基于云計算的農產品溯源系統平臺架構探討

馬麗平　樊廣佺　張榮梅

摘要針對目前農產品溯源系統中存在的問題，將云計算這種新的融合技術應用于農產品溯源系統，提出了基于云計算的農產品溯源系統平臺方案。

關鍵詞云計算；農產品；溯源

中圖分類號S126；TP399文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0219-02

AbstractAiming at the existing problems in the traceability system of agricultural products，we applied a new fusion technology（namely cloud computing technology）in the traceability system of agricultural products.And we put forward the proposal of constructing the traceability system platform of agricultural products based on cloud computing technology.

Key wordsCloud computing；Agricultural products；Traceability

從20世紀70年代開始，農產品質量問題不斷出現，對人們的身體健康和生命安全造成了嚴重影響[1]。這些問題推動了追溯體系在農產品領域內的普及，大力發展和應用農產品質量安全追溯系統是未來發展的趨勢。

與一些發達國家相比，我國在農產品溯源系統方面的研究起步較晚，體系尚不完善。某些地方政府、部委的區域農產品質量控制與追溯體系的研究與試點雖取得一定成效，但也普遍存在許多難以解決的問題，如標準不統一造成互不兼容，很難做到數據資源共享，形成“信息孤島”；資源重復投入，系統建設成本高，資源重復利用率和共享程度低[2]；溯源系統中海量數據的存儲問題尤其是半結構化和非結構化的數據存儲問題；服務對象多、服務能力需求大，很難滿足農戶、企業、倉儲、物流、銷售、政府、監管等溯源過程中處于不同節點的人員對溯源信息的需求；農產品溯源精度不夠細致，溯源廣度較窄，追溯系統信息的真實性有待提高等。

云計算是互聯網時代信息基礎設施與應用服務模式的重要形態，是新一代信息技術集約化發展的必然趨勢，各行各業都結合行業特點對云計算進行了深入研究[3]。針對農產品溯源系統中存在的問題，筆者將云計算技術引入農產品溯源系統建設中，提出了一種基于云計算的農產品溯源平臺方案。

1農產品溯源系統

溯源系統是在整個產品供應過程中對產品的各種相關信息進行記錄、存儲的質量保障系統，其目的是在產品質量出現問題時，能夠快速有效地查詢產生問題的原料或加工環節，必要時進行產品召回，實施有針對性的懲罰措施[4]，藉此來提高產品質量水平，盡量減少問題產品對社會造成的危害。

農產品溯源系統是追蹤農產品從生產、流通乃至消費全過程的系統，能通過食品識別號在網絡上對該產品進行查詢認證，追溯其在各環節中的相關信息，有助于質量控制和食品安全保障。

相對于工業產品溯源系統，農產品溯源系統具有其自身特點，如產品類型多種多樣、各種農產品種類之間差異較大、中間環節多、農產品（特別是蔬果類）保質期較短、一些質量問題（如農藥殘留等）比較隱蔽、系統涉及用戶多且分散[5]、實施成本高等。因此，深入研究農產品溯源系統具有重要的意義。

2云計算

所謂“云計算（Cloud computing）”就是用網絡連接大量廉價計算節點，通過分布式軟件虛擬成一個可靠的高性能分布式計算平臺[6]。云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付的一種新模式，提供可用的、便捷的、按需的網絡資源訪問。云計算提供可配置的計算資源共享池，包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務資源，這些資源能夠被快速提供，只需投入較少的管理成本，或與服務供應商進行很少交互。由于云計算具有諸多優點，如超大規模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、按需服務、極其廉價等[7]，所以云計算的應用服務范圍正逐漸擴大，阿里巴巴、百度、華為、京東等互聯網公司都提供云存儲、云服務器等各種云服務。

3基于云計算的農產品溯源平臺

農產品溯源是一個龐大的系統工程。農產品從產地到餐桌的全程監管涉及到農業委員會、工商、質檢等多個政府行政主管部門，這些部門又分省、市、縣多級管理。同時，也涉及生產基地、投入品產銷單位、批發銷售市場、第三方檢測機構、物流環節、加工企業等多類涉農單位。需要對各環節的信息進行采集，不同種類的農產品采集數據不同，數據也有結構化、半結構化和非結構化之分?？焖僭鲩L的數據量使原有的數據采集、存儲、處理模式已經很難適應各方面的需求。完整構建這樣的質量監控系統，實現農產品生產、流通、消費全過程的信息追溯，將整個鏈條生產、加工、運輸、倉儲、銷售環節全部貫通[8]難度很大。

根據食品可追溯體系自身特性的差異，美國學者Golan等[9]設定了衡量食品可追溯體系的3個標準：寬度（Breadth）、深度（Depth）和精確度（Precision）。其中，寬度是指系統所包含的信息范圍，深度是指可以向前或向后追溯信息的距離，精確度是指可以確定問題源頭或產品某種特性的能力。這3個標準也適用于農產品乃至其他領域的產品。

基于云計算所具有的彈性服務、資源共享、按需服務、可通用性和泛在接入、低成本、無限存儲、數據高可靠性、維護簡單、快速部署資源或獲得服務，可實現動態的、可伸縮地擴展等特點[10]，整合地理信息系統（GIS）技術、全球定位系統（GPS）、遙感技術（RS）、無線射頻識別（RFID）技術、條碼等信息化技術，使云計算在農產品追溯過程中的數據采集、數據分類、數據存儲、數據處理、數據分析、數據檢索和數據發布等海量信息數據的綜合管理中擁有強大的技術優勢[11]。

