管博倫，董偉，張立平，楊前進(jìn)，汪焱

研究論文

再生稻溯源追蹤平臺(tái)研發(fā)

管博倫，董偉，張立平*，楊前進(jìn)，汪焱

安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，合肥 230031

【目的】再生稻由于售價(jià)高、品相出色、味道香、綠色無農(nóng)藥等優(yōu)點(diǎn)深受消費(fèi)者喜愛，但市場(chǎng)上以次充好、防偽難等現(xiàn)象的發(fā)生讓再生稻的發(fā)展受到了限制，利用信息化手段監(jiān)控再生稻的生產(chǎn)和市場(chǎng)進(jìn)入成為了重點(diǎn)?！痉椒ā课恼略敿?xì)分析了再生稻實(shí)際生產(chǎn)需求和數(shù)據(jù)格式要求，結(jié)合現(xiàn)代信息化技術(shù)和物流體系，從需求分析、技術(shù)架構(gòu)、溯源數(shù)據(jù)格式、系統(tǒng)體系架構(gòu)和系統(tǒng)功能分析5個(gè)方面詳細(xì)闡述了再生稻溯源追蹤平臺(tái)的研發(fā)過程和核心功能體系?！窘Y(jié)果】再生稻溯源追蹤平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了再生稻從生產(chǎn)到銷售全過程可監(jiān)控、可追溯、可管理、可分析和可拓展的功能體系，保障了市場(chǎng)上再生稻米的質(zhì)量可靠、生產(chǎn)過程中的種植數(shù)據(jù)可信和管理過程中的信息安全，提升了消費(fèi)者對(duì)再生稻的品質(zhì)和信息信任度?！菊雇磕壳霸偕舅菰醋粉櫰脚_(tái)主要針對(duì)再生稻從種植到銷售全周期過程的信息追蹤和管理，未來在生產(chǎn)和銷售數(shù)據(jù)充足的基礎(chǔ)上可結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)技術(shù)，從生產(chǎn)上開展無人精準(zhǔn)種植，建立更加綠色環(huán)保和智能化的種植過程；在銷售過程中結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)銷模型，建立更加有效的產(chǎn)銷模式；在管理過程中結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)保證數(shù)據(jù)安全可信，建立更加高效的管理模式，幫助農(nóng)民增收，保障食品安全。

再生稻；信息化；溯源；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；區(qū)塊鏈；大數(shù)據(jù)

1 引言

我國以占世界約9%的耕地養(yǎng)活占世界近23%的人口[1]。水稻作為我國第一大糧食作物，在我國糧食安全中發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平逐步提高，人們對(duì)食物的要求已經(jīng)從吃飽轉(zhuǎn)變?yōu)榻】?，尤其近幾年受到新冠疫情的影響，消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全有了更高的要求，水稻在國民經(jīng)濟(jì)所占的地位顯得更加重要[2]。

