徐志福，石曉燕，葉宏寶，李　冬

（浙江省農(nóng)業(yè)科學院 數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江 杭州 310021）

一種泛接口農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)的研究與設計

徐志福，石曉燕，葉宏寶，李冬

（浙江省農(nóng)業(yè)科學院 數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江 杭州 310021）

可追溯系統(tǒng)是構建食品安全體系的一個重要組成部分，通過對國內(nèi)外可追溯系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、系統(tǒng)設計思路和主要結構的闡述分析，本研究面向 “泛接口”設計，運用條碼技術和計算機組件技術，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)控制，構建了基于.NET構架的農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)可以提高基地生產(chǎn)管理水平，增強消費者的農(nóng)產(chǎn)品安全意識。

農(nóng)產(chǎn)品；安全生產(chǎn)；追溯；泛接口

文獻著錄格式：徐志福，石曉燕，葉宏寶，等.一種泛接口農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)的研究與設計 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2015，56（12）：2092-2095.

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，吃出美味、吃出健康已經(jīng)成為普通百姓的生活追求，社會對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的關注上升到前所未有的高度［1］。在國際上，歐盟、美國等發(fā)達國家和地區(qū)要求對出口到當?shù)氐牟糠质称繁仨毦邆淇勺匪菪怨δ?，否則就不允許上市銷售［2］。發(fā)達國家建立的食品質(zhì)量安全追溯體系，除了可以有效保證食品安全衛(wèi)生和可溯源外，其貿(mào)易壁壘的作用也日益凸顯。由此可見，建立農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)不僅能為人民群眾提供優(yōu)質(zhì)安全的農(nóng)產(chǎn)品，同時也是打破國外因食品安全追溯而設置的貿(mào)易壁壘的重要手段。

可追溯系統(tǒng)最早應用于汽車、飛機等一些工業(yè)品的產(chǎn)品召回制度中。對于追溯系統(tǒng)在食品安全中的應用研究，最初是由歐盟為應對瘋牛病問題于1997年開始逐步建立起來的［2］。自此許多發(fā)達國家和地區(qū)開始應用可追溯系統(tǒng)進行農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理。中國的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)建設正處于起步階段，國家制定了一些相關的標準和指南，一些地方和企業(yè)初步建立了部分食品可追溯制度［3-4］，發(fā)布了一些法規(guī)，并且開展了農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的初步試點示范工作［5］。但是現(xiàn)有的研究多集中在畜牧產(chǎn)品行業(yè)且只能追溯到生產(chǎn)企業(yè)，而農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、包裝、個體標識等方面又存在很大不同，且消費者需要了解與蔬菜安全相關的用藥、施肥和檢測等信息。因此，本研究以各農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地的生產(chǎn)履歷數(shù)據(jù)為基礎，以條碼為載體，利用網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、安全預警技術和條碼技術，通過構建統(tǒng)一的追溯平臺，實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地的安全生產(chǎn)管理和為消費者提供追溯。

1　系統(tǒng)設計的思路

農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)以農(nóng)產(chǎn)品為研究對象，以生產(chǎn)履歷中心為管理平臺，以產(chǎn)品追溯碼為信息傳遞工具，以產(chǎn)品追溯標簽為表現(xiàn)形式，以追溯管理網(wǎng)絡平臺為服務手段，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)基地、加工貯運、銷售終端的全過程質(zhì)量追溯。

該系統(tǒng)從生產(chǎn)基地和消費者兩個不同角度設計，包括兩個核心內(nèi)容：蔬菜安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)和蔬菜質(zhì)量追溯系統(tǒng)，其框架如圖1。生產(chǎn)基地端的蔬菜安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)履歷信息（包括農(nóng)戶信息、地塊信息、生產(chǎn)過程信息、包裝信息等）進行統(tǒng)一記錄存儲，并且在產(chǎn)品包裝時，按照一定的編碼規(guī)則設計生成帶有產(chǎn)品履歷信息的追溯碼，完成生產(chǎn)履歷和具體蔬菜產(chǎn)品的關聯(lián)；在銷售端，當消費者買到帶有條碼的蔬菜產(chǎn)品時，可以通過質(zhì)量追溯系統(tǒng)中的網(wǎng)站、超市掃描機等不同平臺輸入追溯碼，從而實現(xiàn)消費者對所購蔬菜產(chǎn)品的生產(chǎn)履歷信息查詢。

圖1　農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)基本框架

2　系統(tǒng)的主要結構

農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)由3個主要的子系統(tǒng)構成，共同實現(xiàn)質(zhì)量安全追溯的功能。

2.1農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)

