來(lái)源：維庫(kù)
【提要】本文提出一種基于C/S 和B/S 混和模式的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法，該方法使用目前廣泛應(yīng)用的RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)及其他如數(shù)據(jù)庫(kù)和組件等技術(shù)，將標(biāo)志、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集和傳遞、信息查詢四部分進(jìn)行有機(jī)集合以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯。
自20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，食品安全問(wèn)題日益突出，引起了人們的廣泛關(guān)注。實(shí)行農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)志及追溯管理，建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)是有效解決食品安全問(wèn)題的重要措施。各國(guó)研究人員相繼研究建立了若干追溯系統(tǒng)：Lachance利用GPS、條碼和HA* 技術(shù)建立了食品安全可追溯系統(tǒng);Moretti 等人建立了漁業(yè)可追溯系統(tǒng)，美國(guó)、法國(guó)的研究人員采用電子射頻(RFID) 標(biāo)簽和條形碼相結(jié)合的追蹤模式， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)肉牛生長(zhǎng)發(fā)育和牛肉生產(chǎn)的整個(gè)供應(yīng)鏈流程的追蹤。國(guó)內(nèi)陸昌華、謝菊芳、昝林森、葉春玲等人應(yīng)用SQL Server、VB.NET、ASP.NET 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了豬肉、牛肉、蔬菜等質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng) 。
一個(gè)完善的追溯系統(tǒng)應(yīng)該至少包含以下四個(gè)部分，即標(biāo)志系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳遞系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)。目前，各國(guó)應(yīng)用了以下技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)志：條形碼技術(shù)、RFID 技術(shù)、DNA 識(shí)別技術(shù)以及虹膜識(shí)別技術(shù);使用條碼識(shí)讀設(shè)備、RFID 天線等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;采用電子表格交換、電子郵件、物理電子數(shù)據(jù)支持介質(zhì)及確切信息輸入等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。
已實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中系統(tǒng)架構(gòu)多數(shù)采用C/S 或B/S 模式，但是單一采用C/S 或B/S 模式有其不足之處。C/S 模式的系統(tǒng)只適用于局域網(wǎng)而且需要耗費(fèi)大量的人力去對(duì)客戶端進(jìn)行維護(hù)和升級(jí);而B(niǎo)/S 模式的系統(tǒng)運(yùn)行速度較慢、數(shù)據(jù)不安全，對(duì)硬件的操作性較差。本文提出一種基于C/S 和B/S 混和模式的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法，該方法使用目前廣泛應(yīng)用的RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)及其他如數(shù)據(jù)庫(kù)和組件等技術(shù)，將標(biāo)志、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集和傳遞、信息查詢四部分進(jìn)行有機(jī)集合以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯。
1 基于混合模式的可追溯系統(tǒng)框架
1.1 農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的信息需求
質(zhì)量可追溯系統(tǒng)包含兩層含意，一方面是質(zhì)量相關(guān)信息的跟蹤，即對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中主要環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行記錄存檔;另一方面為質(zhì)量危害的溯源，即能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)記錄信息逆向追溯到產(chǎn)品危害來(lái)源。農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)涉及多個(gè)主體，包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、加工商、銷售商和消費(fèi)者。產(chǎn)品的相關(guān)信息在可追溯系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)被采集，并在上述主體之間流動(dòng)，形成了追溯流程。各主體具有不同的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)信息的有效采集與傳遞，針對(duì)不同的主體系統(tǒng)應(yīng)具有不同的體系架構(gòu)，采取不同的數(shù)據(jù)采集與傳輸方式。
a)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商空間分布廣，企業(yè)信息化程度一般較低，同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)，信息采集點(diǎn)分散且采集時(shí)間不固定;但農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商(如養(yǎng)殖場(chǎng)和種植農(nóng)戶)是農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的源頭，是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的第一關(guān)。以上特點(diǎn)要求系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)管和惟一標(biāo)志，但對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和傳輸速度要求不高。
