再生稻溯源追踪平台研发_管博伦.pdf
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1、“农业大数据学报 2023,5(1):55-67 Journal of Agricultural Big Data DOI:10.19788/j.issn.2096-6369.230114 收稿日期:2023-02-11 基金项目:安徽省农业科学院科研计划项目 农业智能化技术研发中心”(2023YL014)作者简介:第一作者管博伦,男,硕士,研究实习员,研究方向:数据挖掘、农业信息化;E-mail:。通信作者张立平,男,硕士,副研究员,研究方向:农业信息化;E-mail:。再生稻溯源追踪平台研发 管博伦,董伟,张立平*,杨前进,汪焱 安徽省农业科学院农业经济与信息研究所,合肥 230031 摘
2、要:【目的】再生稻由于售价高、品相出色、味道香、绿色无农药等优点深受消费者喜爱,但市场上以次充好、防伪难等现象的发生让再生稻的发展受到了限制,利用信息化手段监控再生稻的生产和市场进入成为了重点。【方法】文章详细分析了再生稻实际生产需求和数据格式要求,结合现代信息化技术和物流体系,从需求分析、技术架构、溯源数据格式、系统体系架构和系统功能分析 5 个方面详细阐述了再生稻溯源追踪平台的研发过程和核心功能体系。【结果】再生稻溯源追踪平台,实现了再生稻从生产到销售全过程可监控、可追溯、可管理、可分析和可拓展的功能体系,保障了市场上再生稻米的质量可靠、生产过程中的种植数据可信和管理过程中的信息安全,提升
3、了消费者对再生稻的品质和信息信任度。【展望】目前再生稻溯源追踪平台主要针对再生稻从种植到销售全周期过程的信息追踪和管理,未来在生产和销售数据充足的基础上可结合农业物联网、区块链和大数据技术,从生产上开展无人精准种植,建立更加绿色环保和智能化的种植过程;在销售过程中结合大数据分析技术构建产销模型,建立更加有效的产销模式;在管理过程中结合区块链技术保证数据安全可信,建立更加高效的管理模式,帮助农民增收,保障食品安全。关键词:再生稻;信息化;溯源;农业物联网;区块链;大数据 引用格式:管博伦,董伟,张立平,等.再生稻溯源追踪平台研发J.农业大数据学报,2023,5(1):55-67.GUAN Bol
4、un,DONG Wei,ZHANG Liping,et al.Development and application of traceability tracking platform for ratooning riceJ.Journal of Agricultural Big Data,2023,5(1):55-67.Development and Application of Traceability Tracking Platform for Ratooning Rice GUAN Bolun,DONG Wei,ZHANG Liping*,YANG Qianjin,WANG Yan I
5、nstitute of Agricultural Economy and Information,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,China Abstract:【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
6、 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 for
7、mat 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,56 农 业 大 数 据 学 报 第5卷 technical framework,trac
8、eability 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 e
9、nsures 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 consumers trust in the quality and information of ratooning rice.【Outlook】At p
10、resent,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 th
11、e 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 proc
12、ess 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.Key words:rat
