彭新航，王開義，王曉鋒，張水發(fā)

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶163319；2.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心）

2011年《農(nóng)業(yè)部關(guān)于加快推進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管公共服務(wù)機(jī)構(gòu)建設(shè)的意見》中指出：鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管公共服務(wù)機(jī)構(gòu)直接面對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營者，在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)源頭把關(guān)和質(zhì)量控制上具有十分重要的基礎(chǔ)性地位和作用[1]。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)源頭即農(nóng)資，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本要素。農(nóng)資安全是決定農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)能否持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，并且對保障農(nóng)村社會的穩(wěn)定、維護(hù)國家糧食的安全都有重要意義[2-3]。近年來，我國不斷強(qiáng)化農(nóng)資市場監(jiān)管力度并取得了一些積極進(jìn)展。但是由于起步晚、基礎(chǔ)弱，目前大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)仍處于“缺機(jī)構(gòu)、缺人員、缺手段”的狀況，嚴(yán)重制約了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管工作的正常開展[4-5]。而且已有的農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)大多僅僅起到信息集中、輔助決策的作用，對監(jiān)管人員的現(xiàn)場執(zhí)法幾乎沒有幫助，不具備實(shí)時性、執(zhí)法便捷性等特點(diǎn)。

隨著3G時代的到來，智能移動終端技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為各領(lǐng)域應(yīng)用熱點(diǎn)。在交管執(zhí)法領(lǐng)域，移動終端系統(tǒng)使交警執(zhí)法過程更加快速、完整[6]；在農(nóng)產(chǎn)品配送過程，移動物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)物流過程信息的快速采集與過程追溯。農(nóng)資安全監(jiān)管中大多采用傳統(tǒng)的手工記錄方式，待完成全部檢查對象與必要項目后再統(tǒng)一進(jìn)行匯總與上報，監(jiān)管工作效率相對低下，針對這個問題，設(shè)計了一種基于智能移動終端的監(jiān)管模型，以此為基礎(chǔ)，綜合采用Android技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Web Service技術(shù)、QR二維碼識別技術(shù)構(gòu)建智能農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)模型構(gòu)建

系統(tǒng)主要根據(jù)北京市某區(qū)農(nóng)委、種植業(yè)服務(wù)中心、鄉(xiāng)鎮(zhèn)監(jiān)管站所等政府部門對全區(qū)農(nóng)資經(jīng)營市場（包括農(nóng)資生產(chǎn)與經(jīng)營單位）進(jìn)行綜合安全監(jiān)管的具體業(yè)務(wù)需求，研發(fā)基于Android智能移動終端的農(nóng)資市場監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)記錄檢查結(jié)果信息，并實(shí)現(xiàn)與中心服務(wù)器實(shí)時通訊連接。農(nóng)資安全監(jiān)管體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中列出了區(qū)農(nóng)委、鄉(xiāng)鎮(zhèn)監(jiān)管站、農(nóng)資經(jīng)營單位、農(nóng)民與系統(tǒng)的關(guān)系。農(nóng)資安全監(jiān)管員通過農(nóng)資安全監(jiān)管移動終端系統(tǒng)從服務(wù)器端下載監(jiān)管任務(wù)，掃描張貼在經(jīng)營店P(guān)OS機(jī)上的QR二維碼進(jìn)入檢查記錄填寫頁面，記錄檢查問題，將檢查結(jié)果上傳至服務(wù)器完成相應(yīng)監(jiān)管任務(wù)，如圖2所示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)管人員在監(jiān)管過程中利用Android智能移動終端通過移動互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)管服務(wù)器實(shí)時數(shù)據(jù)交互，建立移動辦公平臺，構(gòu)建準(zhǔn)確、實(shí)時、高效的農(nóng)資管理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)北京市某區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)辦、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管站所等基層單位對管轄范圍內(nèi)的農(nóng)資市場進(jìn)行屬地化管理、現(xiàn)場檢查、現(xiàn)場取證、檢查結(jié)果上報與數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析等，從而規(guī)范農(nóng)資安全監(jiān)管工作流程，提高農(nóng)資安全監(jiān)管工作效率。

