云南農產品氣候品質評估暨溯源系統設計與實現

張茂松，馮 睿，劉英豪，丁 圣

(1.云南省氣候中心，云南 昆明 650032； 2.昆明東溯科技有限公司，云南 昆明 650100；3.玉溪市元江縣氣象局，云南 元江 653300； 4.玉溪市氣象局，云南 玉溪 653100)

0 引言

隨著社會經濟的發展，農產品消費不斷升級，市場上出現越來越多的優質農產品，消費群體更注重品牌化、個性化，針對這一需求，氣象部門和農業部門加深合作，展示當地氣候特點和資源優勢，打造“氣候好產品”，提升名特優農產品的附加值，自2012年浙江省氣象部門開展農產品氣候品質認證工作以來，全國氣象部門正在積極與農業部門一起開展各地特色農產品氣候品質評估工作[1-2]。

國內已開發的溯源系統有些僅面向單一農產品，有些涉及工業生產及物流環節，系統投入龐大，不利于面向基層初級農產品企業和生產大戶推廣使用，本系統面向初級農產品結合氣象和農事數據，還提供氣象品質評估報告，有利于幫助企業打造高端農產品品牌，也有利于農戶增收增效[3-10]。

1 系統需求

1.1 氣候品質評估

申請氣候品質評估的農產品應具有地方特色和一定的種植規模，且以常規方式種植的生產區域范圍內的初級農產品。獨特的地理環境和氣候條件決定了當地農產品的品質，依據QX/T486—2019《農產品氣候品質認證技術規范》進行氣候品質評估所需資料包括農產品資料和氣象資料兩大類。

農產品資料包括農產品的名稱、品種、品質指標和生產基地信息等。其中，品質指標主要包括內在生理生化指標和外觀指標；生產基地信息包括基地名稱、地址、生產規模、產地概況和環境條件等。

氣象資料應是代表該農產品生產區域和影響該農產品生產的時間范圍內的資料。氣象資料來源于當地氣象部門，以最能代表認證區域內氣象條件的氣象觀測站為準，如認證區域內或周邊區域的農田小氣候觀測站、區域自動氣象站或基本氣象站。氣象要素主要包括氣溫、降水量、空氣相對濕度、日照時數、土壤溫度、土壤相對濕度、太陽輻射等與農產品品質密切相關的氣象因子。由氣象部門內部專家分析相關數據資料確定農產品的氣候品質指標，出具評估報告，完成相關農產品的氣候等級評估。

1.2 農產品溯源

農產品的氣候品質評估需要追溯農產品的開花、結果和采摘等整個生育期，同時需要記錄相關灌溉、施肥和修枝除草等田間管理內容。氣候品質評估所需的農產品資料天然帶有溯源信息，由農產品企業負責自身農產品溯源信息的收集工作。雖然整個農產品從種植到消費者手中經歷的供應鏈信息繁多，但并非所有信息都與質量安全相關，也不是所有信息(如銷售和物流等信息)都可以共享或獲取。由于本系統涉及到的是初級農產品，不是加工農產品也不是工業品，包含農產品生育期信息、相關質檢報告及農產品企業相關信息等信息已足夠反映農產品質量，消除消費者疑慮[7-9]。本系統中農產品溯源信息面向所有消費者開放顯示。

1.3 非功能性需求

考慮未來推廣需求，要求系統性能達到：①滿足1萬家企業，100個氣象局用戶使用，可滿足10萬個消費者同時瀏覽并發訪問，5 s內顯示頁面信息，10 s內加載全部顯示內容，不會產生死鎖及沖突；②友好的容錯性，當用戶輸入錯誤數據時，系統應給出友好的提示，請用戶重新輸入；③無須安裝軟件或APP，基于瀏覽器；④基于云平臺，無須服務器和日常維護；⑤二維碼按需申請做到一物一碼。

系統安全需求：①具有定時和手動自動備份功能；②用戶密碼存儲傳輸應加密；③企業用戶和氣象局用戶要求注冊實名制，可以手機號登錄后臺和找回密碼。

2 系統設計

2.1 部署架構設計

根據《中國氣象局網絡安全管理辦法(試行)》和《云南省氣象信息系統集約化實施細則》文件精神，為加強安全防護等級和節約運營成本，系統基于最小數據原則進行云平臺部署[11-15]。系統架構如圖1所示，由軟件公司負責系統后期維護運營，系統管理員、氣象局用戶和企業用戶都對接系統云平臺，系統中僅上傳農產品溯源信息和氣候特征數據，不上傳氣象原始數據，對氣象局和企業用戶都無需擔心數據泄密風險。

