基于QR二维码技术的农产品溯源系统研究

杨烈君，钱庆平，杨慧玲

（宁德师范学院 计算机系， 福建 宁德352100）

基于QR二维码技术的农产品溯源系统研究

杨烈君，钱庆平，杨慧玲

（宁德师范学院 计算机系， 福建 宁德352100）

本文针对近年来频发的食品安全问题，利用QR二维码识别技术，构建了一种农产品溯源系统，介绍了二维码技术的特点、系统体系与软件架构，以及系统管理平台各模块的功能，并给出了具体的系统设计方案.结果表明，系统能够对食品生产的关键环节进行监控，保障了消费者的利益，为农产品质量监控提供了良好平台.

二维码；QR码；农产品；溯源系统

随着我国经济的发展和百姓健康意识的提高，日益突出的农产品安全问题日益受到人们的关注.近几年来，国内外爆发的各种食品安全问题，尤其是农产品质量安全问题让大家对所购买到的农产品心存疑虑.建立农产品溯源系统是保障农产品安全的有效手段，通过二维码手机识别农产品标签，能够使市民便捷的查询到农产品的相关信息，同时，通过溯源系统的建设可以加强对农产品生产销售企业的安全监管，保证农产品从生产到销售整个过程的安全性和可控性.

1 二维码技术

二维码是在原有条形码技术基础上发展起来的.一维条形码受信息存储容量限制，只能表达字母与数字，不能表达汉字与图像，使得其必须依赖外部数据库支持，在许多需要汉字与图像的场合无法满足需求.二维码克服了一维条码的诸多不足，它是用于在有限的空间内快速的识别与记录大量的数据的技术，通过图象扫描设备识别二维码平面中的矩阵元素以实现信息自动处理，使在有限空间生成高密度的大量数据成为可能[1].二维条码因具有信息量大、保密性强、成本低廉等特点，现已在全球范围内获得广泛推广应用.随着移动通讯技术的发展，移动互联网与二维码技术的结合降低了二维码技术的使用门槛，提升了二维码技术的应用价值.二维条码码制达200多种，不同类型的编码其编码原理差别很大，优缺点各有不同.常见的有CODE49、PDF417、Data Matrix、QR等.目前国内应用最广的是QR码、DM码.

（1）PDF417 PDF417条码在1991年由Dr.Ynjiun P. Wang发明，与一维码相比具有密度高、信息量大等优势，可实现身份证、驾驶证、护照等信息量较大数据的储存应用.

（2）Data Matrix其数据长度从几个字节到1556字节，信息的数量决定编码的大小.通过矩形或者正方形的二维码中黑白相间的小格存储，可以存储数字或者字母.Data Matrix在IT产品的小型零配件的标识上应用较多[2].

（3）QR Code（Quick Response Code）是1994年由日本的Denso-Wave研制而成一种矩阵条码（二维码）.它能表示汉字等多种字符，具有高容量、360°全方位识别、结构化附加功能、抗损伤还原性强的优点.

QR码在识别速度、信息容量、汉字支持方面都具有较大优势.因此，本系统采用QR码作为项目的二维码选择方案.

2 农产品溯源系统架构

该溯源系统主要用于农产品企业生产、加工、运输、销售等过程的管理，通过建立生产档案记录化肥、农药的使用及检测情况；建立加工档案，记录产品名称、规格、种类、产地来源、加工过程中使用的清洗剂、添加剂等信息；建立物流仓储档案，记录新产品运输过程温度变化情况和存储冷库信息以实现物流库存等相关信息的查询.在销售环节，消费者可通过智能手机、超市终端识别农产品包装上的二维码，以查询农产品从生产到销售的所有信息.质量监管部门可通过溯源系统实现对农产品从生产到销售的全程质量跟踪监督，建立强化安全机制，提高农产品质量.

2.1 溯源系统体系架构

溯源系统在食品安全保障体系及标准与规范体系内，由访问层、表现层、应用层、支撑层、数据服务层、物理层六部分构成.访问层直接面对用户，负责用户各类查询需求的接入.表现层功能体现为各农产品供应链企业提供一个操作平台，将各个过程中的信息记录成档、存入企业数据库并上传至中心数据管理系统.应用层可分为生产、加工、仓储、订单、物流几部分.支撑层负责应用层各模块的支撑服务，包括流程配置、用户管理、权限管理、数据同步、工作统计等.数据服务层主要由溯源系统数据库与系统管理数据库两部分构成，负责整个溯源管理系统的数据支撑，收集整个系统流程中所有环节的信息，并进行归档整理.物理层由网络设备、信息服务器构成，为整个溯源系统提供物理硬件支撑.系统通过WEB service、APP、DBMS等技术对外提供数据接口，使消费者能够方便的通过网站、手机、智能设备等查询产品溯源信息.

2.2 软件架构——MVC（Model View Controller）

二维码 农 产 品溯源 系 统 采用B/S（Brower/Server）结 构 ，用户通过浏览器或者WAP即可浏览查询.其以Java为开发环境，开发系统是系统开始常用的MVC三层架构，MVC（Model View Controller）即“模型 视图 控制器”[3].

2.2.1 MVC组成

MVC作为一种设计模块，包括模型层、表示层和控制层.

（1）模型层 系统的数据与业务逻辑，是整个系统业务处理的核心，负责具体业务工作处理，如企业登陆、企业数据修改、产品数据修正、查询次数统计等.系统每部分都有对应的处理业务模块，通过Java可实现各模块的具体业务，同时还将各模块有效整合，有利于业务应用部分的重复利用.