圖1 北京市某區(qū)農(nóng)資安全監(jiān)管體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of agriculturalmaterial safety supervision in some district of Beijing

圖2 農(nóng)資安全監(jiān)管業(yè)務(wù)流程圖Fig.2 Flowchart of the agriculturalmaterial safety supervision

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體框架

農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)主體采用J2EE企業(yè)級規(guī)范的分層架構(gòu)設(shè)計[7]，由數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和展現(xiàn)層構(gòu)建系統(tǒng)的主體模型[8]，如圖3所示。

圖3 農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 The overall architecture of agriculturalmaterial safety supervision system

數(shù)據(jù)層提供系統(tǒng)所需要的所有數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、監(jiān)管任務(wù)數(shù)據(jù)和執(zhí)法檢查數(shù)據(jù)。其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)管任務(wù)數(shù)據(jù)是通過農(nóng)資監(jiān)管服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)開放端口或數(shù)據(jù)映射接口獲得的，執(zhí)法檢查數(shù)據(jù)為監(jiān)管員錄入數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)都存儲在本地SQLite數(shù)據(jù)庫中，并且為方便在開發(fā)階段的調(diào)用與考慮日后數(shù)據(jù)庫接口的擴(kuò)展性，系統(tǒng)采用目前在Android開發(fā)上應(yīng)用十分廣泛的Ormlite對象關(guān)系映射框架對數(shù)據(jù)庫操作進(jìn)行進(jìn)一步封裝。這些支持農(nóng)資安全監(jiān)管的數(shù)據(jù)，與服務(wù)層和展現(xiàn)層共同組成基于Android智能移動終端的農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)的3層架構(gòu)，建立清晰的邏輯層級關(guān)系。

服務(wù)層（業(yè)務(wù)層）提供服務(wù)或功能，為從用戶界面接收的業(yè)務(wù)請求提供支持、受理和反饋。系統(tǒng)的服務(wù)層采用MVC框架模式，在集成移動終端、移動互聯(lián)網(wǎng)、Web Service技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、監(jiān)管任務(wù)服務(wù)、執(zhí)法檢查服務(wù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)資安全監(jiān)管員對農(nóng)資經(jīng)營單位的便捷、高效的農(nóng)資安全監(jiān)管，并通過對執(zhí)法檢查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，輔助農(nóng)資安全監(jiān)管員的監(jiān)管工作，進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)資安全監(jiān)管模式。展現(xiàn)層主要是客戶端展示，為用戶提供操作接口。農(nóng)資安全監(jiān)管員可以通過系統(tǒng)查詢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、下載監(jiān)管任務(wù)并且完成執(zhí)法檢查記錄的填寫與上報，也可以對執(zhí)法檢查記錄進(jìn)行統(tǒng)計與分析。

2.2 系統(tǒng)主要功能模塊

2.2.1 農(nóng)資監(jiān)管任務(wù)管理模塊

根據(jù)區(qū)農(nóng)委制定的農(nóng)資安全監(jiān)管任務(wù)，設(shè)計日常巡檢和專項整治兩種任務(wù)管理模塊，農(nóng)資安全監(jiān)管人員可以通過移動終端即時下載相應(yīng)監(jiān)管任務(wù)，同時可查看未完成任務(wù)清單，實(shí)時掌握監(jiān)管任務(wù)的總體完成情況。

2.2.2 檢查與取證管理模塊

農(nóng)資安全監(jiān)管人員根據(jù)由區(qū)農(nóng)委制定的日常巡檢與專項整治任務(wù)，在規(guī)定的時間范圍內(nèi)對農(nóng)資生產(chǎn)與經(jīng)營單位進(jìn)行檢查，通過移動終端系統(tǒng)記錄檢查結(jié)果，必要時還可拍照取證，最終形成完整的檢查記錄。采用二維碼技術(shù)唯一標(biāo)識農(nóng)資經(jīng)營單位，安全監(jiān)管員必須掃描農(nóng)資經(jīng)營店P(guān)OS機(jī)上的二維碼方可對其進(jìn)行檢查，從而實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)管員現(xiàn)場督察工作的考勤記錄，保障監(jiān)管行為的可信、真實(shí)。