b)農(nóng)產(chǎn)品加工商一般采用流程化作業(yè)模式，加工環(huán)節(jié)較多、過(guò)程復(fù)雜，這導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)個(gè)體標(biāo)志信息的采集比較頻繁，信息采集量較大。同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品在這一環(huán)節(jié)的聚合狀態(tài)經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化(如經(jīng)歷分割或混合操作)，追溯單元變遷復(fù)雜。以上特點(diǎn)要求系統(tǒng)自動(dòng)、快速辨識(shí)個(gè)體，并對(duì)其精確跟蹤。
c)農(nóng)產(chǎn)品銷售商是產(chǎn)品進(jìn)入消費(fèi)者手中的最后一關(guān)，目前追溯系統(tǒng)中涉及的銷售商大多為大型超市。產(chǎn)品在此環(huán)節(jié)已經(jīng)包裝完畢、不會(huì)再次分割，因此系統(tǒng)的重要功能之一是實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品去向的跟蹤。
d)消費(fèi)者是追溯系統(tǒng)的終端，針對(duì)消費(fèi)者系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)信息查詢功能。消費(fèi)者具有分布范圍廣、需求及偏好差別大等特點(diǎn)，因此查詢系統(tǒng)應(yīng)具有易操作、免安裝、免維護(hù)、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。
1.2 農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的集成框架與技術(shù)選擇
目前農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接模式主要有兩種，分別為客戶端/服務(wù)器(C/S)模式和瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式，這兩種模式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，單一采用任意一種模式均有其局限性。C/S 模式的系統(tǒng)通常為兩層結(jié)構(gòu)，即客戶端和服務(wù)器端。在此結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，用戶界面和業(yè)務(wù)邏輯在客戶端，數(shù)據(jù)維護(hù)在服務(wù)器端，由另一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)程序來(lái)完成。采用C/S 模式的系統(tǒng)具有客戶端安全性高、數(shù)據(jù)處理的響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)C/S 模式的系統(tǒng)在操作硬件方面具有優(yōu)勢(shì)。
B/S 模式以訪問(wèn)Web 數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，HTTP 為傳輸協(xié)議，客戶端通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)Web 服務(wù)器和與其相連的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，其結(jié)構(gòu)為三個(gè)層次，即表示層、功能層和數(shù)據(jù)層。采用B/S 模式系統(tǒng)客戶端只需安裝瀏覽器，無(wú)須安裝客戶端，系統(tǒng)的擴(kuò)展及升級(jí)非常容易。
農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)采用C/S 與B/S 相結(jié)合的混合架構(gòu)，具體實(shí)現(xiàn)為業(yè)務(wù)流程采用C/S 結(jié)構(gòu)，信息發(fā)布采用B/S 結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)以C/S 模式為基本框架，以B/S 結(jié)構(gòu)為補(bǔ)充，這種混合模式集兩種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)于一體，在運(yùn)行速度、信息承載、信息采集傳輸自動(dòng)化程度、數(shù)據(jù)安全等方面性能優(yōu)越。
1.2.1 基于RFID 技術(shù)的個(gè)體標(biāo)志及數(shù)據(jù)采集傳遞方案
RFID 的基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。與傳統(tǒng)的條形碼識(shí)別技術(shù)相比較，RFID 具有以下優(yōu)勢(shì)：掃描快速、體積小、形式多樣化、穿透力強(qiáng)、數(shù)據(jù)的記憶容量大及安全性好等特點(diǎn)。RFID 系統(tǒng)通常由識(shí)讀器和電子標(biāo)簽組成，而識(shí)讀器又分為移動(dòng)式和固定式。方案采用RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工環(huán)節(jié)的個(gè)體標(biāo)志和信息傳遞，針對(duì)供應(yīng)鏈不同主體和不同的農(nóng)產(chǎn)品，采取不同的個(gè)體標(biāo)志方式與不同的數(shù)據(jù)采集、傳遞方案。
1)個(gè)體標(biāo)志：在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)預(yù)先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行編碼，并制作包含編碼及其他必要信息的RFID 標(biāo)簽用以標(biāo)志個(gè)體。例如對(duì)于**等畜類采用耳標(biāo)的形式標(biāo)志個(gè)體;蔬菜水果等農(nóng)產(chǎn)品則給農(nóng)戶或地塊制作RFID 卡片標(biāo)簽來(lái)標(biāo)志個(gè)體。在農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況確定追溯的單位(批次、個(gè)體、部位)，同樣使用RFID 卡片標(biāo)簽標(biāo)志追溯個(gè)體?？ㄆS產(chǎn)品移動(dòng)，當(dāng)產(chǎn)品聚合狀態(tài)(分割或混合)發(fā)生改變時(shí)，通過(guò)對(duì)卡片標(biāo)簽信息進(jìn)行讀寫(xiě)、復(fù)制操作來(lái)達(dá)到標(biāo)志個(gè)體的目的。
