果蔬生产过程追溯平台设计与实现
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摘 要：针对果蔬追溯过程中信息不健全的问题，文中基于物联网系统设计开发了果蔬生产过程追溯平台。平台围绕果蔬的生产档案，建立交叉验证的数据模型，实现了种植计划、生产记录、肥料记录、农药记录、农事操作、过程影像、采收入库等功能，可以提供准确完备的果蔬生产过程全程的数据。
关键词：果蔬生产;农产品追溯;数据模型;物联网;管理平台;交叉验证
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）07-00-03
0 引 言
果蔬是中国家庭的日常必需品，产品质量安全关乎千家万户的健康安危，越来越受到人们的重视。保障果蔬的食品安全涉及生产、收购包装、保鲜贮存、物流运输、市场销售五个环节。其中，生产是关键环节。国内农户标准化生产和安全用药意识不强，有时为追求防控效果随意加大农药的剂量和增加施药次数，甚至使用国家禁止使用或限制使用的高毒农药，导致农药残留和超标，是造成食品安全问题的最直接因素。此外，施肥过量也会造成耕地板结、土壤酸化甚至重金属超标的问题[1]。
农产品追溯是解决食品安全问题的一个方向[2-6]。利用互联网技术、物联网技术、RFID技术、二维码技术等，可以有效地将果蔬生产、收购、存储、流通、销售环节的信息串联，形成对食品安全问题的溯源和定责[7-12]。但是在实际使用中，溯源过程仍然存在信息不完善、不健全的问题。因此，果蔬生产过程追溯平台在已有物联网平台的基础上[13-15]，专注于生产过程数据的完备性，设计和实现了一套数据模型，可以通过批次号向追溯过程的后续环节提供健全的果蔬生产信息。
1 数据模型设计
1.1 追溯数据电子目录
果蔬产品追溯涉及生产、采收、存储、物流、销售多个环节，为实现追溯数据能够自动匹配，在每个环节中均设有批次号，通过批次号进行不同环节的信息链接。追溯数据匹配流图如图1所示。
在果蔬定植时自动生成生产批次号，产中信息录入过程中通过生产批次号连接在一起;采收时，系统自动形成采收批次号，采收批次号其中一项数据为生产批次号，这样两个环节便自动联系在一起，采收后的检测等数据与采收批次绑定即可;其他几个环节与采收批次流程相同，均通过批次号上下连接，这样实现了全产业链数据的自动匹配。
1.2 生产过程数据模型
基于“需求分析—数据模型搭建—平台功能实现”的流程，通过对莱阳、威海几家公司的实地调研，明确了果蔬生产过程的关键数据类型，包括果蔬产品、所属地块、农事操作、工作人员、物联网数据等，在此基础上构建了生产过程数据模型，如图2所示。数据模型以定植记录为中心，从果蔬定植开始，产生以批次号为标识的定植记录，定植记录关联生产过程中的全方位信息，包括地块信息、果蔬信息、农事操作。进一步地，地块信息会关联到所布置物联网设备采集的环境数据、对关键过程记录的影像数据以及对土壤的检测记录;农事操作关联相关的工作人员和操作记录，主要是施肥、施药，又会关联到农用资料的数据表。采收时生成采收批次号，用于后续的追溯环节对接，由于采收一般会发生多次，会对应多个采收批次号。数据模型构造了数据的相互验证机制，可以保证生产过程数据的真实性。
2 平台功能实现
果蔬生产过程数据涉及对种植基地信息、种植信息、品控信息等多种信息，其信息来源主要是：农业物联网测控设备主动获取以及APP/Web交互接口录入。果蔬生产过程追溯平台基于已研建的农业物联网系统，重点工作在于：构建与果蔬追溯信息匹配的数据库，并对存入数据进行交叉验证，以得到真实全面的数据;开发追溯环节信息交互平台，实现生产信息的查看与录入;追溯业务元数据电子目录构建以及追溯产品信息自动匹配。果蔬生产过程追溯平台主要功能包括基于农产品安全追溯元数据的种植计划、生产记录、肥料记录、农药记录、农事操作、过程影像、采收入库、农残检测及公司信息等内容。
2.1 Web端信息交互方法
2.1.1 种植计划
进入“生产档案”界面，点击右侧菜单栏第一项可进入“种植计划”界面，如图3所示，在该界面中可查看、添加、删除种植计划信息。种植计划是与农业基层服务站合作建立的种植模板，对不同果蔬按照时间线制定了农事操作日历，包括果蔬的生长期、关键节点的农事操作等，方便工作人员进行标准化的种植，是整个果蔬生产过程的核心。
2.1.2 生产记录
生产记录是园区生产单元中定植果蔬时的信息记录，可用于产品追溯的起始。在“生产记录”界面选择种植计划的模板，添加生产记录，生成生产批次号。后续果蔬生产过程全程的信息都可以根据生产批次号查询，如图4所示。
2.1.3 肥料/农药记录
在“生产档案”界面右侧的菜单栏可进入“肥料记录”/“农药记录”界面，如图5所示，该部分用于记录果蔬生长过程中果蔬的施肥施药情况。可根据肥料/农药种类、使用日期及生产批次号查询肥料记录。每次进行施肥、施药操作时要添加新的操作记录，如图6所示，肥料/农药的用量会与后台中已采购的农资数据表相关联，保证数据的可信。
2.1.4 农事操作
一般的农事操作在菜单栏的“农事操作”界面进行管理，如图7所示，主要包括不涉及农资的浇水、剪枝、套袋等具体农事操作。该界面中可查看、添加、删除农事操作信息。
2.1.5 过程影像
通过农业物联网系统可以对生产过程进行实时监控，但是由于存储容量的限制，视频信息一般不会留存。而视频信息又是果蔬生长过程安全性的有效证明，因此平台根据种植计划中制定的生长期关键节点，随机存储监控视频作為生长过程中关键时期的影像数据。在“生产档案”界面的“过程影像”功能中可以根据生产单元和时间段查看对应的过程影像信息，如图8所示。 2.1.6 采收入库
采收入库是果蔬生产的最终阶段，如图9所示，通过“采收入库”功能，为采收的果蔬产品建立采收批次号，提供给后续追溯阶段。采收批次号与生产批次号关联，可以据此查询生产过程中的全程数据。
2.2 APP端信息交互方法
为便于用户进行追溯信息交互（录入、修改、删除等操作），果蔬生产过程追溯平台同时设计开发了APP端追溯信息交互方法，其显示界面如图10所示。
3 结 语
果蔬生产过程追溯平台围绕果蔬的生产档案和交叉验证的数据模型，实现了种植计划、生产记录、肥料记录、农药记录、农事操作、过程影像、采收入库等功能，可以提供准确完备的果蔬生产过程的全程数据，有效验证果蔬生产过程中的食品安全问题。物联网是现代农业的基石，但其发挥作用也需要结合国内农业的现状和实施方式。本研究是以物联网系统为基础，结合果蔬种植园区的生产管理方式，实现了对生产过程数据的全面记录。今后要结合农业问题进一步优化平台，以更好地服务农业。
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