楊烈君，錢慶平，楊慧玲

（寧德師范學(xué)院 計算機系， 福建 寧德352100）

基于QR二維碼技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)研究

楊烈君，錢慶平，楊慧玲

（寧德師范學(xué)院 計算機系， 福建 寧德352100）

本文針對近年來頻發(fā)的食品安全問題，利用QR二維碼識別技術(shù)，構(gòu)建了一種農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，介紹了二維碼技術(shù)的特點、系統(tǒng)體系與軟件架構(gòu)，以及系統(tǒng)管理平臺各模塊的功能，并給出了具體的系統(tǒng)設(shè)計方案.結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠?qū)κ称飞a(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，保障了消費者的利益，為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控提供了良好平臺.

二維碼；QR碼；農(nóng)產(chǎn)品；溯源系統(tǒng)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和百姓健康意識的提高，日益突出的農(nóng)產(chǎn)品安全問題日益受到人們的關(guān)注.近幾年來，國內(nèi)外爆發(fā)的各種食品安全問題，尤其是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題讓大家對所購買到的農(nóng)產(chǎn)品心存疑慮.建立農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)是保障農(nóng)產(chǎn)品安全的有效手段，通過二維碼手機識別農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)簽，能夠使市民便捷的查詢到農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息，同時，通過溯源系統(tǒng)的建設(shè)可以加強對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)銷售企業(yè)的安全監(jiān)管，保證農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售整個過程的安全性和可控性.

1 二維碼技術(shù)

二維碼是在原有條形碼技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.一維條形碼受信息存儲容量限制，只能表達字母與數(shù)字，不能表達漢字與圖像，使得其必須依賴外部數(shù)據(jù)庫支持，在許多需要漢字與圖像的場合無法滿足需求.二維碼克服了一維條碼的諸多不足，它是用于在有限的空間內(nèi)快速的識別與記錄大量的數(shù)據(jù)的技術(shù)，通過圖象掃描設(shè)備識別二維碼平面中的矩陣元素以實現(xiàn)信息自動處理，使在有限空間生成高密度的大量數(shù)據(jù)成為可能[1].二維條碼因具有信息量大、保密性強、成本低廉等特點，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)獲得廣泛推廣應(yīng)用.隨著移動通訊技術(shù)的發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)與二維碼技術(shù)的結(jié)合降低了二維碼技術(shù)的使用門檻，提升了二維碼技術(shù)的應(yīng)用價值.二維條碼碼制達200多種，不同類型的編碼其編碼原理差別很大，優(yōu)缺點各有不同.常見的有CODE49、PDF417、Data Matrix、QR等.目前國內(nèi)應(yīng)用最廣的是QR碼、DM碼.

（1）PDF417 PDF417條碼在1991年由Dr.Ynjiun P. Wang發(fā)明，與一維碼相比具有密度高、信息量大等優(yōu)勢，可實現(xiàn)身份證、駕駛證、護照等信息量較大數(shù)據(jù)的儲存應(yīng)用.

（2）Data Matrix其數(shù)據(jù)長度從幾個字節(jié)到1556字節(jié)，信息的數(shù)量決定編碼的大小.通過矩形或者正方形的二維碼中黑白相間的小格存儲，可以存儲數(shù)字或者字母.Data Matrix在IT產(chǎn)品的小型零配件的標(biāo)識上應(yīng)用較多[2].

（3）QR Code（Quick Response Code）是1994年由日本的Denso-Wave研制而成一種矩陣條碼（二維碼）.它能表示漢字等多種字符，具有高容量、360°全方位識別、結(jié)構(gòu)化附加功能、抗損傷還原性強的優(yōu)點.

QR碼在識別速度、信息容量、漢字支持方面都具有較大優(yōu)勢.因此，本系統(tǒng)采用QR碼作為項目的二維碼選擇方案.

2 農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)架構(gòu)

該溯源系統(tǒng)主要用于農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)生產(chǎn)、加工、運輸、銷售等過程的管理，通過建立生產(chǎn)檔案記錄化肥、農(nóng)藥的使用及檢測情況；建立加工檔案，記錄產(chǎn)品名稱、規(guī)格、種類、產(chǎn)地來源、加工過程中使用的清洗劑、添加劑等信息；建立物流倉儲檔案，記錄新產(chǎn)品運輸過程溫度變化情況和存儲冷庫信息以實現(xiàn)物流庫存等相關(guān)信息的查詢.在銷售環(huán)節(jié)，消費者可通過智能手機、超市終端識別農(nóng)產(chǎn)品包裝上的二維碼，以查詢農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的所有信息.質(zhì)量監(jiān)管部門可通過溯源系統(tǒng)實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的全程質(zhì)量跟蹤監(jiān)督，建立強化安全機制，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量.

