农产品质量监测信息系统的设计与实现

朱剑锋，尹成国，熊志斌

(琼州学院电子信息工程学院，海南三亚572022)

0 引言

随着我国经济的高速发展，农产品质量安全日益受到重视。近年来，随着肥料、农药、兽药、饲料、饲料添加剂、动植物激素等的广泛推广和应用，在促进农产品产量增长的同时，也带来了农产品质量安全的隐患，加之城市生活垃圾等对农业生产环境的污染，农药残留、兽药残留和其他有毒有害物质超标导致的农产品污染和中毒事件时有发生，严重威胁着消费者的身体健康和生命安全，已成为社会广泛关注的焦点和热点问题［1］。建立农产品质量监测信息系统，为防止农产品质量安全事故发生，具有必要性。

农产品质量监测信息系统是农产品质量安全的实时监测等体系的核心组成部分，结合实际的农产品质量安全生产和流通，实现农产品质量监测信息数据的分析与处理的功能，以推动农产品质量标准化、提高农产品质量为目的。本系统的设计与开发，为实现“产地准出、市场准入、标志溯源、实时监控、消费安全”的“田头到餐桌”的农产品全程质量安全监管，并且对提高农产品的质量安全、保障人民群众的身体健康、构建诚信社会、保护生态环境具有重要意义。

1 系统的需求分析

农产品安全监管难度高的主要原因在于农产品“从田间到餐桌”的供应链条长、环节多，应着手建立健全贯穿农产品产供销整个流通环节的信息化质量安全监测管理体系、质量溯源系统、网络平台等体系架构，用现代信息技术手段对农产品流通中的各个环节进行信息化的监测，实现农产品生产的产前管理、产中管理、产后管理、生产预警、统计分析、条码打印、短信发送和消费者端的质量追溯、质量反馈、健康指导等功能［3］。来提高农产品质量监管的效率、及提升农产品质量安全。

农产品质量安全标准是实施《中华人民共和国农产品质量安全法》的技术保障，明确了“从农田到餐桌”全过程监管［4］，具有统一质量安全技术要求、规范农产品的生产加工、保障人民消费健康和安全、提高农产品国际市场竞争力等方面的作用。参照《食品中污染物限量》(GB2762)、《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760)、《食品中农药残留限量标准》(GB2763)、《农产品中农药最大残留限量标准》(NY1500)、《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》(GB/T 5009.33－2010)等标准，主要针对农产品中农药残留和重金属等指标进行监测，规定了农产品质量安全评价的重要依据、及安全管理的重要手段。

农产品质量监测是指按照国家、行业的标准要求，结合各大农产品检验检测机构的实际业务情况、及农产品质量安全标准要求，对农产品质量进行符合性测试，做出符合性评价，如对农产品质量进行安全预警、鉴定检验、分析评价、汇总统计及溯源等，为农产品质量监管部门提供准确、科学、客观的质量检验数据。

农产品质量监测信息系统采用J2EE企业级技术架构，如Hibernate、Struts等，为系统运行的开放性、灵活性、稳定性、安全性、可扩展性、兼容性、可维护性等奠定的基础。通过各业务功能组件化的开发设计，进行结构化编程来完成客户的各种业务需求。客户可以通过Browner/Server(浏览器/服务器)模式访问系统，方便地进行数据交换。

2 农产品质量监测信息查询系统的位置

农产品质量监测信息查询系统(以下简称质量信息查询系统)处于IP网络，IP网络与ZigBee无线传感器网络相连接，如图1所示。

图1 农产品质量信息查询系统的位置

在IP网络，有质量信息查询系统、各种客户终端机(PC)等。质量信息查询系统处理来自ZigBee无线传感器网络的农产品质量监测数据，将处理结果提供给客户终端机查询。

3 农产品质量监测信息数据的分析与处理

农产品质量监测信息系统的数据库设计是核心业务内容，把农产品质量监测信息系统中大量的数据按一定的关系模型组织起来，提供存储、维护、检索数据的功能，使信息系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息，满足各种用户的应用需求(信息要求和处理要求)。在此采用关系型数据库进行数据库设计。

3.1 建立权限管理数据库将用户操作权限信息、权限角色信息及系统权限定义信息等的操作权限直接与系统功能菜单信息、应用系统模块信息等系统操作类型相关进行分类，并建立相应的权限基表。如用户表、用户权限表、权限角色表、角色功能表等。构建认证及访问控制体系，解决系统身份认证和数据安全问题，为数据资源的安全访问提供认证和授权。

权限设计要体现实际检测过程中的检验监测、查询及管理权限，可以使检测人员，用户及管理者处于安全性互动中，提高检测效率、改善服务质量。

3.2 建立质量标准数据库农产品质量监测信息系统主要针对被监测农产品中的PH值、硝酸盐和重金属等指标进行监测，因此根据上述的相关标准，建立农产品相对应的PH值、硝酸盐和重金属等指标体系表，用于农产品质量的符合性测试时的符合性评价。如农产品的PH值范围指标体系表、农产品的硝酸盐含量范围指标体系表、农产品的亚硝酸盐含量范围指标体系表、农产品的重金属含量范围指标体系表等。

3.3 数据采集管理数据库农产品质量监测信息系统的数据采集部分由ZigBee无线传感器网络中的前端数据采集节点与RFID读写器组成一种新的网络体系架构。RFID读写器与传感器节点在无线传感器网络中的位置相同、每个RFID读写器与几个不同传感器(如PH值传感器、硝酸盐传感器、重金属传感器等)节点构成一组。RFID数据记录了农产品目标对象的标签UID信息，用以标识唯一的目标对象;传感器数据记录了目标对象的感知信息;每个传感器节点附着一个RFID标签，即传感器节点标签UID，此标签UID信息记录了识别传感器节点的唯一标识信息。来自RFID读写器及传感器节点的采集数据建立如下的关系型数据模型。

