基于電子地圖的農產品地理二維碼設計

郭佳鍇　楊聯安　周冰嬋　馬麗婭　于世鋒

摘要：傳統二維碼只是簡單的屬性信息的表達，缺乏地理信息內容。為研究農產品產地地理信息空間可視化的表達，分析二維碼空間屬性，提出地理二維碼概念，建立產地一產品一消費者的信息查詢及溯源渠道。農產品地理二維碼通過與電子地圖結合的方式，將農產品產地空間位置信息以圖像的形式呈現給消費者，滿足消費者對農產品來源的關心，實現農產品來源有跡可循、查詢方便快捷的目標，維護農產品品牌權益。以陜西紫陽縣富硒茶為例，進行了基于電子地圖的農產品地理二維碼設計。

關鍵詞：地理二維碼;電子地圖;掃描器;溯源系統;農產品

中圖分類號：S51

文獻標志碼：A

論文編號：cjas18050019

0 引言

農產品質量安全事關人民群眾身體健康和生命安全，事關農民增收和農業發展，責任重、意義大。二維碼技術以精確、便捷、低成本的優勢在農產品質量溯源系統中得到應用。通過二維碼掃描，消費者獲取相關農產品生產信息，為農產品廠商和消費者提供了便利，二維碼己成為連接農產品和消費者的紐帶。

國外農產品二維碼技術發展進程較快，以強大的機械化生產簡化了大量的監控步驟，流水線般的操作生成最終的二維碼。國內農產品溯源二維碼大多是簡單的文本信息的承載體。隨著二維碼技術和GIS技術的不斷發展，可將二維碼與地理信息相結合形成地理二維碼（geographic two- dimensional code，GTC），在含有原二維碼中文本信息（如生產日期、生產地等農產品基本信息）的基礎上，與百度地圖、高德地圖等電子地圖空間信息進行關聯結合，將農產品與地理位置進行綁定，以電子地圖的形式呈現給用戶最直觀的位置信息，明確農產品產地信息，形成具備完整功能的集空間信息查詢、分析、可視化于一體的溯源系統。農產品地理二維碼作為整合多種信息的跨平臺載體，其強大的信息承載體系以精準、高效、低成本的獨特優勢將成為保障農產品質量安全的重要手段;還作為一種農產品防偽溯源標志，采用“一物一碼”的方法，即一個地理二維碼來標記相同品牌相同批次的農產品，為農產品建立一個獨有的“身份證”，從而達到溯源和追蹤農產品的目的，維護具有地理標志屬性的農產品的知識產權、品牌效益和經濟收益。

1 地理二維碼設計

1.1 地理二維碼圖形設計

1.1.1 地理二維碼碼制選擇地理二維碼是在一個正方形區域內包含各種功能模塊的矩陣，主要有功能圖形和編碼區2個部分。功能區具有確定二維碼位置和尺寸、定位以及校正等功能;編碼區是數據在二維碼的存儲區域，數據包括格式、版本、糾錯以及特定內容等信息。

二維碼的種類有很多，目前較為廣泛流行的有Data Matrix、MaxiCode、Aztec、QR Code、Vericode、PDF417等編碼方法。根據原理不同，二維碼可以分為堆疊式二維條碼和矩陣式二維條碼以及郵政碼。堆疊式二維條碼形態上是由多行短截的一維條碼堆疊而成的，是一維碼的縱向延伸，例如PDF417，具有數據存儲大、糾錯功能強的優點。矩陣式二維條碼以黑白像素在矩陣空間中的不同分布進行編碼，在矩陣中黑像素點用二進制“1”表示，代表“空”的白像素點用二進制“0”表示，兩者的排列組成代碼，主要以Data Matrix、MaxiCode、QR Code為代表91。郵政碼是把不同長度的條進行編碼來表達信息，應用于郵件編碼，如BPO4 State。

PDF417是一種堆疊式二維條碼，組成條碼的每一個條碼字符由4個條和4個空共17個模塊構成。Data-Matrix為矩陣式二維條碼，有識別速度較慢的缺點，但同時具有通過任意角度方向都能識別的特點。QR Code是快速響應二維矩陣碼。它通過手機攝像頭進行數據識別，掃描速度以及存儲容量空間方面比其余2種碼制都有較大優勢。考慮到農產品商品的尺寸大小，及在運輸流通時方便掃描、掃描速度快等特點，QR Code是最適合作為農產品溯源的二維碼碼制。

1.1.2地理二維碼糾錯級別選擇地理二維碼采用QR二維碼碼制，根據需要選擇不同的二維碼糾錯級別，確保二維碼標識不被破壞和損毀。QR Code的糾錯級別為L、M、O、H共4級，分別對應于低級、中級、高級、最高級。考慮到現實生活采摘、物流過程中的復雜性問題，一般選擇最高級或高級糾錯級別。文本內容主要包括農產品基本生產信息、溯源碼信息以及空間地理信息。

1.2 地理二維碼文本設計

農產品地理二維碼是在后臺數據支持的基礎上，利用空間經緯度信息獲取農產品溯源信息的QR二維碼。地理二維碼經由掃描器掃描后，通過識別二維碼中的序列號信息向后臺數據庫發出請求，調用后臺的文本信息以及相關地理位置信息，并通過地圖的形式呈現給消費者。

