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基于Web的蔬菜可追溯系统的设计与实现
作者：李辉 傅泽田 付骁 张领先
来源：RFID世界网
日期：2009-01-12 11:50:36
摘要：为加强中国对蔬菜质量安全的管理，通过对蔬菜企业进行实际调研，在生产流程中加强对每个参与者的监控，设计了基于Web的可追溯系统，并利用RFID、二维码、asp．net、组件开发等技术实现了可追溯系统。该系统不仅可以为消费者提供详细的蔬菜产品信息查询，而且还为企业的生产管理和蔬菜质量安全监控提供了良好的操作平台。
自20世纪70年代以来，食品安全问题日益突出，国际上，疯牛病、口蹄疫、禽流感等疾病相继爆发和传播，在国内，发生了苏丹红、劣质奶粉、龙口粉丝、永年大蒜等食品质量问题。食品安全问题引起了人们的广泛关注，欧盟国家在国际食品法典委员会关于“生物技术与食品生产”的政府间特别工作组会议上率先提出了食品可追溯体系。目前，欧盟、美国等发达国家和地区积极推广可追溯系统，要求对出口到当地的部分食品必须具备可追溯性 。
中国于2004年9月发布了《进一步加强食品安全工作的决定》，指出“要建立统一规范的农产品质量安全标准体系，建立农产品质量安全例行监测制度和农产品质量安全追溯制度”。顺应这一形势，本研究参照一些蔬菜企业的实际生产流程，借鉴国内外可追溯系统的相关研究，设计和实现了一套基于Web的蔬菜可追溯系统。该系统为企业提供了生产过程中实时记录蔬菜从播种到采收包装出库的详细信息，消费者和销售商可以通过成品包装上的追溯码逆向追溯到该批次的蔬菜在田问种植的管理信息和加工车间的信息等。
1 系统设计
1．1 系统框架设计
通过实际考察蔬菜企业的生产过程，根据企业的生产管理和部门职能将各种生产数据、设备和人力，通过扩展来实现系统的可追溯功能，不仅能够快速完成系统的开发，而且还能与企业生产管理结合，保障可追溯的可行性和完整性。
考虑到参与生产的各个部门分布在不同的地域，系统采用B／S体系结构，采取基于Web的方式，不仅方便公司各个部门在不同地点对生产数据的上传和外部用户通过浏览器就可以访问系统，而且，公司内部各级部门的客户端在系统更新时不需要逐个更新客户端程序，减少系统人员的维护工作。系统基本框架设计如图1所示。
①数据库服务器和Web服务器：对于数据库服务器存储系统的所有数据，客户端可通过Internet访问数据库。web服务器独立运行，使公司内部各个部门和外部的客户端可通过浏览器访问系统。
②蔬菜生产基地：蔬菜基地根据地块土壤情况和地理位置进行地块划分，并按地块划分给管理人员。基地管理人员每日实时记录蔬菜的Et常详细种植信息，如播种记录、灌溉记录、施肥记录、病虫害防治记录等，还要在蔬菜即将成熟时上报预测的采收数量。考虑到蔬菜基地的地理位置因素，设计采用手持设备将Et常的种植信息上传到数据库服务器。不仅改变了以往的手写记录方式，方便管理人员记录信息，提高工作效率，而且还可实现信息的实时采集，保证数据的准确性。
③公司各级部门：公司内部主要有办公室、采购部、技术部、包装车间、财务部5个管理部门。办公室主要职能是接收每日的订单和根据预测的蔬菜收获信息制定次日的加工包装计划；采购部除了负责各种农资原料的采购和上传采购数据外，还负责根据加工包装计划安排基地管理人员采收蔬菜；技术部负责对采收的蔬菜进行农残等项目的检测；包装车间对检测合格的蔬菜进行包装并打印追溯条码，并根据加工包装计划进行配送；财务部保存以上业务过程中的各种记录，并进行财务管理。5个部门对蔬菜生产的管理通过浏览器访问数据库服务器，进行数据上传等操作。
④客户端：消费者可以通过客户端浏览器或者销售地点的触摸屏将蔬菜包装上的追溯码输入，系统就可根据追溯码调用数据库中该批次的蔬菜从播种到收获的田问管理以及检测、包装运输的详细信息。例如追溯码批次为200803130101001的产品，系统根据0101查找到这个地块的田间管理信息，根据20080313和001查找到2008年3月13日收获的第001批蔬菜的检测、包装、运输信息，使蔬菜的生产管理过程对消费者透明化，让消费者对所购买的蔬菜产品有所了解，同时也向消费者反映了蔬菜的安全生产管理。