表1 RFID读写器与农产品关系表

表2 RFID读写器与传感器节点关系表

表3 传感器感知表

按照如上的表1、表2、表3，通过一个RFID读写器可以将农产品标签UID信息与测量农产品质量的传感器建立一对一或一对多的关系，可以将农产品标签UID信息与其相应的质量感知信息相互关联起来。PH值传感器测量农产品的酸碱度、硝酸盐传感器测量农产品的硝酸盐含量等。

3.4 农产品质量安全信息数据库

根据传感器节点的RFID标签可以融合农产品的编码标识数据及农产品质量指标的测量数据，再结合农产品质量标准数据库可以得出该农产品质量的状态信息，如表4、表5。

表4 农产品质量信息表

表5 质量状态表

4 农产品质量信息监视系统的设计与实现

坚持以人为本、安全消费为目标，提高从“田头到餐桌”的农产品质量安全水平，实现对农产品质量安全的实时监测，采用MVC模型设计农产品质量监测信息系统，如图2所示。

图2 农产品质量监测信息系统的设计

系统网关(Gateway)是接受来自IP网络的各种终端(PC、手机、PDA等)的请求，转交给视图处理;接受来自视图的处理结果响应，转交给终端用户。

系统视图(JSP/VM)是与用户交互界面，接受来自网关的请求，转交给根控制器处理;接受来自根控制器的处理结果响应，转交给网关。

系统根控制器(RouteServlet)是系统控制的总调度接口，接受来自视图的请求，转交给相应的业务控制器来处理;接受来自业务控制器的处理结果响应，转交给视图。

系统业务控制器(Servlet)是处理与用户的交互操作，接受来自根控制器的请求，转交给相应的业务模型来处理;接受来自业务模型的处理结果响应，转交给根控制器。

系统业务模型(Bean)是客户机和服务器建立连接之后，业务模型有状态会话Bean(Stateful Session Bean)及无状态会话Bean(Stateless Session Bean)。接受来自业务控制器的请求，转交给共通业务模型来处理;接受来自共通业务模型的处理结果响应，转交给业务控制器。

系统共通业务模型(EntityBean)是各业务实体持久Bean，共通业务模型有CMP(Container－Manager Persistence)及BMP(Bean－Manager Persistence)模型。接受来自业务模型的请求，操纵数据库;将来自数据库的数据，转交给业务模型。

系统数据库(DataBase)提供农产品质量管理的全部信息，是系统的基础核心。农产品质量管理需要满足稳定性、安全性、可管理性，尤其是数据的备份与恢复。

本系统的开发与实现基于上述系统的设计，在B/S架构基础上、采用JAVA框架技术及Oracle数据库。

采用JAVA框架技术进行软件开发，在软件结构一致性、系统开放性、重用性、工作协同性、降低成本、灵活性等方面具有优越性。JAVA框架有Web开发MVC框架STRUTS、O/R Mapping对象关系映射框架SPRING、持久层框架 HIBERNATE、作业调度框架 QUARTZ、模板引擎框架 VELOCITY、门户系统框架JETSPEED、测试工具框架JUNIT及统合开发环境ECLIPSE等。用JSP/VM创建与用户交互的视图;用STRUTS创建根控制器、业务控制器、业务模型;用SPRING或HIBERNATE创建共通业务模型。

数据库为了满足设计要求，实现农产品质量管理及溯源等，采用Oracle为好。建立农产品质量标准信息库、检验检测数据库等，支持生产者档案管理(含信用评价档案)、农产品生产(时间、产地、投入品等)档案编制、农产品编码管理、农产品质量状态管理等。

基于经ZigBee/IP网关传来的ZigBee无线传感器网络的RFID数据及传感器感知数据，农产品质量监测信息系统运用HACCP(危害分析和关健控制点)管理理念就可以实现农产品质量信息(PH值、重金属含量、硝酸盐含量等)的监管。通过系统软件对各类检测数据进行统计、分析和制表处理，提供对农产品的安全预警、抽样评价、统计简报功能服务，为政府各级监管部门的决策提供科学客观的数据支持，确保农产品质量安全水平的进一步提高。

5 结束语

农产品质量监测信息系统是以提高农产品质量安全为目的，运用信息技术、网络技术、通讯技术、质量检测技术等，以先进性、实用性、兼容性和可扩展性创建一个农产品质量的查询平台，对农产品质量进行监测和控制管理。农产品质量监测信息系统在完善农产品质量标准及农产品编码机制的基础上，可以逐步建立具有安全评估、风险分析、风险评估、风险管理、预警等功能的农产品质量实时监控检测网络体系，实现农产品质量安全控制的事前预防，为实现农产品“从农田到餐桌”的全程质量控制奠定基础。

［1］Jianfeng Zhu，Na Sun，Zhibin Xiong，ChengGuo Yin，Kun Zhang.Research on Integration of WSN and RFID Technology for Agricultural Product Inspection.American Journal of Engineering and Technology Research［J］，2011，9(11):2374－2379.

［2］骆浩文.农产品质量安全监测信息网络建设的思考［J］.农业图书情报学刊，2005，3(1):17－21.

［3］杨信廷，钱建，孙传恒，等.蔬菜安全生产管理及质量追溯系统设计与实现［J］.农业工程学报，2008(3):162－166.

［4］李江华.建立健全农产品质量安全标准体系［J］.食品科学，2008，29(8):685－688.