基于云計算的農產品溯源系統可將不同地區和部門的農業信息資源進行整合，在數據之間建立虛擬信息鏈接，降低了網絡資源的零散性；能夠滿足操作者的不同需求，擴大信息的流通范圍，減少農業信息的誤差，縮短信息傳播的時間[12]。通過虛擬化分散處理技術，可以大大提高多源異構農產品數據的處理能力；通過分布式可擴展的存儲模式構建云存儲系統，可以容納爆炸式增長的農產品溯源信息；層次化的云計算服務架構可以滿足溯源系統中不同服務用戶的個性化需求，解決農產品溯源服務平臺建設中的關鍵問題（如大數據存儲、服務對象多、服務能力需求大等），有效整合全產業鏈多數涉農企業和廣大農戶，降低企業在溯源環節的經營成本，降低農戶入網的門檻。

4基于云計算的農產品溯源系統平臺架構

通過對農產品溯源系統和虛擬化、云計算等相關問題的深入研究，提出了基于云計算的農產品溯源平臺方案。該平臺以規范化電子檔案為前提，以農產品質量安全數據庫為基礎，以現代化的信息網絡為紐帶，以農產品質量安全監管信息平臺為載體，構建農產品溯源服務平臺架構，將追溯農產品的生產、加工、包裝、貯運、銷售全程納入監管范圍，實現“從農田到餐桌”完整的追溯鏈條，從寬度、深度和精確度3個方面來提高農產品追溯水平，為保障農產品質量安全提供有力保障。

基于云計算的農產品溯源服務平臺的主要功能是利用動態分配來實現資源共享，從而降低農產品加工企業、農產品生產單位在信息系統建設方面的成本。在設計與開發云端服務平臺模型中，主要有5層：①第1層是基礎設施層，將分布于不同位置的服務器、存儲、網絡等硬件設備封裝成存儲資源池、計算資源池和網絡資源池，通過合理地調配策略，實現資源共享，為農產品溯源提供計算、存儲、管理等方面的基礎服務。②第2層是數據層，可以統一調度農產品溯源中的數據資源，負責數據的分發、備份和壓縮，刪除重復數據并對損壞的數據進行相應處理。對結構化的數據通過關系數據庫進行存儲管理，而對非結構化或半結構化的數據采用云平臺進行存儲管理。③第3層是平臺層，是平臺架構中的核心部分，包括系統的資源管理、軟件管理、服務管理、運維管理等。資源管理包括資源調度、資源監控、能耗管理、虛擬機遷移等關鍵技術；軟件管理提供軟件開發運行平臺資源池，負責應用程序部署與管理服務；服務管理包括用戶權限管理、密碼管理、存儲管理和環境監控等；運維管理包括系統監控、日志管理和系統修復。④第4層是應用層，是農產品溯源系統服務平臺，主要包括用戶管理功能、農產品溯源信息的上傳與存儲功能、農產品溯源信息的發布和查詢功能、農產品履歷管理功能、溯源數據采集功能、身份標識數據中心、系統管理、基礎信息管理等。⑤第5層是終端訪問層，包括計算機終端、移動終端、智能手機等?？蛻艨梢酝ㄟ^各種終端設備方便地訪問農產品溯源服務平臺的各種資源。

該平臺由政府提供的公有云平臺提供支持，包括平臺硬件和軟件。該平臺將各級農產品安全監管部門、農產品的生產部門（包括農戶）、農產品的再加工企業、流通環節和農產品的消費者納入進來。該平臺的各類用戶注冊后方能進入和使用該追溯系統，政府相關管理部門負責對用戶的身份進行認證。在該平臺上，可以通過多種終端進行農產品追溯信息的發布、補充和查詢，滿足農產品全程追溯的所有參與者的功能需求。

5結語

針對目前農產品溯源系統存在的諸多問題，將云計算技術應用于農產品溯源系統，從寬度、深度和精確度3個方面來提高農產品溯源水平，以期推動農業生產精準化、智能化，提升農業信息利用的及時性、準確性，為農產品質量安全提供有力的保障。

參考文獻

[1]

楊雪.G市建設農產品安全溯源系統項目研究[D].長春：吉林大學，2016.

[2] 葉嬌.云計算技術在農業信息共享服務中的研究與應用[D].長春：吉林農業大學，2013.

[3] 郭雷風，王文生，李秀峰.基于云計算的農業科研創新信息服務平臺設計[J].安徽農業科學，2013，41（7）：3203-3205，3210.

[4] 陳紅華.我國農產品可追溯系統研究[M].北京：中國農業出版社，2009.

[5] 黃紅星，鄭業魯，劉曉珂，等.農產品質量安全追溯應用展望與對策[J].科技管理研究，2017（1）：215-220.

[6] 劉鵬.實戰Hadoop：開啟通向云計算的捷徑[M].北京：電子工業出版社，2011.

[7] 何文娜.大數據時代基于物聯網和云計算的地質信息化研究[D].長春：吉林大學，2013.

[8] 張翔.農產品溯源系統的設計與開發[D].杭州：浙江理工大學，2015.

[9] GOLAN E，KRISSOFF B，KUCHLER F，et al.Traceability in the U.S.food supply：Economic theory and industry studies[M].Washington DC：US Department of Agriculture，Economic Research Service，2004：830.

[10] 羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算：體系架構與關鍵技術[J].通信學報，2011，32（7）：3-21.

[11] 李朝鋒.大數據時代基于云計算技術構建農業信息服務平臺研究[J].河南科技，2017（3）：19-21.

[12] 張耀.OpenStack云計算平臺在農業信息化中的應用[D].武漢：華中師范大學，2015.