广西种植类地理标志农产品产销一体化服务 平台设计与构建

洪运维 潘桂颖

（1. 广西经贸职业技术学院, 广西 南宁 530021；2.南宁师范大学, 广西 南宁 530001）

《全国乡村产业发展规划（2020—2025年）》提出, 要构建全产业链, 以信息技术打造供应链, 对接终端市场, 以市场需求为导向, 促进农户生产、企业加工、客户营销和终端消费连成一体、协同运作, 增强供给侧对需求侧的适应性和灵活性, 同时要培育区域公用品牌, 根据特定自然生态环境、历史人文因素, 明确生产地域范围, 强化品种品质管理, 保护地理标志农产品, 开发地域特色突出、功能属性独特的区域公用品牌, 以质量信誉为基础, 创响一批乡村特色知名品牌, 扩大市场影响力。广西地理标志农产品丰富多样, 地理标志农产品不仅是农民增收致富的好门路, 而且也成为了助推乡村产业振兴的新动能。然而, 广西地理标志农产品多而不强的问题依然突出：其一, 由于产销两端信息不对称, 广西乡村里品质很好的土货卖不到好价钱, 导致原本应该“名利兼收”的优质农产品“名利欠收”。其二, 因为缺乏科学的种植方法, 地理标志农产品生产常常受到土壤退化、病虫、气候灾害等不良因素影响, 导致产量和品质下降, 一些地理标志农产品的品牌魅力正在流失。其三, 由于地理标志农产品是高附加值产品, 较普通的农产品具有更高的价值, 在高额利润的驱使下, 市场上一些地理标志农产品长期被假冒伪劣产品冒充。如果缺乏必要的防伪溯源体系, 久而久之消费者对地理标志农产品品牌不再信任。缺少地理标志农产品大数据服务平台。建立农产品大数据服务平台有利于实现农业精准生产, 优化农产品电子商务智慧营销。近年来, 关于农产品电子商务平台应用研究已较为成熟, 针对农产品电商应用研究近年来也逐渐兴起, 但以往的农产品电商服务平台内容单一、只聚焦贸易, 不能服务产业全链条, 对延长产业链、提升价值链、完善利益链、保障供应链发挥作用小；同时, 以往研究多数为单项技术的研发, 未能将整个产业链的数据和技术综合应用, 不能满足实际应用的需求。因此, 为解决广西地理标志农产品产销对接不紧密、不稳定、信息化服务弱的突出问题, 加强绿色食品、有机农产品和地理标志农产品认证管理, 强化全过程农产品质量安全监管, 健全追溯体系, 实现促进农产品供需平衡、优化农业生产结构、提高农产品供给质量、增加农民收益的目标, 应建立面向社会服务的地理标志农产品平台。本文以广西典型种植类地理标志农产品（以下简称“地标作物”）为研究对象, 对广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台及其关键技术进行设计研发, 以促进地标作物的发展和资源整合。

1 建设内容

利用互联网、时空大数据、网络地理信息系统（WebGIS）等技术在广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台中应用。

实现对广西地标作物信息资源统一管理, 如地标作物的名字、品种分类、图片、登记年份、所在地区、产品、自然风采、生产模式、包装方式、地理分别等。

搭建地标作物电子商务平台, 实现地标作物在线便捷交易, 地标作物生产经营者可以通过服务平台销售生产的地标作物产品。

实现地标作物产品的产出地块位置可追溯。研究Web GIS技术在地块溯源的应用, 地标作物生产经营者出售地标作物产品时, 需要上传地标作物产品的出产地块位置, 消费者购买地标作物产品时, 可以通过在线地图查看出产地块位置。

实现对地标作物的成熟期预测。通过平台可以查询某个地标作物的多年平均成熟时间、历史成熟周期以及预测下一期成熟的时间。

搭建种植技术交流服务模块。搭建种植技术交流服务模块, 实现相关用户对地标作物的技术交流, 提高地标作物的种植水平, 并搭建供应/求购大厅服务模块, 实现对地标作物产品供需信息互通。

2 开发环境

服务器采用Windows Server 2016 64位操作系统, 平台采用B/S架构, 使用前后端分离模式设计, 采用相关的技术规范和标准来支持系统的安全、运行和维护。服务器后端开发编程语言为C#, 使用ASP.NET Core 3.1、Entity Framework Core等后端框架技术, 客户端（PC端）开发使用HTML5、CSS3、JavaScript等网页开发技术, 选取Node.js 14.5.0作为前端开发环境, 使用Vue 2.5.2、Vue-Router 3.0.1、Vuex 3.1.1、Axios 0.19.0、Element 2.10.1、Bootstrap 3.4.1、Echarts 4.5.0等前端框架技术, 本地软件开发环境及工具使用Visual Studio 2017、Visual Studio Code, 广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台数据库使用SQL Server 2014、ArcSDE 10.2、Redis 5.0, Web 服务器为IIS 7.5等。