追溯碼是農產品溯源體系中的一個十分重要的部分。追溯碼體系根據中國國家物品編碼中心的編碼規范進行加工設計。國家物品編碼中心采用的是國際編碼中心制定的GSI系統的編碼規范，追溯編碼采用GSI- 128碼。GSI-128編碼結構體系由長度不等的數字和字符組成，可以根據具體需要進行刪減。GSI-128碼由起始符號、校驗符、數據字符、終止符、左右側空白區及供相關字符組成，表示系統應用標識符（AI）字符串。GSI-128碼由AI和內容數據2個部分組成，應用標志符作為整體的間斷標志將GSI-128碼分成若干段，每段都代表著不同的信息內容，每個應用標識符由2—4位數字組成，用括號的形式與其他字符串進行區分，后面連接著相應的內容信息。

農產品地理二維碼設計以上述標準為依據，以簡明易懂為原則，方便消費者通過掃描QR碼在手機上顯示產品信息之后理解表達信息。追溯碼（圖1）是地理二維碼中唯一的文本信息，即用特定二維碼掃描器對地理二維碼進行解碼掃描而得到的信息。追溯碼總共包括3個部分，通過各部分表示的不同含義迅速鎖定農產品，建立起農產品的“身份證”。

2 地理二維碼掃描器設計

地理二維碼相較于普通二維碼的最大不同之處在于新添了與電子地圖關聯的功能，使得二維碼在包含文本圖片內容信息的基礎上，實現與電子地圖網址的鏈接功能。基于新功能的實現，需要對二維碼掃描器進行重新設計，以適應掃描應用需求。

2.1 開發環境與功能設計

二維碼掃描器的開發設計運用Java和PHP語言在Android Studio上編譯，在Android手機上運行。通過利用百度地圖API開發文檔以及后臺數據庫，進行特需的功能的添加和編寫。二維碼掃描器的功能主要是二維碼解析功能、二維碼地圖超鏈接功能以及二維碼搜索功能。二維碼掃描器的基本功能是解析功能。為實現電子地圖與農產品的關聯，利用地理二維碼的空間屬性基本原理，根據百度地圖API開發文檔，設計二維碼電子地圖超鏈接功能。對地理二維碼的空間屬性進行更多的擴展和延伸，進一步設計出二維碼搜索功能，方便消費者的信息查詢以及產品溯源。

2.2 地理二維碼掃描器功能實現

2.2.1 地理二維碼解析功能二維碼解析功能是將陜西省紫陽縣富硒茶追溯碼以二維碼的形式生成，通過二維碼掃描器掃描后，根據產品編號向后臺發送請求，調用后臺的數據庫，并同時鏈接電子地圖，獲取消費者想要的農產品信息。二維碼解析功能的實現主要是在對Camera的調用上，關鍵步驟是對Camera的自動對焦回調的步驟，調用ZXing編碼包的解碼接口。

2.2.2 二維碼地圖超鏈接功能二維碼地圖超鏈接功能主要是利用百度地圖API開發文檔，在二維碼中插入一個電子地圖插件。利用百度地圖中的產地經緯度坐標，通過在后臺數據庫中輸入坐標，在百度地圖中顯示相應位置。在二維碼頁面上插入一個電子地圖插件，首先引用該控件，然后設置Marker（自定義標注地圖上的圖標）的經緯度，以顯示在百度地圖上的產地位置。還可添加自定義坐標點，在電子地圖上顯示。

2.2.3 二維碼搜索功能搜索功能是利用后臺數據庫，通過農產品自身的關鍵信息向后臺數據庫發出網絡請求，調出該種農產品的詳細信息，將該項功能與二維碼自身屬性功能結合，提供編碼查詢、關鍵字查詢以及經緯度坐標查詢3種搜索方式。農產品編碼查詢是農產品溯源系統中最重要的查詢功能之一，通過編碼的查詢向后臺發出請求，調出農產品信息。關鍵字查詢功能簡化消費者的查詢操作，利用有限的、不齊全的己知信息查找到自己所需的農產品信息。經緯度搜索查詢是地理二維碼的特色查詢功能。利用經緯度信息，在百度地圖上找到該地理位置上的農產品信息，實現精確定位。

2.3 示例展示

首先，進入具有二維碼解析功能的界面，掃描農產品的二維碼，得到該農產品的具體產地信息和流通信息。二維碼（圖2）是由農產品追溯碼信息生成的地理二維碼，不需要存儲大量信息，極大降低生產成本，方便消費者的信息查詢。信息頁面（圖3）是二維碼掃描器中信息交互最為頻繁的頁面，將后臺數據庫信息傳遞給消費者，并通過點擊生產茶園的產地地址轉到電子地圖頁面（圖4）。經緯度坐標在信息交互的過程中承擔一個核心的作用，無論是電子地圖的鏈接還是產品搜索，都離不開經緯度坐標。產品列表基于經緯度坐標生成，地點不同檢索產品也不同。點擊列表中的產品，可以進入相應產品的信息頁面。搜索功能是二維碼掃描器基于地理二維碼空間屬性所做出的延伸功能，搜索頁面可以進行關鍵字搜索和編碼搜索（圖5）。關鍵字搜索會得到多種結果，編碼搜索是精確查詢時唯一結果。

3 討論

目前，國內在農產品溯源體系方面的研究與國外相比還是存在一定的差距，對于二維碼在溯源體系方面的應用僅是屬性信息的表達。筆者創造性地將二維碼與百度地圖進行結合，實現了空間信息的可視化表達，為今后二維碼在農產品溯源體系中的應用提供了一條新思路。

地理二維碼掃描器是基于Android端在AndroidStudio上用Java和PHP語言編寫，利用ZXing編碼包、后臺數據庫以及百度地圖API接口共同實現二維碼掃描器的解析功能、電子地圖超鏈接功能以及搜索功能，實現農產品溯源的目標。地理二維碼與空間信息的結合有待進一步深化，增強空間分析功能或者大數據分析功能，完善二維碼掃描器的實時更新能力，向實用的農產品溯源系統應用發展。