再生稻具有日產(chǎn)量高、生育期短、生產(chǎn)成本低、效益高和種植1茬收獲2茬等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的稻作模式[3]。在一季溫光有余、兩季溫光不足的地區(qū)，再生稻是增加稻田單位面積稻谷產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收入的重要措施之一。霍邱縣位于安徽省中西部，北緯31度地區(qū)，具有一季稻生產(chǎn)溫光資源有余，雙季稻生產(chǎn)溫光資源不足的植作特點(diǎn)。近年來，當(dāng)?shù)刂鸩教剿鞒鲞m合中稻栽培的“一種兩收”模式，成為我國最北端的再生稻栽培地區(qū)，實(shí)現(xiàn)了稻谷增產(chǎn)、農(nóng)民增收、減少農(nóng)藥使用量和綠色稻米生產(chǎn)大規(guī)模發(fā)展等目標(biāo)。再生稻因其產(chǎn)量提升、農(nóng)藥使用量減低、投入減少和售價(jià)提升等優(yōu)點(diǎn)受到農(nóng)戶的喜愛，又因其品相出色、味道香和綠色無農(nóng)藥等特點(diǎn)受到消費(fèi)者青睞，具有廣闊的發(fā)展前景。但由于農(nóng)戶以前收獲的再生稻主要用于饋贈(zèng)親友，難以集中和大量入市銷售，市場(chǎng)上存在著以次充好等行為，引發(fā)了霍邱縣優(yōu)質(zhì)再生稻防偽難、優(yōu)質(zhì)不優(yōu)價(jià)和質(zhì)量參差不齊等問題，因此，對(duì)再生稻生產(chǎn)環(huán)節(jié)和市場(chǎng)進(jìn)入環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控成為解決以上問題的重要措施。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)也得到了長足發(fā)展，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)不斷前進(jìn)，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出了爆炸式的增長，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源平臺(tái)得到了較快發(fā)展[4]。英國于瘋牛病事件后頒布了各項(xiàng)法規(guī)，禁止非溯源食品進(jìn)口[5]，2004年日本擴(kuò)大產(chǎn)品的追溯范圍，通過立法建立了食品追溯制度[6]。2000年以來我國開始逐步探索溯源體系[7]，2000年上海市農(nóng)委將農(nóng)產(chǎn)品溯源列為市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目[8]，謝菊芳等人[9]利用二維條碼技術(shù)、RFID技術(shù)和組件技術(shù)，構(gòu)建了基于.NET構(gòu)架的豬肉安全生產(chǎn)的追溯系統(tǒng)，白云峰等人[10]采用基于產(chǎn)品批次記錄與逐級(jí)編碼方式構(gòu)建了肉雞安全生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控可追溯系統(tǒng)，趙巖等人[11]根據(jù)甘藍(lán)類蔬菜質(zhì)量安全追溯要求,構(gòu)建了甘藍(lán)類蔬菜質(zhì)量安全追溯框架，喬曉剛等人[12]采用B/S架構(gòu)模式，使用J2EE整合了信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，研究開發(fā)了支持多條件模糊查詢的新疆葡萄產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。如今，各種農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器的出現(xiàn)使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取更加方便快捷，給溯源追蹤平臺(tái)提供了底層數(shù)據(jù)獲取的保障[13]，發(fā)達(dá)的物流體系對(duì)溯源提供了物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)的保障，同時(shí)安徽省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的上線運(yùn)行給溯源追蹤平臺(tái)的建設(shè)提供了完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

再生稻溯源追蹤平臺(tái)是融合產(chǎn)品編碼、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)，對(duì)再生稻的生產(chǎn)、加工、包裝、運(yùn)輸、銷售等全過程生命周期進(jìn)行監(jiān)控與管理的平臺(tái)型信息系統(tǒng)。平臺(tái)基于產(chǎn)品信息、環(huán)境信息、人員信息、質(zhì)量信息、狀態(tài)信息等關(guān)鍵信息與數(shù)據(jù)，對(duì)再生稻的安全生產(chǎn)以及產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追溯與跟蹤[14]。通過對(duì)再生稻生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，使得再生稻從播種到銷售整個(gè)過程都有跡可循，每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠進(jìn)行追蹤溯源，從而明確了再生稻在生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量保障與安全責(zé)任，加強(qiáng)了再生稻的可追溯性和安全性，提升了消費(fèi)者對(duì)再生稻的信賴度和知情度，對(duì)再生稻的質(zhì)量安全以及優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)進(jìn)行全面地保障，杜絕了以次充好以及消費(fèi)者疑慮心理的產(chǎn)生。

2 需求分析

軟件需求分析是軟件開發(fā)前期非常重要的一個(gè)過程，需求工程影響整個(gè)軟件的生命周期，做好需求分析能加深對(duì)復(fù)雜軟件在細(xì)節(jié)和相互依賴關(guān)系上的理解[15]。再生稻溯源追蹤平臺(tái)的主要功能是管理再生稻從種植到銷售過程中的全過程信息，主要的用戶是霍邱縣再生稻生產(chǎn)相關(guān)的工作人員、管理者和消費(fèi)者。系統(tǒng)需要包含負(fù)責(zé)基本信息錄入的功能，包括再生稻產(chǎn)品信息、種植管理信息、相關(guān)人員信息、倉儲(chǔ)信息和物流信息。在再生稻種植過程中，田塊信息、種植時(shí)間、數(shù)量、品種以及農(nóng)藥化肥使用的情況很重要，相關(guān)信息能直觀地使消費(fèi)者看到所購買的再生稻從哪里來，是否是有機(jī)綠色產(chǎn)品，是否是以次充好。在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，依靠現(xiàn)有的強(qiáng)大物流體系，能實(shí)時(shí)記錄下運(yùn)輸中的各個(gè)環(huán)節(jié)。

