基于GPS和二維碼技術(shù)的水果溯源移動互聯(lián)系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

彭紅星　楊添坤　丁心　黃明霖

摘 要：針對當(dāng)前我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題，以南方特色水果金柚為例，研究了農(nóng)產(chǎn)品溯源信息模型及溯源系統(tǒng)中用到的二維碼和GPS技術(shù)，采用移動互聯(lián)和Android平臺技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了基于GPS和二維碼技術(shù)的水果溯源移動互聯(lián)系統(tǒng)。實現(xiàn)了水果的農(nóng)事記錄、栽培記錄、加工記錄、成品質(zhì)量檢驗記錄和物流運輸?shù)扔涗浀男畔⒆匪荩瑸樘岣咿r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯水平提出了可行的解決方案。二維碼技術(shù)和GPS技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了溯源系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和實時性。

關(guān)鍵詞：溯源系統(tǒng)；水果；GPS；二維碼；移動互聯(lián)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-0-03

0 引 言

食品作為國計民生的重要組成部分，其安全性問題是與國計民生休戚相關(guān)的重要社會問題[1，2]。近幾年來，食品安全問題已成為社會各界關(guān)注的焦點。“從田間到餐桌”的全過程食品安全全程監(jiān)管機(jī)制和模式受到了國內(nèi)外立法機(jī)構(gòu)和專家學(xué)者的廣泛認(rèn)同[3]，食品追溯管理制度便是全程監(jiān)管食品安全的一種有效手段[4]。

在可追溯體系領(lǐng)域，國內(nèi)外的研究對可追溯系統(tǒng)的基本架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和實際應(yīng)用均進(jìn)行了探討和研究[5-7]。從物聯(lián)網(wǎng)的實踐和應(yīng)用而言，條形碼、二維碼和RFID技術(shù)已在可追溯系統(tǒng)中對追溯對象進(jìn)行逐一標(biāo)識，實現(xiàn)物體識別，從而獲知物體的狀態(tài)變化過程。同時，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可追溯系統(tǒng)則逐步由個人電腦向智能移動終端轉(zhuǎn)型[7]。可滿足隨時隨地查詢的需要。

GPS全球定位系統(tǒng)是支持精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實踐的重要科技手段之一。將GPS用于水果溯源體系中，可以應(yīng)用其精確定位的功能，實時、有效地為溯源體系提供客觀地理位置信息，以實現(xiàn)在地理位置上對水果溯源信息的跟蹤與追溯，提高水果安全和監(jiān)控的水平[8]。

本文以南方特色水果金柚為例，基于Android平臺構(gòu)建移動互聯(lián)的水果溯源信息查詢與錄入平臺，利用二維碼和GPS技術(shù)提升溯源信息的可靠性和實時性。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計

1.1 溯源信息模型的探討

農(nóng)產(chǎn)品溯源信息模型的基本特征包括寬度、深度、精確度等[9]。寬度描述溯源信息包含的信息范圍有食品原料來源、生產(chǎn)過程的環(huán)境、疫病防治、加工工藝等。為了防止農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量安全問題，溯源信息的寬度應(yīng)該越大越好，但是溯源信息寬度越大，意味著建立系統(tǒng)的成本就越高。深度描述的是溯源信息可以向前向后溯源的距離，例如農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的溯源還涵蓋了整個農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、運輸、銷售全鏈條的溯源。精確度指溯源信息的溯源個體大小，例如針對某個動物、某群動物還是某個農(nóng)場，溯源個體越大，精確度越低。

本系統(tǒng)結(jié)合中大型金柚生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、運輸、銷售狀況，提出金柚的溯源信息模型。因為金柚是一種單獨加工的農(nóng)產(chǎn)品，在樹上結(jié)的金柚即是之后最終銷售的金柚，并不會作為原材料參與到其他農(nóng)產(chǎn)品的再加工。金柚的溯源信息模型是線性的，比較簡單，因此可以用唯一的溯源碼作為索引，標(biāo)識某個金柚從生產(chǎn)到運輸全過程的溯源信息。

本系統(tǒng)提出的金柚溯源信息模型的寬度包括產(chǎn)品信息、公司信息、果園信息、環(huán)境信息、農(nóng)事記錄（包括施肥、灌溉、病蟲防治記錄）、栽培記錄、加工記錄、成品質(zhì)量檢驗記錄、物流運輸記錄。深度是指金柚從生產(chǎn)企業(yè)到經(jīng)銷商的過程，精確度則針對具體的金柚。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)整體可以分成用戶登錄模塊、溯源信息查詢模塊、溯源信息錄入模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