1．2 数据库设计
将追溯系统的数据主要分为蔬菜种植阶段的信息、蔬菜采收和入库的信息、蔬菜相关法规信息3类。蔬菜种植阶段的信息、蔬菜采收和入库的信息在设计时建立了一个基础数据组，专门存储企业对基地地块划分、人员基本资料、采购供应商和销售单位的基本信息，方便企业各级部门和生产基地的管理人员进行数据录入，提高录入效率，还保证了数据的准确性和一致性。蔬菜相关法规信息库专门存放蔬菜种植管理中涉及到的相关法规标准，如禁用农药、化肥施用量、农残检验标准等等，辅助管理人员对蔬菜的生产管理进行监控。
该系统运用Internet环境，采用B／S模式进行开发。系统服务器端操作系统选用Windows server2003 enterprise，开发工具为Visual studio．NET 2005，主要技术为ASP．NET和使用c#语言编程，数据库系统选用MS SQL server 2005。Visual studio．NET2005与MS SQL server 2005完美结合，开发者无需开发复杂的数据库连接就可实现数据的读、写、改、查功能。同时，统一采用微软公司的软件产品保证系统的稳定性和可维护性。
2 系统实现
2．1 系统实现的关键技术
2．1．1 对可追溯链条上每个参与对象进行编码保证可追溯性及其完整性
追溯链条上每个参与对象都是追溯系统的关键点；一旦产品出现问题，是否能够查找到具体的问题来源和正确实施产品回收取决于参与对象的记录是否健全。为确保追溯的完整性，追溯链条上每个参与对象都进行了唯一编码。在种植阶段，对种植者与地块都进行编码，地块编码以两位基地数字加两位地块号组成，如农垦基地第18个地块用0318表示；为每一位种植者发放一个RFID卡，每张RFID卡唯一对应1位种植者及其管理的地块：RFID卡能快速准确地为手持机提供自动识别功能，操作快捷方便，同时在蔬菜基地的恶劣环境中即使RFID卡部分磨损也不会影响手持机的识别效果。在企业管理中，企业管理人员同样有工作编码，如包装人员的编码用包装的拼音首字母加数字代表，如BZ12，避免同名的干扰。蔬菜脱离土地后按照批次进行编码，以采收日期、地块号和采收顺序组合成批次号，可以唯一确定每一批蔬菜；可追溯码对应批次号是根据中国EAN．UCC系统应用标识符国标《GB／T 16986．2003》设计的，见图2所示。
2．1．2 使用先进的二维码技术制作可追溯标签
系统采用中国物品编码中心研发的汉信码作为追溯码的形式。对比其他二维码，汉信码具有能将照片、指纹、掌纹、签字、文字等凡可数字化的信息进行编码的优点，能使更多的追溯信息集成，并且为消费者提供了手机等更多的查询方式。并且其加密技术、抗污损和畸变及修正错误的优势非常适合作为可追溯码，可解决假冒、标签污损造成的不可读等问题。
2．1．3 系统中的可追溯码标签打印、汉信码的形成、种植者RFID卡的写和读、手持机将种植信息上传等功能的实现采用组件方式构造
组件的创建与引用在．NET环境中很容易实现，以可追溯码标签的形成与打印为例。考虑到打印功能只在加工包装管理使用，并且为了保证打印速度，采用WinForm控件实现打印标签。首先，创建一个Windows控件库，将中国物品编码中心研发的汉信码生成组件的DLL文件引入，然后创建一个命名空间，调用DLL中的各个函数，生成．CS文件。然后设计打印页面，需要生成汉信码图时，直接引用。CS文件即可。最后，将建立好的C／S模式的打印文件封装成。EXE组件：添加→新建项目→安装和部署→安装项目→为其命名→单击确定→生成；右键单击生成的安装组件→添加→项目输出→主输出→单击确定→生成，文件夹下即生成安装文件夹(／Debug文件夹中生成．msi和．exe文件)；工具→oleview→找到命名的文件→右键选择(Copy HTML<object>Tag to Clipboard)；在蔬菜系统中需要打印的页面中粘贴即可实现这个控件的布局，要使用打印功能时，单击．exe文件安装后即可使用。打印采用组件方式，使系统结构紧凑、界面设计也方便，同时C／S与B／S结合，提高了系统性能。