2.2.3 檢查記錄管理模塊

農(nóng)資安全監(jiān)管人員可查看已上報和未上報的全部檢查記錄，并可對未上報檢查記錄進(jìn)行再次確認(rèn)后，通過GPRS或3G無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時上報至區(qū)農(nóng)委以完成檢查任務(wù)。同時農(nóng)資安全監(jiān)管員也可按照時間、經(jīng)營單位對檢查記錄進(jìn)行管理。

2.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析模塊

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)管數(shù)據(jù)按不同年份、不同農(nóng)資種類的實(shí)時統(tǒng)計、比較與分析，同時提供可視化的統(tǒng)計曲線與圖表。統(tǒng)計數(shù)據(jù)（或圖表）可以清晰的反映出全年或一段時間的農(nóng)資監(jiān)管與執(zhí)法情況，為農(nóng)資安全監(jiān)管員未來的監(jiān)管工作提供全面、科學(xué)的依據(jù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)同步技術(shù)

由于Android智能移動終端的硬件條件限制，計算速度比PC機(jī)慢，且通過移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)，速度較慢，傳輸不穩(wěn)定。同時，經(jīng)營單位基本信息、監(jiān)管員基本信息、日常巡檢項目之類的基本信息變化較少，如果每次從服務(wù)器下載此類數(shù)據(jù)，則會造成數(shù)據(jù)重復(fù)性下載，從而造成系統(tǒng)響應(yīng)變慢。而且，農(nóng)資經(jīng)營單位可能地處偏僻，移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信號薄弱或不可用。因此，為保證系統(tǒng)響應(yīng)速度和常態(tài)離線操作，系統(tǒng)將重復(fù)性數(shù)據(jù)一次下載到Android手機(jī)的SQLite數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)管員使用終端系統(tǒng)時將直接調(diào)用本地的數(shù)據(jù)，當(dāng)服務(wù)器端數(shù)據(jù)有更新時，客戶端將更新數(shù)據(jù)下載到本地數(shù)據(jù)庫，待完成檢查記錄時將結(jié)果上傳至服務(wù)器系統(tǒng)。而移動終端與服務(wù)器系統(tǒng)兩者數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)可能不同，因此就存在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步問題。系統(tǒng)中采用Web Service進(jìn)行數(shù)據(jù)同步[9]，Web Service技術(shù)的基礎(chǔ)是XML，它使Web Service能夠無歧義且快速有效地傳送數(shù)據(jù)，是一種公用可移植的標(biāo)準(zhǔn)方法。更新時移動終端系統(tǒng)首先判斷服務(wù)器端是否有更新，若有則將數(shù)據(jù)同步到移動終端數(shù)據(jù)庫，如果沒有則退出更新。但Google在Android中并沒有提供調(diào)用Web Service的庫，因此，為了實(shí)現(xiàn)在Android平臺上訪問Web Service的功能，需要借助第三方類庫來實(shí)現(xiàn)。Android平臺上訪問Web Service需要使用的軟件包是ksoap2-Andriod，ksoap2-Andriod是其在Android平臺下的移植，它提供了一個高效的SOAP庫，借助ksoap2我們就能夠訪問Web Service服務(wù)[10]。

由于Android設(shè)置了一個5秒的超時時間，一旦用戶的事件由于主線程阻塞而超過5秒鐘沒有響應(yīng)，Android會彈出一個應(yīng)用程序沒有響應(yīng)的對話框Application Not Responding。而Web Service是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行服務(wù)請求，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延遲比較大或者服務(wù)端沒有及時處理的時候，在Android平臺上就會有很嚴(yán)重的問題，為了避免系統(tǒng)顯示ANR給用戶，我們需要為Web Service另開線程。雖然Android是單線程模型的，但Android提供了一個Message Queue（消息隊列），線程間可以通過該Message Queue并結(jié)合Handler和Looper組件進(jìn)行信息交換[11]。