再生稻生產(chǎn)的種子企業(yè)和種植農(nóng)戶，負(fù)責(zé)將所分管生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)，平臺(tái)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)回環(huán)機(jī)制進(jìn)行異常監(jiān)測(cè)。再生稻生產(chǎn)的管理人員主要通過平臺(tái)對(duì)再生稻種子數(shù)據(jù)、種植數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)和物流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管和計(jì)劃安排，同時(shí)系統(tǒng)將以日志的形式記錄下再生稻從生產(chǎn)到銷售各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，以便出現(xiàn)質(zhì)量問題能夠依據(jù)日志查找分析。消費(fèi)者通過所購的再生稻米上的二維碼能夠了解到其生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)母鳝h(huán)節(jié)。

2.1 用戶角色分析

再生稻溯源追蹤平臺(tái)面向種植農(nóng)戶、稻米加工者、政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)和消費(fèi)者[16]等用戶類型，分別對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)上傳者、數(shù)據(jù)監(jiān)管者和數(shù)據(jù)使用者，按照用戶權(quán)限分類即為管理員與普通用戶角色。管理員負(fù)責(zé)審核、監(jiān)督各流通過程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和預(yù)警值，普通用戶負(fù)責(zé)上傳和查看數(shù)據(jù)。各角色及功能如表1所示。

表1 系統(tǒng)角色及功能需求表

2.2 數(shù)據(jù)功能分析

結(jié)合表1的角色定位，系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要包含以下幾類。

(1)再生稻產(chǎn)品數(shù)據(jù)

主要是再生稻種子相關(guān)的數(shù)據(jù)，具體包括再生稻品種、再生稻品種特性、銷售信息和種子銷售公司信息等。為用戶溯源提供再生稻品種展示信息。

(2)再生稻種植數(shù)據(jù)

主要是再生稻種植過程的信息與數(shù)據(jù)，具體包括再生稻品種、農(nóng)戶信息、種子信息、育秧信息、播種信息、大田信息、水肥農(nóng)藥使用信息、氣候信息、收割信息、產(chǎn)量信息、收購米廠信息和再生稻米檢測(cè)信息等。

(3)工作人員數(shù)據(jù)

主要是種子公司人員信息、種植農(nóng)戶人員信息、加工廠(倉儲(chǔ))人員信息、管理員信息和經(jīng)銷商人員信息等，具體包括：身份證號(hào)、姓名、性別、年齡、通訊信息、健康信息和地址信息等。

(4)再生稻加工數(shù)據(jù)

主要記錄再生稻加工過程中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)。包括：加工廠信息、責(zé)任人信息、加工廠產(chǎn)能信息、加工再生稻品種數(shù)量信息、再生稻米檢驗(yàn)信息、收購信息和銷售信息等。

(5)倉儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)

主要是倉儲(chǔ)管理相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。包括：倉儲(chǔ)地址、證照信息、管理員信息、倉儲(chǔ)容量、入庫信息、出庫信息和再生稻存量等信息。

(6)物流信息數(shù)據(jù)

主要是再生稻運(yùn)輸過程中的物流信息數(shù)據(jù)。包括：源地址信息、目的地址信息、再生稻品種重量信息、運(yùn)輸工具相關(guān)信息、駕駛者信息、出發(fā)時(shí)間和到達(dá)時(shí)間等。

(7)再生稻溯源數(shù)據(jù)

包括：再生稻種類信息、種子公司信息、產(chǎn)地信息、農(nóng)藥化肥使用信息、種植數(shù)量信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控信息、運(yùn)輸物流信息和加工廠信息等。

3 系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

3.1 技術(shù)架構(gòu)

整體技術(shù)架構(gòu)采用B/S體系，利用Spring Boot+ Vue進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。Spring Boot是一個(gè)基于Spring框架搭建起來的后臺(tái)管理集成框架，可通過導(dǎo)入相應(yīng)依賴實(shí)現(xiàn)框架集成[17]。該框架內(nèi)置了內(nèi)嵌容器(Tomcat、Jettty、Undertow)、日志框架、JMS框架、持久化框架、NOSQL數(shù)據(jù)庫(Cassandra、MongoDB)和緩存框架等，集成了Spring MVC所依賴的包，只需要開發(fā)者在Maven、Gradle的配置文件中加上少量的配置，即可在代碼中使用所需的框架，實(shí)現(xiàn)近零代碼、近零XML配置[18]。Vue是一套構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式前端框架，是目前流行的前端開發(fā)框架，它采用自底向上增量開發(fā)的設(shè)計(jì)方式，是更靈活、更開放的解決方案，架構(gòu)更加簡單，具有輕量級(jí)框架、雙向數(shù)據(jù)綁定、組件化、數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)分離、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)[19]，它的核心是響應(yīng)式原理，把一個(gè)普通JavaScript對(duì)象傳給Vue實(shí)例的data選項(xiàng)，同時(shí)每個(gè)Vue實(shí)例都有相應(yīng)的watcher實(shí)例對(duì)象，避免了繁瑣的dom操作，更有利于前端數(shù)據(jù)的處理，簡化了web前端開發(fā)流程[20]。