3 系统设计

3.1 平台业务数据库建设

根据广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台建设内容, 平台的业务数据库建设主要完成对地标作物数据、地标作物产品数据、地标作物成熟期数据、地标作物求购数据、地标作物供应数据、地标作物种植技术数据、地标作物在线商城的基础数据（用户数据、地标作物产品数据、订单数据、支付数据、提现数据、地址数据等）、平台的基础数据（权限、系统配置等）等平台业务数据进行数据库数据表设计及统一管理, 实现对平台业务数据的维护, 如增加、修改、删除、查询、禁用等。

3.2 地标作物时空数据库建设

根据农业农村部农产品地理标志登记产品公告中划定的地域保护范围, 主要以市、县、乡镇三级行政区划界限为依据, 在GIS软件中生成各种地标作物的种植范围数据。在地标作物种植范围内, 由地标作物生产方（销售方）在提交地标作物产品销售信息的同时, 以国家地理信息公共服务平台“天地图”为底图, 通过WebGIS技术在线划定并提交各自的地标作物生产地块, 最终形成地块尺度的各种地标作物空间分布数据。各种地标作物空间数据以Geojson文本格式保存在SQL Server数据库中。数据库信息平台建设的要求, 可以概括为目标、坐标、指标、精度、边界的统一, 在空间数据的基础上, 扩展完善每一块地标作物的种植、收获等重要时间节点数据, 就形成了地标作物时空数据库。

3.3 功能结构设计

平台功能结构设计有当前收获模块、地标作物模块、成熟期模块、地理分布模块、种植技术模块、供应/求购大厅模块、地标商城模块、信息管理模块, 平台的功能结构如图1所示。

图1 平台功能结构图

获取当前一段时间进入成熟期、正在收获的地标作物信息, 如地标作物名称、地标作物图片、生物特性、生长环境、地理分布、成熟期、地标作物生产经营者, 以及预估产量、预计市场价格等信息。

地标作物品种信息查询。通过调查发现, 大部分消费者对地理标志农产品的认知情况基本了 解, 系统实现对广西地标作物的品种分类及信息检索, 可获取各品种地标作物名称、地标作物介绍、地标作物图片、地标作物生物特性、地标作物价值、地标作物生产模式、地标作物包装、地标作物所在地区、地标作物登记年份、地标作物的生产经营者、地标作物农业专业合作社、该品种的相关研究机构及专家等信息。

地标作物成熟期预测。通过常年平均成熟期和历史成熟期等数据, 预测地标作物下一期的早熟时间、中熟时间、成熟时间、烂熟时间、平均成熟时间。

地标作物地理分布查询。实现地标作物的地理分布范围查询, 基于WebGIS可视化展示各地标作物的地理分布, 经纬度、高程、适宜该地标作物生长的土壤特性、土壤含水量、温湿度、降水量等地理和气象信息。

种植技术交流服务。为平台用户（普通用户、地标作物生产经营者、地标作物管理者、研究人员等）搭建一个种植技术交流服务模块。平台用户可在平台上了解土壤施肥、农业机械、耕作技术等技术文章, 也可就发布询问种植问题、讲述种植故事等进行交流, 形成农产品品牌集聚交流区, 发布的内容需经过平台校验文字/图片是否含有违法违规内容。通过种植技术交流, 获取科学有效信息, 提高地标作物的种植技术水平。

地标作物供应/求购消息获取。为平台用户搭建一个地标作物供应/求购大厅服务模块。平台用户可以在大厅中发布供应/求购信息, 如供应/求购的地标作物、质量描述、供应/求购量、供应/求购时间、联系地址等信息。

地标作物商城。为平台用户搭建一个地标作物商城, 平台用户对要购买的地标作物产品, 加入购物车, 通过在线支付（支付宝支付、微信支付）, 生成订单, 实现地标作物产品的在线销售。在地标作物商城销售的地标作物产品, 具有地块溯源信息。地标作物生产经营者上传地标作物并在线销售时, 需要进行绘制并绑定该地标作物产品种植的出产地块。

