基于W eb的中华绒螯蟹养殖质量安全信息可追溯系统研究

陆 军，董 娟，冯子慧

（上海市水产研究所，上海 200433）

中华绒鳌蟹（Eriocheir sinensis），俗称河蟹，是我国极为重要的水产经济生物。自20世纪90年代中期以来，我国中华绒鳌蟹（以下简称河蟹）养殖产量快速增长，河蟹的养殖已成为我国水产养殖的支柱产业之一，2016年产量超过80×104t，是我国重要的出口创汇水产品之一和最具文化底蕴的水产养殖对象［1］。随着河蟹养殖规模的不断扩大，养殖强度的不断增加，以及水域环境的日趋恶化，其病害问题越来越突出。在河蟹的养殖过程中存在用药不科学、不规范，甚至乱用、滥用药物的现象［2-5］，严重影响了商品河蟹的养成品质和食用安全，威胁消费者的身体健康。河蟹的质量安全是制约我国河蟹产业健康持续发现的“瓶颈”问题［6］。研究开发河蟹养殖环节质量安全可追溯系统，不仅可以帮助养殖户及时发现养殖各环节存在的问题，保证河蟹品质，提高河蟹口感，增加养殖户收入，还有利于相关政府部门监管河蟹的质量安全，减少食品安全事故，具有重要的经济社会意义。

水产品追溯系统可以保障养殖水产品质量安全、提高水产品竞争力，因而成为国内外研究热点［7-9］。杨信廷等［10］通过对水产养殖产品从育苗、放养到收获、运输、销售流程的剖析，设计了水产养殖产品质量管理通用框架，对养殖用水、养殖生产、苗种管理、饲料投喂、药物使用等全流程、全方位的电子化管理，实现了水产养殖产品的全程信息追溯。任晰等［11］在分析罗非鱼养殖流程的基础上，设计出可追溯标签，建立了基于Web的水产品批次质量安全追溯系统。上述追溯编码系统基于供应链交换的EAN·UCC（European article numbering· uniform code council）编码方式，存在着编码过长、防伪性差、易于仿制等问题，同时过分依赖于数据库和网络。孙传恒等［12］建立一套基于行政监管体系的水产品追溯系统，有效的解决了上述问题。马莉等［13］综合采用条码技术、无线射频识别技术、数据库技术等开发了基于Web服务的水产品批发市场质量追溯系统，对产品从流入市场到流出市场进行全程管理。基于RFID和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台包含养殖环境信息，可以对鱼苗苗种、鱼池消毒、投饲、疾病治疗、转池等养殖信息进行记录，并在出塘时开始使用RFID，实现水产品从养殖、加工、配送到销售的全程跟踪与追溯［14-15］。XIAO等［18］应用 CS和 WSN技术构建水产品质量安全监管体系，应用于冷冻罗非鱼片加工的智能追溯。

不同水产品的养殖环节存在差异，不同的品种对养殖环节的质量安全信息追溯有不同需求［17-18］。我国目前河蟹消费市场非常大，因此有必要针对河蟹养殖环节的质量安全信息追溯系统进行研究。国内学者对建立河蟹质量追溯体系进行了探讨［20-21］。虞丽娟等［22］集成各类网络监控、传感设备、RFID技术、GPS定位技术，实现上海蟹苗培育、蟹种生产、扣蟹选优、检验检疫、蟹种运输、台湾苗栗蟹种投塘和养殖的全过程实时动态监控与跟踪服务。养殖过程采用视频监控，追溯更多集中在运输过程，没有对养成信息、尤其是用药和饲料信息进行记录。ZHANG等［23］采用相似的原理实现了对无水活体水产品的追溯。

水产品的用药和饲料等养成信息是水产品质量安全最关键的问题，因此本文借鉴国内外已有的研究成果，对河蟹养殖的危害进行分析，确定我国河蟹养殖质量安全控制的关键控制点和监控措施；结合EAN／UCC标识系统，设计出可追溯二维码标签，并应用ActiveX控件技术实现了客户端标签打印功能；采用B／S模式结构体系，实现了基Web的河蟹养殖质量安全可追溯系统。

1 河蟹养殖流程和危害分析

1.1 河蟹养殖流程

河蟹养殖生产过程主要有［24］：1）养殖设施维护，清塘消毒，防治河蟹养殖逃逸，消除上次养殖过程中残留的病害细菌。2）水草栽植与投放螺蛳，消毒后种植水草，投放螺蛳，调控和净化水体水质。3）蟹种来源与放养，选用正宗长江蟹苗，无伤病无病原无药物，活动能力强。依据养殖户的水平和市场需求，选择合适的养殖密度，投放其它鳜鱼等进行混养。4）投放饵料，以冰鲜小杂鱼和其它饲料饵料，依据河蟹健康状况和生长情况，酌情投喂。5）病害防治，对常见流行病发生后，采取用药控制病害带来的损失。6）销售，10月开始进行下网捕捞，12月底，开始捕捞至捕完。