3.2 圖像采集與上傳

農(nóng)資安全監(jiān)管過程中，若監(jiān)管員需拍照取證，系統(tǒng)將打開照片拍攝窗口，并自動開啟手機(jī)照相機(jī)功能。待用戶拍攝完成后，系統(tǒng)將圖像數(shù)據(jù)暫存為臨時文件，然后連同先前錄入的數(shù)據(jù)一起提交保存。但是高清的圖片都比較大，而手機(jī)內(nèi)存本來就有限，如果不進(jìn)行處理，很容易引起內(nèi)存溢出，所以在照相機(jī)返回照片時對其進(jìn)行壓縮處理，并且將處理完的Bitmap從內(nèi)存中釋放掉。

系統(tǒng)通過調(diào)用Web Service實(shí)現(xiàn)圖片上傳，而Web Service通信一般只能傳遞XML或JSON格式的字符串，所以，系統(tǒng)通過I/O流讀取到要上傳的圖片，并用Base64編碼成字節(jié)流的字符串，然后再通過調(diào)用Web Service把該字符串作為參數(shù)傳到服務(wù)器端，服務(wù)端解碼該字符串，最后將圖片保存到相應(yīng)的路徑下。

3.3 QR二維碼識別技術(shù)

二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向）上分布的條、空相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)符號信息，具有超高速識讀、全方位識讀、信息容量大等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用也日益廣泛。我們主要通過圖像的采集設(shè)備，得到含有二維碼的圖像，此后經(jīng)過對二維碼的定位、分割和解碼三個步驟實(shí)現(xiàn)二維碼的識別。

目前幾乎所有智能手機(jī)都配備了幾百萬像素的攝像頭，甚至大多數(shù)智能手機(jī)還配備了前后兩個攝像頭，其拍照速度和清晰度幾乎可以與數(shù)碼相機(jī)相媲美。因此完全可以通過攝像頭來掃描二維碼，并對其進(jìn)行處理[12]。系統(tǒng)中使用攝像頭掃描二維碼主要是通過對攝像頭的調(diào)用，啟用多線程，對攝像頭進(jìn)行快速的回調(diào)應(yīng)用，當(dāng)一次回調(diào)的圖像沒有識別出來就進(jìn)行下一次的回調(diào)，直到識別出二維碼為止[13]。同時由于二維碼的大小不同，顯示的模糊程度不同等等原因，會使攝像頭不能很好的采集圖像，在這里要使攝像頭能夠進(jìn)行自動對焦，從而更快的實(shí)現(xiàn)二維碼的識別。當(dāng)識別完成以后就對用戶進(jìn)行提醒，使手機(jī)進(jìn)行震動和播放聲音，播放完成顯示識別出來的結(jié)果。

為簡化開發(fā)人員開發(fā)手機(jī)二維碼應(yīng)用，Google提供了一個開源的條碼生成和掃描庫ZXing，它不但支持眾多的條碼格式，而且有各種語言的實(shí)現(xiàn)版本，它 支持 的 語言 包 括：Java、C++、C#、Objective-C、ActionScript以及Ruby。由于Zxing項目里的Android實(shí)現(xiàn)太過復(fù)雜、多余東西太多，所以系統(tǒng)中將對ZXing源碼進(jìn)行簡化。

4 系統(tǒng)應(yīng)用測試

4.1 測試條件

系統(tǒng)應(yīng)用覆蓋了北京市某區(qū)9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的200家以上農(nóng)資經(jīng)營店，培訓(xùn)了該區(qū)農(nóng)委、種植業(yè)服務(wù)中心、植保站、種子站、土肥站等部門的監(jiān)管人員20名以上；培訓(xùn)了該區(qū)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管員（約20名）；培訓(xùn)了每個示范農(nóng)資經(jīng)營單位的銷售人員至少1名。該系統(tǒng)的使用案例如圖4所示。測試中制定了3次專項整治任務(wù)和日常巡檢任務(wù)，對所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)資經(jīng)營店進(jìn)行監(jiān)管，并對檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計驗(yàn)證。

