基于物联网和云计算的农产品质量安全追溯管理平台

张舒宁

（山西农业大学 软件学院，山西 晋中 030801）

0 引 言

随着民众生活水平质量的不断提高，农产品的质量安全问题越来越受国家及人民的关注[1]，大众提倡健康饮食，更加看重食品的质量安全。为了提高并保障日常食用的农产品的安全质量，需要从多角度多方面进行监管管理，如规范、标准农产品的生产流程与生产环境，加大对产品安全质量的监控管理[2]，建立完善农产品相关法律规定[3]，使农产品投入和生产更加严格化、规范化。利用物联网技术对农产品的生产全过程进行跟踪追溯，实现互联共享的信息安全体系[4-6]，建立实现政府监管、企业生产基地管理、消费者查询农产品质量信息的系统平台，对提高我国农产品质量安全水平具有重大意义[7]。

为了加强农产品质量安全监管能力，提高农产品企业质量安全意识[8]，满足公众的农产品质量安全追溯需求[9]，本文提出一种基于物联网建设稳定可靠的农产品质量安全追溯管理平台[10-11]。

1 系统设计

1.1 总体技术设计

1.1.1 顶层设计方法

本文采用顶层设计方法构建农产品质量安全追溯管理统一平台，支撑区/县、乡镇多层级使用，实现市内公众农产品质量安全追溯信息跨区域、零距离查询的创新业务模式。

1.1.2 “数据+服务”系统构架

本设计采用此设计思路进行系统构架，以支撑业务发展过程中的数据统计分析、统计报表、业务流程配置等灵活便捷的业务需求。

1.1.3 开发环境

本文采用Windows 操作系统、JDK（J2EE）开发环境、Java 开发语言，数据库采用Oracle 11g、B/S结构，确保追溯管理平台高效、顺畅运行，具有安全性、可靠性、稳定性、开放性和拓展性等特点。

1.2 技术开发路线设计

因为Java具备面向对象且不依赖于硬件环境的开放架构，具有较好的可移植性、较高的安全性、敏捷的响应和强交互能力，因此采用Java进行平台设计，可保证系统具有良好的扩展性、安全性和维护性。整个系统需要一个强的交互性数据库应用，所以需要将多种Java 技术相结合以动态实现系统的交互，即将JSP、Java Applet、JavaBean、Servlet等技术相结合，协同处理系统的交互、操作功能。数据库访问、会话采用JSP技术和JavaBean，图像处理、网络传输、查错检错采用Servlet，一些应用模型则采用JavaBean、JTA技术。

MVC框架应用了当下最流行的SpringMVC。Spring框架不仅可以利用策略接口对其进行高度配置，还具有多种视图 技术，如 JSP、POI、Velocity、iText和 Tiles等。Spring MVC将控制器、分派器、模型及程序对象进行了分离，易于后期对其定制。

通过MyBatis对数据库进行了快速连接。MyBatis以更灵活的方法访问数据库，以及管理事务和多线程，并且还支持对数据库的数据集、SQL语句、会话管理等的连接与管理功能。