如圖1所示是再生稻溯源追蹤平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)圖。由下至上分為數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)庫、后臺(tái)管理、前端應(yīng)用、API接口層和應(yīng)用7個(gè)方面。

數(shù)據(jù)感知層是平臺(tái)的主要數(shù)據(jù)來源。該層中的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器可監(jiān)測(cè)大田中稻米生產(chǎn)過程的農(nóng)藥、化肥、土壤濕度、氣候狀況和再生稻長勢(shì)等生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。使用者上傳數(shù)據(jù)部分包括種子、米廠、農(nóng)戶和物流等信息數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中的數(shù)據(jù)校驗(yàn)可以解決數(shù)據(jù)不匹配、多方上傳數(shù)據(jù)沖突、數(shù)據(jù)真?zhèn)魏蛿?shù)據(jù)冗余等問題，它也能夠過濾掉無效的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理則將過濾后的數(shù)據(jù)處理成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織形式，保存在數(shù)據(jù)庫中，有利于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)應(yīng)用，當(dāng)數(shù)據(jù)量足夠大時(shí)，合理的數(shù)據(jù)組織形式能夠降低數(shù)據(jù)處理的開銷，提升響應(yīng)速度。

數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的持久化，是系統(tǒng)研發(fā)重要部分之一。日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可從主數(shù)據(jù)庫中獲取。主數(shù)據(jù)庫按照備份計(jì)劃將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在備份數(shù)據(jù)庫中，可以防止數(shù)據(jù)丟失并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)功能[21]，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)算吞吐量限制時(shí)，備份數(shù)據(jù)庫可以用主從結(jié)點(diǎn)分布式存儲(chǔ)的方式對(duì)主數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)展。Redis是以鍵值對(duì)形式存儲(chǔ)對(duì)象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是運(yùn)行速度快且支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[22]。Re-dis將用戶登錄信息和最近經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)等存入緩存中，從而縮短訪問時(shí)間且提升數(shù)據(jù)訪問的安全性。

圖1 再生稻溯源追蹤平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)圖

后臺(tái)管理是整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理的核心部分，所有的業(yè)務(wù)邏輯操作在這里完成，包括權(quán)限控制和跨域問題。業(yè)務(wù)邏輯負(fù)責(zé)按照用戶的訪問權(quán)限和需求訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)組織成對(duì)象實(shí)體返回給前端數(shù)據(jù)接口，在數(shù)據(jù)訪問和上傳的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密操作。

前端應(yīng)用顯示的是后臺(tái)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯條件傳來的數(shù)據(jù)。它負(fù)責(zé)調(diào)用瀏覽器的加載、解析來渲染HT-ML和優(yōu)化用戶界面，并且通過webpack打包生成css、js等資源文件。在用戶登錄時(shí)，前端的業(yè)務(wù)邏輯會(huì)按照用戶的權(quán)限通過動(dòng)態(tài)路由的方法顯示不同的功能欄。

API接口層是應(yīng)用程序編程接口，為應(yīng)用程序和開發(fā)人員提供例程訪問能力。API接口層是功能函數(shù)的抽象，可以幫助開發(fā)者在無需訪問源碼的情況下完成功能策略制定、業(yè)務(wù)流程描述和具體的功能實(shí)現(xiàn)[23]，方便其他應(yīng)用與平臺(tái)對(duì)接。預(yù)留的接口則方便了溯源平臺(tái)后期擴(kuò)展的需要，增加了再生稻溯源追蹤平臺(tái)的伸縮性和可擴(kuò)展性。

最頂端的應(yīng)用層提供了多種系統(tǒng)訪問形式。微信小程序?qū)儆谝苿?dòng)端，提供寫入和讀取數(shù)據(jù)的功能，具有安裝和使用便捷的特點(diǎn)，是目前移動(dòng)端的主流應(yīng)用形式；PC端是在瀏覽器中進(jìn)行訪問，具有后臺(tái)管理和寫入、讀取數(shù)據(jù)的功能，管理員和普通用戶都可以通過ID進(jìn)行訪問；二維碼一般用于讀取信息，具有存儲(chǔ)量大、保密性強(qiáng)、追蹤新高的特點(diǎn)，廣泛用于防偽溯源、信息獲取、賬號(hào)登錄等場(chǎng)合。