13、ooning rice;informationization;traceability;agricultural internet of things;blockchain;big data 1 引言 我国以占世界约 9%的耕地养活占世界近 23%的人口1。水稻作为我国第一大粮食作物,在我国粮食安全中发挥着举足轻重的作用。随着我国社会经济的发展,人们的生活水平逐步提高,人们对食物的要求已经从吃饱转变为健康,尤其近几年受到新冠疫情的影响,消费者对农产品的质量与安全有了更高的要求,水稻在国民经济所占的地位显得更加重要2。再生稻具有日产量高、生育期短、生产成本低、效益高和种植 1 茬收获 2 茬等优
14、点,是一种重要的稻作模式3。在一季温光有余、两季温光不足的地区,再生稻是增加稻田单位面积稻谷产量和经济收入的重要措施之一。霍邱县位于安徽省中西部,北纬 31 度地区,具有一季稻生产温光资源有余,双季稻生产温光资源不足的植作特点。近年来,当地逐步探索出适合中稻栽培的“一种两收”模式,成为我国最北端的再生稻栽培地区,实现了稻谷增产、农民增收、减少农药使用量和绿色稻米生产大规模发展等目标。再生稻因其产量提升、农药使用量减低、投入减少和售价提升等优点受到农户的喜爱,又因其品相出色、味道香和绿色无农药等特点受到消费者青睐,具有广阔的发展前景。但由于农户以前收获的再生稻主要用于馈赠亲友,难以集中和大量入市
15、销售,市场上存在着以次充好等行为,引发了霍邱县优质再生稻防伪难、优质不优价和质量参差不齐等问题,因此,对再生稻生产环节和市场进入环节进行监控成为解决以上问题的重要措施。随着计算机技术的快速发展,精准农业和智慧农业也得到了长足发展,现代化农业不断前进,农业数据呈现出了爆炸式的增长,农产品质量溯源平台得到了较快发展4。英国于疯牛病事件后颁布了各项法规,禁止非溯源食品进口5,2004 年日本扩大产品的追溯范围,通过立法建立了食品追溯制度6。2000 年以来我国开始逐步探索溯源体系7,2000 年上海市农委将农产品溯源列为市科技兴农重点攻关项目8,谢菊芳等人9利用二维条码技术、RFID 技术和组件技术
16、,构建了基于.NET 构架的猪肉安全生产的追溯系统,白云峰等人10采用基于产品批次记录与逐级编码方式构建了肉鸡安全生产质量监控可追溯系统,赵岩等人11根据甘蓝类蔬菜质量安全追溯要求,构建了甘蓝类蔬菜质量安全追溯框架,乔晓刚等人12采用 B/S 架构模式,使用 J2EE 整合了信息技术和数据库技术,研究开发了支持多条件模糊查询的新疆葡萄产品质量安全可追溯系统。如今,各种农业物联网传感器的出现使得农业生产数据的获取更加方便快捷,给溯源追踪平台提供了底层数据获取的保障13,发达的物流体系对溯源提供了物流运输环节的保障,同时安徽省农产品质量安全追溯系统的上线运行给溯源追踪平台的建设提供了完整的数据结构
17、和开发标准。再生稻溯源追踪平台是融合产品编码、数据库、计算机网络、物联网、区块链等信息技术,对再生稻的生产、加工、包装、运输、销售等全过程生命周期进行监控与管理的平台型信息系统。平台基于产品信息、环境信息、人员信息、质量信息、状态信息等关键信息与数据,对再生稻的安全生产以及产品质量进行追溯与跟踪14。通过对再生稻生产中的各个环节进行监控,使得再生稻从播种到销售整个过程都有迹可循,每一个生产环节都能够进行追踪溯源,从而明确第 1 期 管博伦等:再生稻溯源追踪平台研发 57 了再生稻在生产中各个环节的质量保障与安全责任,加强了再生稻的可追溯性和安全性,提升了消费者对再生稻的信赖度和知情度,对再生稻
18、的质量安全以及优质优价进行全面地保障,杜绝了以次充好以及消费者疑虑心理的产生。2 需求分析 软件需求分析是软件开发前期非常重要的一个过程,需求工程影响整个软件的生命周期,做好需求分析能加深对复杂软件在细节和相互依赖关系上的理解15。再生稻溯源追踪平台的主要功能是管理再生稻从种植到销售过程中的全过程信息,主要的用户是霍邱县再生稻生产相关的工作人员、管理者和消费者。系统需要包含负责基本信息录入的功能,包括再生稻产品信息、种植管理信息、相关人员信息、仓储信息和物流信息。在再生稻种植过程中,田块信息、种植时间、数量、品种以及农药化肥使用的情况很重要,相关信息能直观地使消费者看到所购买的再生稻从哪里来,
19、是否是有机绿色产品,是否是以次充好。在运输环节,依靠现有的强大物流体系,能实时记录下运输中的各个环节。再生稻生产的种子企业和种植农户,负责将所分管生产环节的数据上传至平台,平台系统通过数据回环机制进行异常监测。再生稻生产的管理人员主要通过平台对再生稻种子数据、种植数据、人员数据、加工数据、仓储数据和物流数据进行实时监管和计划安排,同时系统将以日志的形式记录下再生稻从生产到销售各环节的数据,以便出现质量问题能够依据日志查找分析。消费者通过所购的再生稻米上的二维码能够了解到其生产运输的各环节。2.1 用户角色分析 再生稻溯源追踪平台面向种植农户、稻米加工者、政府监管机构和消费者16等用户类型,分别