（2）表示层 系统与用户、企业间的交互平台，直接面对终端用户.其采用Java Server Page技术实现，负责接受用户在各类智能终端操作WEB浏览器窗口提交的各类请求，以及系统响应的显示.

（3）控制层 负责连接模型层与视图层.控制层不做数据处理，在有用户需求时进行业务逻辑处理，通过Java Servlet API技术实现逻辑控制.通过控制层将模型层与视图层连接起来，它们之间是一种多对多的关系，即一个模型可对应多个视图，而一个视图也可对应多个模型.

2.2.2 MVC架构的优点[4]（1）一个模型可以创建多个视图，保证系统的稳定性；（2）视图与控制器的可连接性，可根据需求灵活进行替换；

（3）模型可移植性，只需在新平台对视图与控制器进行修改，就可以把模型移植入新的平台工作；

（4）可以基于框架结构模型建立应用程序框架，提高工作效率；

（5）系统分为三层，有利于开发者协同合作，加快开发进程；

（6）提高了系统的可复用性与可维护性.

3 溯源系统数据库模型

二维码农产品溯源系统数据库信息模型包括生产商、网上商城、物流公司、商品明细、物流、二维码图片与解码信息等.

（1）Factory（生产商），存储产商的 相关信息，包括上游供应商的信息、授权日期、过期日期等具体信息；

（2）Login（登陆），存储溯源系统的登陆用户的资料，包括用户名、登陆密码以及有效性等信息；

（3）Role（权限），存储用户的权限对应关系；

（4）Logistics（物流），存储运输中产品的相关信息，如温湿度以及出入库时间等信息；

（5）Product（产品），存储产品的详细信息，如生产日期，保质期，产品类型，生产批号，规格等信息；

（6）Logistics Corp（物流公司），存储物流公司的名称、资质等相关信息；

（7）Mall（商城），存储包括授权网上商城的名称、授权时间等相关信息；

（8）Qr（二维码解码），存储二维码解码的信息资料，如解码终端ID、扫码时间、解码图片ID等相关信息；

（9）Image（二维码图片），存储二维码ID、二维码保存的地址等相关信息.

4 溯源数据管理平台

溯源数据库管理平台主要功能模块：

（1）数据采集模块：主要实现农产品溯源数据的上传.农产品企业完成信息标识与记录后，通过企业内部管理信息系统接入溯源数据平台入口完成所采集数据的上传.数据传至系统溯源码与溯源信息数据库，溯源码数据库用于记录供应链中的位置项代码，溯源信息用于记录农产品相关补充信息.由该平台的超级管理员分配给企业负责的数据采集员上传权限.数据上传的方式可分为半自动导入与QR二维码自动上传两种方式.采用QR二维码技术收集的数据可通过平台实现数据自动导入.对于未采取该技术的供应链环节，比如对散户大棚进行管理时，可将相关数据文件发送给该平台管理员，由其协调数据的导入.

（2）数据查询模块：在消费零售终端，需提供多种便捷、高效的信息查询方式，如智能手机二维码识别软件、短信、电话、互联网等，通过产品外包装上的标识码即可获取该产品的关键信息，其信息只能读取不能修改；对于监管部门，信息要可查询也可修改，以方便监管部门机构对农产品供应链安全质量的监管以及必要时农产品的召回.该模块中的查询方式包括二维码手机查询、电话、短信、超市终端查询、WAP查询等方式.

（3）二维码验证模块：农产品生产企业按相应的编码标准给每个独立包装的农产品分配唯一的二维编码，通过农产品溯源数据管理系统采集、存储、发布农产品相关信息.消费者购买到农产品时，使用安装了二维码识别软件的手机即可扫描包装上的QR二维码，便可通过通信网络连接至溯源管理平台的二维码验证服务器，服务器对二维码图像进行解码、验证后，消费者手机便可收到产品信息.

（4）平台系统管理模块：管理平台的管理员分为三类：一是超级管理员，作为溯源管理平台的管理者，负责系统用户账号的添加删除、权限的分配、上传数据准确性的核查、系统数据维护与备份等工作；另一类是一般管理员，即生产企业的数据采集员，负责导入、修改溯源编码、补充信息；第三方行业组织发布信息的管理员，须经过注册、审核流程，方可赋予相关职能，发布第三方相关监管或服务信息，保证溯源管理平台操作流程的正规性与信息的可靠性.

5 结束语

基于二维码技术的农产品溯源管理系统集成了QR二维编码技术，软件系统采用B/S架构，由模型层、表示层和控制层组成，提高了开发效率，有较好的扩展性.同时，随着智能手机的普及，以及消费者食品安全意识的增强，基于二维码技术的农产品溯源系统将会被越来越多的消费者所认可.研究农产品溯源技术，建立可追踪的溯源系统，对农产品生产关键环节进行监控将成为有效保障农产品质量安全的重要手段.

〔1〕Satoshi Mizoguchi.Two-dimensional code.US20070 812067[P].2004.6.

〔2〕沈建国.二维条码在工商网上年检系统中的应用[J].无锡商业职业技术学院学报,2006.6:26-27.

〔3〕寇毅,吴力文.基于MVC设 计模式的Struts框架 的 应用方法[J].计算机应用,2003.23:91-93.

〔4〕吴建.开源MVC框架的优势与应用[J].湖南工程学院学报,2012.9:49-52.

〔5〕高杨.建立农产品可追溯系统支持农产品出口[J].山东省农业管理干部学院学报,2009.7:37-39.

TP391.4

A

1673-260X（2014）06-0045-02

福建省教育厅项目（JB11201)；宁德师范学院科研项目（NO.2012H 310）