数据的交换使用XML可以简化、规范对分布式[12]数据的耦合操作。

1.3 系统设计特点

本文从多性能与需求对平台进行了全面设计构建，设计的系统具有以下特点：

（1）面向对象系统，其扩展性和移植性得到了较好提升；

（2）三层架构系统，有利于系统横纵向的平滑扩张；

（3）用户业务逻辑独立于数据信息，存储于服务器层，方便系统修改业务；

（4）模块化系统设计，不仅扩大了空间，还便于系统的更新操作；

（5）中间件技术提升了系统的性能，如安全性、可靠性等；

系统是一个集成的整体，用户可以用不同的方式对其进行访问，看到一致的系统界面。

1.4 系统架构和软件架构设计

1.4.1 系统架构

基于物联网和云计算技术的农产品质量安全追溯管理统一平台如图1所示。

图1 系统架构

1.4.2 软件架构

系统平台的软件架构如图2所示。

图2 软件架构

1.4.3 服务器设置

平台共安装2台服务器，1台服务器专门用于运行农产品质量安全中心数据库，1台服务器用于提供农产品质量安全追溯管理平台核心应用服务。

为了保证传输速率，将服务器直接同核心交换机进行连接。服务器上安装操作系统、数据库和应用软件，实现集中运行业务应用软件，为客户提供相应的业务服务。

2 系统组成

系统由“一库四平台”构成，如图3所示。包括农产品质量安全追溯信息数据库、政府监管平台、企业管理平台、公众信息查询平台、数据分析平台。

图3 系统构成

2.1 农产品质量安全追溯信息数据库

通过系统平台获取的数据信息，建立统一全面的农产品质量安全追溯信息数据库，运用大数据存储实现云计算数据库建设。数据库是农产品质量安全追溯管理信息平台应用的核心，结合农产品信息化建设现状，实现与已有数据资源的共享，避免重复建设，满足综合应用系统的各种需要，为各部门业务平台提供稳定、可靠的数据源，同时提供完善的权限管理机制，以及对共享数据的更新和维护机制，实现对共享数据的及时更新。

2.2 政府监管平台

该平台实现政府管理者对农产品生产经营企业的生产过程、流通过程、检验检测、农资投入等信息的实时监管[13]，统一管理农产品质量安全追溯信息数据库，实现品牌农产品管理。通过该平台设立市、区/县、乡镇、企业多级账号、分配多级权限进行使用。

系统由以下子系统组成。

（1）系统用户管理子系统。主要针对用户的信息进行管理，平台管理员可以根据需求灵活配置各级用户的查询、统计、配置等操作权限[14]。用户管理如图4所示。

图4 用户管理构成

（2）体系机构管理子系统。录入、管理辖区机构对农产品安全质量监测等基本信息。

（3）农产品生产经营企业管理子系统。录入、管理辖区内所有农产品生产经营企业的基本信息、地理信息、农产品信息、初加工信息、仓储信息、销售信息、诚信信息等；录入对辖区内农产品生产经营企业的管理信息，包括每次监管总体情况信息和违规企业的具体违规信息和不合格产品的具体信息。

（4）品牌农产品管理子系统。录入、管理辖区内所有已获得认证的无公害农产品、绿色食品、有机食品、地理标志农产品和名牌农产品即“三品一标[15-16]一名牌”农产品的基本信息。如产品名称、注册商标、产地名称、产地地址及GPS位置、产品数量、包装规格、销售去向[17]、证书编号、认证期限、认证类别、诚信信息等。根据企业信息，在平台内置GIS地图上进行定位，并生成“三品一标一名牌”企业分布图。

（5）农事活动监控管理子系统。涵盖企业各项农事活动的完整记录，要求可提供视频监控接口，实时掌握企业生产状况，对不规范的农事活动及时整改。预留视频数据接口，有条件的企业可安装监控设备，其实时视频可在平台上进行查看。

（6）生产初加工监控管理子系统。记录产品初级加工各个流程及各道工序的实施人员及实施时间，由企业自主录入数据。

（7）投入品监控管理子系统。记录投入品基本信息（名称、规格、有效成分）、来源（生产厂家、经销商）、库存[18]、领取和使用情况，由企业自主录入数据。

（8）预警报警管理子系统。涵盖禁用、限用农药、兽药、非食用物质目录及上千种常规农药、兽药、非食用物质的使用限量，及时对使用禁、限用农药、兽药、非食用物质和超剂量使用常规农药、兽药和非食用物质的行为通过农产品质量安全平台发布预警报警信息，通过平台短消息、手机短信等方式进行信息推送。

（9）产地准出证明管理子系统。记录农业生产主体企业生产的产品每一批次获得农业部门相关产地准出证明证书，并按照一证一编码[19]实施管理，政府监管平台保留对应证书的副本文件。