2．2 系统运行
蔬菜可追溯系统在实验室测试通过，运行正常。在蔬菜企业的运行中，由于蔬菜企业内部已有网络设施，并且企业管理部门的环境与实验室相差不大，系统顺利安装，企业管理人员能顺利对系统进行查询、修改、添加数据、打印追溯码等功能。
3 讨论
中国的蔬菜可追溯系统的开发和应用尚处于起步阶段。可追溯系统应建立在企业生产流程的基础上，但是中国企业大多数生产过程的机械化水平不高，主要采用手工生产，对比发达国家的机械化生产，我们的可追溯系统要保障蔬菜产品质量安全需要监控的步骤更多，也需要更多的考虑各种影响蔬菜质量安全的因素。因此，依据生产流程建立可追溯系统要详细了解每一个过程，通过对生产过程中每个参与对象进行监控并记录其信息来完成可追溯链条。
对于蔬菜可追溯码标签，国外现有的系统大部分采用一维码制作可追溯标签。但是考虑到蔬菜包装一般都比较小，因此可追溯码的标签不能设计过大，而且蔬菜在运输等过程中容易受到污损，而一维码信息集成度不高，并且一旦有磨损就会造成识别困难，同时也容易仿制，因此选用信息集成度以及抗污损和畸变能力高的二维码。而中国可追溯系统和标准正在逐渐规范中，将二维码应用到可追溯系统符合其发展趋势，而汉信码作为中国当前先进的二维码产品，其对于汉字等的编码集成技术可为中国蔬菜可追溯系统进行下一步的发展奠定基础。
蔬菜可追溯系统的开发是基于Web的环境，除了考虑到蔬菜企业的布局和蔬菜生产的特殊地域性，还考虑到中国企业人员对计算机系统的操作水平和使用情况；如果依照发达国家和中国现有的蔬菜可追溯系统采用企业生产模块使用C／S模式的系统，消费者查询模块使用B／S查询的系统，虽然录入信息方便、快捷，但是系统每日数据库信息的更新、C／S系统的升级等需要更多的专业人员来维护，不符合中国实际生产的要求。因此，选择建立基于Web的系统，系统升级和数据的传输更便捷。同时，设计将相对独立的功能模块采用C／S模式来开发成组件，不仅可缩短系统开发的周期，而且还可方便的移植和运用到其他食品(如水果、水产品、肉类等)的可追溯系统中。
蔬菜可追溯系统由于参照的是一家生产商，仅实现了蔬菜从种子到包装出库这一过程的可追溯链，而完整的供应链可追溯还应涉及批发商、零售商以及最终消费者，可追溯的范围更大，不同层次的个体问信息的对接和协调会增加可追溯的难度。我们的项目正在逐步发展与配送、供应等链条的连接，以形成更完善的蔬菜可追溯系统。
(中国农业大学工学院，中国农业大学信息与电气工程学院，李辉 傅泽田 付骁 张领先)
中国于2004年9月发布了《进一步加强食品安全工作的决定》，指出“要建立统一规范的农产品质量安全标准体系，建立农产品质量安全例行监测制度和农产品质量安全追溯制度”。顺应这一形势，本研究参照一些蔬菜企业的实际生产流程，借鉴国内外可追溯系统的相关研究，设计和实现了一套基于Web的蔬菜可追溯系统。该系统为企业提供了生产过程中实时记录蔬菜从播种到采收包装出库的详细信息，消费者和销售商可以通过成品包装上的追溯码逆向追溯到该批次的蔬菜在田问种植的管理信息和加工车间的信息等。
1 系统设计
1．1 系统框架设计
通过实际考察蔬菜企业的生产过程，根据企业的生产管理和部门职能将各种生产数据、设备和人力，通过扩展来实现系统的可追溯功能，不仅能够快速完成系统的开发，而且还能与企业生产管理结合，保障可追溯的可行性和完整性。
考虑到参与生产的各个部门分布在不同的地域，系统采用B／S体系结构，采取基于Web的方式，不仅方便公司各个部门在不同地点对生产数据的上传和外部用户通过浏览器就可以访问系统，而且，公司内部各级部门的客户端在系统更新时不需要逐个更新客户端程序，减少系统人员的维护工作。系统基本框架设计如图1所示。
①数据库服务器和Web服务器：对于数据库服务器存储系统的所有数据，客户端可通过Internet访问数据库。web服务器独立运行，使公司内部各个部门和外部的客户端可通过浏览器访问系统。