2)數(shù)據(jù)采集與傳遞：一般而言，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商分布范圍廣、場(chǎng)地面積大，而生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集在時(shí)間和空間上均相對(duì)分散，故使用移動(dòng)式RFID 識(shí)讀設(shè)備(手持機(jī))進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并傳輸。農(nóng)產(chǎn)品加工商處信息設(shè)施齊全，加工環(huán)節(jié)緊湊，數(shù)據(jù)采集類型固定且頻率很高，故此處采用能遠(yuǎn)距離快速讀寫(xiě)的固定式RFID 識(shí)讀設(shè)備(天線及識(shí)讀器)對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。
1.2.2 基于組件技術(shù)的軟件集成方案
組件技術(shù)是一種軟件開(kāi)發(fā)中的末端技術(shù)，組件是一個(gè)獨(dú)立發(fā)布、可替換的功能部分，可以通過(guò)它的接口實(shí)現(xiàn)服務(wù)。軟件組件是僅有契約式的指定接口和上下文關(guān)系所構(gòu)成的單元，是一種可部署軟件的代碼包，其中包括某些可執(zhí)行模塊。組件具有四個(gè)特點(diǎn)，即服務(wù)性、可部署性、合成性及上下文依賴性。組件單獨(dú)開(kāi)發(fā)并作為軟件單元使用，它具有明確的接口，軟件通過(guò)這些接口調(diào)用組件所提供的服務(wù)。采用組件技術(shù)可以降低軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試和維護(hù)成本，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
實(shí)現(xiàn)追溯單元的標(biāo)志、數(shù)據(jù)采集和傳遞是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)追溯功能的前提。為了提高上述功能的可重用性，降低開(kāi)發(fā)的難度，本文使用組件技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。各功能模塊被構(gòu)建成不同的組件，并明確定義各接口，使用者通過(guò)其接口得到服務(wù)，無(wú)須調(diào)用組件的內(nèi)部方法。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其基本功能主要涉及三個(gè)組件，分別為RFID 讀寫(xiě)組件、二維碼生成組件、打印組件，需調(diào)用10個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)文件和兩個(gè)配置文件。
a)RFID 讀寫(xiě)組件主要用于操作RFID 天線與接收器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與RFID 標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)功能模塊通過(guò)預(yù)定義的接口與組件相連，對(duì)RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行讀出和寫(xiě)入操作，同時(shí)返回操作結(jié)果。
b)二維碼生成組件用于生成二維碼圖片。系統(tǒng)相應(yīng)功能模塊將追溯碼、圖片大小、像素等參數(shù)發(fā)送到組件，組件讀取配置文件、動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，生成二維碼圖片保存在預(yù)設(shè)路徑。
c)打印組件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與工業(yè)打印機(jī)的交互，通過(guò)更改配置文件來(lái)設(shè)置標(biāo)簽大小、字號(hào)、打印速度、對(duì)比度等參數(shù)，同時(shí)打印模塊程序?qū)⒋蛴?nèi)容、圖片路徑等參數(shù)發(fā)送給打印組件。組件根據(jù)配置文件調(diào)用需要的動(dòng)態(tài)庫(kù)對(duì)打印機(jī)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽打印功能。
2 基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
作為農(nóng)產(chǎn)品的一種，蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡氖称分唬滟|(zhì)量安全直接影響人們的身體健康。本文在調(diào)研蔬菜企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，對(duì)蔬菜種植及加工過(guò)程中所涉及的追溯個(gè)體的劃分與標(biāo)志、信息采集與傳遞等作了相關(guān)研究，應(yīng)用此集成方法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于C/S 和B/S 混合模式的蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。
2.1 蔬菜可追溯業(yè)務(wù)流程
為蔬菜企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式為公司+聯(lián)營(yíng)種植戶的形式。種植戶負(fù)責(zé)蔬菜的日常生產(chǎn)管理及信息記錄。企業(yè)采購(gòu)部接到辦公室通知后對(duì)種植戶的蔬菜進(jìn)行采樣檢驗(yàn)，如各項(xiàng)指標(biāo)合格，則通知種植戶收獲企業(yè)要求的數(shù)量并送至生產(chǎn)部門(mén)。生產(chǎn)部門(mén)接收種植戶的蔬菜，合格部分經(jīng)清洗、雜質(zhì)檢驗(yàn)、分揀包裝，最后在外包裝上粘貼追溯標(biāo)簽后分發(fā)到各訂貨超市。
