周 婧，李鑫星，許文濤，劉恒一，焦偉華，張領(lǐng)先，*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院,北京 100083;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083;3.山東財(cái)經(jīng)大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究中心,山東濟(jì)南 250014)

1 引言

轉(zhuǎn)基因作物在近幾年來(lái)發(fā)展迅猛，國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）的數(shù)據(jù)表明，2010年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)到1.48億hm2，比2009年的1.34億hm2增加了1 400萬(wàn)hm2，年增長(zhǎng)率達(dá)10%，這是轉(zhuǎn)基因作物種植15年來(lái)排名第二的增長(zhǎng)速度[1-3]。1996～2010年的15年間，全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了87倍，轉(zhuǎn)基因作物累計(jì)種植面積超過(guò)10億hm2[4-5]。目前，中國(guó)已成為世界上最大的大豆進(jìn)口國(guó)[6-8]。中國(guó)作為世界第一人口大國(guó)，耕地面積相對(duì)較小，有限耕地下的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與人民日益提高的需求產(chǎn)生矛盾[9-10]。在耕地不能擴(kuò)大的基本國(guó)情下，還要保證提高糧食的產(chǎn)量，轉(zhuǎn)基因給予了非常好的解決方案[11-12]。

然而，隨著轉(zhuǎn)基因作物的迅速發(fā)展，人們對(duì)其安全性的爭(zhēng)論也越來(lái)越激烈[13-15]。國(guó)際上關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物安全性問(wèn)題的報(bào)道不斷出現(xiàn)，如1996年的巴西果過(guò)敏事件，1999年的美國(guó)大斑蝶事件，以及2010年初中國(guó)廣西精子事件等[16-17]。盡管以上事件被證明其試驗(yàn)設(shè)計(jì)或結(jié)論都存在問(wèn)題，但其無(wú)不加劇了人們對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品安全性的疑慮。目前轉(zhuǎn)基因作物安全性問(wèn)題主要包括兩個(gè)方面：一是有關(guān)轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境釋放或商業(yè)化帶來(lái)的環(huán)境安全性問(wèn)題[18-20]；二是食用安全性問(wèn)題，即轉(zhuǎn)基因作物用于食品和飼料的安全性[21]。在遇到類似問(wèn)題時(shí)，政府部門對(duì)于食品安全問(wèn)題的解決方案通常是加大監(jiān)管力度，但這種方法的成效是非常有限的，漫長(zhǎng)的生產(chǎn)、加工、管理、運(yùn)輸線極大地增加了監(jiān)管與追溯的難度。而食品溯源技術(shù)可以打消人們疑慮，讓大家買的放心、吃的放心[22]。消費(fèi)者有知情權(quán)，雖然學(xué)界對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品安全性的爭(zhēng)論仍未停止，但國(guó)家法律已經(jīng)允許許多轉(zhuǎn)基因食品上架銷售，消費(fèi)者在選擇此類商品時(shí)，有權(quán)了解其是否是轉(zhuǎn)基因、屬于哪類轉(zhuǎn)基因、轉(zhuǎn)的是哪些品系品類等信息[23-25]。消費(fèi)者有選擇是否購(gòu)買的權(quán)利，但商家更有提供商品全部詳細(xì)信息的義務(wù)，而食品溯源技術(shù)恰恰是保證消費(fèi)者知情權(quán)的最有效手段[26-27]。

針對(duì)上述轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過(guò)程中缺乏管理等情況，安全問(wèn)題急需重視。再考慮到轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過(guò)程周期長(zhǎng)，生產(chǎn)工序地點(diǎn)分散，需要監(jiān)管程序多，從業(yè)人員受教育程度參差不齊等情況，急需構(gòu)建一套質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，以加強(qiáng)生產(chǎn)管理，并有效保障消費(fèi)者的知情權(quán)。本研究設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一整套質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，主要提供生產(chǎn)信息追溯功能，將主要信息寫入易于讀取的二維碼中，便于消費(fèi)者獲知生產(chǎn)信息，以此來(lái)保證轉(zhuǎn)基因食品的安全性。