3.2 溯源數(shù)據(jù)格式

溯源數(shù)據(jù)格式按照數(shù)據(jù)流程封裝，在該溯源追蹤平臺(tái)中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)是由人工上傳的，再生稻的生產(chǎn)者、加工者和管理者都可以通過唯一識(shí)別ID對(duì)該條溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)限之內(nèi)的操作，即通過唯一標(biāo)識(shí)ID對(duì)育種、種植、加工、運(yùn)輸、銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入或者監(jiān)管警示等操作。在本系統(tǒng)中再生稻的溯源數(shù)據(jù)將按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包一樣在每一層都進(jìn)行讀取和疊加操作[24]，如圖2所示。

在溯源數(shù)據(jù)格式中，每一層都是在唯一標(biāo)識(shí)ID頭部信息上進(jìn)行疊加串行封裝。除農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器自動(dòng)采集的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)是由每一環(huán)節(jié)的分管人員手工錄入。為保證錄入數(shù)據(jù)地準(zhǔn)確和規(guī)范，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)上一層中的數(shù)據(jù)和管理員人工的審核信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)異常數(shù)據(jù)發(fā)出告警，管理員通過唯一識(shí)別ID可以在系統(tǒng)日志中找到該條溯源數(shù)據(jù)的所有錄入和操作歷史信息，這種系統(tǒng)和人工雙重干預(yù)的方式保證了溯源數(shù)據(jù)的安全可靠。同時(shí)對(duì)于終端的消費(fèi)者，通過掃描該條溯源數(shù)據(jù)生成的二維碼查看相應(yīng)權(quán)限下的淺層數(shù)據(jù)，通過管理員的進(jìn)一步授權(quán)，用戶還能查詢到該溯源數(shù)據(jù)的操作信息以及監(jiān)測(cè)信息。

圖2 溯源數(shù)據(jù)模型

在API接口層中，需要外來溯源信息接入的情況下，也可通過抽象的接入函數(shù)將外來溯源信息打包成該系統(tǒng)所要求的格式進(jìn)行接入。同樣，當(dāng)該系統(tǒng)的溯源數(shù)據(jù)需要接入外部或者上一級(jí)溯源系統(tǒng)時(shí)，便可以通過抽象的借出函數(shù)將該溯源數(shù)據(jù)按照打包格式一層一層分解，并按照外部系統(tǒng)的要求進(jìn)行重新組織打包輸出。

3.3 系統(tǒng)體系架構(gòu)

再生稻溯源追蹤平臺(tái)體系建設(shè)可分為基礎(chǔ)設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層4個(gè)部分，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

基礎(chǔ)設(shè)備層為溯源追蹤平臺(tái)的硬件設(shè)施，包括存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和移動(dòng)終端設(shè)備等。系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行在服務(wù)器上，監(jiān)控設(shè)備、移動(dòng)終端和主機(jī)設(shè)備是數(shù)據(jù)上傳下載的硬件設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，存儲(chǔ)設(shè)備是數(shù)據(jù)的存放數(shù)據(jù)的容器，這些設(shè)備為系統(tǒng)平臺(tái)提供了硬件支撐。

數(shù)據(jù)層是平臺(tái)中的各種各類數(shù)據(jù)，包括再生稻種植數(shù)據(jù)、人員信息數(shù)據(jù)、再生稻產(chǎn)品數(shù)據(jù)、權(quán)限數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)和包裝數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)層獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫，可直接利用該層對(duì)業(yè)務(wù)層提供的接口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，并且在此層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作，提高了數(shù)據(jù)的安全性和獨(dú)立性。

業(yè)務(wù)層依據(jù)需求分析實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)業(yè)務(wù)組件進(jìn)行組合協(xié)調(diào)，通過數(shù)據(jù)層提供的接口操作數(shù)據(jù)。生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用戶可對(duì)再生稻溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳、編輯和查詢等操作，管理人員可對(duì)再生稻溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、監(jiān)控、預(yù)警和查詢等操作，并且依據(jù)不同角色的需要分別賦予其相應(yīng)的數(shù)據(jù)權(quán)限，消費(fèi)者則通過掃描溯源數(shù)據(jù)二維碼進(jìn)行查看。