2.2 蔬菜可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：a)由個(gè)體編碼方案、RFID 標(biāo)簽和二維碼標(biāo)簽組成的標(biāo)志系統(tǒng);b)中央數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)處理程序構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng);c)由RFID 天線和識(shí)讀設(shè)備、手持機(jī)、相應(yīng)應(yīng)用程序構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng);d)由條碼識(shí)讀設(shè)備、觸摸一體查詢機(jī)及蔬菜質(zhì)量安全追溯網(wǎng)站組成的信息查詢系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行初期，對(duì)所有農(nóng)戶和地塊進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)為所有農(nóng)戶和員工制作標(biāo)志身份的RFID 標(biāo)簽對(duì)其惟一性進(jìn)行標(biāo)志。任何關(guān)鍵信息采集之前，系統(tǒng)均需識(shí)別RFID 標(biāo)簽。
根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)管理和蔬菜種植加工的流程，將追溯系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)管理、種植數(shù)據(jù)管理、人員管理、地塊管理、加工管理、日常管理、信息查詢等七個(gè)功能模塊。以加工管理模塊為例，本模塊包含樣品檢驗(yàn)、蔬菜入廠、蔬菜包裝、蔬菜出庫(kù)、加工記錄五個(gè)業(yè)務(wù)子模塊，分別對(duì)應(yīng)加工流程各個(gè)環(huán)節(jié)。蔬菜入廠時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成包含地塊、入廠日期、檢驗(yàn)員等信息的蔬菜RFID 標(biāo)簽，并將其附在盛放蔬菜的容器外。蔬菜在各環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)RFID 天線無(wú)接觸地從標(biāo)簽中存取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)蔬菜信息的采集和傳遞;特別當(dāng)蔬菜聚合狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)復(fù)制RFID 標(biāo)簽或?qū)⑿滦畔?xiě)入標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與信息的同步流動(dòng)。當(dāng)完成所有加工后，系統(tǒng)根據(jù)RFID 標(biāo)簽中數(shù)據(jù)生成追溯碼，并打印出帶有二維條碼的紙質(zhì)標(biāo)簽粘貼于蔬菜外包裝上，顧客可以通過(guò)追溯碼查詢蔬菜信息。
在開(kāi)發(fā)RFID 讀寫(xiě)、二維碼生成及標(biāo)簽打印等系統(tǒng)主要模塊時(shí)使用組件技術(shù)。以實(shí)現(xiàn)追溯碼標(biāo)簽的預(yù)覽與打印為例，a)將生成二維碼圖片的兩個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)文件及打印需要的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件單建文件夾放于C 盤(pán)根目錄下;b)將生成二維碼的組件和打印組件分別添加到代碼中相應(yīng)位置;c)把組件中相關(guān)動(dòng)態(tài)庫(kù)文件的引用目錄修改成新建的文件夾所在位置;d)設(shè)定組件運(yùn)行需要的相關(guān)參數(shù)。經(jīng)以上操作，系統(tǒng)即可根據(jù)實(shí)際獲得的參數(shù)生成帶有二維碼圖片及其他相關(guān)信息的追溯標(biāo)簽并將其打印。
系統(tǒng)在Windows 2003 Server 操作系統(tǒng)下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用語(yǔ)言為C#，數(shù)據(jù)庫(kù)選用MS SQL Server 2005。系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試通過(guò)并已在合作企業(yè)安裝并試驗(yàn)運(yùn)行，結(jié)果顯示系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)蔬菜從進(jìn)廠、加工一直到打印標(biāo)簽、包裝出庫(kù)的整個(gè)生產(chǎn)流程，最終完成蔬菜信息可追溯功能。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，提出了一種基于混合模式的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的集成方法。采用C/S +B/S 的混合模式來(lái)構(gòu)架系統(tǒng)，使追溯系統(tǒng)既具有強(qiáng)壯的數(shù)據(jù)操縱能力和數(shù)據(jù)安全性，又具有開(kāi)放性。通過(guò)將RFID 技術(shù)、條形碼技術(shù)和組件技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各主體間信息傳遞的有效連接。以蔬菜為例，在實(shí)地調(diào)研企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用此方法開(kāi)發(fā)了蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了蔬菜質(zhì)量信息的跟蹤和溯源，既滿足了消費(fèi)者對(duì)質(zhì)量信息透明的要求，又為企業(yè)構(gòu)筑了一個(gè)生產(chǎn)管理平臺(tái)。由于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上與質(zhì)量安全相關(guān)的信息種類繁雜，目前的追溯系統(tǒng)還只是針對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行追溯。下一步的工作重點(diǎn)將研究更多種類的信息納入可追溯范疇，并在合理的范圍內(nèi)提高可追溯信息的準(zhǔn)確度。(文/中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院) |
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