農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)以蔬菜生產(chǎn)基地為單位，以組件技術為支撐，通過分析不同生產(chǎn)基地的生產(chǎn)流程，開發(fā)面向生產(chǎn)基地個性化需求的系統(tǒng)，用于對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地生產(chǎn)履歷信息的統(tǒng)一管理，履歷中心內(nèi)記錄農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地信息、生產(chǎn)者信息、田間記錄、監(jiān)測信息、庫存、銷售以及流通信息、消費者意見和建議等，所有這些信息構成了追溯管理的基礎數(shù)據(jù)庫。

2.1.1安全生產(chǎn)過程信息的智能管理

系統(tǒng)通過集成不同的組件實現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)（產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后）信息的管理，主要包括：農(nóng)作物基地基本信息 （生產(chǎn)者信息、產(chǎn)地環(huán)境信息）管理；農(nóng)作物安全生產(chǎn)操作信息 （施肥、防治病蟲害、灌溉等信息）管理；種子、農(nóng)藥、化肥等農(nóng)資基本信息 （品名、防治類型、殘留期等）和庫存信息管理；農(nóng)作物產(chǎn)品的基本信息和銷售信息管理。農(nóng)作物生產(chǎn)過程信息是生產(chǎn)者、管理部門以及消費者可以追溯與農(nóng)作物產(chǎn)品有關的生產(chǎn)、加工、銷售、檢測等各類信息的基礎。

2.1.2安全生產(chǎn)預警及輔助決策

在生產(chǎn)過程管理中，通過農(nóng)作物安全生產(chǎn)輔助決策模型 （通過集成標準信息來實現(xiàn)）的分析，對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程實行安全預警及輔助決策，即對影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的違規(guī)行為進行監(jiān)測，實時提出預警信息，給出糾偏的建議，提醒生產(chǎn)者，供生產(chǎn)者決策應用。預警及智能決策分農(nóng)藥使用輔助決策、肥料使用輔助決策和產(chǎn)品檢測輔助決策3部分。

2.2追溯碼的生成及標簽印制系統(tǒng)

本系統(tǒng)從如何確定農(nóng)產(chǎn)品 “身份”出發(fā)，針對蔬菜自身特點對蔬菜產(chǎn)品進行追溯編碼設計，確定以同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品作為其 “身份”制定的標準。同一批次是指某基地在同一時間、同一地塊內(nèi)生產(chǎn)的同一品種的產(chǎn)品。最后采用在全世界范圍內(nèi)具有唯一性、通用性、標準性的EAN/UCC-128編碼規(guī)范來編制蔬菜產(chǎn)品的追溯條形碼。通過使用該編碼方式進行信息承載，可關聯(lián)產(chǎn)品、生產(chǎn)者、生產(chǎn)時間、生產(chǎn)過程等各類信息，并且可伴隨產(chǎn)品的流通不斷加載增量，便于追蹤回溯信息。該種數(shù)據(jù)編碼技術有相當?shù)目煽匦?，可以按量發(fā)放、注冊生效、到期失效。追溯碼生成后，通過專用的條碼標簽打印機打印，可隨時產(chǎn)碼，隨時使用。

2.3追溯信息查詢及安全生產(chǎn)輔導與咨詢服務系統(tǒng)

追溯信息查詢及安全生產(chǎn)輔導與咨詢服務系統(tǒng)界面友好、功能強大，是以生產(chǎn)履歷中心數(shù)據(jù)庫為基礎開發(fā)完成的，實現(xiàn)了追溯查詢、新聞動態(tài)、生產(chǎn)基地展示、生產(chǎn)輔導、技術天地、專家咨詢等功能。

追溯查詢的方式分為網(wǎng)絡追溯、掃描追溯。消費者通過網(wǎng)站、條碼掃描器輸入唯一追溯號，追溯系統(tǒng)將相關追溯信息返回給消費者。通過查詢平臺可以進行產(chǎn)品的產(chǎn)地信息、生產(chǎn)基地信息、生產(chǎn)過程信息、檢測信息等相關信息的查詢，實現(xiàn)了前期生產(chǎn)與最終消費之間的信息追溯。

在安全生產(chǎn)輔導與咨詢服務方面，系統(tǒng)以文字、圖像等多種媒體形式對主要農(nóng)作物的病蟲害診斷和防治進行輔導，生產(chǎn)者既能快速地找出在生產(chǎn)中遇到的病蟲害種類，也可以全面了解病蟲害的發(fā)生情況，幫助他們解決病蟲害防治難的問題；技術天地模塊提供農(nóng)作物安全生產(chǎn)相關的各種關鍵技術；行業(yè)專家咨詢服務為生產(chǎn)者提供了一個交流平臺，生產(chǎn)者可以在這里向?qū)＜易稍兩a(chǎn)過程中遇到的各種問題；在線視頻服務模塊用于展示一些農(nóng)作物安全生產(chǎn)相關視頻短片。