1.2 河蟹养殖危害

依据文献［24-25］、实际调查和养殖流程，河蟹养殖危害主要在以下几个养殖环节：1）养殖环境，养殖场土壤、水源、空气容易受养殖周边生态大环境影响。2）苗种质量，蟹种是河蟹养殖品质控制关键，蟹种的好坏直接影响成蟹的品质、口感和养殖户经济效益，不达标的亲蟹育苗会造成商品蟹养殖效益下降。3）养殖水体，水草是无公害河蟹养殖过程中水体调控的关键，养殖过程中水体产生的细菌性、病毒性和寄生虫，导致河蟹病害发生。4）肥料、饲料和渔药使用，肥料和饲料易造成养殖水域环境污染，包括过剩饲料、饲料添加剂；用药不科学、不规范，甚至乱用、滥用药物现象对河蟹养殖带来严重危害，是控制河蟹品质和食用安全的关键。5）生产操作，养殖人员不当的操作对以上所列危害会有加剧恶化的作用。

1.3 河蟹养殖质量安全控制关键点

基于河蟹养殖和危害分析和现有文献，结合企业现行的 HACCP（Hazard analysis and dritical dontrol point，危害分析和关键控制点）计划，确定无公害河蟹养殖危害的关键因素和监控措施，如表1所示。河蟹养殖质量安全控制关键点分别为：养殖场、蟹种育苗、水体环境、饵料投喂和病害防治。在系统设计时将重点对这5个质量安全控制关键点信息进行追溯。

2 系统设计

2.1 体系结构设计

平台建设规划为软件支撑平台、应用系统、安全系统三大部分。应用系统是核心，提供前后台的具体功能实现（包括：河蟹生态养成信息采集、河蟹生态育苗信息采集、河蟹核心种源人工育苗信息采集、溯源系统等），而安全系统则保证系统的正常运行，避免网络的非授权使用，同时，系统提供对Web Services支持，为最终建成面向服务的架构（SOA）。系统的整体架构由硬件基础平台、软件支持平台和应用服务平台构成。系统采用先进的架构体系，支持Windows、Linux操作系统，支持Oracle数据库，同时支持当前主流的数据库系统，如 SQL Server 2000、Sybase、MySQL等。

系统采用纯B／S结构设计，逻辑结构分为3层结构：即表现层、业务逻辑层、数据访问层。如图1所示。对业务中的结构化数据进行存储管理，采用JSP、Servlet等技术进行业务逻辑的处理和应用集成。采用JDBC技术实现对多种类数据库的访问操作，采用XML技术实现数据和信息的传送读取，并通过Web Services技术对异构系统中的数据、信息进行读取和发布。

表现层是直接与用户交互的界面，综合了多角色人员如：操作人员、系统管理人员、系统维护人员日常使用所需要的界面，因此采用通用的Web界面方式，保障较强的界面友好性。业务逻辑层是业务系统中各项逻辑的汇总，有关业务处理的各种业务逻辑，包括计算规则、工作流引擎、查询、统计、权限等逻辑，是系统稳定性、正确性的保障。数据层分为两个层面：1）数据结构，已经通过3000人左右用户同时在线操作的压力检验，在技术上将可能的业务扩展需求、数据分析、历史分析打下稳定的数据基础；2）数据库，采用通用性的关系型数据库标准，可以支持 SQL Server、Oracle等主流关系型数据。

表1 河蟹养殖质量安全控制关键点和监控措施Tab.1 Key points and controlmeasures of quality and safety control in Eriocheir sinensis breeding

图1 系统体系结构图Fig.1 The architecture of system

2.2 系统功能模块设计

根据系统总体思路和河蟹养殖质量安全关键点控制，系统主要划分为：养殖场概况、河蟹生态养殖、河蟹生态育苗、河蟹种质筛选、质量溯源查询5个模块（图2）。考虑到河蟹个头小、数量大的特点，采用“批次标示”方法实现对河蟹的养成信息跟踪，即对一个池塘同一批次捕捞的河蟹，采用同一个二维码进行标示。同一批次河蟹捕捞出售时，养殖户在“溯源在线”模块的二级子模块中录入养殖种类、养殖场名称、池塘编号、生产批号及销售日期，系统可自动生成二维码。消费者可以通过电脑和手机扫描二维码查询所购买的河蟹养成信息。河蟹养殖质量安全控制和监控由“养殖场概况”、“河蟹生态育苗”、“河蟹生态养殖”和“河蟹种质筛选”等子系统功能模块共同完成。为了系统的正常运行和管理，添加一个“系统维护”子系统。各个功能模块衔接通过Web Service实现。