應(yīng)用層用于接受前端不同用戶的請(qǐng)求操作，并將其提交給業(yè)務(wù)層后臺(tái)進(jìn)行響應(yīng)與處理。應(yīng)用層包含環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的企業(yè)用戶、監(jiān)管部門和消費(fèi)者[25]。例如，用戶進(jìn)行注冊(cè)時(shí)需填寫身份認(rèn)證相關(guān)信息并進(jìn)行兩次密碼確認(rèn)，業(yè)務(wù)層會(huì)調(diào)用查詢接口，如果沒有該用戶，則將注冊(cè)信息發(fā)送至管理員，由管理員進(jìn)行注冊(cè)審核，待審核通過后注冊(cè)成功，并且通過業(yè)務(wù)層權(quán)限控制接口分配響應(yīng)的數(shù)據(jù)操作權(quán)限。

3.4 系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)總體功能架構(gòu)按照管理員、普通用戶和消費(fèi)者不同角色具備以下功能，如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖4 再生稻溯源追蹤平臺(tái)功能圖

其具體功能如下。

(1)綜合信息發(fā)布：管理員根據(jù)需要對(duì)統(tǒng)計(jì)分析的再生稻銷售數(shù)據(jù)、食品安全問題、政府下達(dá)文件、國家政策、產(chǎn)品消息、氣象預(yù)警信息、企業(yè)新聞和市場(chǎng)抽檢通報(bào)等信息文件進(jìn)行整理發(fā)布。

(2)數(shù)據(jù)綜合分析：對(duì)再生稻“生產(chǎn)-銷售”鏈上發(fā)生的數(shù)據(jù)根據(jù)不同的項(xiàng)目、不同的目的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用于把控再生稻生產(chǎn)銷售情況，可根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)計(jì)劃制定、降本增效。

(3)日志數(shù)據(jù)管理：對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的日志數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，記錄用戶訪問信息，可以檢測(cè)暴力攻擊、賬戶鎖定和數(shù)據(jù)盜竊等行為，是數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)安全的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(4)用戶信息管理：用于管理員對(duì)普通用戶的注冊(cè)信息進(jìn)行驗(yàn)證，給普通用戶分配角色權(quán)限，審核用戶信息的真實(shí)可靠性。

(5)信息監(jiān)控核驗(yàn)：對(duì)系統(tǒng)中普通用戶上傳的再生稻信息進(jìn)行核驗(yàn)是否真實(shí)可靠，對(duì)再生稻谷、稻米檢驗(yàn)信息進(jìn)行記錄，監(jiān)控再生稻“生產(chǎn)-銷售”鏈中發(fā)生的數(shù)據(jù)有無異常情況。

(6)系統(tǒng)交互管理：實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與上級(jí)溯源系統(tǒng)或者同級(jí)溯源系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享交換，保證與上級(jí)、同級(jí)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)資源共享。

(7)產(chǎn)品信息管理：由再生稻種子企業(yè)對(duì)再生稻產(chǎn)品信息、產(chǎn)品去向信息、產(chǎn)品合格信息進(jìn)行錄入和維護(hù)。

(8)生產(chǎn)信息管理：由再生稻生產(chǎn)工作人員或者田間布置的相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)傳感器對(duì)再生稻種植過程中的信息進(jìn)行錄入維護(hù)，包含肥料、農(nóng)藥、氣候、病蟲害發(fā)生情況、收割情況、產(chǎn)量情況和稻谷銷售情況等。

(9)加工信息管理：對(duì)再生稻整個(gè)稻米加工和包裝過程進(jìn)行記錄，包括加工工藝、加工條件、加工批次、包裝處理等信息。

(10)物流信息管理：主要管理再生稻流通過程中的來源信息、去向信息和運(yùn)輸工具信息，為溯源提供過程環(huán)節(jié)信息。

(11)倉儲(chǔ)信息管理：管理再生稻在流通過程中的倉儲(chǔ)信息，包括倉儲(chǔ)地址、倉儲(chǔ)環(huán)境、倉儲(chǔ)時(shí)間和、進(jìn)倉出倉信息。

(12)銷售信息管理：包括銷售地點(diǎn)、進(jìn)貨信息、日銷售情況和銷售狀態(tài)信息的錄入。

(13)主體信息管理：包括再生稻生產(chǎn)相關(guān)工作人員的身份信息、倉儲(chǔ)站相關(guān)執(zhí)照信息和衛(wèi)生許可信息、物流運(yùn)輸工具的相關(guān)信息、稻米加工廠的執(zhí)照信息和衛(wèi)生許可等信息的錄入和管理。