信息管理模块（个人中心）。用户登录平台后, 对其个人信息、种植技术文章、地标作物产品管理、订单管理、提现申请、地址信息、供应信息、求购信息等进行管理。

平台配套对应的后台管理系统, 平台的管理者及开发者登录后台管理系统后, 可对平台各类数据维护、数据导入、支付设置、系统配置等。

3.4 业务设计流程

用户进入广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台的首页界面后, 可以查看当前时间成熟期的地标作物信息, 如地标作物名称、地标作物图片、生长特性、生长环境、早熟时间、中熟时间、成熟时间、烂熟时间、地理分布图, 浏览地标作物的百科信息、各种成熟期、供求信息、种植技术交流文章、地标作物商城的地标作物产品信息。如需要对种植技术文章进行评论、查看供应/求购的详情信息和购买地标作物商城的地标作物产品等, 则需要登录平台方可操作。登录平台账号获取系统权限授权后, 可以对账号数据进行信息管理。平台业务流程设计图如图2所示。

图2 平台业务流程设计图

4 关键技术

4.1 WebGIS

WebGIS（网络地理信息系统）是指工作在Web网上的GIS, 是传统的GIS在网络上的延伸和发展, 具有传统GIS的特点, 可以实现空间数据的检索、查询、制图输出、编辑等GIS基本功能, 同时也是Internet上地理信息发布、共享和交流协作的基础。平台运用WebGIS技术实现了地标作物种植范围的在线生成、编辑、提交到数据库、查询和地图输出。主要采用 ArcGIS API for JavaScript 产品技术, 接入国家地理信息公共服务平台“天地图”公众版在线地图, 作为空间参考底图, 在“天地图”上实现地标作物种植范围的查询、显示。地标作物生产经营者在录入销售信息的同时, 使用系统开发的基于WebGIS技术的地标作物出产地块勾画工具, 在“天地图”上勾画种植的地块轮廓并提交到平台数据库保存。消费者查看想要购买的地标作物产品时, 除了可以看地标作物产品的一般信息外, 还可以通过在线地图查看产品的出产地块及其周边环境。

4.2 成熟期预测

地标作物成熟期指主产品器官的营养物质积累到最佳值, 并出现固有状态和色泽, 可适时收获的时期。作物收获时间对作物的产量、品质有重要的影响。广西地形复杂, 生态气候多样, 地标作物种类繁多, 地标作物成熟时间、地域分布不均, 全年均有不同作物成熟。作物的成熟期对生产方和消费方都是重要的信息。地标作物生产经营者需要根据地标作物的成熟期安排生产活动, 如确定收获时间、安排收获、包装和运输销售等生产环节投入的人力、物力、财力资源等；消费方感兴趣的则是当前或者特定日期处于成熟期的地标作物是什么品种, 以便采购。通过收集各种地标作物历年的成熟日期, 保存在地标作物时空数据库。在此基础上, 开发在线图表用于各种地标作物的成熟时间的展示和查询。对于特定区域的单个品种作物来说, 多年的成熟时间会有一定的前后波动, 波动范围一般为几天到半个月。单个品种地标作物多年的成熟日期数据形成一个时间序列, 利用序列预测分析方法可以对一个即将到来的成熟期进行预测。特定地标作物成熟时间序列预测分析就是利用过去历年该地标作物成熟时间的特征来预测未来该地标作物成熟的时间。广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台成熟期预测采用AR（auto-regressive）模型, 亦即是自回归模型对单个地标作物成熟期进行预测。其原理是利用观测点前若干时刻的变量的线性组合来描述观测点后若干时刻变量的值, 属于线性回归模型。AR模型认为, 任意时刻的观测值x取决于前面p个时刻的观测值加上一个误差, 见下公式：

式中ε是均值为0、方差为σ的白噪声序列。

4.3 Redis

广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台业务数据多且查询访问频繁, 为了提高平台用户的访问速度, 增强用户使用体验, 减轻平台服务器的读写压力, 防止服务器宕机, 在平台中使用Redis作为存储数据库, Redis的中文名为远程字典服务, 是一个key-value存储系统, 特点就是数据都存在内存中, 拥有极高的读写性能, 同时, Redis提供了RDB和AOF两种持久化方案, 将内存中的数据保存到磁盘中, 避免数据丢失, 保证了平台的数据存储安全, 而且Redis的主从复制可以实现高可用和分布式。它支持存储的value类型相对更多, 包括string（字符串）、list（链表）、set（集合）、sorted set（有序集合）、hash（散列）和geospatial（地理空间）索引半径查询等, 在平台中, 记录地标作物等基础数据, 使用了Redis中的string字符串数据类型, 记录地标商城平台用户的购物车数据以及一些频繁变化的数据, 使用了hash散列类型。这些数据类型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作, 而且这些操作都是原子性的。在此基础上, Redis支持各种不同方式的排序。与Memcached（一种分布式内存对象缓存系统）一样, 为了保证效率, 数据都是缓存在内存中。区别的是Redis会周期性地把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件, 并且在此基础上实现了master-slave（主从）同步。

