云南农产品气候品质评估暨溯源系统设计与实现

张茂松，冯 睿，刘英豪，丁 圣

(1.云南省气候中心，云南 昆明 650032； 2.昆明东溯科技有限公司，云南 昆明 650100；3.玉溪市元江县气象局，云南 元江 653300； 4.玉溪市气象局，云南 玉溪 653100)

0 引言

随着社会经济的发展，农产品消费不断升级，市场上出现越来越多的优质农产品，消费群体更注重品牌化、个性化，针对这一需求，气象部门和农业部门加深合作，展示当地气候特点和资源优势，打造“气候好产品”，提升名特优农产品的附加值，自2012年浙江省气象部门开展农产品气候品质认证工作以来，全国气象部门正在积极与农业部门一起开展各地特色农产品气候品质评估工作[1-2]。

国内已开发的溯源系统有些仅面向单一农产品，有些涉及工业生产及物流环节，系统投入庞大，不利于面向基层初级农产品企业和生产大户推广使用，本系统面向初级农产品结合气象和农事数据，还提供气象品质评估报告，有利于帮助企业打造高端农产品品牌，也有利于农户增收增效[3-10]。

1 系统需求

1.1 气候品质评估

申请气候品质评估的农产品应具有地方特色和一定的种植规模，且以常规方式种植的生产区域范围内的初级农产品。独特的地理环境和气候条件决定了当地农产品的品质，依据QX/T486—2019《农产品气候品质认证技术规范》进行气候品质评估所需资料包括农产品资料和气象资料两大类。

农产品资料包括农产品的名称、品种、品质指标和生产基地信息等。其中，品质指标主要包括内在生理生化指标和外观指标；生产基地信息包括基地名称、地址、生产规模、产地概况和环境条件等。

气象资料应是代表该农产品生产区域和影响该农产品生产的时间范围内的资料。气象资料来源于当地气象部门，以最能代表认证区域内气象条件的气象观测站为准，如认证区域内或周边区域的农田小气候观测站、区域自动气象站或基本气象站。气象要素主要包括气温、降水量、空气相对湿度、日照时数、土壤温度、土壤相对湿度、太阳辐射等与农产品品质密切相关的气象因子。由气象部门内部专家分析相关数据资料确定农产品的气候品质指标，出具评估报告，完成相关农产品的气候等级评估。

1.2 农产品溯源

农产品的气候品质评估需要追溯农产品的开花、结果和采摘等整个生育期，同时需要记录相关灌溉、施肥和修枝除草等田间管理内容。气候品质评估所需的农产品资料天然带有溯源信息，由农产品企业负责自身农产品溯源信息的收集工作。虽然整个农产品从种植到消费者手中经历的供应链信息繁多，但并非所有信息都与质量安全相关，也不是所有信息(如销售和物流等信息)都可以共享或获取。由于本系统涉及到的是初级农产品，不是加工农产品也不是工业品，包含农产品生育期信息、相关质检报告及农产品企业相关信息等信息已足够反映农产品质量，消除消费者疑虑[7-9]。本系统中农产品溯源信息面向所有消费者开放显示。

1.3 非功能性需求

考虑未来推广需求，要求系统性能达到：①满足1万家企业，100个气象局用户使用，可满足10万个消费者同时浏览并发访问，5 s内显示页面信息，10 s内加载全部显示内容，不会产生死锁及冲突；②友好的容错性，当用户输入错误数据时，系统应给出友好的提示，请用户重新输入；③无须安装软件或APP，基于浏览器；④基于云平台，无须服务器和日常维护；⑤二维码按需申请做到一物一码。

系统安全需求：①具有定时和手动自动备份功能；②用户密码存储传输应加密；③企业用户和气象局用户要求注册实名制，可以手机号登录后台和找回密码。

2 系统设计

2.1 部署架构设计

根据《中国气象局网络安全管理办法(试行)》和《云南省气象信息系统集约化实施细则》文件精神，为加强安全防护等级和节约运营成本，系统基于最小数据原则进行云平台部署[11-15]。系统架构如图1所示，由软件公司负责系统后期维护运营，系统管理员、气象局用户和企业用户都对接系统云平台，系统中仅上传农产品溯源信息和气候特征数据，不上传气象原始数据，对气象局和企业用户都无需担心数据泄密风险。