20、对应数据上传者、数据监管者和数据使用者,按照用户权限分类即为管理员与普通用户角色。管理员负责审核、监督各流通过程中数据的准确性和预警值,普通用户负责上传和查看数据。各角色及功能如表 1 所示。表 1 系统角色及功能需求表 Table 1 System roles and functional requirements 角色角色 管理用户管理用户 登录信息登录信息 审核用户审核用户 上传信息上传信息 数据核验数据核验 管理管理 用户权限用户权限 设置设置 个人基本个人基本 信息管理信息管理 上传产品溯源上传产品溯源 过程信息过程信息 意见意见 反馈反馈 查看产品查看产品 溯源信息溯源信息 系统管
21、理员 一般用户 消费者 2.2 数据功能分析 结合表 1 的角色定位,系统的业务数据主要包含以下几类。(1)再生稻产品数据 主要是再生稻种子相关的数据,具体包括再生稻品种、再生稻品种特性、销售信息和种子销售公司信息等。为用户溯源提供再生稻品种展示信息。(2)再生稻种植数据 主要是再生稻种植过程的信息与数据,具体包括再生稻品种、农户信息、种子信息、育秧信息、播种信息、大田信息、水肥农药使用信息、气候信息、收割信息、产量信息、收购米厂信息和再生稻米检测信息等。(3)工作人员数据 主要是种子公司人员信息、种植农户人员信息、加工厂(仓储)人员信息、管理员信息和经销商人员信息等,具体包括:身份证号、姓名
22、、性别、年龄、通讯信息、健康信息和地址信息等。(4)再生稻加工数据 主要记录再生稻加工过程中的相关信息数据。包括:加工厂信息、责任人信息、加工厂产能信息、加工再生稻品种数量信息、再生稻米检验信息、收购信息和销售信息等。(5)仓储信息数据 主要是仓储管理相关的信息数据。包括:仓储地址、证照信息、管理员信息、仓储容量、入库信息、出库信息和再生稻存量等信息。(6)物流信息数据 主要是再生稻运输过程中的物流信息数据。包括:源地址信息、目的地址信息、再生稻品种重量信息、运输工具相关信息、驾驶者信息、出发时间和到达时间等。58 农 业 大 数 据 学 报 第5卷(7)再生稻溯源数据 包括:再生稻种类信息、
23、种子公司信息、产地信息、农药化肥使用信息、种植数量信息、实时监控信息、运输物流信息和加工厂信息等。3 系统平台架构 3.1 技术架构 整体技术架构采用 B/S 体系,利用 Spring Boot+Vue 进行实现。Spring Boot 是一个基于 Spring 框架搭建起来的后台管理集成框架,可通过导入相应依赖实现框架集成17。该框架内置了内嵌容器(Tomcat、Jettty、Undertow)、日志框架、JMS 框架、持久化框架、NOSQL 数据库(Cassandra、MongoDB)和缓存框架等,集成了 Spring MVC 所依赖的包,只需要开发者在 Maven、Gradle 的配置文
24、件中加上少量的配置,即可在代码中使用所需的框架,实现近零代码、近零XML 配置18。Vue 是一套构建用户界面的渐进式前端框架,是目前流行的前端开发框架,它采用自底向上增量开发的设计方式,是更灵活、更开放的解决方案,架构更加简单,具有轻量级框架、双向数据绑定、组件化、数据和结构分离、运行速度快等优点19,它的核心是响应式原理,把一个普通 JavaScript 对象传给Vue 实例的 data 选项,同时每个 Vue 实例都有相应的watcher 实例对象,避免了繁琐的 dom 操作,更有利于前端数据的处理,简化了 web 前端开发流程20。如图 1 所示是再生稻溯源追踪平台的技术架构图。由下至
25、上分为数据感知、数据质量控制、数据库、后台管理、前端应用、API 接口层和应用 7 个方面。数据感知层是平台的主要数据来源。该层中的农业物联网传感器可监测大田中稻米生产过程的农药、化肥、土壤湿度、气候状况和再生稻长势等生产基础数据。使用者上传数据部分包括种子、米厂、农户和物流等信息数据。数据质量控制中的数据校验可以解决数据不匹配、多方上传数据冲突、数据真伪和数据冗余等问题,它也能够过滤掉无效的数据。数据预处理则将过滤后的数据处理成统一的数据组织形式,保存在数据库中,有利于数据存储、数据应用,当数据量足够大时,合理的数据组织形式能够降低数据处理的开销,提升响应速度。数据库负责整个系统中数据的持久
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