②蔬菜生产基地：蔬菜基地根据地块土壤情况和地理位置进行地块划分，并按地块划分给管理人员。基地管理人员每日实时记录蔬菜的Et常详细种植信息，如播种记录、灌溉记录、施肥记录、病虫害防治记录等，还要在蔬菜即将成熟时上报预测的采收数量。考虑到蔬菜基地的地理位置因素，设计采用手持设备将Et常的种植信息上传到数据库服务器。不仅改变了以往的手写记录方式，方便管理人员记录信息，提高工作效率，而且还可实现信息的实时采集，保证数据的准确性。
③公司各级部门：公司内部主要有办公室、采购部、技术部、包装车间、财务部5个管理部门。办公室主要职能是接收每日的订单和根据预测的蔬菜收获信息制定次日的加工包装计划；采购部除了负责各种农资原料的采购和上传采购数据外，还负责根据加工包装计划安排基地管理人员采收蔬菜；技术部负责对采收的蔬菜进行农残等项目的检测；包装车间对检测合格的蔬菜进行包装并打印追溯条码，并根据加工包装计划进行配送；财务部保存以上业务过程中的各种记录，并进行财务管理。5个部门对蔬菜生产的管理通过浏览器访问数据库服务器，进行数据上传等操作。
④客户端：消费者可以通过客户端浏览器或者销售地点的触摸屏将蔬菜包装上的追溯码输入，系统就可根据追溯码调用数据库中该批次的蔬菜从播种到收获的田问管理以及检测、包装运输的详细信息。例如追溯码批次为200803130101001的产品，系统根据0101查找到这个地块的田间管理信息，根据20080313和001查找到2008年3月13日收获的第001批蔬菜的检测、包装、运输信息，使蔬菜的生产管理过程对消费者透明化，让消费者对所购买的蔬菜产品有所了解，同时也向消费者反映了蔬菜的安全生产管理。
1．2 数据库设计
将追溯系统的数据主要分为蔬菜种植阶段的信息、蔬菜采收和入库的信息、蔬菜相关法规信息3类。蔬菜种植阶段的信息、蔬菜采收和入库的信息在设计时建立了一个基础数据组，专门存储企业对基地地块划分、人员基本资料、采购供应商和销售单位的基本信息，方便企业各级部门和生产基地的管理人员进行数据录入，提高录入效率，还保证了数据的准确性和一致性。蔬菜相关法规信息库专门存放蔬菜种植管理中涉及到的相关法规标准，如禁用农药、化肥施用量、农残检验标准等等，辅助管理人员对蔬菜的生产管理进行监控。
图1 蔬菜可追溯系统基本框架
该系统运用Internet环境，采用B／S模式进行开发。系统服务器端操作系统选用Windows server2003 enterprise，开发工具为Visual studio．NET 2005，主要技术为ASP．NET和使用c#语言编程，数据库系统选用MS SQL server 2005。Visual studio．NET2005与MS SQL server 2005完美结合，开发者无需开发复杂的数据库连接就可实现数据的读、写、改、查功能。同时，统一采用微软公司的软件产品保证系统的稳定性和可维护性。
2 系统实现
2．1 系统实现的关键技术
2．1．1 对可追溯链条上每个参与对象进行编码保证可追溯性及其完整性
追溯链条上每个参与对象都是追溯系统的关键点；一旦产品出现问题，是否能够查找到具体的问题来源和正确实施产品回收取决于参与对象的记录是否健全。为确保追溯的完整性，追溯链条上每个参与对象都进行了唯一编码。在种植阶段，对种植者与地块都进行编码，地块编码以两位基地数字加两位地块号组成，如农垦基地第18个地块用0318表示；为每一位种植者发放一个RFID卡，每张RFID卡唯一对应1位种植者及其管理的地块：RFID卡能快速准确地为手持机提供自动识别功能，操作快捷方便，同时在蔬菜基地的恶劣环境中即使RFID卡部分磨损也不会影响手持机的识别效果。在企业管理中，企业管理人员同样有工作编码，如包装人员的编码用包装的拼音首字母加数字代表，如BZ12，避免同名的干扰。蔬菜脱离土地后按照批次进行编码，以采收日期、地块号和采收顺序组合成批次号，可以唯一确定每一批蔬菜；可追溯码对应批次号是根据中国EAN．UCC系统应用标识符国标《GB／T 16986．2003》设计的，见图2所示。
2．1．2 使用先进的二维码技术制作可追溯标签