(14)查看溯源信息：用于消費(fèi)者查看再生稻“生產(chǎn)-銷售”鏈上的溯源數(shù)據(jù)，包括使用終端查詢、網(wǎng)上瀏覽器端查詢、電話熱線查詢和手機(jī)短信查詢等。

(15)反饋建議：對(duì)消費(fèi)者建議的事件、地點(diǎn)和事件等信息進(jìn)行記錄，跟進(jìn)反饋回訪記錄。

(16)主體消費(fèi)管理：主要記錄團(tuán)體大客戶消費(fèi)的相關(guān)信息。例如企事業(yè)單位食堂、餐飲飯店、學(xué)校食堂和農(nóng)副產(chǎn)品加工廠等，涉及的信息有進(jìn)貨驗(yàn)貨憑證信息、消費(fèi)結(jié)果反饋信息等。

4 平臺(tái)原型頁面效果

如圖5所示，為系統(tǒng)登錄頁面截圖，該頁面輸入正確的賬號(hào)密碼就能進(jìn)行登錄操作，新用戶可點(diǎn)擊“創(chuàng)建賬號(hào)”創(chuàng)建新用戶。

如圖6所示為新用戶主體注冊(cè)頁面，分為用戶注冊(cè)和主體注冊(cè)，用戶注冊(cè)需選擇注冊(cè)主體，填寫身份證號(hào)、上傳身份證，不用填寫營業(yè)執(zhí)照號(hào)和上傳營業(yè)執(zhí)照，其他條件正常填寫，用戶主體注冊(cè)必須要填寫營業(yè)執(zhí)照號(hào)和上傳營業(yè)執(zhí)照。保證注冊(cè)的主體和用戶信息的真實(shí)性。

圖7所示為用戶或主體注冊(cè)后，注冊(cè)信息數(shù)據(jù)流進(jìn)入管理員審核環(huán)節(jié)。管理員可便捷查看未操作和未通過的用戶主體，且可依據(jù)用戶ID來進(jìn)行查看。當(dāng)前頁面顯示營業(yè)執(zhí)照和身份信息可幫助管理員更快速地禁止為上傳此項(xiàng)信息的新用戶主體。操作查看后，可進(jìn)入該信息項(xiàng)查看具體的注冊(cè)信息。

圖5 系統(tǒng)登錄頁面圖

圖6 用戶主體注冊(cè)圖

圖7 用戶主體注冊(cè)信息審核圖

圖8 消費(fèi)者查詢?nèi)肟趫D

圖8所示為消費(fèi)者溯源信息查詢的入口，圖9為消費(fèi)者查詢的溯源數(shù)據(jù)顯示的頁面，HQZS-DSY202210211401為該條數(shù)據(jù)的溯源碼，也是數(shù)據(jù)ID，作為該條溯源數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識(shí)。該溯源信息包括品種信息、種植信息、加工信息、運(yùn)輸信息、銷售信息和責(zé)任人信息等。

圖10～12所示是移動(dòng)端相關(guān)操作界面，可以極大地方便用戶使用，在田間地頭都可以進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)操作。

再生稻米包裝后會(huì)將溯源二維碼印在包裝袋上，消費(fèi)者通過掃描二維碼便能獲取到該批次的重要數(shù)據(jù)。在再生稻售賣時(shí)，管理員會(huì)將再生稻“生產(chǎn)-銷售”鏈的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，通過溯源碼生成模塊生成如圖13所示的二維碼。

圖9 溯源數(shù)據(jù)展示頁面圖

圖10 移動(dòng)端首頁

圖13所示為手機(jī)掃描溯源二維碼的溯源數(shù)據(jù)顯示結(jié)果，消費(fèi)者通過查詢溯源二維碼可以加深對(duì)該再生稻產(chǎn)品的了解，包括種植信息、監(jiān)測(cè)信息和等級(jí)信息等，同時(shí)通過提示的網(wǎng)址可以查看該條溯源數(shù)據(jù)更詳細(xì)的信息。

5 總結(jié)與展望

本文分析了再生稻在糧食安全中的重要作用，通過詳細(xì)的生產(chǎn)需求分析和技術(shù)架構(gòu)分析設(shè)計(jì)了“再生稻”溯源追蹤平臺(tái)，該平臺(tái)將再生稻種子、種植、加工、運(yùn)輸、銷售和管理形成全過程溯源信息。對(duì)再生稻在生產(chǎn)信息和流入市場(chǎng)信息進(jìn)行管理和監(jiān)控，從信息技術(shù)手段杜絕以次充好的現(xiàn)象發(fā)生，打消了消費(fèi)者的疑慮心理。