圖4 基于智能移動終端的農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例Fig.4 Example of agricultural material safety supervision system based on intelligent mobile terminal

4.2 系統(tǒng)性能測試

主要針對檢查任務(wù)的下載、檢查記錄的上傳、記錄數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析以及系統(tǒng)響應(yīng)速度等方面進(jìn)行系統(tǒng)性能測試。以北京市某區(qū)某鎮(zhèn)為例，該鎮(zhèn)共有12家農(nóng)資生產(chǎn)與經(jīng)營單位，2名農(nóng)資安全監(jiān)管員。1臺裝有農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)的移動終端從服務(wù)器端下載了12條經(jīng)營單位信息、2條監(jiān)管員信息、10條農(nóng)藥檢查項目、4條肥料檢查項目、9條種子檢查項目以及3條專項整治任務(wù)信息，完成相應(yīng)任務(wù)后共生成12條日常巡檢記錄和36條專項整治記錄，將記錄上傳至服務(wù)器，運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期相同，測試系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確。并且從用戶開始選擇功能后到該窗口完全顯示時間小于2秒，用戶體驗(yàn)良好。

4.3 使用效果測試

通過在北京市某區(qū)安裝使用農(nóng)資安全監(jiān)管服務(wù)器系統(tǒng)、智能移動終端的農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)和經(jīng)營單位使用POS機(jī)與未使用系統(tǒng)之前進(jìn)行對比測試，其比較結(jié)果如表1所示。

表1 使用系統(tǒng)對比測試結(jié)果Table1 Test result of comparison with using the system

由以上測試可以看出，基于智能移動終端的農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)監(jiān)管過程中檢查任務(wù)的實(shí)時下載與檢查記錄的實(shí)時上報，并為上級監(jiān)管部門提供執(zhí)法證據(jù)的功能；并且實(shí)現(xiàn)了檢查記錄的統(tǒng)計與分析，為監(jiān)管員制定科學(xué)監(jiān)管決策提供依據(jù)。通過使用該系統(tǒng)，提高了農(nóng)資安全監(jiān)管員工作效率和快速反應(yīng)能力。

5 結(jié)論

（1）使用QR二維碼唯一標(biāo)識農(nóng)資經(jīng)營單位，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)資安全監(jiān)管員的考勤記錄，保障了監(jiān)管行為的可信、真實(shí)。

（2）在分析了農(nóng)資安全監(jiān)管過程的基礎(chǔ)上，設(shè)計與開發(fā)了農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了日常巡檢、專項整治、待查預(yù)警、統(tǒng)計分析等功能。

（3）創(chuàng)新集成應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Android技術(shù)、Web Service技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管人員在監(jiān)管執(zhí)法過程中與監(jiān)管服務(wù)器實(shí)時數(shù)據(jù)交互，建立移動辦公平臺，提高監(jiān)管工作效率。

（4）通過在北京市某區(qū)的應(yīng)用表明，使用該系統(tǒng)可規(guī)范農(nóng)資安全監(jiān)管，提高監(jiān)管工作的準(zhǔn)確度和快速反應(yīng)能力，完善了農(nóng)資安全監(jiān)管體系，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)資安全監(jiān)管各個流程環(huán)節(jié)信息化的完全覆蓋與無縫銜接。

（5）農(nóng)資安全監(jiān)管系統(tǒng)成功實(shí)施后，可繼續(xù)在種植、養(yǎng)殖和農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域拓展實(shí)施，最終構(gòu)建完整的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管公共服務(wù)機(jī)構(gòu)與體系。

[1]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.農(nóng)業(yè)部關(guān)于加快推進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管公共服務(wù)機(jī)構(gòu)建設(shè)的意見[EB/OL].[2011-08-02].http：//www.moa.gov.cn/zwllm/zxfb/201108/t20110802_2101241.htm l.

[2]徐杰，張俊，譚華，等.基于B/S架構(gòu)的農(nóng)資可信流通監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（16）：8814-8817.

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