3 系统实现

3.1 系统功能实现

系统软件运行于Internet环境之上，采用B／S的网络架构。系统总体上是一个多层的分布式软件体系结构，如图1所示。系统基于Tomcat平台，开发工具采用 Eclipse，开发语言有 JAVA、HTML、JavaScripthe、DIV+CSS。客户端和应用服务器、应用服务器和数据库服务器之间的通信以及异构平台之间的数据交换等通过应用层业务逻辑和数据访问层的数据访问类来实现。表现层是Web浏览器。逻辑层是Web服务器，基于Tomcat的JSP技术实现，使用Tomcat作为系统的Web服务器，服务器操作系统选用 Windows Server 2008 Core。

3.2 信息采集

养殖户登录河蟹生态养殖信息化管理质量溯源系统主菜单后，选择系统的主界面的“养殖场概况”、“河蟹生态育苗”、“河蟹生态养殖”和“河蟹种质筛选”等子系统。根据实际养殖情况记录各种信息。养殖场概况首次建立用户时填写，如信息有变更需登录系统进行修改。河蟹生态养殖信息在放养时录入种草、饲料、养殖池塘、放养日期、放养数量等日常管理信息，在起捕以及每次用药施肥后更新相关信息。河蟹生态育苗信息在育苗前录入亲本、养殖环境和条件信息，育苗后每次销售时更新苗种去向信息。种质筛选录入育苗环境和亲本参数信息。具体录入和更新内容见图3。

图2 系统功能结构Fig 2 The function structure of system

3.3 二维码实现

河蟹的养殖、管理和捕捞销售都是批次的，本文系统追溯的是河蟹日常养殖、管理和销售去向信息，因此采用批次追溯方法。项目二维码标志方法采用国际编码标志，同时参考《EAN／UCC全球统一标示系统食品安全可追溯应用案例集》（以下简称《EAN／UCC案例集》）中的相关标示规范，设计河蟹同批次产品追溯方法［26-27］。二维码标签条码作为信息载体记录可追溯信息，标签上显示内容为“文本信息+二维码”。同批次河蟹销售供应链为养殖户到水产品销售市场，二维码记录可追溯信息包括蟹苗、蟹种放养数量、日常管理、病害情况、投入品、产量、销售去向等。

3.4 二维码打印

进入主菜单后，选择系统的主界面上“蟹种养殖在线登记”，进入二级子菜单，再选择：溯源系统，显示如下图4。

图3 系统界面示例Fig.3 System interface

图4 溯源系统Fig.4 Interfaces of traceability system

在“溯源在线”模块录入养殖种类、养殖场名称、池塘编号、生产批号及销售日期，系统可自动生成二维码标签（图5）。

图5 二维码标签图Fig.5 The graph of QR code

追溯系统采用ActiveX控件来实现二维码标签的打印功能。安装后，管理人员可以通过热敏打印机将二维码打出，贴于销售品种包装上，消费者可通过安装了溯源系统客户端的手机或是平板终端扫描出产品来源信息。用已经安装完成的溯源系统客户端的手机或是平板终端，摄像头对焦二维码，会自动跳转至云平台系统界面，用户即可以查询相关信息。

4 小结

本文分析了中华绒鳌蟹养殖流程和养殖过程中的危害，结合无公害河蟹养殖HACCP质量管理体系，确定了河蟹养殖质量安全监管措施的5个关键监控点和监控措施；依据EAN／UCC标示系统，设计出了质量安全信息二维码追溯方案；采用B／S模式结构体系，建立了基于Web的河蟹养殖质量安全信息科追溯系统，实现了企业向外部信息发布以及内部信息管理的融合。该系统对蟹苗、蟹种放养数量、日常管理、病害情况、投入品、产量、销售去向等养殖生产环节进行全过程监管，为河蟹实现 “从源头到餐桌”的质量安全信息的可追溯提供良好的管理操作平台。本研究是基于批次的追溯方案，由于河蟹数量巨大，个体标示需要耗费大量人力财力，增加养殖成本，也没有必要，因此不适宜采用个体标示方法。

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