2.3 企业管理平台

对农产品生产企业主要实现：基地地块、农事活动、生产加工、原料半成品、投入品、农产品等数据的采集、审核和管理，实现追溯链条全线贯通。

包括如下主要功能。

（1）基地地块管理子系统。记录企业所属的基地地块信息、认证信息及环境监测情况。

（2）农事活动记录管理子系统。针对不同企业定制适宜的农事活动记录表。

（3）生产初加工活动管理子系统。针对不同企业定制适宜的生产加工活动记录表。

（4）企业原料、半成品管理子系统。记录企业原料、半成品原料投入情况。

（5）企业投入品进销存管理子系统。记录农药、兽药、肥料、饲料、种子等农业投入品的进货渠道、进货量、领取情况、库存等。

（6）产品质量监控子系统。记录企业生产的产品质量信息、批次信息以及二维码信息。

（7）企业农产品仓储物流管理子系统。记录企业农产品的仓储物流信息。由企业自主录入数据。

（8）企业农产品销售信息管理子系统。管理农产品的生产数量、销售数量及库存、产品销售价格、销售去向等，为企业提供长线价格行情数据分析。由企业自主录入数据。

（9）企业管理子系统。管理企业本身的部门、人员、仓库、场地信息，便于填写生产信息时的调用。

（10）投诉管理子系统。对公众客户、对企业及产品投诉建议的实时受理和回复。

2.4 公众信息查询平台

公众信息查询平台通过移动终端、二维码查询机、互联网等方式，实现农产品质量安全信息查询[20]，实现消费者对农产品质量安全信息跨区域、零距离查询。

该平台主要包括移动终端二维码扫描、手机短信、微信公众账号、农产品质量安全追溯网等。查询功能主要包括以下内容。

（1）企业信息查询。企业名称、所在区域、企业分类以及企业诚信级别等信息。

（2）产品信息查询。基本信息（产品名称、产品生产过程、认证类别、证书编号、所属行业、产品种类、产品销售区域）、产地环境、生产记录、质量检测、物流记录等信息进行单一条件查询和复合条件查询。

（3）网页展示。农产品质量安全追溯网以及所瞎区/县级、乡镇级追溯网的新闻资讯、法规政策、网站公告、曝光台、追溯企业、产品基地广告内容展示。

2.5 数据分析平台

数据的来源与分析如图5所示，该分析平台主要包括如下功能。

（1）中心数据库的首要任务就是建立农产品质量安全元数据体系。元数据体系是数据资源库资源体系的内在核心和描述基础。

（2）建立农产品质量安全数据指标体系。元数据指标体系是业务元数据中最基础、最重要的组成部分，下面对指标的农产品质量安全数据定义、特性、分类等方面进行描述。

（3）农产品质量安全追溯管理平台将为农委多部门提供数据分析和数据报表支持。平台中心数据库将根据农委业务需求建设多个农产品质量安全追溯管理专题数据库，提供多种数据分析报表，并生成多个数据分析专题，根据农产品的生产时间、生产区域、产品种类、产品认证类别等多个维度进行专题数据分析。

（4）中心平台的数据采集方式，在示范点企业主要通过人工方式对农产品质量安全数据进行录入，经乡镇、区县各级部门审核后上报市级平台入库。

（5）快速检测数据则通过快速检测设备连接PC机接入平台，数据自动上传至平台中心数据库。

（6）中心数据库自动检测模块。

（7）由平台中心数据库向平台各子系统、功能模块提供统一的数据查询服务。

（8）平台数据自动统计企业类型、生产产品种类，标准和各地区分布数据。

（9）统计企业打印追溯码的数量及查询次数并自动生成图表。

图5 数据来源与分析示意图

数据分析过程如图6所示。

图6 数据分析过程

3 结 语

农产品质量安全追溯管理平台是将物联网和云计算技术相结合，以实现对研发的农产品安全进行实时、在线追溯。本文系统具有很高可用性、可靠性及安全性的数据库、应用支撑平台和应用系统，拥有多种接入方式的高速网络传输系统，数据处理和存储系统。通过研发能实现信息采集和信息展现，以快速安全的方式与网络系统交互，具备先进感知与数据传送技术的物联网终端。开发集“管、防、控”于一体，面向生产企业、加工企业、流通企业、销售终端和消费者的农产品安全实时、在线追溯系统，可为政府决策、企业管理、消费者追溯提供全方位服务。