用戶登錄模塊用于農(nóng)戶、公司管理員、系統(tǒng)管理員等用戶的登錄。溯源信息查詢模塊可以分為定位信息展示模塊、二維碼解碼模塊、溯源信息展示模塊等。溯源信息錄入模塊則可以分為定位信息獲取模塊、添加圖片模塊、基本信息錄入模塊、帶定位信息錄入模塊等。

定位信息展示模塊是一個獨立的頁面，頁面主體顯示地圖。這個頁面接收3個Double類型的參數(shù)：經(jīng)度longitude、緯度latitude、精確度radius。并通過這3個參數(shù)在地圖上顯示定位點。經(jīng)度、緯度、精確度一般是保存的溯源信息的一部分。

二維碼解碼模塊通過Android智能手機(jī)的照相機(jī)自動對焦二維碼圖片，然后調(diào)用解碼線程把二維碼保存的信息讀取出來。

溯源信息展示模塊包含了所有溯源信息的展示頁面，通過溯源碼在數(shù)據(jù)庫檢索出信息后，對應(yīng)將數(shù)據(jù)綁定到各種顯示控件上，溯源信息一類是產(chǎn)品、公司、果園、環(huán)境等信息，另一類是多條的農(nóng)事信息，如施肥管理記錄、灌溉管理記錄、病蟲防治記錄、栽培記錄、加工記錄、成品質(zhì)量檢驗記錄等。

定位信息獲取模塊集成了地圖的定位功能，通過智能手機(jī)的GPS或者網(wǎng)絡(luò)定位，獲取手機(jī)當(dāng)前位置的各種定位信息。

添加圖片模塊可以將手機(jī)中存儲的圖片或者手機(jī)直接拍攝的圖片添加至溯源系統(tǒng)中。

基本信息錄入模塊是一系列頁面的集合，數(shù)據(jù)庫設(shè)計中沒有涉及定位信息的溯源信息，可以通過這些頁面添加對應(yīng)的文字、時間、圖片信息，并將這些信息保存到數(shù)據(jù)庫。

帶定位信息錄入模塊的功能與基本信息錄入模塊類似，不同之處在于可以進(jìn)行涉及到定位信息的溯源信息的錄入。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

本系統(tǒng)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括二維碼技術(shù)和GPS定位技術(shù)。

2.1 二維碼技術(shù)

二維碼是在二維空間水平方向和垂直方向上都存儲信息的一種條碼，與一維條碼相比具有高容量、高密度、糾錯能力強(qiáng)、安全強(qiáng)度高等特點，不僅可以存儲傳統(tǒng)的字符數(shù)字等文本信息，還可以存儲圖像等容量較大的信息[10]。本系統(tǒng)使用的二維碼碼制是最常用的QR碼。

雖然QR碼的編碼過程相對復(fù)雜，但很多二維碼的開源項目提供了對QR碼的支持，而ZXing開源項目相對活躍，其功能不斷擴(kuò)展并提供新版本[11]。

本系統(tǒng)的二維碼解碼功能通過導(dǎo)入ZXing開源庫實現(xiàn)。其流程圖如圖2所示。

首先導(dǎo)入ZXing的源代碼、資源文件、核心JAR包到本系統(tǒng)的項目中，其中CaptureActivity是開啟攝像頭進(jìn)行二維碼解碼的頁面，因此要在AndroidManifest.xml里注冊Activity。

此外，要改寫CaptureActivity中的handleDecode（）方法，這個方法是解碼成功后的回調(diào)方法，改寫成判斷解碼結(jié)果是否包含金柚溯源碼的網(wǎng)址，如果是，則從網(wǎng)址中提取溯源碼，并跳轉(zhuǎn)到溯源結(jié)果展示頁面。

2.2 GPS定位技術(shù)

GPS（Global position system，GPS） 即全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以GPS衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其基本原理是接收并解析衛(wèi)星回傳電波中的軌道信息和時刻信息，計算出GPS接收器所在位置的經(jīng)度、緯度、水平高度及移動速度。GPS系統(tǒng)主要包括空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)部分[8]。

本系統(tǒng)的GPS功能通過調(diào)用百度地圖 Android SDK來編程實現(xiàn)。使用百度地圖Android定位SDK，要先進(jìn)行配置。分為以下三步進(jìn)行：