在我國，農(nóng)產(chǎn)品溯源已經(jīng)有了若干年的發(fā)展，它是解決食品安全和建立消費(fèi)者信賴的有效手段，已經(jīng)成為了我國食品安全重要的研究方向。未來，在深度結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上可減少人工信息輸入，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智能控制、數(shù)據(jù)正確無誤且快速采集和自動(dòng)施肥灌溉[26]，為生產(chǎn)經(jīng)營者提供管理服務(wù)；在結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上保障信息安全、確保供應(yīng)鏈安全協(xié)作，將數(shù)字農(nóng)業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)納入平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)更加安全一致、可信度更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[27]；在結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上可通過相關(guān)算法，建立再生稻種植生長和銷售模型，預(yù)測(cè)長勢(shì)和病蟲害發(fā)生，推薦多用戶視角產(chǎn)品數(shù)據(jù)[28]，實(shí)現(xiàn)更加綠色環(huán)保種植模式和更加有效的營收模式；在結(jié)合相關(guān)管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上，為再生稻監(jiān)管者提供種植生產(chǎn)銷售監(jiān)管、為消費(fèi)者提供如“認(rèn)領(lǐng)種植”等更加先進(jìn)的消費(fèi)模式，讓其擁有更廣闊的市場(chǎng)空間和應(yīng)用價(jià)值。

圖11 移動(dòng)端種植管理圖

圖13 二維碼溯源數(shù)據(jù)查詢圖

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Sun A. Design of traceability system for agricultural product quality safe based on big data[D]. Chengdu: Chengdu University, 2021.

Development and Application of Traceability Tracking Platform for Ratooning Rice

GUAN Bolun, DONG Wei, ZHANG Liping*, YANG Qianjin, WANG Yan

Institute of Agricultural Economy and Information, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China

【Objective】Ratooning rice is favored by consumers because of its high price, excellent appearance, sweet taste, no pesticide and other advantages. However, the development of ratooning rice is limited by the occurrence of phenomena such as adulteration and difficult to prevent counterfeiting. Therefore, the use of information technology to monitor the production and market entry of ratooning rice has become the focus. 【Methods】 This paper analyzed the actual production demand and data format requirement of ratooning rice in detail, it combines modern information technology and logistics system, the research and core functional system of the ratooning rice traceability tracking platform were elaborated from five aspects: requirement analysis, technical framework, traceability data format, system architecture and system function analysis.【Results】The ratooning rice traceability and tracking plat-form realizes a functional system that can be monitored, traceable, manageable, analyzable and expandable in the whole process from production to sales of ratooning rice, it ensures the reliability of the quality of ratooning rice in the market, the credibility of planting data in the production process and the information security in the management process, at the same time, it also improves the consumer’s trust in the quality and information of ratooning rice.【Outlook】At present, the traceability and tracking platform for ratooning rice is mainly aimed at information tracking and management of the full cycle process of ratooning rice from planting to sales. In the future, agricultural internet of things, blockchain technology and big data technology can be combined on the basis of sufficient pro-duction and sales data. The first is to carry out unmanned precision planting from the production to establish a more green and intelligent planting process; Secondly, the production and marketing model is constructed by combining big data analysis technology in the sales process to establish a more effective production and marketing model; Finally, bolckchain technology is combined in the management process to ensure data security and credibility and establish a more efficient management mode. It can help farmers increase their income and ensure food security.

ratooning rice; informationization; traceability; agricultural internet of things; blockchain; big data

管博倫,董偉,張立平,等. 再生稻溯源追蹤平臺(tái)研發(fā)[J]. 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學(xué)報(bào), 2023,5(1):55-67.

GUAN Bolun,DONG Wei,ZHANG Liping,et al.Development and application of traceability tracking platform for ratooning rice[J].Journal of Agricultural Big Data,2023,5(1): 55-67.

10.19788/j.issn.2096-6369.230114

2023-02-11

安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研計(jì)劃項(xiàng)目”農(nóng)業(yè)智能化技術(shù)研發(fā)中心”(2023YL014)

第一作者管博倫，男，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、農(nóng)業(yè)信息化；E-mail:aaasguanbolun@163.com。通信作者張立平，男，碩士，副研究員，研究方向：農(nóng)業(yè)信息化；E-mail:sangold@163.com。