图1 系统部署架构Fig.1 System deployment architecture

2.2 功能模块设计

系统功能模块设计如图2所示，系统划分为“气候品质评估系统”和“农产品溯源系统”两大部分，分别面向气象局用户和农产品企业用户。

图2 系统功能模块Fig.2 System function module

农产品溯源系统分为企业信息维护、产品信息维护、溯源码维护、溯源信息维护和气候品质评估提交共5大模块。“溯源码维护”用于对溯源码的缴费审批，系统平台有足够的数据处理能力可以做到一物一码，相应的溯源码印刷等成本也会提高，企业用户可以根据需求自行申请溯源码数量；可以查看到溯源码的扫码情况，对于部分扫码数量过多，可能存在盗码行为的二维码进行封禁处理。“溯源信息维护”是用于输入本批次溯源农产品的生育期信息、田间管理信息、加工生产信息、质检报告及产品批次信息。“气候品质评估提交”是由企业用户面向特定区域气象局提交评估申请，等待气象局线下审核评估。

气候品质评估系统只有资格审核和评估报告两项功能，气象局用户登录后会查看到农产品企业的气候品质评估提交信息，经过专家评估后做出是否通过审核的结果，通过审核的，由气象局提交农产品气候品质评估报告供申请批次农产品使用。“评估报告”功能用于提交上传评估报告。

2.3 流程设计

系统流程设计如图3所示，气象局用户登录后，分析数据资料后对通过气候评估的出具评估报告。企业用户录入相关溯源信息，需要气候品质评估的等待气象局出具评估报告，不需要的可以直接印刷二维码上市销售。消费者扫码二维码后查看相关溯源信息和气候品质评估结果。系统管理员由系统维护公司承担，主要进行信息审核工作，防止出现违反法律法规的信息对外发布，同时负责二维码信息的管理和印刷职能。

图3 系统流程Fig.3 System flow

2.4 用户角色权限设计

系统角色设计为系统管理员、企业用户、气象局用户和普通消费者4种，如表1所示。普通消费者仅浏览信息。系统管理员负责后台参数维护、用户信息审核及平台数据备份与恢复功能。气象局用户负责审核气候品质评估结果，对优和良好等级以上的评估结果出具气候品质评估报告。企业用户用于自身企业和产品信息录入，信息录入的完整性决定了最终溯源信息的呈现效果。

表1 系统角色功能设计Tab.1 System role function design

3 系统实现

3.1 系统开发技术

系统基于“高内聚低耦合”思想，前台应用与后台应用分离，这里的分离不仅要求部署是分离的，业务相关的代码也是完全分离。系统使用Java语言，基于Spring Cloud微服务框架进行开发，Spring Cloud基于J2EE平台架构，具备服务的注册与发现，服务集群的治理等较完备微服务系统架构的一站式解决方案功能[16-19]。它可提供一套简易的编程模型，进行服务发现注册、配置中心、消息总线、负载均衡、断路器和数据监控等云平台操作，对相关服务的复杂性实现复用，轻松地实现微服务项目的构建。Spring Cloud还可以满足不同用户的需求，前端可支持各种小程序，以及文字、图片和视频等多媒体展示实现。

3.2 溯源防伪技术

系统通过监测二维码扫码次数或同期异地扫描来判断是否有异常，无需安装APP或客户端，不限制手机操作系统，使用微信、支付宝和浏览器都可以扫描[20-21]。系统存储的用户密码使用MD5不可逆加密算法进行加密，忘记密码后只能重置密码无法找回。

3.3 应用示例

元江禾润农业发展有限公司与元江县气象局合作进行芒果气候品质评估及溯源工作，禾润公司录入相应溯源信息，如图4a所示，产生溯源码使用手机扫描后，呈现图4b所示界面。气象局用户登录后，看见禾润公司的气候品质评估申请，如图4c所示，点击可查看产品详细信息。

图4 系统实现界面Fig.4 System implementation interface

4 结论与讨论

开展气候品质评估工作有利于反映当地气候特点和资源优势，提升农产品的市场竞争力，是气象部门服务国家生态文明建设、经济社会发展和实现人民美好生活愿望的特色品牌。本研究基于气候品质评估工作和农产品溯源工作相结合，基于云平台开发，面向农产品种植、加工企业，帮助企业将农产品种植、加工过程信息和产品附属核心、重要信息，通过产品包装的二维码向购买的消费者进行阐述、说明和溯源，为企业推广产品提供溯源工具和平台支撑。

系统面向初级农产品，由气象部门提供气候品质评估报告，不包括工业生产及销售流通环节数据，不直接接入气象数据，由第三方维护，与市场上其他溯源系统比，数据安全性高，维护及使用成本低，功能直观，操作简单，利于中小企业及种植户接入平台使用，已在云南部分基层县区免费试用，取得了良好的社会经济效益。