（1）導(dǎo)入庫文件，下載最新的庫文件，將so文件解壓出來，把對應(yīng)架構(gòu)下的so文件放入開發(fā)者自己App對應(yīng)架構(gòu)下的文件夾中。

（2）配置AndroidManifest.xml，包括在application標(biāo)簽中聲明service組件、聲明必需的權(quán)限、設(shè)置開發(fā)者申請的Accesskey，保證定位功能的正常使用。

（3）實現(xiàn)BDLocationListener接口，當(dāng)獲取到定位信息后執(zhí)行實現(xiàn)BDLocationListener接口的回調(diào)方法，傳入BDLocation類，這個類封裝了定位SDK的定位結(jié)果，在BDLocationListener的onReceive方法中獲取。通過該類，用戶可以獲取位置的坐標(biāo)、精度半徑等信息。

進(jìn)行定位信息錄入時，需要檢測GPS是否開啟，若沒開啟則提示用戶設(shè)置，如果用戶按確定，則跳轉(zhuǎn)到GPS設(shè)置的頁面。繼承onReceiveLocationFinish（）方法可以獲取到定位信息，并將經(jīng)度、緯度、精度顯示在界面控件上，同時寫入溯源信息的實體類，并保存到數(shù)據(jù)庫中。圖3所示為帶定位信息錄入模塊功能流程圖。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要采用Android xUtils框架結(jié)合ZXing開源庫、百度地圖 Android SDK來開發(fā)實現(xiàn)。xUtils框架是一個開源的Android開發(fā)框架，包含很多常見實用的工具類，可以簡化Android軟件的開發(fā)。

系統(tǒng)的主界面如圖4所示。未登錄的游客可以點擊左上方的溯源查詢色塊，進(jìn)入溯源碼輸入頁面，點擊查看企業(yè)簡介和聯(lián)系我們頁面。系統(tǒng)用戶可以點擊右上角的登錄按鈕進(jìn)入登錄頁面，登錄完畢返回主界面后在右上方的色塊內(nèi)會顯示已經(jīng)登錄的用戶的信息。

游客或者用戶可以手動輸入溯源碼，點擊查詢，進(jìn)入溯源信息展示頁面。也可以選擇二維碼掃描，二維碼掃描頁面如圖5所示。

溯源信息頁面是本系統(tǒng)的重要組成部分，是一個連續(xù)的可滾動頁面，展示溯源碼對應(yīng)的溯源信息。包括產(chǎn)品信息、公司信息、果園信息、環(huán)境信息、農(nóng)事記錄（施肥、灌溉、病蟲防治記錄）、栽培記錄、加工記錄、成品質(zhì)量檢驗記錄、物流運輸記錄。可以顯示文字和圖片，帶定位信息的溯源信息可以按在地圖上顯示的按鈕調(diào)用本系統(tǒng)的定位信息顯示模塊，在百度地圖上標(biāo)識出定位點。

帶定位信息錄入模塊包括果園信息、農(nóng)事記錄、栽培記錄、加工記錄、物流運輸記錄這些涉及到定位信息的溯源信息的添加頁面，除了基本信息錄入模塊的功能外，還帶有定位信息的獲取、查看、存儲，手機(jī)GPS和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置狀態(tài)的檢測和提醒開啟功能。帶定位的信息錄入界面如圖6所示。

定位信息展示頁面是帶定位信息錄入頁面和展示頁面調(diào)用的，將獲取到的或查詢到的定位信息在百度地圖上直觀地顯示出來。定位信息展示界面如圖7所示。

4 結(jié) 語

近年來農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事故不斷引起人們的關(guān)注，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)成為保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效手段。本文在借鑒國內(nèi)外同類技術(shù)的基礎(chǔ)上，在分析金柚種植、配送、物流、銷售等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的溯源需求后，提出了以溯源碼為索引的包括產(chǎn)品信息、公司信息、果園信息、環(huán)境信息、農(nóng)事記錄、栽培記錄、加工記錄、質(zhì)量檢驗記錄、物流運輸記錄的金柚溯源信息模型。本文基于Android平臺構(gòu)建水果的溯源信息查詢與錄入平臺，利用二維碼技術(shù)為溯源碼查詢提供了簡便途徑，運用GPS技術(shù)為溯源信息添加定位信息，提高了溯源系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和實時性。

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