畜产品质量安全监测系统的设计与实现

孙汝星，范荣双 ，赵业隆

（ 1.辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院，辽宁 阜新 123000；2.中国测绘科学研究院，北京 100830）

近年来，频发的食品安全事故严重损害了消费者的利益。国内外畜产品安全事故引发一系列问题，河南双汇瘦肉精事件，合肥雨润火腿参入过期肉事件，南京、合肥等地的牛肉膏事件，北京惊现“美容猪蹄”事件等食品安全事故严重损害了公众利益。中国畜产品生产空间分散、管理模式不健全导致畜产品在生产和加工过程中存在潜在的质量安全问题，畜产品生产链条长（中间环节较多），生产环境开放，乳制品需求大但易变质，生产过程中不可控因素较多。对畜产品进行安全检测，实现养殖、生产、加工的空间可视化表达；利用GIS分析功能，实现安全预测和预警的畜产品质量安全监测系统具有较强的现实性与可行性。通过畜产品质量安全监测系统可进行安全风险评估和预警分析，得到产地生产环境评价与预警、产地畜产品质量安全评价、质量安全预警覆盖范围、质量安全预警覆盖人口等结果，防患于未然，意义重大[1-4]。

1 畜产品质量安全监测系统总体设计

畜产品质量安全监测系统主要分为信息上报系统、信息分析管理系统和地理信息管理平台3个部分，功能见图1。

1.1 畜产品质量安全监测模块设计

该系统模块设计流程如图2所示。将畜牧养养殖基地、奶站、屠宰点以及畜产品质量安全检测站采集的与质量安全相关的信息通过互联网上传到服务器；服务器对上传信息进行数据规范化、索引建立以及内外网关联更新等处理，完成信息入库；畜牧管理人员对服务器上的质量安全信息进行各种查询、统计和分析，及时了解监测区内畜产品质量安全的详细情况和变化动态，提前制定应对措施；并利用这些信息实现安全生产因子自动预警、产品追踪与预警分析、区域质量安全评价等预测预警分析功能，对已发生的畜产品质量安全事故实行自动预警、快速追踪并由相关人员及时处理，对未发生的质量安全问题，实现安全预测和风险评估，为质量监测区域畜产品质量安全建立高效的预防和应急体系[5]。

图1 系统总体设计图

图2 模块设计流程图

1.2 信息采集模块设计

信息采集包括两种模式：实地采集和结合生产地质检中心已有数据进行信息采集。实地采集内容主要是与畜产品质量安全相关的生产因子，利用物联网与监控系统对接进行信息采集；质检中心的信息采集方式是与现有“质量安全远程监控系统”进行对接。

1.3 信息入库模块设计

畜产品质量信息入库主要包含用户验证、数据处理、信息索引和内外网关联更新4个部分。首先对上报信息的用户权限和合法性进行验证，通过验证则对上报信息进行分类和规范化处理；再对处理后的信息建立索引并存入外网服务器；最后完成内网服务器信息的更新。

1.4 管理与统计分析模块设计

管理与统计分析主要包括企业信息分类查询，安全生产因子分类查询，安全生产因子统计分析、报表与制图以及视频监视功能。企业信息分类查询是通过名称检索、行政区划、地图选取等方式查询企业信息，结果以文字描述、图片、表格、空间分布等多种形式表达。安全生产因子分类查询是通过企业名称、因子名称、产品品种分类、上报时间等方式查询安全生产因子的详细参数信息，结果主要以报表形式输出[6-7]。

1.5 预测预警分析模块设计

预测预警分析主要包括预估风险、时间序列预测、产品追踪和预警分析、远程诊断和畜产品安全预测5 个部分[8]。产品追踪和预警分析是根据企业销售记录追踪产品流向，得到产品空间分布；再对产品所在的市场或超市的销售范围进行分析，得到产品的覆盖区域以及范围。

2 数据处理和存储系统设计

2.1 数据处理

为了便于管理以及提高数据访问效率，需将多样化的数据转换为规范的存储格式，从而进行存储。

2.1.1 数据存储规范格式

数据存储规范格式由系统采用的3种数据格式决定，分为空间数据存储规范格式、业务数据存储规范格式和多媒体数据存储规范格式。

1）空间数据存储规范格式：在数据库中使用ArcSDE进行访问和管理空间数据，因此主要采用ArcGIS数据格式进行存储[9-10]。

2）业务数据存储规范格式：业务数据主要采用表格和文本文档等进行存储，其中表格以表的方式进行存储和管理，文本文档直接以txt、doc文档和网页等方式进行存储。

3）多媒体数据存储规范格式：多媒体数据中以avi等格式存储视频，以 bmp、jpg等格式存储图片。

2.1.2 数据处理转换

在数据建库过程中需要对不同结构、不同格式数据进行转换处理，将数据转换为规范的存储格式，以满足数据库的标准和系统调用的要求。

2.2 存储系统设计

2.2.1 数据库软件平台

分析数据库建库整体流程，解决空间数据和非空间数据的一体化集成管理是数据库建库的首要问题。该系统以Oracle 为关系数据库管理系统，解决数据库集成设计需要[11]。