3　泛接口系統(tǒng)的實現(xiàn)

農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)考慮到多用戶性和可擴展性，系統(tǒng)采用了B/S的體系結構；服務器端操作系統(tǒng)選用Windows Server 2003，負責Web站點的管理與信息發(fā)布，客戶端可為W indows98/NT/2000/XP/win7各種版本的操作系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以.net為開發(fā)平臺，以C#為開發(fā)工具，以SQL Server2008為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)思想，在編寫系統(tǒng)公共類的基礎上實現(xiàn)相應功能。

3.1遠程通信接口

遠程通信是系統(tǒng)核心之一，是遠程測控的實現(xiàn)基礎。隨著通信技術的發(fā)展，系統(tǒng)可提供較多的通信方式供用戶選擇，具體采用何種方式需要綜合考慮使用場合、穩(wěn)定性與可靠性、建設成本等多方面因素。

隨著Intranet/Internet技術的普及，采用計算機網(wǎng)絡，基于TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)遠程測控，自然成為首選方案。此方案有技術成熟、開發(fā)資源豐富、網(wǎng)絡傳輸快速穩(wěn)定可靠等特點，而且由于計算機與網(wǎng)絡知識的普及，相關設備的標準化，系統(tǒng)部署相對容易，直接客戶使用和維護簡單。系統(tǒng)中對UDP協(xié)議進行了封裝，在中心服務器上實現(xiàn)快速可靠的網(wǎng)絡實時數(shù)據(jù)庫，可迅速處理智能控制器發(fā)出的請求。

在現(xiàn)實工作中，有些測控現(xiàn)場地處偏僻，不具備計算機網(wǎng)絡通信條件，此時GPRS等無線網(wǎng)絡可有效解決問題。將GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元 （DTU）安裝在智能控制器串口上，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。GPRS數(shù)據(jù)傳輸有兩種模式，網(wǎng)關模式和短信模式。網(wǎng)關模式需要中心服務器在指定的端口偵聽、接收和發(fā)送網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，因此需要中心服務器提供公網(wǎng)IP，即Internet環(huán)境；而短信模式只需在服務器端加裝短信收發(fā)模塊，服務器程序?qū)邮盏降亩绦艃?nèi)容進行解析即可，此模式服務器端無須公網(wǎng)IP，可部署在局域網(wǎng)環(huán)境。

3.2W eb service訪問接口

在分布式應用程序開發(fā)中，基于XML的Web service技術應用越來越廣泛，使得整個的應用程序開發(fā)技術從以操作系統(tǒng)為中心的應用程序組織模式擴展到以網(wǎng)絡為中心的組織模式。Web service可使用SOAP協(xié)議和外界通信，而SOAP協(xié)議的跨平臺、跨語言和不受防火墻限制等特點也為系統(tǒng)的跨平臺應用打下了基礎。

gSOAP2工具提供了一個SOAP/XML關于C#語言的實現(xiàn)，從而讓C#語言開發(fā)編寫Web service或客戶端程序的工作變得較為輕松。gSOAP2利用編譯器技術提供了一組透明化的SOAP API，并將與開發(fā)無關的SOAP實現(xiàn)細節(jié)相關的內(nèi)容對用戶隱藏起來。利用gSOAP2在測控中心服務器實現(xiàn)Web service，在遠程工作站實現(xiàn)客戶端，可簡便可靠的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問，且對Internet具有良好的支持特性。

由于Web service接口的標準化，其他客戶端程序只要遵守相應規(guī)范，具有相應權限亦可訪問，這一特性為系統(tǒng)的可擴展性和跨平臺性提供了良好的保證。

3.3智能控制器接口

智能控制器在系統(tǒng)中起到現(xiàn)場管理和網(wǎng)關作用，地位相當重要。系統(tǒng)選用ATMEL公司的基于ARM7的閃存MCU AT91SAM7X128作為控制芯片，芯片內(nèi)含嵌入式10/100以太網(wǎng)MAC、3個通用異步收發(fā)器（UART）及高速AES/3DES加密引擎等，功能和性能可以滿足系統(tǒng)需求。智能控制器簡要邏輯結構如圖2所示。

智能控制器與測控中心通過以太網(wǎng)（TCP/IP）進行通信，系統(tǒng)開發(fā)了一套實時TCP協(xié)議軟件包，可方便快速地實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。協(xié)議定義了兩種數(shù)據(jù)幀類型，即命令幀和數(shù)據(jù)幀，命令幀能獲得比數(shù)據(jù)幀更高的優(yōu)先級，會被立即傳送到相應測控節(jié)點。測控中心數(shù)據(jù)的采集以智能控制器為對象分主動和被動兩種模式，在主動模式下智能控制會主動將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到測控中心，中心進行解析處理即可；在被動模式下智能控制只有在接到中心采集命令后才會返回當前數(shù)據(jù)。