2 系統(tǒng)需求分析

傳統(tǒng)意義來(lái)講，溯源系統(tǒng)最重要的兩個(gè)功能是：質(zhì)量相關(guān)要素的追蹤，在生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)重要環(huán)節(jié)都記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)；其次就是當(dāng)食品發(fā)生危害時(shí)，可以第一時(shí)間追溯危害的源頭，及時(shí)切斷事故的進(jìn)一步擴(kuò)大[28]。另外，考慮到轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)，該系統(tǒng)還需要從用戶角度考慮，協(xié)助用戶在復(fù)雜分散的工作環(huán)境中準(zhǔn)確地記錄數(shù)據(jù)。具體需滿足如下功能需求：

（1）轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量信息追蹤功能；

（2）多用戶協(xié)同使用與權(quán)限層級(jí)劃分的功能[29]。

韓楊等[30]在2011年對(duì)影響中國(guó)食品追溯體系的因素做了分析，認(rèn)為縱向一體化是企業(yè)實(shí)施食品追溯體系最理想的形式。即企業(yè)應(yīng)該多元化其進(jìn)貨渠道并與有規(guī)模有組織的供貨商合作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將其考慮為前提條件。值得注意的是，本系統(tǒng)為轉(zhuǎn)基因作物安全追溯系統(tǒng)，所以在生產(chǎn)過(guò)程中，雖然農(nóng)民和不同工種的工人信息需要詳細(xì)存儲(chǔ)，但他們并不是系統(tǒng)的使用者。農(nóng)民和工人的詳細(xì)信息的存儲(chǔ)是為了滿足記錄生產(chǎn)活動(dòng)中溯源信息的需要[31-33]。該系統(tǒng)的用例圖如下所示：

圖1 轉(zhuǎn)基因作物安全可追溯系統(tǒng)用例圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，結(jié)合轉(zhuǎn)基因作物溯源系統(tǒng)的特點(diǎn)，將轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可溯源系統(tǒng)劃分為育種管理子系統(tǒng)、種植管理子系統(tǒng)、產(chǎn)品階段管理子系統(tǒng)、二維碼管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。其中種植管理子系統(tǒng)又包括地塊分配、計(jì)劃種植、施肥管理、檢測(cè)、灌溉管理和病蟲(chóng)害防治六個(gè)模塊。產(chǎn)品階段管理包括入庫(kù)管理、加工、出庫(kù)管理和運(yùn)輸管理四個(gè)模塊。系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示：

3.2 系統(tǒng)服務(wù)流程設(shè)計(jì)

圖2 轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖

由需求分析和系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，并結(jié)合轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)流程的具體情況和參與部門，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)整體工作流程如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)工作流程

工作流程由分配地塊、確定種植計(jì)劃開(kāi)始。種植戶開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)基因作物的種植。在此期間的施肥、灌溉、防治活動(dòng)都要留下相關(guān)記錄。另外，檢驗(yàn)部門要根據(jù)計(jì)劃對(duì)地塊的轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)行檢驗(yàn)，如果不合格則立即開(kāi)始追溯問(wèn)題原因。轉(zhuǎn)基因作物成熟后，倉(cāng)庫(kù)工作人員要進(jìn)行采摘入庫(kù)工作，記錄入庫(kù)信息并生成追溯碼標(biāo)簽。入庫(kù)后進(jìn)行產(chǎn)品加工包裝存儲(chǔ)等待出庫(kù)。出庫(kù)之后轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可能需要若干次的運(yùn)輸過(guò)程才能到達(dá)目的地，在此過(guò)程中仍要在每一次完成階段運(yùn)輸后進(jìn)行轉(zhuǎn)基因的檢測(cè)。