2.2.2 数据库的物理存储模式

根据监测区需求和数据库软件平台，以C/S体系为数据库物理存储模式。所有数据均存储于服务器中，用户在工作站上查询、修改服务器中的数据都通过网络进行[12]。

3 畜产品质量安全监测系统实现

本文以3S技术为支持，采用B/S结构，结合GIS空间分析、专家知识系统库等技术，建立了基础地理数据库和畜产品质量安全监测系统。以C#为开发语言，Visual Studio 2010为开发环境，前台系统界面使用Ado.NET开发，系统数据库采用ArcSDE+Oracle的空间数据管理模式。

3.1 系统界面设计

系统完成了畜产品养殖场信息、客户信息、销售信息、用药信息、兽药信息管理、地图平台等模块的开发，实现了各类上报信息的增、删、改、查功能，开发了畜产品质量安全监测年度统计分析模块，实现了对区域内畜产品生产状况的总体分析和分类统计分析，系统界面如图3所示。

图3 系统界面设计

3.2 系统功能设计

系统包括信息采集、历史上报查看、企业信息、销售记录、试药信息、兽药管理、地图平台七大模块。前6个模块主要依赖数据库实现信息管理，地图平台模块是结合GIS分析功能在ArcSDE+Oracle数据库支持下实现的，是该系统的区别于其他管理系统的地方，主要包括预估风险、产品追踪和预警分析、区域质量安全评价、远程诊断、风险评估和畜产品质量安全预测等功能。

3.2.1 预估风险功能

该功能根据国家最低标准，定时对畜牧养殖基地安全生产因子进行预警，并自动将预警结果及其位置显示到地图上，以便采取应对措施（图4）。

图4 预估风险模拟效果图

3.2.2 时空序列监测功能

采用时间序列方法对动物资源疫病发生点进行预测，可为动物疫病防治提供第一手资料（图5）。

图5 时空序列预测疫病发生区域

3.2.3 产品追踪和预警分析功能

该功能用于对引发质量安全问题的畜产品进行流向追踪和影响预警。通过畜牧养殖基地的销售记录和销售客户的位置定位，可对问题产品的流向进行快速追踪；通过对销售客户销售覆盖范围和周边人口的分析，选取合理缓冲方法（点、线、面）以及合理缓冲半径，快速获取该问题畜产品的影响覆盖范围，为农业局的快速响应和决策支持提供科学依据（图6）。

图6 线缓冲区影响覆盖区域图

4 结 语

本文结合GIS网络分析功能，实现了畜产品质量安全监测系统的设计与开发。通过安全因子预警分析功能可过滤不合格的畜产品，让广大民众能够吃到“放心肉”；地图平台下的产品追踪和预警分析功能，能以可视化的方式将问题畜产品覆盖区域和覆盖人口展现在系统中，快速追踪并处理问题畜产品，解决由此可能产生的社会问题[12]。

[1] 周根财.浅谈畜产品质量安全管理现状与对策[J].湖州职业技术学院学报,2015(1):41-43

[2] 李德新.我国畜产品安全生产现状及对策研究[D].保定:河北农业大学,2011

[3] 江斌.基于可追溯系统的畜产品质量安全评价体系研究[D].上海:东华大学,2014

[4] 孔繁涛.畜产品质量安全预警研究[D].北京:中国农业科学院,2008

[5] 刘凤仙.基于3S技术的农业资源管理信息系统的研究[J].湖南农业科学,2008(4):134-136

[6] 吴雪衡.农业信息服务平台中内容管理系统设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2010

[7] 李聪聪,郭燕霞,赵秋霞.基于GIS的河北省数字农业信息管理系统的设计与实现[J].河北农业科学,2012,16(10):105-108

[8] 唐晓纯.食品安全预警理论、方法与应用[M].北京:中国轻工业出版社,2008:22-25

[9] 吕蓬,王建明.基于ArcSDE和Geodatabase的空间模型数据库设计研究[C].中国地理信息系统协会年会,2007

[10] 张华,汪云甲.基于ArcSDE的矿山地测信息系统的研究[J].河北理工大学学报(自然科学版),2004,26(1):1-4

[11] 高伟.地理空间数据库引擎的设计与实现[D].郑州:信息工程大学,2007

[12] 常屹冉,郭炳辉,陈军,等.基于GIS的公路信息更新管理平台的设计和实现[J].地理空间信息,2013,11(1):13-15