系统采用中国物品编码中心研发的汉信码作为追溯码的形式。对比其他二维码，汉信码具有能将照片、指纹、掌纹、签字、文字等凡可数字化的信息进行编码的优点，能使更多的追溯信息集成，并且为消费者提供了手机等更多的查询方式。并且其加密技术、抗污损和畸变及修正错误的优势非常适合作为可追溯码，可解决假冒、标签污损造成的不可读等问题。
图2 蔬菜可追溯码
Fig．2 The vegetable tracing-code
2．1．3 系统中的可追溯码标签打印、汉信码的形成、种植者RFID卡的写和读、手持机将种植信息上传等功能的实现采用组件方式构造
组件的创建与引用在．NET环境中很容易实现，以可追溯码标签的形成与打印为例。考虑到打印功能只在加工包装管理使用，并且为了保证打印速度，采用WinForm控件实现打印标签。首先，创建一个Windows控件库，将中国物品编码中心研发的汉信码生成组件的DLL文件引入，然后创建一个命名空间，调用DLL中的各个函数，生成．CS文件。然后设计打印页面，需要生成汉信码图时，直接引用。CS文件即可。最后，将建立好的C／S模式的打印文件封装成。EXE组件：添加→新建项目→安装和部署→安装项目→为其命名→单击确定→生成；右键单击生成的安装组件→添加→项目输出→主输出→单击确定→生成，文件夹下即生成安装文件夹(／Debug文件夹中生成．msi和．exe文件)；工具→oleview→找到命名的文件→右键选择(Copy HTML<object>Tag to Clipboard)；在蔬菜系统中需要打印的页面中粘贴即可实现这个控件的布局，要使用打印功能时，单击．exe文件安装后即可使用。打印采用组件方式，使系统结构紧凑、界面设计也方便，同时C／S与B／S结合，提高了系统性能。
2．2 系统运行
蔬菜可追溯系统在实验室测试通过，运行正常。在蔬菜企业的运行中，由于蔬菜企业内部已有网络设施，并且企业管理部门的环境与实验室相差不大，系统顺利安装，企业管理人员能顺利对系统进行查询、修改、添加数据、打印追溯码等功能。
3 讨论
中国的蔬菜可追溯系统的开发和应用尚处于起步阶段。可追溯系统应建立在企业生产流程的基础上，但是中国企业大多数生产过程的机械化水平不高，主要采用手工生产，对比发达国家的机械化生产，我们的可追溯系统要保障蔬菜产品质量安全需要监控的步骤更多，也需要更多的考虑各种影响蔬菜质量安全的因素。因此，依据生产流程建立可追溯系统要详细了解每一个过程，通过对生产过程中每个参与对象进行监控并记录其信息来完成可追溯链条。
对于蔬菜可追溯码标签，国外现有的系统大部分采用一维码制作可追溯标签。但是考虑到蔬菜包装一般都比较小，因此可追溯码的标签不能设计过大，而且蔬菜在运输等过程中容易受到污损，而一维码信息集成度不高，并且一旦有磨损就会造成识别困难，同时也容易仿制，因此选用信息集成度以及抗污损和畸变能力高的二维码。而中国可追溯系统和标准正在逐渐规范中，将二维码应用到可追溯系统符合其发展趋势，而汉信码作为中国当前先进的二维码产品，其对于汉字等的编码集成技术可为中国蔬菜可追溯系统进行下一步的发展奠定基础。
蔬菜可追溯系统的开发是基于Web的环境，除了考虑到蔬菜企业的布局和蔬菜生产的特殊地域性，还考虑到中国企业人员对计算机系统的操作水平和使用情况；如果依照发达国家和中国现有的蔬菜可追溯系统采用企业生产模块使用C／S模式的系统，消费者查询模块使用B／S查询的系统，虽然录入信息方便、快捷，但是系统每日数据库信息的更新、C／S系统的升级等需要更多的专业人员来维护，不符合中国实际生产的要求。因此，选择建立基于Web的系统，系统升级和数据的传输更便捷。同时，设计将相对独立的功能模块采用C／S模式来开发成组件，不仅可缩短系统开发的周期，而且还可方便的移植和运用到其他食品(如水果、水产品、肉类等)的可追溯系统中。
蔬菜可追溯系统由于参照的是一家生产商，仅实现了蔬菜从种子到包装出库这一过程的可追溯链，而完整的供应链可追溯还应涉及批发商、零售商以及最终消费者，可追溯的范围更大，不同层次的个体问信息的对接和协调会增加可追溯的难度。我们的项目正在逐步发展与配送、供应等链条的连接，以形成更完善的蔬菜可追溯系统。
(中国农业大学工学院，中国农业大学信息与电气工程学院，李辉 傅泽田 付骁 张领先)