圖2　智能控制器邏輯結構

3.4單片機接口

單片機接口板亦可稱為單片機數(shù)據(jù)采集板或單片機控制器，主要功能包括開關量/模擬量輸入輸出、RS232/485通信和LCD顯示等。單片機接口板一方面要承擔信號的轉(zhuǎn)換和輸入輸出，另一方面要承擔與智能控制器的通信，其內(nèi)部程序要實現(xiàn)Modbus協(xié)議棧。在系統(tǒng)中表現(xiàn)為一個測控節(jié)點，每一個測控節(jié)點應具有在該Modbus總線上唯一的地址，并能接收和處理Modbus數(shù)據(jù)幀和命令。單片機接口板基本組成如圖3所示。

圖3　單片機接口板基本組成

4　討論

本系統(tǒng)在分析農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的基礎上，設計與開發(fā)了農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了各種信息管理、生產(chǎn)預警和輔助決策等功能。系統(tǒng)采用符合EAN/UCC標準的條碼，結合產(chǎn)品編碼和流程編碼，設計了符合農(nóng)產(chǎn)品特點的產(chǎn)品追溯碼，通過該載體將信息流與實物流聯(lián)系起來，實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)采用網(wǎng)站的形式給公眾提供了一個追溯查詢的平臺，消費者可通過不同方式追溯到產(chǎn)品的最新信息。

農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)具有十分簡潔的用戶操作界面和操作流程，即使是計算機操作能力較低的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員，也很容易接受。本系統(tǒng)還具有一定的擴展性，追溯系統(tǒng)不僅可以在蔬菜上使用，還可以在水產(chǎn)品、畜禽產(chǎn)品、生產(chǎn)投入品等產(chǎn)品上應用。該系統(tǒng)規(guī)范了農(nóng)產(chǎn)品檔案的管理，可以提升產(chǎn)品附加值，提高企業(yè)的聲譽，滿足消費者的知情權，能夠取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

本研究面向 “泛接口”系統(tǒng)設計思想，通過“路由機制”實現(xiàn)了URL對象與Action對象的互通；“配置文件+相應算法”實現(xiàn)了類對象與表對象的互通，這種互通體現(xiàn)在代碼實現(xiàn)層面的設計模式、數(shù)據(jù)庫層面的中間表應用、ORM的配置文件、MVC中URL與Action之間的路由機制等，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程通信接口、Web service訪問接口、智能控制接口、單片機接口的互相解耦合自由連通，突破傳統(tǒng)將安全升華到了更高的層次。

系統(tǒng)從數(shù)字化農(nóng)業(yè)的角度構建了農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)。當然對存在多層流通環(huán)節(jié)的產(chǎn)品要實現(xiàn)全程追溯，還需要建立相應的流通管理系統(tǒng)及相關法律法規(guī)和技術的配合完善，并將已有成果迅速推廣轉(zhuǎn)化。

［1］ 陳紅華，田志宏.國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)比較研究 ［J］.商場現(xiàn)代化，2007（7）：5-6.

［2］ Schw?gele F.Traceability from a European perspective［J］. Meat Science，2005，71（1）：164-173.

［3］ 謝菊芳，陸昌華，李保明，等.基于.NET構架的安全豬肉全程可追溯系統(tǒng)實現(xiàn) ［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（6）：218-220.

［4］ 蘭洪杰，黃鋒權，林自葵.2008年北京奧運會食品可追溯系統(tǒng)設計 ［J］.中國儲運，2008（5）：86-89.

［5］ 葉春玲，張兵，古松浩，等.應用于蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的蔬菜產(chǎn)品追溯標簽的設計與實現(xiàn) ［J］.食品科學，2007，28（7）：572-574.

（責任編輯：侯春曉）

TS 255.1

A

0528-9017（2015）12-2092-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20151257

2016-06-30

浙江省農(nóng)業(yè)科學院地合作項目 （WZ20130006）；浙江省重點實驗室項目（2013E10037）；浙江省科技計劃項目（2013C24022）；浙江省農(nóng)業(yè)科學院國際合作項目 （2013GJHZ05）

徐志福 （1964-），男，浙江蘭溪人，副研究員，從事系統(tǒng)模擬與數(shù)字農(nóng)業(yè)相關研究工作。E-mail：xzf@126.com。

注：本研究工作得到浙江鐵楓堂科技股份有限公司、浙江省創(chuàng)意農(nóng)業(yè)工程技術研究中心等的資助，是陳劍平院士樂清鐵皮石斛工作站研究內(nèi)容之一，整個研究過程得到陳劍平院士的悉心指導。在此，一并表示衷心的感謝。