圖1 系統部署架構Fig.1 System deployment architecture

2.2 功能模塊設計

系統功能模塊設計如圖2所示，系統劃分為“氣候品質評估系統”和“農產品溯源系統”兩大部分，分別面向氣象局用戶和農產品企業用戶。

圖2 系統功能模塊Fig.2 System function module

農產品溯源系統分為企業信息維護、產品信息維護、溯源碼維護、溯源信息維護和氣候品質評估提交共5大模塊。“溯源碼維護”用于對溯源碼的繳費審批，系統平臺有足夠的數據處理能力可以做到一物一碼，相應的溯源碼印刷等成本也會提高，企業用戶可以根據需求自行申請溯源碼數量；可以查看到溯源碼的掃碼情況，對于部分掃碼數量過多，可能存在盜碼行為的二維碼進行封禁處理。“溯源信息維護”是用于輸入本批次溯源農產品的生育期信息、田間管理信息、加工生產信息、質檢報告及產品批次信息。“氣候品質評估提交”是由企業用戶面向特定區域氣象局提交評估申請，等待氣象局線下審核評估。

氣候品質評估系統只有資格審核和評估報告兩項功能，氣象局用戶登錄后會查看到農產品企業的氣候品質評估提交信息，經過專家評估后做出是否通過審核的結果，通過審核的，由氣象局提交農產品氣候品質評估報告供申請批次農產品使用。“評估報告”功能用于提交上傳評估報告。

2.3 流程設計

系統流程設計如圖3所示，氣象局用戶登錄后，分析數據資料后對通過氣候評估的出具評估報告。企業用戶錄入相關溯源信息，需要氣候品質評估的等待氣象局出具評估報告，不需要的可以直接印刷二維碼上市銷售。消費者掃碼二維碼后查看相關溯源信息和氣候品質評估結果。系統管理員由系統維護公司承擔，主要進行信息審核工作，防止出現違反法律法規的信息對外發布，同時負責二維碼信息的管理和印刷職能。

圖3 系統流程Fig.3 System flow

2.4 用戶角色權限設計

系統角色設計為系統管理員、企業用戶、氣象局用戶和普通消費者4種，如表1所示。普通消費者僅瀏覽信息。系統管理員負責后臺參數維護、用戶信息審核及平臺數據備份與恢復功能。氣象局用戶負責審核氣候品質評估結果，對優和良好等級以上的評估結果出具氣候品質評估報告。企業用戶用于自身企業和產品信息錄入，信息錄入的完整性決定了最終溯源信息的呈現效果。

表1 系統角色功能設計Tab.1 System role function design

3 系統實現

3.1 系統開發技術

系統基于“高內聚低耦合”思想，前臺應用與后臺應用分離，這里的分離不僅要求部署是分離的，業務相關的代碼也是完全分離。系統使用Java語言，基于Spring Cloud微服務框架進行開發，Spring Cloud基于J2EE平臺架構，具備服務的注冊與發現，服務集群的治理等較完備微服務系統架構的一站式解決方案功能[16-19]。它可提供一套簡易的編程模型，進行服務發現注冊、配置中心、消息總線、負載均衡、斷路器和數據監控等云平臺操作，對相關服務的復雜性實現復用，輕松地實現微服務項目的構建。Spring Cloud還可以滿足不同用戶的需求，前端可支持各種小程序，以及文字、圖片和視頻等多媒體展示實現。

3.2 溯源防偽技術

系統通過監測二維碼掃碼次數或同期異地掃描來判斷是否有異常，無需安裝APP或客戶端，不限制手機操作系統，使用微信、支付寶和瀏覽器都可以掃描[20-21]。系統存儲的用戶密碼使用MD5不可逆加密算法進行加密，忘記密碼后只能重置密碼無法找回。

3.3 應用示例

元江禾潤農業發展有限公司與元江縣氣象局合作進行芒果氣候品質評估及溯源工作，禾潤公司錄入相應溯源信息，如圖4a所示，產生溯源碼使用手機掃描后，呈現圖4b所示界面。氣象局用戶登錄后，看見禾潤公司的氣候品質評估申請，如圖4c所示，點擊可查看產品詳細信息。

圖4 系統實現界面Fig.4 System implementation interface

4 結論與討論

開展氣候品質評估工作有利于反映當地氣候特點和資源優勢，提升農產品的市場競爭力，是氣象部門服務國家生態文明建設、經濟社會發展和實現人民美好生活愿望的特色品牌。本研究基于氣候品質評估工作和農產品溯源工作相結合，基于云平臺開發，面向農產品種植、加工企業，幫助企業將農產品種植、加工過程信息和產品附屬核心、重要信息，通過產品包裝的二維碼向購買的消費者進行闡述、說明和溯源，為企業推廣產品提供溯源工具和平臺支撐。

系統面向初級農產品，由氣象部門提供氣候品質評估報告，不包括工業生產及銷售流通環節數據，不直接接入氣象數據，由第三方維護，與市場上其他溯源系統比，數據安全性高，維護及使用成本低，功能直觀，操作簡單，利于中小企業及種植戶接入平臺使用，已在云南部分基層縣區免費試用，取得了良好的社會經濟效益。