同时, 为了保证Redis缓存数据和SQL Server数据实时同步, 采取以下方案：一是引用SQL Server事务（Transact-SQL）, 因为事务有一致性保证, 事务成功后再更新缓存。二是在缓存里面引用一些访问控制位, 数据库变化后, 同步变更对应的访问控制位, 然后从缓存查询时, 先判断该访问控制位, 当数据发生变化时就从数据库查询, 没有变化直接从缓存查询。

5 系统实现

广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台通过Web方式对外提供服务, 平台开发采用了前后端分离架构设计, 可以实现前后端独立部署, 前端应用可以独立运行在自己的服务器上, 而不受后端上线计划的影响。同时对开发成员分清职责, 明确分工, 提高效率, 平台功能模块复杂, 拆分可以降低维护成本。为了方便后续平台系统演进, 后端可以迁移到微服务, 前端可以迁移到微前端架构等。

平台客户端（PC端）基于Node.js环境开发设计, 使用Vue.js渐进式框架搭建前端项目页面, 使用Axios库实现客户端与服务端的数据通信。使用Element组件库进行组件化开发, 使用ECharts开源可视化图表库对地标作物的成熟期进行可视化展示, 使用Bootstrap前端框架进行响应式布局等。平台服务器端通过ASP.NET Core、Entity Framework Core等框架技术实现客户端应用程序接口（API）服务, 前后端之间选择JSON Web Token（JWT）作为用户认证鉴权的核心机制, JWT用于在各方之间以 JSON 对象的形式安全传输信息, 此信息可以验证和信任, 因为它是数字签名的。在平台中, JWT将用户数据加密存储, 分发给客户端, 客户端将其放在特定的header字段中, 服务器收到请求后, 解析JWT判断用户身份, 对用户请求进行限权（授权）, 它与cookie-session的机制相比, JWT更加轻量和方便, 节约了开发和运维成本。为了提高前后端开发人员的开发效率, 解决前后端开发人员在开发平台过程的沟通问题, 平台通过Swagger生成的接口开发文档进行解决。平台部分功能界面如图3、图4、图5所示。平台的架构设计具有良好的稳定性、扩展性、安全性、易用性, 较强的灾难恢复能力, 能够防止各类用户误操作可能造成的数据丢失、破坏。同时采用定时策略定期对数据进行备份, 能持续为各类地标作物用户群体提供优质的地标作物信息服务。

图3 平台地标作物成熟期功能界面

图4 平台地标作物地理分布功能界面

图5 平台地标作物商品添加功能界面

6 结束语

广西种植类地理标志农产品产销一体化服务平台运用互联网、时空大数据、WebGIS等技术, 进一步整合典型种植类地理标志农产品数据信息, 实现了广西典型种植类地标作物数据的统一管理、地理分布区域展示、成熟期预测、在线销售、出产地块溯源、种植技术交流服务等功能, 一定程度上解决了广西地标作物产销对接不紧密、信息化服务弱等一系列生产、销售问题, 使地标作物数据更加准确客观有效, 为农民、地标作物生产经营者、地标作物管理者、研究人员提供及时、准确、全面、可视化的信息服务, 并为农业合作社管理部门提供有效的地标作物数据, 使广西著名的地标作物在平台上能够进行智慧化建设并有效科学地开展, 促进地标作物服务和管理水平提高。同时通过网络地理信息系统技术, 为地标作物的出产地块溯源提供强有力的数据保障, 实现对地标作物出产地块溯源, 增强信息透明度, 增强对生产地的认可, 规范溯源行为, 弥补了以往传统农产品电子商务平台系统的溯源强度不足, 为今后新型农产品电子商务平台发展提供了参考。该平台作为技术成果, 参与完成广西科技厅对广西地标作物大数据工程技术研究中心的验收, 后续可进一步结合人工智能算法、大数据技术, 融合广西典型地理标志作物生长环境相关的气候、土壤、地形等数据, 在平台之上探索建立墒情监测、病虫害预报、遥感估产模型、发布监测与预警信息, 为地标作物的各类用户提供更加精准、优质、便捷的服务。