪性好等特点，能够和产品直接相连，做到一物一码。通过图像处理与编码技术，将包含产品信息的二进制数字排列，形成不同的矩阵组合。在智能移动端扫描解析重新生成产品的详细信息，了解种植过程的明细。

2.5.2GIS技术

主要用于地块管理环节。地理信息系统(GIS)提供追溯的地理位置信息，把地图的视觉化效果和地理分析功能与数据库集成在一起。GIS系统将地块管理、质量检测管理和溯源编码管理等功能模块与监督管理系统对接，实现融合与联动，将各类预警信息在地图上直观呈现，实现智能预警和应急指挥。

2.5.3异构系统整合技术

主要用于农事管理和检测管理等环节。通过SOA技术整合解决跨PC端和移动端的异构性问题。系统采用面向服务(SOA)的设计思想，按需装配的组件化结构，实现网络业务、资源和用户的融合管理和端到端管理。基于SOA技术框架的松耦合的信息交换体系为系统提供Web Service接口。采用Web Service技术框架，通过松耦合、分布式和易扩展的开放管理平台，提升各业务融合能力。

2.5.4异构系统数据交换技术

主要用于农事管理环节。多终端的数据格式存在多样性，主要通过XML技术和JSON技术统一和转换。XML即可扩展标记语言，是一种简单的数据存储语言，使用简单的标记描述数据，在Internet中可跨平台处理结构化文档信息。系统接收到请求方的请求后进行对应交易处理，返回XML格式的数据给请求方系统。JSON用于服务器和客户端的数据交互，在不同的编程语言之间实现数据交换，系统的报表插件与服务端数据传输格式采用JSON格式传输，便于格式统一和提高识别处理效率。

2.5.5空间数据交换技术

主要用于数据传送环节。空间数据交换采用GML格式，遵守OGC规范与标准，主要采用WMS和WFS技术。WMS通过地理空间信息的数据制作地图，并返回地图图象。WFS通过GML传递地理空间数据，在基于HTTP协议的分布式计算平台上对地理要素进行增删改查等操作，同时保证地理数据变化的一致性。

3 系统实现

3.1开发环境和应用环境

3.2系统界面

3.2.1主体注册和审核

企业登录主体注册系统，提交备案信息，经监督管理系统审核通过后，保存到信息中心服务器，系统界面如图5和图6所示。

3.2.2用户管理

企业按照监督管理系统提供的账号和密码登录生产管理系统，构建组织结构信息系统，依据部门职责和人员分工分配操作权限，系统界面如图7所示。

3.2.3地块划分与管理

生产部应用GIS技术划定、标注基地范围，根据基地属性和作物种植情况划分、标注和编码地块信息，系统界面如图8所示。

3.2.4生产计划管理

生产部依据地块划分情况，制定年度生产计划。选择关联地块、地块面积和计划种植的品种，设定播种(移栽)、收获时间，系统会根据农事活动的进行情况自动显示目前的执行状态和进度，系统界面如图9所示。

3.2.5农资采购管理

供应部依据生产计划或农事任务单，调用农资库存信息和农业部农资登记产品信息，填写采购单，经审核后进行农资采购，系统界面如图10和图11所示。

3.2.6农事管理

生产部根据生产计划创建生产档案，借助专家辅助支持信息库，下达农事任务单，通过PC端或手机端录入农事信息，系统界面如图12和图13所示。

3.2.7专家辅助支持信息库指导

专家辅助支持信息库主要包括农业部农药登记产品信息、农作物标准化生产规程、禁用和限用农药名录等，输入搜索要求和选择相关类型，即可获得科学有效的施肥施药指导建议，系统界面如图14所示。

3.2.8质量安全检测

农作物成熟采收前，通过开发的基于PC端的农残速测仪智能化检测管理系统进行农药残留快速检测，检测合格后方可采收入库，系统界面如图15所示。

3.2.9追溯标签申请和打印

农产品加工包装后，在线申请追溯标签，经监督管理系统审核后，打印粘贴追溯标签，系统界面如图16和图17所示。

3.2.10追溯码查询

用户可以登录郑州市农产品质量安全信息网(图18)，输入追溯码查询，或者用手机扫描二维码查询。

4 系统应用

系统开发完成后，自2017年在郑州市28家种植企业进行了示范推广应用，共建立生产档案2000多个，检测蔬菜3500多批次，打印追溯标签40多万张。推广应用结果表明，该系统可实现农产品从种植、检测、采收、加工、包装和配送的全程质量安全控制和跟踪溯源。

5 结束语

基于多终端数据交互技术的“三品一标”企业农产品质量安全追溯管理系统，采用SOA面向体系的架构设计，应用移动端和桌面端交互设计方式，通过设置专家辅助支持信息库、农资采购管理、质量检测管理和追溯信息管理等功能模块控制关键环节，保证追溯信息的真实性、准确性和完整性，从而保证农产品质量安全，可实现农产品从种植、检测、采收、加工、包装和配送的全程质量安全控制和跟踪溯源。专家辅助支持信息库可独立开发为APP，增加图像识别模块和语音识别模块，根据现场拍摄的病虫害图片和农作物病情描述，准确识别病虫害种类，提供病虫害防治解决方案。增加产地环境监测模块，采集温度、湿度和光照等信息，科学指导农业生产。