2.1 溯源系統(tǒng)體系架構(gòu)

溯源系統(tǒng)在食品安全保障體系及標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系內(nèi)，由訪問層、表現(xiàn)層、應(yīng)用層、支撐層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、物理層六部分構(gòu)成.訪問層直接面對用戶，負責(zé)用戶各類查詢需求的接入.表現(xiàn)層功能體現(xiàn)為各農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈企業(yè)提供一個操作平臺，將各個過程中的信息記錄成檔、存入企業(yè)數(shù)據(jù)庫并上傳至中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).應(yīng)用層可分為生產(chǎn)、加工、倉儲、訂單、物流幾部分.支撐層負責(zé)應(yīng)用層各模塊的支撐服務(wù)，包括流程配置、用戶管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)同步、工作統(tǒng)計等.數(shù)據(jù)服務(wù)層主要由溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫兩部分構(gòu)成，負責(zé)整個溯源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，收集整個系統(tǒng)流程中所有環(huán)節(jié)的信息，并進行歸檔整理.物理層由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息服務(wù)器構(gòu)成，為整個溯源系統(tǒng)提供物理硬件支撐.系統(tǒng)通過WEB service、APP、DBMS等技術(shù)對外提供數(shù)據(jù)接口，使消費者能夠方便的通過網(wǎng)站、手機、智能設(shè)備等查詢產(chǎn)品溯源信息.

2.2 軟件架構(gòu)——MVC（Model View Controller）

二維碼 農(nóng) 產(chǎn) 品溯源 系 統(tǒng) 采用B/S（Brower/Server）結(jié) 構(gòu) ，用戶通過瀏覽器或者WAP即可瀏覽查詢.其以Java為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)系統(tǒng)是系統(tǒng)開始常用的MVC三層架構(gòu)，MVC（Model View Controller）即“模型 視圖 控制器”[3].

2.2.1 MVC組成

MVC作為一種設(shè)計模塊，包括模型層、表示層和控制層.

（1）模型層 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)邏輯，是整個系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理的核心，負責(zé)具體業(yè)務(wù)工作處理，如企業(yè)登陸、企業(yè)數(shù)據(jù)修改、產(chǎn)品數(shù)據(jù)修正、查詢次數(shù)統(tǒng)計等.系統(tǒng)每部分都有對應(yīng)的處理業(yè)務(wù)模塊，通過Java可實現(xiàn)各模塊的具體業(yè)務(wù)，同時還將各模塊有效整合，有利于業(yè)務(wù)應(yīng)用部分的重復(fù)利用.

（2）表示層 系統(tǒng)與用戶、企業(yè)間的交互平臺，直接面對終端用戶.其采用Java Server Page技術(shù)實現(xiàn)，負責(zé)接受用戶在各類智能終端操作WEB瀏覽器窗口提交的各類請求，以及系統(tǒng)響應(yīng)的顯示.

（3）控制層 負責(zé)連接模型層與視圖層.控制層不做數(shù)據(jù)處理，在有用戶需求時進行業(yè)務(wù)邏輯處理，通過Java Servlet API技術(shù)實現(xiàn)邏輯控制.通過控制層將模型層與視圖層連接起來，它們之間是一種多對多的關(guān)系，即一個模型可對應(yīng)多個視圖，而一個視圖也可對應(yīng)多個模型.

2.2.2 MVC架構(gòu)的優(yōu)點[4]（1）一個模型可以創(chuàng)建多個視圖，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（2）視圖與控制器的可連接性，可根據(jù)需求靈活進行替換；

（3）模型可移植性，只需在新平臺對視圖與控制器進行修改，就可以把模型移植入新的平臺工作；

（4）可以基于框架結(jié)構(gòu)模型建立應(yīng)用程序框架，提高工作效率；

（5）系統(tǒng)分為三層，有利于開發(fā)者協(xié)同合作，加快開發(fā)進程；

（6）提高了系統(tǒng)的可復(fù)用性與可維護性.

3 溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型

二維碼農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息模型包括生產(chǎn)商、網(wǎng)上商城、物流公司、商品明細、物流、二維碼圖片與解碼信息等.

（1）Factory（生產(chǎn)商），存儲產(chǎn)商的 相關(guān)信息，包括上游供應(yīng)商的信息、授權(quán)日期、過期日期等具體信息；

（2）Login（登陸），存儲溯源系統(tǒng)的登陸用戶的資料，包括用戶名、登陸密碼以及有效性等信息；

（3）Role（權(quán)限），存儲用戶的權(quán)限對應(yīng)關(guān)系；

（4）Logistics（物流），存儲運輸中產(chǎn)品的相關(guān)信息，如溫濕度以及出入庫時間等信息；

（5）Product（產(chǎn)品），存儲產(chǎn)品的詳細信息，如生產(chǎn)日期，保質(zhì)期，產(chǎn)品類型，生產(chǎn)批號，規(guī)格等信息；

（6）Logistics Corp（物流公司），存儲物流公司的名稱、資質(zhì)等相關(guān)信息；

（7）Mall（商城），存儲包括授權(quán)網(wǎng)上商城的名稱、授權(quán)時間等相關(guān)信息；

（8）Qr（二維碼解碼），存儲二維碼解碼的信息資料，如解碼終端ID、掃碼時間、解碼圖片ID等相關(guān)信息；

（9）Image（二維碼圖片），存儲二維碼ID、二維碼保存的地址等相關(guān)信息.