3.3 追溯碼編碼設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)過(guò)程周期較長(zhǎng)，空間分布較廣，為了保證轉(zhuǎn)基因作物溯源的準(zhǔn)確性，需在整個(gè)生產(chǎn)流程中對(duì)轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)行唯一性的標(biāo)識(shí)。在入庫(kù)前，轉(zhuǎn)基因作物的唯一標(biāo)識(shí)是地塊，即轉(zhuǎn)基因作物與地塊標(biāo)號(hào)一一對(duì)應(yīng)。在入庫(kù)后，轉(zhuǎn)基因作物被貼上溯源碼標(biāo)簽，轉(zhuǎn)基因作物的唯一標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)化為溯源碼。其后的生產(chǎn)銷售過(guò)程，用戶都根據(jù)入庫(kù)時(shí)生成的溯源碼追溯轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)信息。所以追溯碼是由當(dāng)天的8位日期與4位地塊編號(hào)和4位每天不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)組成的。追溯碼的9到12位與地塊一一對(duì)應(yīng)。

3.4 查詢方式設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)基因作物溯源系統(tǒng)提供多種層次的查詢方式。最基本的生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期信息會(huì)以文字的形式寫在追溯標(biāo)簽上；其次，重要的追溯信息，例如轉(zhuǎn)基因的品種、轉(zhuǎn)入方式、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等信息會(huì)以二維碼的形式寫入追溯標(biāo)簽，用戶只需要用手機(jī)微信的“掃一掃”功能即可查看這些信息；最全面的生產(chǎn)信息，將會(huì)以數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接的形式寫入二維碼中，用戶用手機(jī)掃過(guò)二維碼后會(huì)向服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送查看信息的請(qǐng)求，在這種形式中，用戶會(huì)全面得知該轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在生產(chǎn)運(yùn)輸中的所有信息，確保該轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可以放心食用。

3.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述需求分析以及系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)匯總表如下：

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)匯總表

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)表關(guān)系圖

為了保證系統(tǒng)可以有效運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫(kù)的主外鍵設(shè)計(jì)應(yīng)具有完備性。數(shù)據(jù)庫(kù)表關(guān)系如圖4所示：

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

本研究選用Java作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，該語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)在于其跨平臺(tái)性，編寫成功后，能十分方便的在各個(gè)平臺(tái)運(yùn)行，使得系統(tǒng)移植與平臺(tái)變遷更加便捷。語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境為運(yùn)行于Windows 7 64bit操作系統(tǒng)上的JDK1.6 64位版本。開(kāi)發(fā)時(shí)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為IDE：Eclipse 3.4和安卓開(kāi)發(fā)插件for Eclipse（ADT）。使用到了安卓開(kāi)發(fā)庫(kù)：Android SDK（包含Android 1.5以上版本的類庫(kù)和AVD模擬器）。本系統(tǒng)采用Oracle進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)處理數(shù)據(jù)速度快并且安全級(jí)別高，支持快閃以及完美恢復(fù)。

4.2 系統(tǒng)界面展示

圖5 登錄界面

圖6 系統(tǒng)主要功能界面

圖7 采購(gòu)管理界面

圖8 種植管理界面

圖9 產(chǎn)品階段管理界面（入庫(kù)管理）

圖10 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（地塊信息）

圖11 二維碼掃描界面

圖12 二維碼掃描結(jié)果

5 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品從生產(chǎn)到被消費(fèi)者購(gòu)買整個(gè)流程的詳細(xì)分析，找出了對(duì)轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全影響較大的流程。通過(guò)對(duì)這些流程的分析，以及考慮到追溯系統(tǒng)的需求，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)。最后利用Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

（2）對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)做了細(xì)致的用戶權(quán)限劃分、需求分析、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)和工作流程的梳理。針對(duì)轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)過(guò)程周期長(zhǎng)、工作地點(diǎn)分散和人員管理難度大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了功能完善、體驗(yàn)友好的轉(zhuǎn)基因作物質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。

（3）在上述分析和研究的基礎(chǔ)上，配合SDK、IDE：Eclipse 3.4和安卓開(kāi)發(fā)插件for Eclipse（ADT）的環(huán)境完成了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。然后，對(duì)系統(tǒng)的功能和性能做了測(cè)試，證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、開(kāi)發(fā)技術(shù)過(guò)關(guān)，可以滿足各類用戶的實(shí)際需求。

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