4 溯源數(shù)據(jù)管理平臺

溯源數(shù)據(jù)庫管理平臺主要功能模塊：

（1）數(shù)據(jù)采集模塊：主要實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)的上傳.農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)完成信息標(biāo)識與記錄后，通過企業(yè)內(nèi)部管理信息系統(tǒng)接入溯源數(shù)據(jù)平臺入口完成所采集數(shù)據(jù)的上傳.數(shù)據(jù)傳至系統(tǒng)溯源碼與溯源信息數(shù)據(jù)庫，溯源碼數(shù)據(jù)庫用于記錄供應(yīng)鏈中的位置項代碼，溯源信息用于記錄農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)補充信息.由該平臺的超級管理員分配給企業(yè)負責(zé)的數(shù)據(jù)采集員上傳權(quán)限.數(shù)據(jù)上傳的方式可分為半自動導(dǎo)入與QR二維碼自動上傳兩種方式.采用QR二維碼技術(shù)收集的數(shù)據(jù)可通過平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入.對于未采取該技術(shù)的供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，比如對散戶大棚進行管理時，可將相關(guān)數(shù)據(jù)文件發(fā)送給該平臺管理員，由其協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入.

（2）數(shù)據(jù)查詢模塊：在消費零售終端，需提供多種便捷、高效的信息查詢方式，如智能手機二維碼識別軟件、短信、電話、互聯(lián)網(wǎng)等，通過產(chǎn)品外包裝上的標(biāo)識碼即可獲取該產(chǎn)品的關(guān)鍵信息，其信息只能讀取不能修改；對于監(jiān)管部門，信息要可查詢也可修改，以方便監(jiān)管部門機構(gòu)對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈安全質(zhì)量的監(jiān)管以及必要時農(nóng)產(chǎn)品的召回.該模塊中的查詢方式包括二維碼手機查詢、電話、短信、超市終端查詢、WAP查詢等方式.

（3）二維碼驗證模塊：農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)按相應(yīng)的編碼標(biāo)準(zhǔn)給每個獨立包裝的農(nóng)產(chǎn)品分配唯一的二維編碼，通過農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采集、存儲、發(fā)布農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)信息.消費者購買到農(nóng)產(chǎn)品時，使用安裝了二維碼識別軟件的手機即可掃描包裝上的QR二維碼，便可通過通信網(wǎng)絡(luò)連接至溯源管理平臺的二維碼驗證服務(wù)器，服務(wù)器對二維碼圖像進行解碼、驗證后，消費者手機便可收到產(chǎn)品信息.

（4）平臺系統(tǒng)管理模塊：管理平臺的管理員分為三類：一是超級管理員，作為溯源管理平臺的管理者，負責(zé)系統(tǒng)用戶賬號的添加刪除、權(quán)限的分配、上傳數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的核查、系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護與備份等工作；另一類是一般管理員，即生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)據(jù)采集員，負責(zé)導(dǎo)入、修改溯源編碼、補充信息；第三方行業(yè)組織發(fā)布信息的管理員，須經(jīng)過注冊、審核流程，方可賦予相關(guān)職能，發(fā)布第三方相關(guān)監(jiān)管或服務(wù)信息，保證溯源管理平臺操作流程的正規(guī)性與信息的可靠性.

5 結(jié)束語

基于二維碼技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源管理系統(tǒng)集成了QR二維編碼技術(shù)，軟件系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，由模型層、表示層和控制層組成，提高了開發(fā)效率，有較好的擴展性.同時，隨著智能手機的普及，以及消費者食品安全意識的增強，基于二維碼技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)將會被越來越多的消費者所認可.研究農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)，建立可追蹤的溯源系統(tǒng)，對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行監(jiān)控將成為有效保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要手段.

〔1〕Satoshi Mizoguchi.Two-dimensional code.US20070 812067[P].2004.6.

〔2〕沈建國.二維條碼在工商網(wǎng)上年檢系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2006.6:26-27.

〔3〕寇毅,吳力文.基于MVC設(shè) 計模式的Struts框架 的 應(yīng)用方法[J].計算機應(yīng)用,2003.23:91-93.

〔4〕吳建.開源MVC框架的優(yōu)勢與應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報,2012.9:49-52.

〔5〕高楊.建立農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)支持農(nóng)產(chǎn)品出口[J].山東省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院學(xué)報,2009.7:37-39.

TP391.4

A

1673-260X（2014）06-0045-02

福建省教育廳項目（JB11201)；寧德師范學(xué)院科研項目（NO.2012H 310）